摘要：西北工区已在顺北工区深层取得油气勘探突破，展现了“大型油气田”勘探前景，成为了新的主要勘探开发的主战场。但该区域古生界地层部分发育火成岩、砾石层、燧石结核等研磨性硬地层，井深约5000-8000m。该地层岩性变化大，地层软硬交错，研磨性强，可钻性差。导致钻头寿命短，工具失效快，起下钻频繁，机械钻速低，钻井周期长，钻井成本高。优选提速工具，缩短钻井周期，提高钻井时效，就显得尤为重要。因此，开展相关提速工具的优选具有重要意义。 关键词：顺北 提速 工具 优选 超深井
前期在优选和尝试各种钻头和提速工具后，取得一定的提速效果，但相关工具失效、提速效果差异大、针对性不强等问题依然突出，综合成本未见明显降低，限制了顺北工区新技术、新工具的应用，制约了油田进一步提速提效。为了降低成本优质高效钻井，开展提速新工具优选，对顺北油田的开发具有重要意义。
一、工区现状分析
1、顺北区块整体地质概况
顺北区块位于新疆沙雅县境内，顺北工区区域构造上位于顺托果勒隆起构造带，跨越顺托果勒低隆和东西两个坳陷，南部紧邻卡塔克隆起，北部为沙雅隆起。包含顺托果勒北、顺托果勒、顺托果勒西与阿瓦提东4个区块，面积1.99万km2，为奥陶系碳酸盐岩裂缝-洞穴型油藏，具有超深、高压、高温、高含硫等特点。
顺北工区储层埋藏深深度大于7300~8500米，地层压力：＞80MPa，地层温度：＞155℃从上到下钻遇新生界到奥陶系的多套地层，其中二叠系火成岩地层可钻性差，尤其在顺北5井区表现最为明显，是提速瓶颈；古生界深部地层，岩性复杂，复杂多发，随埋藏深度的增加，岩性越来越致密，硬度高，研磨性强，导致机械钻速很低，古生界地层安全快速钻进已成为顺北区块提速提效的关键。
2、区域构造情况
顺北区域构造位置位于塔里木盆地东北坳陷区西部，横跨阿瓦提断陷的北斜坡、顺托果勒低隆起西北部与沙雅隆起的西南部倾没端，受加里东期、海西期、印支－燕山期、喜山期
小电流选线等多期构造运动影响，形成了多套区域性不整合面。大体上可划分为四套构造层，第一套为震旦系～志留系-中泥盆统；第二套为东河塘组～二叠系；第三套为中生界；第四套为巨厚的新生界。
区内断裂体系主要由北西、北东向两组断裂构成，其中阿北区块西部以北西向为主，阿北区块东部和顺北区块以北东向断裂为主，平面上断裂延伸距不远、被的后期断裂切割改造，一般以基底卷入为主，岩体周围以盖层滑脱为主，顺北地区由于受到应力相对较小，主要断裂发育在桑塔木组之下，产状近直立，平面呈“X”分支断裂数量较多，地层变形较弱，断距较小，后期活动弱，保留加里东中期断裂构造特征；其它几个构造带的断裂具平面延伸距离较短、垂直断距较小的特点。
顺北工区目的层为奥陶系一间房组和鹰山组，属碳酸盐岩裂缝-溶蚀孔洞型油气藏。原油密度0.8g/cm3左右，储层埋藏较深，压力大，温度高，属于复杂油层，导致机械钻速低、井下复杂频繁，延长了钻井周期，增加了钻井成本，限制了顺北工区的提速提效和高效开发。
二、影响顺北工区钻井提速的主要问题包括：
1、地层差异性大，地质特征尚不明确
顺北工区范围广，钻遇地层相对较多，不同井区不同地层垂深、层段厚度等差异性大。顺北工区地层复杂，勘探开发程度低，地质基础研究薄弱，导致目前基于钻后工程地质评价技术信息相对滞后，对钻井地质条件诸如地层压力系统、岩石敏感性与可钻性、钻遇地层特点等未形成系统全面的认识。如二叠系地层差异大，英安岩厚度由东向西逐渐增厚；石炭系-志留系侵入体分布区域广、层位多、预测难度大，井壁稳定性差，易出现扭矩波动、蹩卡，影响安全钻井，复杂处理耗时长，钻完井提速难度较大。
2、古生界岩性复杂、可钻性差，机械钻速低
二叠系以英安岩、凝灰岩为主，可钻性级值5-7，常规钻头钻速慢、进尺短（100m左右），最多需要7趟钻才能钻穿，周期长；石炭系-志留系非均质性强，可钻性极差，局部存在石英砂岩，地层研磨性强，平均机械钻速3.4m/h，PDC易崩齿，牙轮钻速低；桑塔木组火成岩侵入体可钻性级值7~8，牙轮钻头机械钻速低；深部地温高，常规螺杆动力性能差，易掉胶，使用寿命短、风险高。
3、现场提速工具效果不佳，影响工区整体提速
钻遇层系复杂，各层段差异性大，如三叠系阿克库勒组砂砾岩发育，PDC易崩齿早期失效，二叠系以上层段机械钻速较高；二叠系地层岩性差异大，非均质性强，提速手段有限。盆角齿
钻头、提速工具、钻井参数与地层不匹配等，同型号钻头或提速工具在不同地层或不同井中应用效果差异性大，有些提速效果显著，有些效果不理想，同时二叠系漏失严重、志留系井壁稳定性差。如石炭系、泥盆系、志留系提速工具使用效果有好有坏，扭冲工具使用效果与PDC+螺杆相当（顺北1-2H井、顺北1-3H井），旋冲工具使用效果好（顺托1井），但出现扭冲工具断裂故障。工具提速与新工具的成本需要综合兼顾，新工具能够实现一定的提速，但由于使用的成本高，从而影响了全井的钻井成本。
