摘要：雄安新區(qū)是我國(guó)中東部地?zé)豳Y源最豐富、開發(fā)利用條件最好的區(qū)域，充分利用地?zé)豳Y源，對(duì)雄安新區(qū)未來(lái)的綠色低碳城市建設(shè)具有重要意義，雄安新區(qū)地?zé)豳Y源豐富，未來(lái)可以滿足大約1億平方米建筑面積。本文以大王探采1井為例，主要從井身結(jié)構(gòu)、鉆井參數(shù)、鉆井液技術(shù)和固井技術(shù)等幾方面介紹了雄安新區(qū)地?zé)峋@探工藝技術(shù)，為雄安新區(qū)地?zé)豳Y源開發(fā)利用提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：雄安新區(qū)；地?zé)峋?；井身結(jié)構(gòu)；鉆井參數(shù)優(yōu)化

1 地質(zhì)概況

雄安新區(qū)是我國(guó)中東部地?zé)豳Y源最豐富、開發(fā)利用條件最好的區(qū)域，充分利用地?zé)豳Y源，對(duì)雄安新區(qū)未來(lái)的綠色低碳城市建設(shè)具有重要意義。它構(gòu)造上位于渤海灣盆地的冀中坳陷內(nèi)，所在區(qū)域大部分被牛駝鎮(zhèn)、容城、高陽(yáng)3個(gè)地?zé)崽锔采w。構(gòu)造總體特征為一系列北東向的斷裂構(gòu)造。主要斷裂有NE向大興斷裂、容城斷裂、牛東斷裂、保定斷裂、高陽(yáng)-博野斷裂，NWW向牛南斷裂。

雄安新區(qū)地表出露地層為第四系地層，第四系以下的巖層包括新近系（明化鎮(zhèn)組、館陶組）、古近系（東營(yíng)組、沙河街組、孔店組）、中上元古界（薊縣系霧迷山組、楊莊組；長(zhǎng)城系高于莊組、大紅峪組、團(tuán)山子組、串嶺溝組和常州溝組）、太古界，普遍缺失古生界，不同區(qū)域受構(gòu)造、剝蝕等因素影響，地層發(fā)育序列和厚度有所不同，所在區(qū)域地層剖面圖如圖1所示。

圖1 雄安新區(qū)地層剖面圖

中國(guó)石化新星石油公司在渤海灣盆地冀中坳陷容城凸起南部部署首口地?zé)峥碧骄笸跆讲?井，為精細(xì)刻畫熱儲(chǔ)分布、科學(xué)合理開發(fā)地?zé)豳Y源提供了依據(jù)，為雄安新區(qū)開發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。根據(jù)雄安新區(qū)地層特征，結(jié)合周邊已鉆井資料分析，對(duì)大王探采1井鉆探工藝技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究，指導(dǎo)鉆井現(xiàn)場(chǎng)施工，為雄安新區(qū)地?zé)豳Y源開發(fā)利用提供技術(shù)支撐。

2 雄安新區(qū)地?zé)峋@探存在的主要風(fēng)險(xiǎn)

根據(jù)周邊已完鉆的地?zé)峋Y料分析，大王探采1井主要存在以下風(fēng)險(xiǎn)：

（1）薊縣系霧迷山組和長(zhǎng)城系高于莊組，易發(fā)生失返性漏失，引起井下復(fù)雜。區(qū)域上多口井出現(xiàn)漏失：城南1井三開霧迷山組鉆進(jìn)過程中1396.00～1404.00m發(fā)生井漏泥漿不返出；城南3井從霧迷山組1605～1780m全漏；城南4井在霧迷山組井深955米發(fā)生大漏，直到完井井內(nèi)均無(wú)巖屑返出。

（2）地層發(fā)生失返性漏失時(shí)，易造成上部沉砂卡鉆和井壁坍塌，區(qū)域上多口井鉆井過程出現(xiàn)卡鉆事故，被迫填井側(cè)鉆或挪井口。

3 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

雄安新區(qū)大王探采1井地層自上而下依次為第四系、新近系、古近系及薊縣系，本井目的層位薊縣系霧迷山組。設(shè)計(jì)為三開井身結(jié)構(gòu)，井身結(jié)構(gòu)示意圖如2所示，各開次要求如下：

