巴楚探区深井钻井难点分析与技术对策.pdf

第 3 3卷 第 3期 2 0 1 1 年 5月 石 油 钻 采 工 艺 0I L DRI LL I NG PRODUCTI ON TECHNOLOGY V0 1 ． 3 3 No． 3 Ma v 2 01 1 文章编号1 0 0 0 7 3 9 3 2 0 1 1 0 30 0 0 1 0 4 巴楚探 区深井钻井难点分析与技术对策 王兴武 赵围 顺 孙 雪 马文英 陈迎伟 宁长征 1 ． 中原石 油勘探局钻 井工程技 术研 究院， 河南濮 阳4 5 7 0 01 ； 2 ． 中原石油勘探局塔里木钻 井公 司， 新疆库 尔勒8 4 1 0 0 0 摘要 新疆巴楚探区是中石化在西北地区的一个重要勘探开发区域 ， 勘探面积大， 井深， 完钻井少， 可参考资料少。该区钻 井施工难点主要是钻遇地层年代古老、 岩性复杂而坚硬 ， 部分地层存在石膏和膏质泥岩及高压盐水层， 钻井． Y - 作存在钻速慢、 缩 径、 卡钻及地层坍塌等技术难题 ， 致使钻井复杂故障率高、 周期长。针对这些难题， 提 出了上部地层采用Kc l 一聚合物钻井液体 系、 下部采用Kc 1 一聚磺钻井液体系， 优选封堵材料， 优化钻具组合， 深部地层优选钻头等技术对策。通过现场实施， 钻井提速 提效 效果显著 ， 为该 区的进一 步勘探 开发提供较好 的借 鉴作 用， 并提 出了用减 速涡轮复合钻 井方式 、 试 用小弯度螺杆和 井壁修 复 器等提速提 效建议 。 关键词巴楚探区；深井；钻井；防阻卡； 井壁稳定； 提速 中图分类号T E 2 4 文献标识码A Te c h ni c a l c o u nt e r me a s u r e s a nd a na l y s i s o n de e p we l l dr i l l i n g di ffi c ul t i e s i n Ba c h u e x pl o r a t i o n b l o c k WA N G X i n g w u ， Z H A O G u o s h u n ， S I N Xu e ， MA We n y i n g ， C H E N Y i n g w e i ， N I N G C h a n g z h e n g 1 ． Dr i l l i n gE n g i n e e r i n g＆T e c h n o l o g yI n s t i t u t e ， Z P E B ， Pu y a n g4 5 7 0 0 1 ， C h i n a ； 2 T a r i mDr i l l i n gC o m p a n y ， Z P E B ， K u r l e 8 4 1 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t Ba c h u Bl o c k i s a n i mp o r t a n t e x p l o r a t i o n a n d d e v e l o p me n t a r e a o f S i n o p e c i n No r t h we s t Ch i n a ，wi t h va s t a r e a t o be e x p l o r e d ， l a r g e d e p t h o f t h e we l l ， a n d f e w c o mp l e t e d we l l s ， a n d f e w o f f s e t we l l ma t e r i a l s c a n b e t a k e n a s t h e r e f e r e n c e i n d r i l l i n g o p e r a ． t i o n ． t h e f o r ma t i o n f e a t u r e s a n d d r