葉順友， 楊 燦， 王海斌， 崔廣亮， 趙 峰， 董洪鐸

（中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司第一鉆井工程分公司，天津 300280）

干熱巖是地?zé)崮苤凶罹唛_發(fā)潛力的一種可再生清潔能源，具有穩(wěn)定（不受季節(jié)和晝夜變化的影響）、高效（干熱巖發(fā)電利用率超過73%，是光伏發(fā)電的5.2倍、風(fēng)力發(fā)電的3.5倍）、安全、運(yùn)行成本低和綠色無污染等特點(diǎn)[1-3]。美國1974年在新墨西哥州芬頓山成功開采干熱巖并用于發(fā)電。2012年我國國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃“干熱巖熱能開發(fā)與綜合利用技術(shù)”項(xiàng)目啟動(dòng)，2014年在青海省的德貴盆地和共和盆地開展干熱巖勘查，共和盆地鉆至井深3 000.00 m時(shí)溫度達(dá)到了181 ℃，德貴盆地鉆至井深3 001.00 m時(shí)溫度達(dá)到了151 ℃，證實(shí)存在干熱巖資源[4]；2015年正式開展了福建漳州干熱巖綜合性開發(fā)與研究工作。海南島干熱巖開發(fā)潛力巨大，福山凹陷所屬590 km2范圍內(nèi)、4 500.00 m深處、溫度高于180 ℃可開發(fā)干熱巖面積約98 km2，其開發(fā)利用能夠?yàn)楹Ｄ咸峁┚G色能源保障。因干熱巖地?zé)醿?chǔ)層大部分為火山巖地層，巖性致密堅(jiān)硬，地層可鉆性較差，破巖效率低，鉆井時(shí)井下故障頻發(fā)，大部分測(cè)量?jī)x器在高溫下無法正常工作，導(dǎo)致鉆井風(fēng)險(xiǎn)高。目前國內(nèi)還沒有形成成熟的干熱巖鉆井技術(shù)，且國外可借鑒的技術(shù)資料也都不完整。因此，福山凹陷花東1R井鉆井面臨著高溫儀器和鉆井液選擇困難、深部地層取心收獲率難以保證和井眼軌跡控制難度大等技術(shù)難點(diǎn)。通過應(yīng)用復(fù)合鉆井技術(shù)和抗高溫隨鉆測(cè)量?jī)x器、采用抗高溫鉀鹽聚合物鉆井液、優(yōu)選取心工具和優(yōu)化取心鉆井參數(shù)及采用雙凝水泥漿，克服了該井面臨的鉆井技術(shù)難點(diǎn)，成功完鉆，鉆井周期66 d。該井的成功為海南島干熱巖鉆井積累了經(jīng)驗(yàn)。

1 花東1R井工程設(shè)計(jì)

1.1 井眼軌道設(shè)計(jì)

花東1R井設(shè)計(jì)井深4 510.53 m（垂深4 408.00 m），目的層為長流組，為三開次定向井，造斜點(diǎn)井深3 100.00 m，造斜終點(diǎn)井深3 614.00 m，最大井斜角31.51°，閉合方位角 128.34°，閉合位移 689.39 m，直井段、穩(wěn)斜段3個(gè)連續(xù)測(cè)點(diǎn)的全角變化率≤3°/30m，造斜段、降斜段3個(gè)連續(xù)測(cè)點(diǎn)的全角變化率≤5°/30m。

1.2 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為：一開，采用?444.5 mm鉆頭鉆至井深201.00 m，?339.7 mm套管下至井深200.00 m；二開，采用?311.1 mm鉆頭鉆至井深2 202.00 m，?244.5 mm套管下至井深2 200.00 m，水泥返至地面；三開，采用?215.9 mm鉆頭鉆至井深4 510.53 m，?139.7 mm套管下至井深4 405.00 m），水泥返至井深2 200.00 m，?139.7 mm篩管下入4 405.00～4 505.00 m井段進(jìn)行完井。

1.3 取心設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)在4 300.00～4 400.00 m井段（流沙港組）取心9.00 m，巖心直徑不小于100 mm，要求取心收獲率大于90%；在4 400.00～4 450.00 m井段（長流組）取心9.00 m，巖心直徑不小于100 mm，要求取心收獲率大于90%。

