７４ 西部探矿工程 ２０１０年第４期 提高苏里格气田钻井速度的探讨 李 清 ，杨锁卫 ，喻智勇 ，田 锐 （１．西安石油大学石油工程学院，陕西西安７１００６５；２．中国石油冀东油田工程监督中心，河北唐山０６３２００） 摘要：苏里格大气田属于非均质性极强的致密岩性气田，经济有效开发难度非常大。在钻井过程 中，时常发生的井斜、井漏、井塌等事故和不完善的处理技术制约着该地区钻井速度。提高苏里格气 田的钻井速度成为低成本高效率开发该气田的重要途径之一。针对钻进过程中容易出现的复杂事故 和技术难点，并根据现场钻井实践经验，从ＰＤＣ钻头优选、分段钻进措施、钻井液调配技术等方面出 发，提出了避免钻进复杂事故和克服技术难点的各项技术措施，最终实现提高该地区的钻井速度。 关键词：井斜；垮塌；ＰＤＣ钻头；钻进；钻井液；欠平衡 中图分类号：ＴＥ２４文献标识码：Ａ文章编号：１Ｏ０４—５７１６（２Ｏ１０）Ｏ４一Ｏ０７４—０３ １苏里格气田地质概况 理泥浆约ｌＯｈ。 苏里格大气田位于我国鄂尔多斯盆地中部，地处内 蒙古自治区伊克昭盟境内，勘探范围约２×１０ ｋｍ。，是 我国陆上目前已发现的最大的天然气气田。苏里格气 田地质构造隶属于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西部，是发育 于上古生界碎屑岩系中的大型砂岩岩性圈闭气藏［１］。 造成的卡钻、卡套管、基础下沉等事故频频发生，２００７ 上古生界自下而上可划分为石炭系本溪组、二叠系太原 年仍然发生了２口井的流砂垮塌。 组、山西组、下石盒子组、上石盒子组和石千峰组，其中， 上、下石盒子组自上而下可划分为盒 至盒ｓ的８个含 气层段；山西组则可划分为山 、山ｚ这２个层段。苏里 格气田主力含气层段为二叠系下石盒子组盒ｓ段和山 西组山 段河流相三角洲砂岩储层。这个气田属于非 均质性极强的致密岩性气田，呈现出典型的“低渗、低 压、低丰度、低产”特征，有效开发的难度非常大。 ２技术难点及提速潜力分析 ２．１技术难点 （２）易斜：２００７年尽管使用了双稳定器钻具结构，但是 二开上部白垩系中部地层７００￣ｌ１００ｍ井段仍然出现井斜 问题，需要在该井段实施吊打控制井斜，影响了机械钻速。 （３）流砂层易垮塌：在该地区的施工中，流砂层垮塌 （４）由于完钻层位延伸至太原组，ＰＤＣ钻头钻穿山 西组困难，２００７年的两只钻头完钻的井少，苏里格完成 ８６口井，两只钻头完成二开井段的井３１口，仅占３８％。 （５）苏３６井区靠近苏米图的井和尚沟一刘家沟存 在区域性井漏。 （６）苏６井以东的井地层可钻性差，延长底部钻穿 更困难，和尚沟一石千峰钻速低（６￣８ｍ／ｈ）。 ２．２提速潜力分析 通过对常规钻头的机械钻速统计分析可知，延长组 以下地层（２２００ｍ左右以下）的纯钻时间占全井纯钻时 间的７Ｏ 左右，延长组以下地层的机械钻速大大低于 上部的机械钻速。机械钻速明显降低，因此延长组以下 （１）电测遇阻严重：电测遇阻问题制约着该地区的 钻井速度，在２００７年中，电测一次成功率仅为７６ ，此 外完钻实施电测对策占用时间较长，平均每口井完钻处 ［９］万曦超．油气井固井水泥环力学研究［Ｄ］．西南石油大学， ２００６． ［１３］Ｔｈｉｅｒｃｅｌｉｎ，Ｍ，Ｊ．，Ｂａｒｅｔ，Ｊ．，Ｄａｒｇａｕｄ，Ｂ ａｎｄ Ｒｏ— ｄｒｉｇｕｅｚ，、Ｖ．Ｊ．，“Ｃｅｍｅｎｔ ｄｅｓｉｇｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｅｍｅｎｔ ｍｅ－ ｃｈａｎｉｅａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ”，ＳＰＥ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎ，Ｄｅ— ｃｅｍｂｅｒ，１９９８：２６６－２７３． ［－ｌＯ］Ｒ Ｅ．