i l l i n g d i ffi c u l t i e s we r e a n a l y z e d i n t h e p a p e r ， i n c l u d i n g p a l a e o g e o g r a p h y ,c o mp l e x a n d h a r d l i t h o l o g y , g y p s u m， mu d s t o n e a n d h i g h p r e s s u r e s a l t wa t e r e x i s t i n g i n s o me f o r ma t i o n s ， r e s u l t i n g i n l o w p e n e t r a t i o n r a t e ， t i g h t h o l e ，d r i l l p i p e s t u c k ， a n d h o l e wa l l s l o u g h i n g ， e t c ． Th e d i ffi c u l t i e s a l s o l e a d t o h i g h t r o u b l e r a t e a n d l o n g e r d r i l l i n g c y c l e ． I n o r d e r t o s o l v e t h e s e p r o b l e ms ，t he u p p e r f o rm a t i o n s we r e dr i l l e d wi t h KC1 一 p o l y me r d r i l l i n g fl u i d s ， a n d l o we r f o rm a t i o n s we r e d r i l l e d wi t h KC1 一 p o l y s u l fon a t e d r i l l i n g fl u i d ． An d p l u g g i n g ma t e r i a l s c r e e n i n g ， b o t t o m h o l e a s s e mb l y o p t i mi z a t i o n ， a n d b i t s o p t i mi z a t i o n f o r d e e p f o rm a t i o n d r i l l i n g we r e a l s o t a k e n a s t he co u nt e rm e a s u r e s ．Th r o ug h on s i t e a ppl i c a t i o ns ，t he pe n et r a t i on r a t e r a i s e d s i g ni fic an t l y ,wh i c h p r o v i d e d a g o o d e x a mp l e o f d r i l l i ng i n t h i s a r e a ．The s ug ge s t i o n wa s al s o pr o pos e d t o us e a c omp ou nd d r i l l i ng mod e ，g e a r - d o wn tur b i n e ， l i t t l e b e n t s c r e w a n d b o r e h o l e r e f o r mi n g t o o l s t o r a i s e t h e d r i l l i n g r a t e ． Ke y wo r d s Ba c h u e x p l o r a t i o n b l o c k ； d e e p we l l ； d r i l l i n g ； p i p e s t u c k p r e v e n t i o n ； we l l b o r e s t a b i l i z a t i o n ； p e n e t r a t i o n r a t e r a i s i n g 巴楚探 区位 于新疆 巴楚县境 内， 地处 天山南麓 的塔里木盆地和塔克拉玛干沙漠西南边缘 ， 是 中石 化西北地 区的重要勘探开发地 区， 包括 巴什托区块 、 亚松迪区块、 毛拉区块、 小海子区块和夏河区块等 5 个区块。