一開采用Ф444.5mm鉆頭鉆至井深550m，下Ф339.7mm表層套管至549m，以滿足封隔表層松散地層、下入水泵和保護(hù)地表水的要求，水泥返至地面；

二開采用Ф311.15mm鉆頭鉆至井深2402m（進(jìn)入霧迷山組地層不超過2m中完），下Ф244.5mm技術(shù)套管至2401m，封固薊縣系以上地層，為三開安全鉆進(jìn)創(chuàng)造條件，技術(shù)套管上預(yù)留30m水泥塞；

三開采用Ф215.9mm鉆頭鉆至完鉆井深，尾管懸掛，重疊20m，下Φ177.8mm復(fù)合管柱：懸掛器+套管（含2套管外封隔器）+盲板+花管至目的層底部，能夠滿足分層試水的需要。

4 鉆井液技術(shù)

大王探采1井鉆井液設(shè)計(jì)主要思路是把巖屑從井底攜帶至地面，清潔井底，穩(wěn)定井壁，安全鉆進(jìn)等。根據(jù)鉆遇地層情況設(shè)計(jì)各開次鉆井液主要性能、體系和配方，具體見表1所示。

0-550m地層：鉆遇地層主要為第四系和新近系，上部地層為黃砂層，易塌易漏且造漿率低，下部地層為軟泥巖，造漿嚴(yán)重。在鉆進(jìn)過程中，上部適當(dāng)提高鉆井液粘度、切力，加入HV-CMC并降低濾失量，防止地層垮塌與井漏發(fā)生。下部加入大分子聚合物膠液控制地層造漿，維護(hù)鉆井液性能穩(wěn)定，維持足夠的粘切，保證良好的攜砂、懸浮和穩(wěn)定井壁的能力，采用預(yù)水化膨潤(rùn)土鉆井液體系。

550-2402m地層：鉆遇地層主要為新近系、古近系。主要巖性由泥巖、砂巖、細(xì)砂巖不等互層、礫細(xì)砂巖。要求鉆井液具有良好的攜砂能力和護(hù)壁性，防止井壁失穩(wěn)，采用聚合物鉆井液體系。

2402-3500m地層：鉆遇地層為薊縣系。主要巖性由白云質(zhì)砂巖、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r組成，易漏失，要求鉆井液能夠保護(hù)熱儲(chǔ)層和攜砂能力，采用無(wú)固相聚合物鉆井液體系。

5 鉆井及水力參數(shù)優(yōu)化研究

在地?zé)峋@進(jìn)過程中及時(shí)把巖屑攜帶出來(lái)，是安全快速鉆進(jìn)的重要條件之一。鉆井參數(shù)及水力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要是在現(xiàn)有設(shè)備條件下，提高鉆井的水力參數(shù)，達(dá)到輔助破巖、凈化井眼的目的，以利發(fā)揮優(yōu)選鉆井參數(shù)鉆井提高鉆速的作用。

5.1鉆井參數(shù)優(yōu)化研究

鉆柱在鉆井過程中，不論是起下鉆、接單根還是劃眼正常鉆井時(shí)，鉆柱受到作用力數(shù)值較大的力是拉力，所以鉆柱設(shè)計(jì)主要考慮鉆柱自身重量拉伸載荷以及遇到卡鉆、處理事故時(shí)的提伸拉力和扭矩。采用wellplan軟件對(duì)大王探采1井鉆井過程中鉆柱受到的最惡劣條件進(jìn)行分析和優(yōu)化。

基本分析條件：（1）鉆具組合：F215.9mm鉆頭+F158.8mm無(wú)磁鉆鋌1根+F213mm螺旋穩(wěn)定器+F158.8mm鉆鋌1根+F213mm螺旋穩(wěn)定器+F158.8mm鉆鋌7根+F127mm加重鉆桿30根+F127mm鉆桿。（2）鉆壓：100kN；轉(zhuǎn)速：120r/min。（3）排量：36L/min。（4）鉆井液密度：1.05g/cm3。（5）最大扭矩：5000N·m。