Ｚｉｎｋｈａｍ，Ｒ Ｊ．ＧｏｏｄｗｉｒＬ Ｂｕｒｓｔ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ Ｐｉｐｅ Ｃｅｍｅｎｔｅｄ Ｉｎｔｏ ｔｈｅ Ｅａｒｔ１１．ＳＰＥ２９１．１９６２． ［１１］ｖ．Ｇｏｎｚａｌｏ，１３．Ａｉｓｋｅｌｙ，ｃ．Ａｌｉｃｉａ．Ａ Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ ｔｏ Ｅｖａｌ— ｕａｔｅ ｔｈｅ Ｇａｓ Ｍｉｇｒａｔｉｏｎ ｉｎ Ｃｅｍｅｎｔ Ｓｌｕｒｒｉｅｓ．ＳＰＥ９４９０１． ２００５． 收稿日期：２００９—０２－２７ ［１２］马旭，龚伟安，谢建华，赵文．套管水泥环的室内破坏试验 第一作者简介：汪汉花（１９８４一），女（汉族），湖北省黄冈市人，助理工程师， 现从事固井基础理论研究工作。 及力学分析Ｄ］．石油机械，２０ＯＯ，２８（４）：１５—１８． ２０１０年第４期 西部探矿工程 ７５ 的井段是影响钻井周期的主要井段，但也预示着下部井 复合片，具有齿柱，逐渐向４刀翼结构转化。减少刀翼 段（２４００－－－，３４００ｍ）选用５刀翼×１９复合片。刀翼厚度 减小，提高机械钻速，可修复性好。 斜问题，可以进一步强化参数，提高机械钻速；抓好下套 二开钻进过程中，白垩系中部地层容易出现井斜， 管及固井施工质量，杜绝固井质量问题损失时间；全井 为了有效防止井斜，全井段使用双稳定器塔式钟摆防斜 段存在提高钻井速度的巨大潜能。如果改进钻井泥浆 体系或引进防塌性能好的泥浆药品，从根本上解决上部 地层的垮塌问题；再提高电测一次成功率，还可以缩短 完井时间；试验三稳定器钻具结构，解决上部井段的井 实现提高水马力、提高机械钻速、双极切削提高钻头寿 命实现两只钻头快速完成二开井段。和尚沟组到完钻 段试验四刀翼双极切削结构钻头，上部地层尽可能提高 水马力，可以达到既提高钻速又提高两只钻头完钻比 例。 ３提速途径 ３．１ ＰＩ）Ｃ钻头优选 通过对苏里格地层岩石可钻性分析，在苏里格气田 白垩系～纸坊组（约６５０￣２３００ｍ）井段，ＰＤＣ可钻性级 别基本在２～２．５之间，可钻性比较好；和尚沟一石千峰 （２４００￣３１００ｍ）井段，ＰＤＣ钻头可钻性显著升高，最高 达到４～４．５，可钻性变差；石盒子一山西组井段（３１００￣ ３４５０ｍ），ＰＤＣ钻头可钻性级别在２．５左右，可钻性较 好。在ＰＤＣ钻头选型时，根据地层的抗压强度确定 ＰＤＣ切削块直径。根据实践经验，对于软到中硬地层， 选用直径较大的ＰＤＣ复合片，采用低密或中密布齿的 钻头；对于中硬到坚硬地层，选用直径较小的ＰＤＣ复合 片，采用中密或高密布齿的钻头。对于研磨性强的地 层，如果岩石内摩擦角持续在４ｏ。以上时，选用天然金刚 石钻头或特殊加工的ＰＤＣ钻头；岩石内摩擦角在３６。～ ４０。，则须根据实际岩性选用不同功能的ＰＤＣ钻头；如果 岩石内摩擦角在３６。以下，可选用普通的ＰＤＣ钻头钻 进。ＰＤＣ钻头钻进井段较长，穿越的层位比较多，应按 照预期钻遇强度最高的地层进行选型ｌ＿２］。 ３．２分层段钻进技术 ’ ３．２．１表层钻进 表层采用复合钻井技术，机械钻速明显提高，２００７ 年某井队采用复合钻进，机械钻速达到５０．３３ｍ／ｈ。采 用钻具组合： ３１１ｍｍ钻头＋５１ｚ一２０３螺杆＋ｊ２『１６５ｍｍ ＤＣ２４＋ １２７加厚ＤＰ；选择钻进参数：钻压４～１６ｔ，转 速６０ｒ／ｒａｉｎ，泵压１２ＭＰａ，排量３８Ｌ／ｓ。 