上述问题的存在，限制了顺北工区新技术、新工具的应用，制约了工区进一步提速提效，新工具使用经济性有待评价。
三、顺北地区现阶段钻头螺杆使用分析
1、PDC钻头：
①二叠系以上地层，三叠含砾，PDC易崩齿，难以实现一趟钻钻进二叠；
②火成岩发育，易垮易漏易卡，常规钻头进尺少、机速低；
③二叠以下地层。地层软硬交错，PDC易崩齿，进尺少。三开桑塔木辉绿岩，不适合PDC钻进，牙轮机速低，进尺少；
④小尺寸井眼，定向困难，机械钻速低。
2、螺杆钻具：
①上部地层大尺寸螺杆。螺杆扭矩值与钻头、地层匹配性，存在输出扭矩值偏弱及稳定性不足的问题；常规螺杆无法满足上部地层大排量，下部地层。
电梯箱
②小尺寸螺杆。井温高、储层埋深深，井下安全风险高，常规螺杆使用时间短，起下钻次数多，单趟钻进进尺与螺杆使用寿命赛跑。
③常规螺杆动力值偏弱，破岩能量不足，在一定程度上影响了破岩效率。
四、开展钻头及螺杆钻具等提速工具的优选研究
1、钻头升级，优化参数，实现三叠系提速
前期顺北工区施工主要参考塔河主体区块、跃进等外围区块传统施工工艺，二开第一趟钻下入钢齿牙轮钻头扫塞钻进100m左右，将井底附件清理干净，起钻下入传统PDC+常规螺杆钻具组合，进行钻进。但顺北工区三叠系上部库姆格列木及三叠系阿克库勒组、柯吐尔组含杂砂砾石，砾石含量井间差异大，传统PDC钻头抗冲性差，砾石段钻进易崩齿失效，难以实现一趟钻完成二叠系以上进尺；同时常规螺杆钻具扭矩低，输出功率小，机械钻速低。新四级结构井平均机械钻速14.49m/h，老四级结构井平均械钻速16.33m/h。
对起出钻头磨损情况进行分析，对传统钻头进行改造升级，主要为：1、通过复合片性能分析试验，优选复合片；2、对复合片全角度深脱钴处理技术，提高复合片抗微裂纹扩展、崩齿、碎裂的能力；3、采用双排齿结构，有效提高行程进尺；4、对导流槽进行水力优化设计，确保岩屑运移顺畅。推荐使用双排齿高抗冲击PDC钻头。
对常规螺杆在使用过程中的应力幅值变化情况，依据应力幅值调整橡胶壁厚，减小应力集中，提高马达效率，增大输出扭矩，优选高转速大扭矩等壁厚螺杆，提高机械钻速。
电泳整流器在技术措施上进行优化，在钻遇砾石层段提前弱化钻井参数（降低排量、转速），砾石段钻进期间，钻时升高不急于加钻压保护钻头通过，实现了单只钻头钻穿二叠系上部井段，钻进二叠系，达到了二开一趟钻钻进二叠系的提速效果。
dingx提速效果与施工技术指标：通过使用高抗冲PDC钻头配合高转速大扭矩等壁厚螺杆，在新四级和老四级两种井身结构井施工中，均取得的良好的提速效果。
2、优选新型钻头，提高地层配伍性，实现二叠系提速
Ⅰ号断裂带提速：
螺杆钻具Ⅰ号断裂带二叠系岩性以凝灰岩、英安岩为主，夹杂砂泥岩，平均厚度480m左右，其中二叠系凝灰岩为主占比73%，英安岩占比26%、玄武岩较少，占比1%，总体可钻性相对较好。但是该区块二叠系地层非均质性强，钻进期间易发生井漏。统计前期施工10口井，出现井漏复杂的概率超过50%。
通过前期二叠系施工情况不难看出，为了能够有效采取防漏措施，多数井采用三牙轮钻头进行钻进施工，便于钻井液中添加随钻堵漏材料，但牙轮钻头的机械钻速低，且使用寿命
有限，单只钻头进尺短，二叠系施工起下钻趟数多，不能实现提速目的。传统PDC钻头抗研磨性差，英安岩段钻进极易磨损；采用“PDC+扭力冲击器”提速效果显著，但一旦发生漏失，扭力冲击器不具备随钻堵漏的功能，必须要起钻更换钻具组合，井下一旦发生卡钻等复杂情况，极难处理。
二叠系层位易漏失层段主要在中上部的英安岩井段，下部砂泥岩碎屑岩段漏失风险相对较小，针对这一地层特性，采取钻头优化方案。老四级结构井311.2mm井眼，二叠系中上部英安岩段，优选勺形齿混合钻头，配244mm等壁厚螺杆进行施工；下部碎屑岩层段至卡拉沙依组井段，采用宽顶尖齿系列型号PDC钻头，配244mm高转速等壁厚螺杆进行施工。新四级结构井二叠系上部地层使用13mm复合片，增强钻头的抗研磨性，配合197mm大扭矩低转速等壁厚螺杆，增大螺杆的输出扭矩，提高钻头的破岩效率；下部井段则使用双排齿PDC钻头，配合197mm大扭矩高转速等壁厚螺杆进行施工。非标新四级结构井，优选穿夹层PDC钻头，在井漏工况下，269.9mm穿夹层PDC配合常规钻具组合不受随钻堵漏影响，增强处理井下复杂能力。在不漏工况下，269.9mm穿夹层PDC配合等壁厚螺杆钻具可获得较高机械钻速。两种井身结构井的钻头优化方案，在后期施工过程中，均取得了良好的提速效果。
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