钻井数量少 且井距较远， 目前已完钻探井 和开发评价井 1 2口；地层年代 古老 、 岩性复杂 ， 钻 井主要钻遇第四系、 上第三系、 二叠系、 石炭系、 泥 盆系、 志留系和奥陶系， 个别探井钻到寒武系和震旦 系；钻速低、 周期长， 平均井深 5 0 8 2 1T I ， 平均钻井周 期为 2 3 2 d ， 平均机械钻速为 2 ．2 6 m ／ h ， 复杂故障率较 基金项 目国家 8 6 3计 划课题 “ 超 深井钻 井技 术研 究 ” 编 号 2 0 0 6 AA0 6 A1 0 9 部分内容。 作者简介 王兴武， 1 9 5 8 年生 1 9 8 2年毕业于华东石油学院钻井工程专业， 主要从事钻井技术管理与研究工作， 高级工程师。电话 0 3 9 3 4 8 9 0 4 9 7 。E ma i l w a n g x w6 6 6 8 8 8 s i n a ． c o m。 2 石油钻采工艺 2 0 1 1年 5月 第 3 3卷 第 3期 高 ， 该探区钻井提速提效难度大。 l 巴楚探区钻井难点分析 巴楚探 区钻遇地层岩性 以泥岩 、 砂 岩 、 灰岩 、 白 云岩 、 玄武岩 、 石英砂 岩为主， 部分 地层存在石膏 和 膏质泥岩及高压盐水层 ， 钻进过程 中存在钻速慢 、 缩 径、 钻、 地层坍塌、 井漏等技术难题 一 ， 主要体现 在以下 3个 方面。 1 ． 1 上第三系以上地层阻卡严重 陔段地层包括第 四系和上第三 系的阿图什组 、 帕卡布托 电组 、 安居安组。岩性以浅棕色粉砂岩 、 细 砂岩与泥岩互层为主。安居安组上部粉砂岩地层有 1 套高压盐水层 钻井液密度 1 ． 7 0 g ／ c m 以上才能压 稳 ；发居安组 中下部有近 1 0 0 1 “1 71 石膏岩夹棕色泥岩 。 该段地层砂岩地层渗透率 高， 在钻井液柱压差 地层 力 1 ． 0 7 ～ 1 ． 2 0 g ／ c m ， 而使用钻井液 密度 高达 1 ． 7 8 ～ 1 ． 8 5 g ／ c m 的作用下易形成虚厚滤饼 ；上部地 层lJ 卜 H I 5 尺寸大， 机械钻速较高， 环空岩屑的浓度高， 排 量 、 泵 、 携砂 、 井壁冲刷 与机泵条件几者之间矛盾突 ，岩屑易粘附到井壁上引起阻卡 ；浅灰色 、 浅棕黄 色泥岩水化膨胀性强 ， 易发生缩径卡钻和钻头泥包。 安居发组下部含有石膏岩夹棕色泥岩 ， 也易缩径 。 完钻 的 1 2口井 中有 5[ _ 1 井在此段发生过 1 0次 严重 阻卡， 其 中 BK 2井 处理 4次阻卡用 时 5 1 ． 1 d ； B K 3钻进至井深 2 5 7 2 ． 7 0 m， 循环钻井液 、 测斜后 ， 短 起期 问多处遇阻严重 ， 处理阻卡花费时间长 ； B K5 H 井在 1 9 5 1 ～ 2 9 4 2 m井段起下钻很 困难 ， 起钻倒划 、 下 钻正划 ， 无法正常起下钻 。 1 ． 2 二叠系、 石炭 系地层易剥落掉块 该段地层包括二叠 系和石炭 系的小海子组 、 卡 扣沙依绸 、 巴楚组 ， 主要 问题是 含有微裂隙的硬脆性 泥岩 、 幺武岩 ， 易发生坍塌掉块造成卡钻 。掉块 以硬 脆性的泥岩为主 ， 尺寸较大 长宽分别为 3 ～ 5 c m， 厚 度 为 0 ． 5 ～ 1 ． 5 c m ；硬度较大 ， 棱角分 明， 岩屑录井表 明掉块 f 总捞砂 量 的 9 0 ％左 右。冈 1 是 B K9 H井 二叠系掉块的照片。 