该井段技术注意事项：采用每５０￣１００ｍ测斜一次， 用以及时防止井斜；起钻过程中连续灌浆，始终保持液 面在井口；水不能直接人井，需用聚合物胶液，同时粘度 达到要求，以利于携砂，防止钻头泥包；若流砂层太厚， 需用白土浆全部钻穿流砂层后再逐步转为低固相聚合 物泥浆；记录钻头使用时间，仔细检查钻头轴承及外观。 ３．２．２二开钻进 二开开钻到纸坊组（３００￣２４００ｍ）选用５刀翼×１９ 打快钻具结构；钻进过程中坚持均质地层加大钻压，提 高转速，不均质地层降低转速、适当钻压的原则；第一只 钻头优化喷嘴，尽可能提高水马力；增大排量、提高粘 度，降低环空钻井液的当量密度对井底产生的压持效 应，全井段使用１８０ｍｍ缸套，试验双泵１４０ｍｍ缸套。 该井段技术注意事项：白垩系中部地层容易出现井 斜，需要按要求测斜，保证自垩系中部每５０ｍ测斜一次， 及时调整参数；下部纸坊、和尚沟、刘家沟、石千峰地层 交界面用自浮式测斜仪测斜；钻具组合中加回压凡尔， 定期用胶液清扫井筒，下钻分段循环，缓慢开泵，尤其是 深井段，以防止堵水眼；严格落实钻头初始钻进的井底 造型，防止井底形状对ＰＤＣ钻头的干涉，造成先期破 坏；任何时候在钻头接近井底时开足钻井泵排量，使井 底泥浆充分循环，缓慢接触井底后开启转盘，杜绝边高 速旋转、边下放操作，特别是下部硬地层，更要注意这项 精细的操作，以防止接触井底瞬间对钻头损坏。 ３．３泥浆技术 ３．３．１表层钻进中泥浆防塌技术及措施 苏里格区块表层流砂层厚度一般为２０￣５０ｍ，流砂 层的特点是胶结性能差，尤其表层３～５ｍ范围内基本呈 流体状，钻进中极易坍塌，对于流砂层防塌，从泥浆上讲 必须做好物理防塌和泥浆造壁；打导管前地面提前配置 白土＋ＣＭＣ泥浆，配置好后充分循环３０ｍｉｎ左右，要求 所测得泥浆性能达到：密度≥１．０４ｇ／ｃｍ３，粘度≥４０ｓ， ｐＨ值８～９。 苏里格区块表层施工应把防流砂层坍塌作为重中 之重，首先落实“大钻头（４８０ｍｍ以上）、白土浆，小循 环、钻穿、焊直、座实、校正、水泥浆回填、灌满、放挂”等 施工措施，确保安全施工。其次强化转速及水力参数、 应用复合钻井、提高表层钻速。 一开钻井中逐步转化为清水聚合物体系，要求泥浆 性能达到：密度１．０１～１．０４ｇ／ｃｍ。，粘度３０～３５ｓ，失水 量８￣１０ｍＬ，ｐＨ值７～８。表层钻完后用白土泥浆充分 循环２～３周，然后起钻，并用白土泥浆连续灌浆，防止 流砂层坍塌。 ３．３．２二开钻进中泥浆技术及措施 二开钻进中泥浆体系选型为“四聚氯化钾”体系，即 ７６ 西部探矿工程 ２０１０年第４期 ＰＡＭ＋ＺＮＰ一１＋ＫＰＡＭ＋ＣＭＰ，体系复配特点为：絮 ５０￣６０ｍ开始处理泥浆，适当提高密度和粘切，改善泥 凝、防塌、提粘。通过复配提高体系防塌絮凝能力，有利 浆流动性，完钻后充分循环后才能起钻。 于井眼规则，有利于防塌，提高完钻电测一次成功率，有 ３．４天然气欠平衡钻井技术的探索 利于无固相体系顺利钻到石盒子下部底层，提高机械钻 如何提高机械钻速，缩短钻井周期；以及打开储层 速。 后，如何最大限度地保护储层，是高效开发苏里格气田 二开前配足胶液，循环均匀后要求性能达到：密度 所面临的两个重要技术。地层出水和井壁坍塌是天然 １．００～１．０１ｇ／ｃｍ３，粘度３０￣３１ｓ，ｐＨ值７．０；性能循环 气欠平衡钻井的两大决定性因素，如果不能克服，就很 均匀后加入ＫＣ１，以提高聚合物体系的防塌能力。 安定组是主要塌层，也是电测遇阻的主要井段，为 防止该段坍塌和避免形成“大肚子”，钻井中在确保泥浆 量的情况下，以调节性能为主，即勤测性能，如果发现粘 度≤３０ｓ，立即用漏斗加主要防塌剂ＺＮＰ一１和ＫＰＡＭ， 确保钻井中聚合物体系粘度≥３０ｓ，然后加入ＫＣ１辅助 防塌。