江苏油田百色探区坤页AHF井钻井提速技术.pdf

百色探区那读组地层破碎，易水化膨胀垮塌，井壁失稳导致钻井周期长。为有效降低复杂时间，提高钻井速度，在坤页AHF 井钻井中，采用油基钻井液体系、个性化钻头+高效螺杆+随钻地质导向+强化参数钻井、轨迹控制技术、破碎性地层取心等系列技术，安全高效地完成了坤页 AHF 井施工，实钻机械钻速最快达 15.05m/h，比邻井坤 8-6HF 井机械钻速提高 5.02 倍。该井提速系列技术的成功应用，为百色地区页岩油后续井优快钻井提供有效的参考和借鉴。关键词：页岩油；油基钻井液；地质导向；轨迹优化；破碎性地层取心中图分类号：TE242文献标识码：ADOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2023.02.064DrillingSpeed-UpTechnologyofWellKunyeAHFinBaiseExplorationAreaofJiangsuOilfieldXIEXin,DOUZhengdao,FUChenglin,WANGYuanyuan,YANGXiaomin（Petroleum Engineering Technology Research Institute,Jiangsu Oilfield Branch Company,SINOPEC,Yangzhou,Jiangsu 225009,China）Abstract:TheformationinNaduFormationofBaiseexplorationareaisbroken,whichiseasytohydrate,expandandcollapse,andthewellboreinstabilityleadstolongdrillingcycle.Inordertoeffectivelyreducecomplextimeandimprovedrillingspeed,duringthedrillingofWellKunyeAHF,aseriesoftechnologies,suchasoil-baseddrillingfluidsystem,personalizedbit+high-efficiencyscrew+geosteeringwhiledrilling+enhancedparameterdrilling,trajectorycontroltechnologyandcoringinfracturedformation,wereadoptedtocompletetheconstruction of Well Kunye AHF safely and efficiently.The fastest penetration rate of actual drilling reached 15.05 m/h,which was5.02timeshigherthanthatofneighboringWellKun8-6HF.Thesuccessfulapplicationofthisseriesofspeed-uptechnologiesprovidesaneffectivereferenceforexcellentandfastdrillingofshaleoilfollow-upwellsinBaisearea.Keywords:shaleoil;oil-baseddrillingfluid;geosteering;trajectoryoptimization;fracturedformationcoring江苏油田百色区块历经 50 年的开发，常规油气勘探难度大。百色区块目的层埋深浅，约 20003000m，那读组地层存在易垮塌、邻井钻速慢且钻井周期长等问题。2021 年部署并成功实施百色地区第一口页岩油风险探井坤页 AHF 井，形成了基于油基钻井液的井壁稳定技术，基于新工艺提速、井身结构优化、变曲率井眼轨迹控制、地质导向钻井、破碎性地层取心等提速降本技术，为百色地区页岩油快速钻井提供了重要指导。1目前百色探区钻井存在问题（1）那读组泥页岩易水化失稳那二段黏土矿物块含量平均达 41%，易吸水膨胀，破坏岩样的内部结构，导致页岩井壁垮塌。特别是那读组中上部，易出现周期性垮塌。坤 8-2 井进那读组地层后 12 天垮塌，坤 8-6HF 井 19 天垮塌，平均垮塌周期最短约 14 天。