图 1 B K 9 H井二叠系掉块照片 B K1 井 0 3 1 1 ． 2 m m井眼二叠系井径扩大率最 大为 2 5 ％， 平均 为 1 4 ％；石炭 系井径扩 大率最大为 2 2 ． 5 ％， 平均为 1 1 ％。0 2 1 5 ． 9 mm 井眼的井径扩大率 最大为 2 9 ％， 平均为 1 3 ％。B K 3井二开井段钻头尺 寸为 0 3 1 1 ． 2 mm， 而最大井径达到 4 5 9 ． 7 4 mm， 井径 扩大率高达 4 8 ％。较大 的井径扩大率进一步说明了 该层段掉块的严重性 。 由于掉块 的尺寸较大 ， 极 易造成卡钻和测井遇 阻 。BK6 H井发生 了两次掉块卡钻 ， 共花 费处理时 问 9 8 h 。B K2井下钻至 4 3 9 6 m严 重遇阻 ， 多次大 幅度活动 钻具无 法解 除 ， 解 卡花 费 7 ． 7 d 。B K3井 二开测井历时较长 ， 其原 因主要是二叠 系掉块卡钻 头 和稳定器 ， 共测井 3次 ， 用时 9 ． 7 5 d， 损失时 间近 7 d之久 。 1 ． 3 泥盆 系石英砂岩 、 泥盆 系及志留系棕褐色泥岩 钻速低 深部的泥盆系和志留系的机械钻速较低 J 。主 要表现在两个方面泥盆系石英砂岩的抗压强度高 ， 研磨性较强 ， 机械钻速极低 ；泥盆系 、 志留系棕褐色 泥岩塑性较大， 机械钻速很低。P D C钻头选型难， 使 用效果差。 B I C 2井在该井段钻进过程中首先采用 HJ T 5 1 7 G 牙 轮钻头 ， 由于地层坚硬 ， 机械钻速仅 0 ． 5 4 m／ h ；后 采 用 F M3 6 4 3 B MZ P DC钻头 螺杆钻进 ， 机械钻 速 仅 0 ． 8 3 m／ h ， 提速效果不明显。 在深井小井眼井段， 由于排量低、 岩石可钻性 差 ， 也导致机 械钻速较 低。B K1 井 四开井段 ， 井眼 尺 寸 1 4 9 ． 2 mm， 机 械 钻 速最 低 为 0 ． 1 4 m／ h ， 最 高 仅 为 0 ． 7 8 m／ h 。志 留系小 井 眼井段 3 6 7 0 ～ 4 3 0 9 1T I ， 段长为 6 3 9 m， 钻井周期达 7 7 d ， 平均机械钻速仅为 0 ． 6 0 m／ h 2 巴楚探区钻井技术对策 2 ． 1 上部地层的防阻卡技术 2 ． 1 ． 1 钻 井液 体 系 1 体 系 与基 本配 方。上 部采 用 KC 1 一 聚合 物 体 系， 配 方 4 - 6 ％膨 润 土 0 ． 2 ～ 0 I3 ％纯 碱 0 ． 1 - 0 ．2 ％烧碱 0 ．2 ～ 0 ． 5 ％大分子聚合物 0 ． 1 - 0 ． 2 ％ 大分子乳 液聚合 物 0 ． 3 ～ 0 ． 5 ％ 中分 子降失 水剂 0 ． 6 ～ 1 ． 0 ％水 解聚丙 烯睛钾 盐 ／ 水 解 聚丙烯睛胺盐 0 ． 6 ～ 1 ． 0 ％抗 高温抗 盐降滤失 剂 L Y - l 3 ％ K C 1 。下部采用 K C 1 ． 聚磺钻井液体系， 配 方 2 ～ 4 ％膨 润 土 0 ． 2 ％ 纯 碱 4 - 0 ． 1 - 0 ． 2 ％ 烧 碱 0 ． 2 ～ 0 ． 5 ％ 大分 子 聚合 物 4- 0 ． 1 - 0 ． 2 ％ 王兴武等 巴楚探 区深井钻井难点分析与技术对策 3 大分 子 乳 液 聚合 物 0 ．2 ～ 0 ． 4 ％ 中分 子 降 失 水 剂 0 ．2 ～ 0 ． 5 ％抗 高 温抗盐 降滤失 剂 L Y ． 1 4 - 6 ％磺 化酚醛树脂 4 - 6 ％磺化 褐煤树脂 2 ～ 3 ％ 聚合醇 4 ～ 5 ％液体润滑剂 4 ％沥青 3 ～ 5 ％K Cl 2 ％超细碳酸钙 。 2 钻井液处理要点 。 ①本井段的帕卡布拉克组地层胶结程度相对较 差 ， 易造 成泥岩扩径和砂岩段 的缩径。采 用钾基 聚 合物钻井液体系， 钻进中逐步补充膨润土浆和聚合 物胶液， 保持包被剂的有效含量， 防止泥页岩水化。 加人适 量的润滑剂保证钻井液 的润滑性 ， 防止钻头 泥包 。