乌干达区块基岩地层钻井提速关键技术研究

摘要：针对乌干达区块基岩地层岩性特征，通过对邻井地层可钻性分析、基岩地层岩石矿物鉴定和室内岩石强度、硬度和研磨性试验分析，对该区块基岩地层可钻性参数分布规律进行了研究，推荐了合理的钻头选型和钻井参数优化方案，并结合国内外资料调研和钻井提速实例分析，推荐了合适的钻井工艺。

关键词：基岩；可钻性；钻井提速；钻头选型；钻井参数

乌干达某油田地处东非大裂谷断层边缘，地质构造复杂，钻井复杂问题多，在浅部地层钻进时需要用大尺寸钻头穿越致密基岩段，机械钻速低，钻井成本居高不下，如何提高基岩段钻井速度是面临的一个棘手问题。通过对该油田基岩地层矿物成分鉴定分析、地层岩石力学性质室内试验分析和基岩地层钻速低的原因与破岩机理分析研究，从钻头选型、钻具组合优选和钻井参数优化三方面入手，形成基岩地层钻井提速综合配套技术，有效提高基岩地层钻井机械钻速，减少井下复杂情况，降低钻井综合成本，为提高该地区的评价井及后续的钻井设计和施工提供科学依据和理论支撑。

1 地层可钻性评价方法

利用测井资料评价地层岩石可钻性，在国内外越来越得到普遍应用。测井资料中的声波时差、岩石密度、自然伽玛等参数能够很好地反映地层岩石的抗压强度、抗剪强度、研磨性、可钻性等力学特性，所以通过测井资料解释，能够真实的反映出地层的岩石力学性能。

对地层力学参数评价，可采用两种方法。一是利用录井资料来评价地层岩石可钻性，录井资料是实钻过程中的第一手资料，它真实反映钻井过程井下地层信息，资料详细。对于非取心井段，是获取地层岩石可钻性的主要依据。利用录井资料评价地层岩石可钻性，能真实反映地层岩石的力学特性。二是利用测井资料进行地层力学特性参数评价。利用测井资料评价地层岩石可钻性，在国内外越来越得到普遍应用。测井资料中的声波时差、岩石密度、自然伽玛等参数能够很好地反映地层岩石的抗压强度、抗剪强度、研磨性、可钻性等力学特性，所以通过测井资料解释，能够真实的反映出地层的岩石力学性能。

2 基岩地层岩心室内实验及可钻性分析

为了提高测井资料评价地层可钻性的准确性，利用岩心样品模拟井下情况进行室内试验，为牙轮钻头选型与针对地层设计PDC钻头提供依据。

根据岩石硬度的分级，从乌干达区块露头岩样的室内硬度实验结果来看：岩石硬度很大，里氏硬度平均都在680HLD以上，最大可达867.2HLD；肖氏硬度均在46HSD以上，最大可达91.12HSD；洛氏硬度平均都在50HRC以上，最大可达65.08HRC；维氏硬度均在440HV（4341.926Mpa）， 最大可达883.2HV（8661.23328Mpa）。这些说明岩石硬度级别平均达到9以上，属于坚硬、极硬的岩石，相当于石英岩、花岗岩级别，耐磨性好，可钻性差。

由岩石强度、硬度实验可知乌干达区块基岩属于石英岩、花岗岩类岩石，研磨性级别达到了6以上，属于高研磨性的岩石，可钻性差，应优选钻头类型，优化钻井参数，达到提高钻速的效果。

利用测井资料（主要包括：声波时差、伽玛和地层密度）对乌干达地区已钻井的地层可钻性进行了评价，结果如表1所示。

表1 各地层可钻性参数

地层内摩擦角（°）抗压强度

（MPa）抗剪强度

（MPa）硬度

（MPa）可钻性极值

PL231～337～105～6100～1501～2

PL133～358～126～7150～2501～2.5

P434～3810～207～10200～4002～4

P334～3710～157～10200～3002～3.5

P234～3910～256～14200～5002～4.5

P134～3810～207～12200～4002～4

M635～3920～308～14400～6003～5.5

M535～4310～658～18400～8004～8

基岩45～4860～9340～531000～130010～12

3 钻井提速方案优选

3.1 钻头类型优选

针对存在上部基岩时采用大尺寸钻头钻进，推荐使用抗冲击、耐磨性高的牙轮钻头，并配合使用冲击旋转钻进技术。

26”钻头推荐采用IADC6系列、 IADC7系列；17-1/2”钻头推荐采用IADC6系列、 IADC7系列、 IADC8系列。

3.2 钻井参数优化

根据钻速方程和乌干达区块岩石可钻性评价结果，结合乌干达区块周围已钻井的钻井资料，对钻井参数和钻速目标进行了推荐，推荐结果如表2所示。

表2 基岩地层钻井参数优化结果

地层钻头尺寸钻压（klbs）转速（rpm）排量（gpm）机械钻速（m/h）

基岩26″20～3560～80900～10001～2

17-1/2″18～3050～70800～9002～5

3.3 其他提速方案推荐

通过钻井提速技术研究分析，综合考虑乌干达地区的实际情况，对乌干达油田进行了适用性分析，推荐以下措施提高基岩地层钻井速度：冲旋钻井技术、欠平衡钻井技术。

4 结论

乌干达区块基岩地层是影响钻井机械钻速缓慢的重要原因，通过对该区块已钻井的地层可钻性评价、基岩地层矿物成分鉴定分析和岩石力学室内研究，对该地区基岩地层钻井钻头选型、钻井参数优化和钻井工艺方案进行了推荐，为提高钻井机械钻速和降低钻井综合成本提供了依据。

作者简介：李斌（1977-），男，河北省饶阳县人，1999年本科毕业于中国石油大学（北京）石油工程系，主要从事钻完井作业和技术研究工作，现任中国海洋石油国际有限公司钻完井部副经理。

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