2012 年施工的坤 8-6HF 井，采用水基泥浆钻进，钻至那二段上部，虽然钻井液密度已提高至 1.58g/cm3，但是仍发生 3 次泥岩水化膨胀导致的井眼垮塌，导致侧钻 2 次，复杂时间长达 110 天。邻井坤 8-3 井，在 20002352m 那读组，因水化膨胀垮塌，井径（图 1）扩大率最大达 75%。（2）那读组地层易破碎那二段伊利石和伊蒙混层含量较高，且伊蒙混层中蒙脱石的比例为 16.9%，裂缝尺寸为 110m（表 1），易产生晶层断裂，造成井壁水敏破碎性垮塌。取出的岩心证实：岩心刚出筒时保持完整，在空收稿日期：2022-05-03；改回日期：2022-08-05第一作者简介：谢鑫，男，1984 年生，硕士，高级工程师，2011 年毕业于西南石油大学油气井工程专业，现从事钻井工程设计和技术研究工作。E-mail：。第 43 卷第 2 期Vol.43No.22023年6月OFFSHOREOILJun.2023气中自然存放 24h 以上，岩心即散成小碎块，导致取心中存在单筒进尺少、收获率低、周期长等问题。（3）那读组机械钻速慢，导致钻井周期长2009 年以前井采用牙轮钻头+螺杆的钻井工艺，那读组平均机械钻速在 1.52.5m/h 之间，井深2500m 的井钻井周期在 5080 天之间。2020 年坤40 井采用高效钻头+长寿命等壁厚螺杆，那读组钻速提高至 5.8m/h，钻井周期仅 27 天（图 2）。2坤页 AHF 井施工情况坤页 AHF 井是水平井，先施工导眼井坤页 A 井，然后再在导眼井中裸眼侧钻，开展水平段施工。水平井采用二开井身结构，封住那读组上部不稳定地层，技术套管下至 A 靶以前，将钻井风险留在水平段施工前，为水平段施工创造条件（图 3）。导眼井一开采用 406mm 钻头钻至 402m，下339.7mm 套管；二开采用 311.1mm+215.9mm 的大小井眼的方式，钻至 2410m，裸眼完井（图 3）。实钻全井平均钻速 10m/h，取心进尺 270m。水平井坤页 AHF 井，从导眼井中侧钻。打水泥塞后，侧钻一开采用 311.1mm 钻头从井深 1596m侧钻钻至 1883m 后，下 244.5mm 套管；侧钻二开采用 215.9mm 钻头钻至 3177m 完钻，下 139.7mm套管（表 2）。考虑大型压裂的需要，技术套管采用244.5mm，壁厚 11.05mm，钢级 N80 的套管；油层套管采用 139.7mm，壁厚 12.34mm，钢级 TP125V 的2054038363432302826242220340475610745880 1 015 1 150 1 285 1 420 1 555 1 690 1 825 1 960 2 095 2 230井深/m实测井径钻头直径井径/cm图1坤 8-3 井井径图Fig.1WelldiameterdiagramofWellKun8-3表1孔隙分布表Table1Poredistributiontable孔隙大小平均尺寸/m最大尺寸/m最小尺寸/m孔隙大小分布Dmax1.7220.360.1004.2m占90.52%Dmin0.887.860.0402.1m占90.29%76543210机械钻速/(mh1)坤 8-2 井2008 年坤 30 井2009 年坤 8-3 井2009 年坤 40 井2020 年图2邻井那读组机械钻速图Fig.2ROPmapofoffsetwells建都岭组伏平组百岗组那一段那二段 311.11 934 m 215.92 410 m 339.7401.05 m水泥返高:500 m侧钻点:1 596 m 311.11 883 m 215.93 177 m 139.73 171.81 m 244.51 881 m图3坤页 AHF 井身结构图Fig.3WellborestructurediagramofWellKunyeAHF表2坤页 A 井和侧钻井井身结构数据表Table2WellborestructuredatatableofWellKunye-1andsidetracking开钻次序井深/m井眼尺寸/mm套管尺寸/mm套管下深/m水泥封固段/m一开402406339.7401.5地面402二开4021934311.1二开采用复式井眼，大井眼钻至取心深度以上，即利于取心钻进，又防止侧钻水平段施工前的扩划眼。