调整流变性 ， 控制黏切。 ②在 帕卡布拉克组上部 ， 逐渐转化为 KC 1 一 聚磺 体系， 提高钻井液的抗温性能 ， 同时提密度压稳安居 安组 的高压盐水层 ， 安居安组 中下部膏质泥岩发育 ， 井眼也易缩径 ， 易发生剥落掉块 ， 所以加强对膏泥岩 的抑制性 和钻井液 的携岩能力 、 抗膏侵的能力是本 段钻井液研究的重点。 3 使 用 效果。通 过 已完 钻 的 B K 8 、 B K 7和 B K 9 H井实钻来看， 体系性能易于维护， 有效防止了 泥包等复杂情况 的发生 ， 井壁稳定 ， 上部井段平均井 径扩大率 3 ． 4 ％， 二叠系扩大率 9 ．4 ％， 大大低于邻井 。 2 ． 1 ． 2优 化钻 具组 合技 术 1 复合钻具组合防阻卡。针对中上部井段环 空岩 屑浓度高 ， 排量不足 的问题 ， 采用复合钻 具组 合实现降压耗、 增排量 的 目的。B K 9 H井在 4 3 0 0 m 以上井段 采用 1 2 7 ． 0 mm钻杆 ， 起 下钻 阻卡 严 重。在 B K7井 的 03 1 1 ． 2 mm井眼 内， 采用 2 8 0 0 m 的 1 3 9 ．7 mm钻杆代替 1 2 7 ． 0 m m钻杆， 现场应 用表明 在泵压不变的条件下 ， 排量 由 3 8 L ／ s 提高 至 4 5 L ／ s 。环空返速 由0 ． 6 5 m ／ s 提高至 0 ．7 9 m ／ s ， 提 高 2 1 ％， 见 表 1 ， 提高 了携 岩能力 和对井壁 的冲 刷力度 ， 没有出现严重阻卡 问题。复合钻具组合在 BK 3 H井上使 用也取得 了较好的效果 。由此可见 ， 采用 复合钻具组 合可 明显改 善甚至 消除起 下钻阻 卡问题 。 表 1 O1 3 9 ． 7 mm钻杆与1 2 1 1 2 7 ．0 mm钻杆上返速度对比 2 简化钻具组合措施。巴楚组上部井段缩径严 重 ， 在 B K8井 的上部井段 ， 采用双稳定器钟摆钻具 组合来防斜， 钻进中发现起下钻阻卡严重， 将钻具组 合改为单稳定器小钟摆钻具组合， 起下钻过程中的 阻 卡现象 明显减轻 0 3 1 1 ． 2 mmP DC钻 头 02 0 3 ． 2 mm 钻 铤 2根 03 1 1 ． 2 mm稳 定 器 0 2 0 3 ． 2 mm 钻铤 1 6 根 O1 3 9 ． 7 mm钻杆 。 2 ． 2 中部地层井壁稳定技术 该段地层坍塌掉块是硬脆性泥岩、 玄武岩含有 微裂隙所致 ， 要从物理和化学两方面着手解决 。 2 ． 2 ． 1 技术对策 1 钻井液体 系与配方 。根据该地 区的钻井 经 验， 使用 K C ． 聚磺钻井液体系， 配方 2 - 4 ％膨润 土 0 ． 2 ％ 纯 碱 0 ． 1 ～ 0 ． 2 ％ 烧 碱 0 ． 1 ～ 0 ． 2 ％大 分子乳液聚合物 0 ．2 ,-4 ．4 ％ 中分子降失水剂 0 ． 2 ～ 0 ． 5 ％抗高温抗盐降滤失 剂 L y _ 1 4 6 ％磺 化酚醛树脂 4 6 ％磺化褐煤树脂 2 ～ 3 ％ 聚 合醇 2 ～ 3 ％无荧 光液体润滑剂 2 ％K C 1 2 ％超 细碳酸钙。 2 优选封堵材料。利用沥青类产 品具有微细颗 粒和可软化变形的特性， 根据不同的地层温度， 选择 与地温相匹配的软化点沥青， 封堵泥页岩和白云岩 的层理微裂缝， 并形成渗透率低的优质滤饼。采用 聚合 醇类处理剂 ， 利用其浊点效应改善井壁表 面的 吸附状态 ， 减少滤液 的侵入 ；使用聚合铝防塌剂 ， 利 用其化学封堵固壁作用在井壁形成封堵层优选或研 制抗温 1 5 0 可变形粒子 ， 封堵微裂缝及微孔隙 ， 进一步提高井壁稳定性 。 3 不同地层钻井液处理要点。 ①在进入二叠系以后要着重提高钻井液的防塌 性能， 要加足沥青类防塌剂以及聚合醇， 抑制二叠系 易垮、 易掉块地层， 一次性加足抗高温材料 ， 提高钻 井液的抗高温性， 在以后的维护过程中等浓度维护， 防止钻井液性能有大的波动。 ②充分利用邻井的地层破裂压力和坍塌压力 数据 ， 在不压裂地层 的前提 下， 选择合 适 的钻井液 密度平衡地层应力 ， 防止 因力学不平衡 而引起 的井 壁坍塌。在进入小海子组以前将钻井液密度提到 1 ．7 6 ～ 1 ． 8 0 g ／ c m ， 防止小海子组高压气体上窜。 ③卡拉沙依组地层含有部分泥岩， 易坍塌、 掉 块， 在保证力学防塌的同时， 要加足硅氟降滤失剂和 沥青类防塌剂、 防止井壁坍塌， 保证井眼规则和井壁 的稳定 。 ④巴楚组地层压力高， 必须时刻注意高密度钻 井液的高温稳定性， 维护以胶液的形式按循环周均 4 石油钻采工艺 2 0 1 1 年 5月 第 3 3卷 第 3期 匀补充 ， 避免性能大的波动影响高密度钻井液 的整 体性能。加入一定量的超细钙， 既保护油气层又改 善滤饼质量 ， 提高钻井液的滤失造壁性。 2 ． 2 ． 2 应用效果从第二轮完钻 的 3口井来看 ， 所 用 钻井 液体 系 和措施 满 足 了钻井 施工 的要 求 ， 在 4 0 0 0 m以前 3口井钻井进程顺利， 但该钻井液体系 对石炭系小海子组和卡拉沙依组的泥晶灰岩掉块的 抑制和预防还有不足的地方 ， 需要继续研究改进 。 2 ． 3 深部地层提高机械钻速技术对策 1 优选钻头 。BK7井在 泥盆系的东河塘组和 克孜尔塔格组， 岩性为灰白、 灰色细粒石英砂岩夹灰 色 、 棕色泥岩 ， 使用 O1 4 9 ． 2 mm S T 3 1 6 T UH钻头 ， 在 井段 4 9 2 7 ． 7 4 ～ 5 1 2 4 ． 0 0 m， 一 次人井进 尺 1 9 6 ． 2 6 m， 纯钻时间 2 0 2 h ， 平均机械钻 速 0 ． 9 7 m／ h， 比邻井提 高 了 3 8 ． 6 ％。该钻头为 1 0 mm 复合 片、 双排齿布局 和 6 刀翼的设计， 不但保证了钻头整体结构的强度， 还能够在 含石英砂 岩 的地层 中取得较 长的使用 时 间。B D4 4 5 Z T钻 头在其他井上使 用也取得 了较好 的效果 。 2 采用减速涡轮 复合钻井方 式。在塔河 油 田 T H1 2 5 0 9井 1 6 5 ． 1 mm 井 眼 5 9 4 6 ～ 6 3 1 4 m井 段 采 用减速涡轮复合钻进技术 J ， 平均机械钻速达到 3 ． 5 9 m ／ h ， 与邻井同地层相比提高 1 0 0 ％， 也可以在巴楚地 区小井眼井段开展减速涡轮复合钻进试验。 3 结论与建议 1 巴楚地区地层复杂， 给安全快速钻井带来很 大挑战， 其中第三系地层起下钻阻卡、 二叠系和石炭 系地层坍塌掉块、 石炭系灰质泥岩和泥盆、 志留系石 英砂岩机械钻速低等问题最为突 出。 2 针对上第j系 以上地层阻卡严重的问题 ， 提 出了采用 KC 1 一 聚合物和 KC 1 ． 聚磺钻 井液体系 、 利 用复合钻具组合提高排量 、 简化钻具结构 的对策 ， 并 建议试用小弯度螺杆和井壁修复器等措施防止上部 地层阻卡。 3 针对二叠系和石炭系地层易掉块问题 ， 提 出 利用合适的钻井液密度和优选聚合醇、 聚合铝和沥 青类产 品封堵微裂缝 ， 现场应 用表 明 KC 1 ． 聚磺钻 井液体系对含有微裂缝地层 的防塌效果较好 ， 可 以 在 巴楚地区推广应用 。 4 深 部 小 井 眼 可 以使 用 S T 3 1 6 T U H钻 头 和 B D4 4 5 Z T钻头实现深部地层提速 ， 减速涡轮复合钻 井在超深小井眼 中的提速潜力较大 ， 可在 巴楚地区 开展现场试验。 参考文献 [ 1 ] 张锦荣， 陈亮 ． 塔河油田AD区块测井阻卡原因分析及 对策 [ J ]． 石油钻探技术， 2 0 0 8 ， 3 6 4 7 9 8 2 ． [ 2] 侯冰， 陈勉 ， 卢虎， 等 ． 库车山前下第三系漏失原因分析 及堵漏方法 [ J ]． 石油钻采X - 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