1.4 鉆井液設(shè)計(jì)

一開采用膨潤土鉆井液，配方為5.0%～7.0%膨潤土+0.3%～0.5%Na2CO3+0.2%～0.3%NaOH+0.1%～0.3%HV-CMC。主要性能：密度1.03～1.10 kg/L，漏斗黏度32～40 s。

二開采用聚合物鉆井液，配方為4.0%～6.0%膨潤土+0.2%～0.4%Na2CO3+0.1%～0.2%NaOH+0.4%～0.6%KPAM+0.8%～1.0%NH4HPAN+1.0%～2.0%KHm+1.0%～2.0%SAS+0.1%～0.3%BZ-HXC+0.5%～1.0%石墨+2.0%～3.0%液體潤滑劑+重晶石。主要性能：密度1.08～1.20 kg/L，漏斗黏度35～50 s，API濾失量小于8 mL，pH值小于8，初切力2.0～4.0 Pa，終切力3.0～6.0 Pa。

三開采用抗高溫聚合物鉆井液，但為了確保井下安全，實(shí)鉆時(shí)三開采用了抗高溫鉀鹽聚合物鉆井液，配方為：4.0%～6.0%膨潤土+0.2%～0.4%Na2CO3+0.1%～0.2%NaOH+0.3%～0.6%KPAM+0.8%～1.0%NH4HPAN+1.0%～2.0%KHm+1.0%～2.0%SAS+0.1%～0.3%BZ-HXC+2.0%～3.0%液體潤滑劑+2.0%～3.0%SMP+1.0%～2.0%GWJ+1.0%～2.0%石墨+2.0%～3.0%GXJ+2.0%～3.0%高溫降黏劑+2.0%～3.0%超細(xì)碳酸鈣+1.0%～2.0%無滲透劑+0.5%～1.0%單向封堵劑+加重劑。主要性能：密度1.20～1.50 kg/L，漏斗黏度 40～75 s，API濾失量小于 4 mL，pH 值為 8～10，初切力 3.0～6.0 Pa，終切力4.0～10.0 Pa，高溫高壓濾失量小于10 mL。

2 主要鉆井技術(shù)難點(diǎn)

1）地層可鉆性差。受地層壓實(shí)作用影響，該井所在區(qū)塊燈樓角組至底部的長流組地層均含有礫巖和礫狀砂巖，流沙港組為灰色泥巖地層，交雜玄武巖。礫巖、礫狀砂巖和玄武巖均會(huì)對(duì)鉆頭產(chǎn)生較大磨損，降低鉆頭使用壽命。潿洲組地層可鉆性為4～5級(jí)，流沙港組和長流組地層的可鉆性在5級(jí)以上，可鉆性較差。其次，鉆至井深3 100.00 m開始造斜，定向鉆進(jìn)過程中鉆遇礫巖及可鉆性差的地層會(huì)出現(xiàn)托壓和定向工具面不穩(wěn)等現(xiàn)象，影響井眼軌跡的控制。

2）地層溫度高。根據(jù)鄰井實(shí)測(cè)井溫預(yù)測(cè)該井井底溫度為171.2～192.4 ℃，而常規(guī)井下測(cè)量?jī)x器最高適用溫度在120 ℃左右，國內(nèi)定向儀器最高抗溫以150 ℃為主，該井需要應(yīng)用抗溫性能更高的測(cè)量?jī)x器和定向儀器。其次，必須選用抗200 ℃高溫的鉆井液。

3）深井取心收獲率難以保證。由于取心地層為流沙港組3段，巖性多變，可鉆性差，樹心、取心鉆進(jìn)、割心等過程中都有可能出現(xiàn)巖心被破壞的現(xiàn)象；其次，卡取心筒的風(fēng)險(xiǎn)較大。