根據(jù)鉆柱疲勞分析計(jì)算結(jié)果可知，G105的鉆柱的強(qiáng)度能夠滿足提升和下放施工作業(yè)要求，分析結(jié)果見圖3所示。

為了實(shí)現(xiàn)優(yōu)快鉆井，提高鉆井效率，開展不同轉(zhuǎn)速鉆井模擬分析研究，計(jì)算結(jié)果見圖4所示，根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果可知當(dāng)鉆井轉(zhuǎn)速在135rpm、155rpm、192rpm時(shí)鉆柱產(chǎn)生應(yīng)力集中，容易發(fā)生鉆柱故障，從安全優(yōu)快鉆井考慮，鉆井轉(zhuǎn)速優(yōu)化為60～120rpm。

5.2水力參數(shù)優(yōu)化研究

井筒內(nèi)除去鉆屑是鉆井作業(yè)中的非常重要的部分，任何井眼都應(yīng)保持有效的清潔，無(wú)法有效清除鉆屑將導(dǎo)致大量鉆進(jìn)復(fù)雜情況，如起鉆時(shí)超提力太大、轉(zhuǎn)盤扭矩高、轉(zhuǎn)盤扭矩高、卡鉆、井眼堵塞、鉆速低、循環(huán)終止等后果，嚴(yán)重影響著鉆井安全，合理的水力參數(shù)設(shè)計(jì)有利于提高鉆井安全和鉆井速度，影響水力參數(shù)的主要因素是排量，因此對(duì)排量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

根據(jù)大王探采1井的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、鉆具組合和鉆頭等參數(shù)，采用wellplan軟件對(duì)鉆井排量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)?；痉治鰲l件：鉆頭位置3500m，鉆井液密度1.05g/cm3，鉆速5m/h，巖屑直徑5mm。

從圖5模擬分析結(jié)果可知，當(dāng)排量大于1.70m3/min時(shí)，井眼具有自清潔能力，不會(huì)形成巖屑床，有利于井下安全和優(yōu)快鉆井，考慮經(jīng)濟(jì)性和設(shè)備情況，將排量?jī)?yōu)化為1.70m3/min～2.16 m3/min。

6 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

大王探采1井于2018年4月21日完井，完鉆井深3500m，完鉆層位高于莊組，井身質(zhì)量合格，全井平均機(jī)械鉆速5.17m/h，實(shí)現(xiàn)了安全優(yōu)快鉆井。2018年3月9日到17日進(jìn)行了試水。試水水溫93.1℃，為區(qū)域內(nèi)溫度最高的地?zé)峋?，水?40m3/h，靜液位116米，動(dòng)液位100米，降深16m，取得了良好鉆探效果。大王探采1井的成功完鉆和良好試水效果，為雄安新區(qū)后續(xù)鉆井提供經(jīng)驗(yàn)，為資源評(píng)價(jià)和綜合開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)雄安新區(qū)未來(lái)的綠色低碳城市建設(shè)具有重要意義。

7 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）雄安新區(qū)巖溶熱儲(chǔ)采用三開井身結(jié)構(gòu)，能夠滿足安全高效鉆井的需要，順利實(shí)現(xiàn)地質(zhì)鉆探目的，為后續(xù)區(qū)域內(nèi)安全鉆井提供經(jīng)驗(yàn)。

（2）鉆井液設(shè)計(jì)不僅能夠滿足攜砂、懸浮和穩(wěn)定井壁的要求，而且確保地?zé)峋踩@井施工及錄取資料的要求。

（3）通過對(duì)鉆井參數(shù)和水力參數(shù)優(yōu)化研究，不僅能夠滿足鉆井各項(xiàng)施工作業(yè)的要求，而且有利于井下安全和優(yōu)快鉆井。

（4）雄安新區(qū)大王探采1井試水水溫93.1℃，水量140m3/h，揭示了區(qū)域內(nèi)良好的地?zé)豳Y源潛力，為資源評(píng)價(jià)和綜合開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)雄安新區(qū)未來(lái)的綠色低碳城市建設(shè)具有重要意義。

作者簡(jiǎn)介：張海雄，工程師，2009年畢業(yè)于西南石油大學(xué)石油工程專業(yè)，現(xiàn)任地?zé)峁こ趟L(zhǎng)，現(xiàn)從事地?zé)徙@完井技術(shù)研究和管理工作。

（作者單位：中國(guó)石化集團(tuán)新星石油公司新能源研究院）