19342410215.9侧钻一开1883311.1339.71881侧钻一开侧钻二开3177215.9139.73171.81侧钻二开第 43 卷第 2 期谢鑫，等.江苏油田百色探区坤页 AHF 井钻井提速技术 65 套管。实钻最大井斜 85，实钻闭合位移 1344.35m，实钻水平段长 1031m，实钻平均钻速 12.60m/h，实钻钻井周期 21.29 天，实钻钻完井周期 38.37 天。全井钻进未出现复杂。3井壁稳定技术为解决百色盆地那读组垮塌问题，采用油水比80/20 的油基钻井液，配方为：白油+2.5%主乳化剂+1%辅乳化剂+0.8%润湿剂+1.5%有机土+3%CaO+1.5%封堵剂+1.5%降滤失剂+CaCl2盐水（CaCl2质量分数为 30%）+重晶石。添加微纳米封堵剂、超细碳酸钙等封堵剂，封堵微裂缝，防止滤液侵入地层。在加量方面，每种处理剂添加速度控制在 23 袋/min，每种处理剂加完后搅拌 1h1-3。因百色盆地在沉积形成中经历过两次剧烈的、旋转方向相反的扭转，造成盆地内断块发育，地层倾角大，一般大于 30，坍塌压力系数在 1.031.39 之间不等。实钻中钻井液密度在 1.391.45g/cm3（表 3），比坤8-6HF 钻井液密度低8%，比导眼井密度1.55g/cm3低 6%，在钻进中无复杂，井眼钻开 38 天，依然保持井眼稳定，将地层坍塌周期由 14 天延长到近 40 天。实现低密度钻进，有利于油气发现。表3侧钻二开油基泥浆使用性能表Table3Performancetableofoil-basedmudforsidetrackingsecondborehole井深/m密度/(g/cm3)流变性能滤失性能碱度/POM氯根/(mg/L)破乳电压/V油水比黏度/s6/(mPas)动切力/Pa初切/Pa终切/Pa高温高压滤失量/mL18801.556057381.82.42300046080/2019951.556368391.62.82400061080/2021021.5458573822.92400063780/2023051.54565738232300065680/2026241.535557381.832400068882/1828651.535658381.832500073082/1831171.5060693.592.22.93100091483/174提速工艺技术4.1采用高效钻头+随钻地质导向+强化参数钻井技术导眼井二开 311.1mm 大井眼钻进，采用大尺寸钻铤的钟摆钻具组合（表 4），采用高效 FL1653JHPDC 钻头，钻具组合为 311.1mmPDC+216mm 螺杆（1）+308mm 扶正器+203mm 定向接头+203mm无磁钻铤 2 根+203mm 螺旋钻铤 2 根+127mm 加重钻杆 5 根+178mm 震击器+127mm 加重钻杆+127mm 钻杆，配合 MWD 随钻测量工具，机械钻速达 18.36m/h，比邻井坤 40 井同井段的平均钻速 15.62m/h，提速13.3%，实现一趟钻一只钻头完成进尺 1532m。侧钻二开水平段钻进中，使用 FL1653JH 高效PDC 钻头，钻具组合为 215.9mmPDC+172mm 单弯螺 杆(1.5)+177.8 mm LWD 短 节+171.5 mm 短 钻铤+171.5mm 无磁短节+127mm 加重钻杆 3 根+165mm随 钻 震 击 器+127 mm 加 重 钻 杆 23 根+127 mm 钻杆+127mm 加重钻杆+127mm 钻杆的倒装钻具，配合高效螺杆，应用 LWD 地质导向和钻具双向扭摆系统，采用大钻压、高转速、大排量，一个钻头一趟钻1294m 的施工，平均机械钻速达 15.05m/h。邻井坤8-6HF 井采用牙轮钻头+螺杆的钻具组合，水平段钻速仅 2.5m/h（表 4），前者比后者提速效果明显4-5。表4钻进参数表Table4Drillingparameterstable项目井号使用井段/m钻压/kN转速/(r/min)排量/(L/s)钻具组合平均钻速/(m/h)二开大井眼钻进坤40030040/1207036HJT537GK(牙轮)+螺杆11.5坤页A导眼井402193440/1407052FL1653JH(PDC)+螺杆18.36侧钻二开钻进坤8-6HF26512810503030DF1605BUG(牙轮)+螺杆2.5坤页A侧钻井402193440/805032FL1653JH(PDC)+螺杆15.05 66 2023年6月4.2变曲率井眼轨迹控制技术轨道设计优化初始采用（1516）/100m 的低曲率，后期采用（1820）/100m 中曲率造斜，钻井速度大大提高（图 4），定向钻速达 15.05m/h，比邻井坤 40 井提高 1 倍。