【摘要】根據(jù)中石化勝利油田在中國西部地區(qū)勘探現(xiàn)狀，分析了鉆井過程中遇到的各種難題，介紹了氣體鉆井的優(yōu)點(diǎn)、對象篩選、適應(yīng)性評價，結(jié)合勝利油田在該地區(qū)實(shí)施氣體鉆井的初步成果，得出了空氣鉆井在準(zhǔn)噶爾盆地火成巖鉆探提速中的應(yīng)用必要性，及下一步氣體鉆井的攻關(guān)研究方向。

【關(guān)鍵詞】氣體鉆井；西部；火成巖；鉆井；研究方向

“十一五”末，中石化集團(tuán)公司調(diào)整了西部勘探戰(zhàn)略部署，新疆準(zhǔn)噶爾、吐哈、塔城，青海柴達(dá)木、甘肅敦煌等38個勘探區(qū)塊劃歸勝利油田（下文簡稱西部新區(qū)）。隨著鉆探工作的深入，出現(xiàn)了一系列世界級技術(shù)難題，為了加快西部新區(qū)的鉆探步伐，圍繞這些難題進(jìn)行氣體鉆井的可行性評價并嘗試，得出氣體鉆井在該地區(qū)鉆探提速中的必要性，同時提出下一步攻關(guān)研究方向。

1、西部新區(qū)鉆井遇到的主要難題

（1）上部三疊系和深部二疊系、石炭系火成巖地層研磨性差

從已鉆探井來看，上部三疊系以淺地層的巨厚砂礫巖層和深部地層的二疊系和石炭系火成巖地層機(jī)械鉆速極低，是鉆井周期長的主要原因。

（2）井壁穩(wěn)定問題突出

準(zhǔn)噶爾盆地南緣區(qū)塊地應(yīng)力大，地層層理裂縫發(fā)育、巖石破碎，井壁穩(wěn)定困難；吐谷魯群組下部大段棕色泥巖水敏性強(qiáng)，易縮徑、掉塊、垮塌；西山窯組硬脆性泥巖及煤夾層在井眼形成時易發(fā)生水化應(yīng)力垮塌掉塊，目前還沒有得到有效解決。

（3）山前構(gòu)造防斜難

山前構(gòu)造地層傾角大，高達(dá)60～70°，井斜難以控制，地層可鉆性級值高，利用犧牲鉆壓吊打的方式控制井斜，機(jī)械鉆速和效率極低。

（4）井漏問題

準(zhǔn)中一區(qū)吐谷魯群組和西山窯組，尤其是三工河組砂巖滲漏，漏速達(dá)1～2m3/h。哈密區(qū)塊的火成巖地層裂縫發(fā)育，容易發(fā)生嚴(yán)重的漏失。堡參1井下部火成巖地層（井段4383.00～4959.97m）漏失鉆井液305.1m3。準(zhǔn)噶爾盆地南緣地區(qū)普遍存在多套壓力系統(tǒng)，呼圖壁地區(qū)上下地層為低壓系統(tǒng)、中部安集海河組地層為高壓系統(tǒng)的特征，紫泥泉子組地層被認(rèn)為是相對低壓地層，進(jìn)入紫泥泉子組地層以后，由于壓力系數(shù)的漸降引起井漏，頻繁的井漏損失了大量的時間。

2、氣體鉆井的優(yōu)勢及適應(yīng)性評價

氣體鉆井是20世紀(jì)50年代始于美國的一項(xiàng)鉆井技術(shù)，在鉆井中以壓縮氣體或含有壓縮氣體的氣液混合物作為循環(huán)介質(zhì)的一種鉆井技術(shù)，包括干空氣鉆井、氮?dú)忏@井、霧化鉆井、泡沫鉆井和充氣泥漿鉆井等，在鉆井提速、克服井漏、低滲油氣田的開發(fā)等諸多領(lǐng)域得到了較廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)20世紀(jì)60年代，在四川盆地嘗試了利用天然氣打開產(chǎn)層，目前在國內(nèi)大慶、勝利、四川、長慶等油氣田成熟應(yīng)用，取得了重大技術(shù)進(jìn)步。