直罗组钻井中如果泥浆量充足，则性能维护以调 节为主，即干加防塌剂；３００￣２０００ｍ井段地层为安定、 直罗和延长等主要坍塌层，由于机械钻速快，钻井中泥 浆中的聚合物因井壁吸附、絮凝钻屑、地层渗漏低等因 素、泥浆中的聚合物浓度下降很快，因此，泥浆的防塌能 力下降很快，为确保防塌，要求每２００ｍ补充一次聚合物 （于加和胶液）。 聚合物体系维护中在确保地面泥浆量充足的情况 下，性能突出强抑制、全絮凝、无固相的特点；聚合物体 系钻井中，若井下发生严重坍塌则必须及时转化泥浆； 起钻或测斜前首先清洗井眼，始终确保井眼清洁，预防 沉砂卡钻。 聚合物体系补充做到以下几点：（１）“等浓度预备”， 即严格执行“四聚”体系配方，确保体系具有强的防塌抑 制能力；（２）“充分水化”，即每次配置的聚合物胶液必须 水化４ｈ以上，确保充分溶解，降低胶液的瞬时失水，提 高胶液与体系的相容性；（３）“循环加入”，即胶液的加人 必须均匀加入，防止性能波动。 ３．３．３钻穿储层泥浆技术 进入气层前５０ｍ完成泥浆转化，三磺泥浆性能能突 出“低固相、适当密度、低失水、良好的流变性和造壁性” 的特点，确保所钻井眼规则、光滑，有利于各种施工顺利 和完钻电测的一次成功。转化泥浆时选３种以上的三 磺，同时要求药品加量必须足够，转化后要求性能达到： 密度≥１．０６，粘度≥５５ｓ，失水量≤６．０ｍＬ；ｐＨ值９～１ｌ。 钻井中三磺性能突出密度满足井控、低固相、低失 水、良好的流变性；为携砂、提高泥饼质量，应用般土替 代品ＳＭ一１／ＸＫ—Ｏ１，在保持低失水和良好的造壁性的 前提下要降低固相含量，确保较低的漏斗粘度；高结构 粘度和良好造壁能力，有利于造壁、防塌、携砂；完钻前 难顺利进行气体钻进。即天然气欠平衡钻井技术并不 是对任何地质层位都适应，在易坍塌、水层发育的层位 不适合。苏里格气田上部层位安定、直罗组存在坍塌问 题，故在上部地层的钻进中尽量不采用欠平衡钻井技 术，以免发生地层坍塌引起井下事故。通过对苏里格气 田储层敏感性伤害的室内评价表明：该地区具有强水 锁、中偏弱速敏、弱水敏、元酸敏特征；同时岩心试验证 明，储层遇水后，使得气相渗透率急剧下降，当含水饱和 度超过６Ｏ 时，天然气的渗透率降到原来的１／６～１／８， 甚至为０，且很难恢复。从苏里格气田的储层特性分析 可以看出，水对储层有一定的伤害，尤其是渗透率相对 较好的储层［３］。这就为天然气欠平衡钻进提高了可行 性，在合适的层段采用天然气欠平衡钻井既能够有效达 到机械提速的目的，同时还能达到保护储集层的目的。 ４结论 （１）提高苏里格气田的钻井速度是项系统工程，只 有从钻头优选、分层段钻进技术、泥浆合理调配等众多 方面出发，形成综合配套技术，才能有效的提高该地区 的钻井速度。 （２）在苏里格气田的钻井中，竭力避免钻进中容易 出现的各种复杂事故是有效提高该地区的钻井速度的 重要策略。 （３）合理应用天然气欠平衡钻井技术也是实现苏里 格气田钻进速度的一个途径。 参考文献： ［１］何自新，付金华，等．苏里格大气田成藏地质特征［Ｊ］．石油 学报，２００３，２４（２）． ［２］欧阳勇，吴学升，等．苏里格气田ＰＤＣ钻头的优选与应用 ［Ｊ］．钻采工艺，２００８，３１（２）． ［３］赵业荣，刘硕琼，等．长庆苏里格气田天然气欠平衡钻井实 践［Ｊ］．２００４，２６（４）． 收稿日期：２００９－０３—０２ 第一作者简介：李清（１９８３一），男，四川广元人，西安石油大学石油工程学 院油气井工程在读硕士研究生，研究方向：井简信息应用技术。