在钻探过程中根据随钻测井曲线结合动态气测全烃数据以及 S1 及元素分析等静态数据设定临时控制靶，不断修正轨迹，储层钻遇率达 100%6-7。1614121086420机械钻速/(mh1)坤 8-22008 年坤 8-32009 年坤页 12021 年坤页 AHF2022 年坤 402020 年图4坤页 AHF 实钻钻速对比图Fig.4ActualROPcomparisonchartofWellKunyeAHF4.3破碎性地层取心技术针对裂缝发育、破碎地层、扭矩波动较大地层取心，采用单扶正外筒+新钢质内筒+八刀翼取心钻头提高单趟取心进尺。采用的取心方式是，先采用单筒取心，如果取心顺利，岩心破碎小，则采用双筒取心；如果双筒取心顺利，则采用三筒取心，提高取心效率。总取心次数 20 次，取心进尺 270m，实现双筒取心 13筒，占总取心 65%。取心钻具组合：215.9mm 取心PDC+180mm 取心筒（单扶）2+4114A10+159mmSDC6+4A11410+127 mm HWDP5+178 mm 震击器+127mmHWDP23+127mmDP。取心钻头数据见表 5，其中尖圆齿钻头平均机械钻速比圆齿钻头提高 1 倍。对于破碎性地层，采用 FLG1655尖圆齿PDC 钻头较为合适8-10。表5取心钻头使用情况表Table5Applicationofcoringbits钻头齿形进尺/m 纯钻时间/h 机械钻速/（m/h）江汉利华尖圆齿201.3665.753.06湖北戴比特圆齿68.6437.751.825结论针对那读组易垮塌、易破碎、钻井速度慢等问题，形成井壁稳定和提速降本等技术体系，该井实钻机械钻速最快达 15.05m/h，水平段一趟钻完成进尺。（1）井壁稳定技术：提高钻速，减小井眼暴露时间，可有效降低垮塌风险。油基钻井液可抑制泥页岩水化膨胀，同时采用合理的密度，可减少页岩垮塌，延长地层的坍塌周期。（2）降本技术：采用水平段专打的方式，技术套管下至靶点之前，降低水平段施工风险。造斜率由低到高变曲率的井眼轨迹设计，可降低井眼轨迹的摩阻，提高钻速。（3）提速技术：采用高效 PDC 钻头+高效螺杆+随钻测量+激进钻井技术，可提高机械钻速，缩短钻井周期。取心施工中，开始采用单筒取心，试探性地逐渐采用多筒取心，可提高单次取心长度，缩短周期。在破碎性地层取心中，采用尖圆齿钻头，增加对地层的压强，提高成功率。参考文献：谢鑫,窦正道,杨小敏,等.小井眼提速技术在页岩油开发中的应用J.油气藏评价与开发，2023，13（1）：83-90.1谢中成,曹明辉,李乾,等.东海井身结构优化与钻井提速技术J.海洋石油，2021，41（3）：52-59.2王贞玉,王海峰,陈广全,等.辽河油田燕南潜山带钻井提速技术研究与应用J.海洋石油，2019，39（4）：74-77.3王名春,刘书杰,耿亚楠,等.海上油气田硬地层可钻性级值的确定方法J.重庆科技学院学报(自然科学版)，2020，22（3）：17-20.4黄志强.兴古区块复杂深井钻井提速综合配套技术J.重庆科技学院学报(自然科学版)，2020，22（2）：15-17,35.5席宝滨,侯树刚,兰凯,等.喷射钻井中风琴管空化射流提速规律分析J.钻采工艺，2018，41（6）：1-4.6王文,刘家屹,陈捷,等.金华秋林区块沙溪庙组致密砂岩钻井提速技术J.钻采工艺，2021，44（5）：34-38.7GuoQX,JiLJ,RajabovV,etal.MarcellusandHaynesvilleDrillingData:AnalysisandLessonsLearned/SPEAsiaPacificOilandGasConferenceandExhibitionC.Perth:SPE,2012.8乔李华,范生林,齐玉.中美典型高压页岩气藏钻井提速技术对比与启示J.天然气工业，2020，40（1）：104-109.9岳砚华,伍贤柱,张庆,等.川渝地区页岩气勘探开发工程技术集成与规模化应用J.天然气工业，2018，38（2）：74-82.10第 43 卷第 2 期谢鑫，等.江苏油田百色探区坤页 AHF 井钻井提速技术 67