2.1氣體鉆井的優(yōu)勢

氣體鉆井的優(yōu)勢有提高機(jī)械鉆速、保護(hù)油氣層、減少井的漏失、延長鉆頭壽命、保證井眼清潔、有利于防斜打快、降低成本。

2.2氣體鉆井的對象篩選和適應(yīng)性評價方法

氣體鉆井應(yīng)用對象可分為產(chǎn)層和非產(chǎn)層。應(yīng)用于非產(chǎn)層的氣體鉆井目前以提速為主要目的，也有部分以防漏治漏、減少井下復(fù)雜事故為目的；應(yīng)用于產(chǎn)層的氣體鉆井多以保護(hù)儲層、提高勘探發(fā)現(xiàn)率和開發(fā)效果為主要目的。無論是何種目的的氣體鉆井，首先需要從技術(shù)上論證是否必須用氣體鉆井才能達(dá)到良好的效果，即氣體鉆井必要性評價。必要性評價主要涉及：①儲層保護(hù)潛力評價，即與常規(guī)技術(shù)相比，氣體鉆井所能達(dá)到的儲層保護(hù)效果，主要針對產(chǎn)層；②提速潛力評價，即與常規(guī)鉆井技術(shù)相比，氣體鉆井能夠提高機(jī)械鉆速的程度，主要針對非產(chǎn)層；③克服井下復(fù)雜潛力評價，即對于常規(guī)鉆井容易發(fā)生井漏、井噴、水敏性井壁坍塌、壓差卡鉆等的情況，論證利用氣體鉆井克服上述復(fù)雜的必要性。氣體鉆井受井壁穩(wěn)定、地層流體產(chǎn)出、地層壓力、井身結(jié)構(gòu)及場地設(shè)備等多方面因素的影響，評價工程上的可行性也是氣體鉆井適應(yīng)性評價的關(guān)鍵內(nèi)容。主要涉及：①井壁穩(wěn)定評價；②井眼凈化能力評價；③地層流體產(chǎn)出評價，主要評價流體產(chǎn)出對井壁穩(wěn)定、井眼凈化、壓力控制及人身安全的影響；④井下燃爆安全的評價，主要針對空氣鉆井的情況；⑤設(shè)備及施工條件評價。前4項(xiàng)屬于重點(diǎn)評價內(nèi)容。除論證氣體鉆井必要性和工程可行性外，還需要評價與常規(guī)鉆井技術(shù)、增產(chǎn)措施相比，氣體鉆井通過儲層保護(hù)提高產(chǎn)能、通過提速和克服井下復(fù)雜事故縮短建井周期、減少復(fù)雜事故處理費(fèi)用等是否具有獲得的經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢，即氣體鉆井的經(jīng)濟(jì)可行性評價。

3、在西部新區(qū)實(shí)施空氣鉆井的必要性分析

截至2011年，中石油塔里木油田已在大北、柯東地區(qū)等區(qū)塊的6口井實(shí)施了氣體鉆井。勝利油田也于近兩年在通過紅1井等3口井的現(xiàn)場應(yīng)用，形成了一套適合新疆探區(qū)火成巖地層氣體鉆井提速技術(shù)。

3.1中石油在山前構(gòu)造及石炭系地層應(yīng)用氣體鉆井提速明顯

2010年初，在大北5井307～835m井段試驗(yàn)空氣鉆井，克服了地層出水量超過150m3/h等難題。2010年4月，大北6井在308～953m井段實(shí)施空氣、霧化鉆井，機(jī)械鉆速為7.74m/h，是鄰井大北301井同層位使用泥漿鉆井的5.27倍。新疆油田在白22井，三開實(shí)施泡沫欠平衡鉆井，石炭系地層鉆進(jìn)489.36米，平均機(jī)械鉆速達(dá)到11.7m/h，比鄰井同層位常規(guī)鉆井方式提高了5.7倍。中石油在塔里木山前礫石層和準(zhǔn)噶爾盆地石炭系地層的成功應(yīng)用氣體鉆井的實(shí)例證明，氣體鉆井在西部新區(qū)山前構(gòu)造礫石層提速和下部石炭系提速是可行的。重點(diǎn)工作是做好山前礫石層氣體鉆遇地層水后的轉(zhuǎn)化鉆井方式工作和井壁穩(wěn)定工作，在石炭系地層要研究如何安全鉆穿破碎帶，保證井壁穩(wěn)定。

3.2勝利油田在西部新區(qū)應(yīng)用空氣鉆井的提速效果顯著

勝利油田通過在紅1井、哈山3井和哈深2井3口井（4開次）氣體鉆井探索應(yīng)用，取得一些重要成果并逐步完善形成了一套適應(yīng)西部探區(qū)火成巖地層的氣體鉆井提速技術(shù)。①測得了火山巖巖石可鉆性級值；②形成了火山巖氣體鉆井可行性評價方法；③升級了氣體壓縮裝置環(huán)境適應(yīng)性系統(tǒng)；④研制了氣體鉆井用高壓大尺寸旋轉(zhuǎn)控制頭軸承總成；⑤紅1井和哈山3井提速效果顯著，哈深2無類似井對比，但首次成功應(yīng)用泡沫鉆井。紅1井：位于新疆維吾爾自治區(qū)哈密市二堡鎮(zhèn)，構(gòu)造位置在吐哈盆地哈密坳陷三堡凹陷紅1構(gòu)造。設(shè)計(jì)井深：4875m，設(shè)計(jì)三開Φ215.9mm井眼用氣體鉆井，氣體鉆井穿越的層位包括下二疊系依爾希土組、上石炭系奧爾土組、祁家溝組和柳樹溝組。三開氣體鉆進(jìn)井段：2698.0～3312.38m，進(jìn)尺614.38m，純鉆時間：126.5H，平均機(jī)械鉆速：4.86m/h。是同井同層位常規(guī)鉆井液機(jī)械鉆速0.62m/h的7.84倍。哈山3井：位于新疆維吾爾自治區(qū)克拉瑪依市烏爾禾區(qū)西北部。構(gòu)造位置在準(zhǔn)噶爾盆地西部隆起哈山山前構(gòu)造帶外來推覆體哈山3構(gòu)造較高部位。設(shè)計(jì)井深：4600m。設(shè)計(jì)二開311.1mm井眼，石炭系井段使用氣體鉆井。二開氣體鉆進(jìn)井段：720.0～1626m，進(jìn)尺906m，純鉆時間：174.6H，平均機(jī)械鉆速：5.19m/h。是同井同層位常規(guī)鉆井液機(jī)械鉆速1.9m/h的 2.73倍。

4、結(jié)論

（1）氣體鉆井是勝利西部新區(qū)鉆探提速的有效技術(shù)手段。（2）應(yīng)該在不斷完善總結(jié)的基礎(chǔ)上進(jìn)行推廣應(yīng)用。（3）借助其他鉆井方式并舉，攻克西部深層鉆井提速的難題將指日可待。

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