4）油層套管固井難度大。該井井底溫度和壓力高（69.06 MPa），在高溫高壓下水泥漿的稠化時(shí)間會(huì)縮短，不利于固井施工安全。油層套管封固段長達(dá)2 500.00 m，液柱壓力高，水泥漿密度為1.85 kg/L，鉆井液密度為1.60 kg/L，上下井段壓差較大，注水泥和頂替過程中，存在地層被壓漏的風(fēng)險(xiǎn)。油層套管封固段上下溫差達(dá)70 ℃，對(duì)于同一水泥漿，要求其在不同溫度下能夠保持相對(duì)平衡的物理反應(yīng)，對(duì)水泥漿適用溫度要求高[2-5]。

3 鉆井關(guān)鍵技術(shù)

福山凹陷地表第四系地層為紫紅色土層；中上部為新近系地層，由上而下為望樓港組、燈樓角組、角尾組及下洋組，巖性主要為淺灰色生物碎屑巖、礫狀砂巖和綠灰色砂礫巖等；中下部為古近系潿洲組地層，巖性主要為礫狀砂巖、紫紅色泥巖等；下部為流沙港組和長流組地層，巖性主要為細(xì)粉砂巖、褐灰色泥巖、灰黑色泥巖、棕色泥巖和含礫砂巖等。上部地層松散，但是礫石含量大，中下部地層受壓實(shí)作用，可鉆性較差，易發(fā)生井壁失穩(wěn)現(xiàn)象。

3.1 深井定向鉆進(jìn)技術(shù)

3.1.1 鉆頭類型的確定

深井定向鉆進(jìn)的難點(diǎn)是鉆頭破巖產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)造成工具面不穩(wěn)，需要頻繁調(diào)整方位，定向鉆進(jìn)效率低。由于PDC鉆頭以犁式切削破巖為主，受地層非均質(zhì)性、微裂縫和層理交錯(cuò)等因素的影響，會(huì)發(fā)生振動(dòng)和不等速轉(zhuǎn)動(dòng)。牙輪鉆頭旋轉(zhuǎn)破巖時(shí)具有沖擊、壓碎和剪切破碎地層巖石的作用，適用于軟、中、硬地層。花東 1R 井在流沙港組1段（井深3 100.00 m）開始造斜，其巖性為細(xì)粉砂巖、褐灰色泥巖與細(xì)砂巖、含礫砂巖互層等，礫石含量高，若使用PDC鉆頭鉆進(jìn)，產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致定向工具面不穩(wěn)，而牙輪鉆頭以沖壓、剪切破巖為主，能夠避免PDC鉆頭的缺點(diǎn)，因此，選用牙輪鉆頭進(jìn)行定向鉆進(jìn)?？紤]地層溫度高、可鉆性差等因素，牙輪鉆頭必須采用金屬密封，要具有抗高溫、高轉(zhuǎn)速、耐磨和強(qiáng)保徑等性能。

3.1.2 鉆具組合

根據(jù)鄰井的地層溫度梯度，預(yù)測(cè)花東1R井從定向點(diǎn)開始井溫已經(jīng)大于120 ℃，常規(guī)螺桿的抗溫性能已不能滿足要求，因此，要選用抗溫能力不低于150 ℃的螺桿鉆具。定向鉆具組合要應(yīng)用抗溫150 ℃的隨鉆測(cè)量?jī)x器（MWD）。定向鉆具組合為?215.9 mm 牙輪鉆頭+?171.5 mm（1.25°～1.50°）螺桿+?165.1 mm 浮閥+?165.1 mm MWD+?165.1 mm 無磁鉆鋌×2根+?127.0 mm加重鉆桿×18根+?127.0 mm鉆桿。

3.1.3 鉆井參數(shù)設(shè)計(jì)

因井深較深，為避免地面循環(huán)系統(tǒng)負(fù)荷過重，鉆頭安裝最大直徑的水眼。設(shè)計(jì)定向鉆進(jìn)參數(shù)時(shí)，為提高螺桿的效率和保證攜巖效果，排量設(shè)計(jì)為32～34 L/s，鉆壓設(shè)計(jì)為60～80 kN，泵壓設(shè)計(jì)為18～20 MPa，復(fù)合鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)為70～80 r/min。

3.2 抗高溫鉆井液

3.2.1 地層溫度預(yù)測(cè)

根據(jù)地質(zhì)資料及鄰井試油測(cè)溫資料得知，花東1R井所在區(qū)塊地溫梯度為3.984～3.499 ℃/100 m，該井垂深4 478.95 m，以此預(yù)測(cè)該井不同垂深處的地層溫度，結(jié)果見圖1。

3.2.2 抗高溫鉆井液優(yōu)選

一開和二開鉆遇地層的可鉆性、穩(wěn)定性相對(duì)較好，使用膨潤土鉆井液和常規(guī)聚合物鉆井液即可。三開鉆遇地層溫度高，硬脆性泥巖和裂縫發(fā)育，鉆進(jìn)過程中井壁易坍塌掉塊，地層壓力系數(shù)為1.3，要求鉆井液具有較強(qiáng)的抑制性、良好的耐溫性能和較高的密度?？紤]不同鉆井液的性能及成本，該井三開使用抗高溫鉀鹽聚合物鉆井液。該鉆井液具有較強(qiáng)的泥頁巖抑制性，能防止泥頁巖水化分散坍塌掉塊；具有良好的耐溫性能，能抗180 ℃高溫，是井壁易坍塌高溫井常用的鉆井液[6-10]。抗高溫鉀鹽聚合物鉆井液的基本配方為：二開井漿+6.0%KCl+2.0%FFT-I+3.0%SN樹脂+2.0%BZ-KLS-I+0.5%聚丙烯酰胺鉀鹽+3.0%SMP-Ⅱ+0.3%BZ-HXC。

為提高鉀鹽聚合物鉆井液的高溫防塌性能，需加入抗高溫磺化樹脂類添加劑[11-13]。鉀鹽聚合物鉆井液加入2.0%抗高溫防塌劑SD-101和SD-201后的API濾失量不大于3.2 mL，140，160和180 ℃下的高溫高壓濾失量均不大于9.5 mL，說明鉀鹽聚合物鉆井液加入SD-101和SD-201后其耐溫性能和濾失性能滿足要求。

圖1 花東1R井不同垂深處溫度預(yù)測(cè)結(jié)果Fig. 1 Predicted temperatures of various TVD in Well HD-1R

3.3 抗高溫測(cè)量?jī)x器優(yōu)選

國內(nèi)外定向井測(cè)量?jī)x器分為125 ℃（常溫）、150 ℃（高溫）、175 ℃（超高溫）3個(gè)抗溫等級(jí)，常用的是125 ℃和150 ℃抗溫等級(jí)的測(cè)量?jī)x器。由于175 ℃抗溫等級(jí)測(cè)量?jī)x器的成本高，使用前需進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

花東1R井流2段和流3段地層井壁垮塌風(fēng)險(xiǎn)較大，且鉆至井深4 000.00 m以深有取心任務(wù)，加之大直徑裸眼段浸泡時(shí)間長，井壁垮塌風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步增大，不具備使用175 ℃抗溫等級(jí)隨鉆測(cè)量?jī)x器的條件。該井鉆至井深4 000.00 m前井內(nèi)的最高溫度不高于150 ℃，在循環(huán)鉆井液的情況下還會(huì)降低20～30 ℃，因此，使用125 ℃抗溫等級(jí)的隨鉆測(cè)量?jī)x器即可滿足要求。4 000.00～4 510.00 m井段每鉆進(jìn)100.00 m，通過鉆具水眼投入150 ℃抗溫等級(jí)的多點(diǎn)測(cè)斜儀，同時(shí)循環(huán)鉆井液降溫，測(cè)斜儀到底后再起鉆取出，以確保井眼軌跡數(shù)據(jù)真實(shí)，同時(shí)也可避免損壞測(cè)斜儀。

3.4 深層復(fù)雜井段取心技術(shù)

3.4.1 取心工具優(yōu)選

該井設(shè)計(jì)分別在4 300.00～4 400.00 m井段（流沙港組）和4 400.00～4 450.00 m井段（長流組）取心9.00 m，要求巖心直徑大于100.0 mm，設(shè)計(jì)使用川8-3型取心筒。川8-3型取心筒外徑180.0 mm，取心鉆頭直徑215.9 mm，取心筒與井壁間平均間隙為17.9 mm，一旦掉落直徑20.0 mm以上的掉塊，就會(huì)發(fā)生卡取心筒故障，而流沙港組地層又易發(fā)生垮塌。因此，要縮小取心筒外徑，以降低卡取心筒的風(fēng)險(xiǎn)。通過調(diào)研選擇川7-4型取心筒作為該井的主要取心工具，其外筒的外徑、內(nèi)徑和壁厚分別為171.5，136.0和18.0 mm，內(nèi)筒的外徑、內(nèi)徑和壁厚分別為121.0，108.0和6.5 mm，抗拉強(qiáng)度為1 100 kN，抗扭強(qiáng)度為16 kN·m，取心筒內(nèi)筒內(nèi)徑為108.0 mm，滿足取心直徑設(shè)計(jì)要求。

3.4.2 取心鉆具組合及取心參數(shù)優(yōu)化

深層取心時(shí)，鉆具振動(dòng)會(huì)降低取心的收獲率。為提高取心的收獲率，鉆具組合必須有較好的抗振性和減振性。因此，在取心鉆具組合中加入3根?165.1 mm鉆鋌、18根?127.0 mm加重鉆桿，將其設(shè)計(jì)為：?215.9 mm取心鉆頭+?171.5 mm川7-4型取心筒+?165.1 mm鉆鋌×3根+?127.0 mm加重鉆桿×18根+?127.0 mm鉆桿。取心時(shí)，鉆壓控制在60～80 kN，轉(zhuǎn)速控制在60 r/min左右，排量降至25～30 L/s，泵壓控制在12～18 MPa。

3.5 抗高溫固井技術(shù)

3.5.1 水泥漿優(yōu)選及固井設(shè)計(jì)

針對(duì)該井存在高溫高壓、封固段上下溫差大的情況，選用抗高溫雙凝水泥漿，并加入30%～35%的硅粉（石英砂），以提高水泥漿的抗高溫抗高壓性能，降低高壓、大溫差帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

水泥漿配方為G級(jí)水泥+30.0%硅粉+5.0%微硅+4.5%BH-F201L+3.0%ZP-2+3.0% HX-36L+0.5%G603+44.8%水。其性能為：API濾失量小于50 mL，自由水為0 mL，塑性黏度不大于40 mPa·s，動(dòng)切力不大于11 Pa，流性指數(shù)不小于0.65，稠度系數(shù)不大于 0.7 Pa·sn，24 h 抗壓強(qiáng)度不低于 14 MPa。

設(shè)計(jì)速凝水泥漿返至井深3 750.00 m，緩凝水泥漿返至井深1700.00 m。速凝水泥漿用量24 m3，緩凝水泥漿用量56 m3，水泥漿用量共80 m3。

按不同比例進(jìn)行水泥漿、鉆井液、前置液相容性試驗(yàn)，以確保水泥漿入井后不會(huì)因混漿造成水泥漿閃凝，發(fā)生固井事故。根據(jù)井底測(cè)井溫度，進(jìn)行水泥漿稠化時(shí)間與強(qiáng)度試驗(yàn)，以保證強(qiáng)度及稠化時(shí)間滿足要求。預(yù)計(jì)固井施工時(shí)間107 min，尾漿附加30 min安全時(shí)間，尾漿稠化時(shí)間設(shè)計(jì)為147 min。為能夠有效沖洗井壁、凈化第二膠結(jié)界面，設(shè)計(jì)用10 m3沖洗液進(jìn)行沖洗。

3.5.2 固井技術(shù)措施

1）施工過程中，嚴(yán)格控制水泥漿密度及替漿排量，以防壓力過高，壓漏地層。注水泥前，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水泥漿進(jìn)行稠化校核試驗(yàn)，鉆井液與水泥漿、前置液、壓塞液的相容性復(fù)核試驗(yàn)，以確保注水泥施工安全順利。

2）套管下至設(shè)計(jì)位置后，鉆井液循環(huán)兩周以上，并調(diào)整鉆井液性能達(dá)到注水泥的要求。

3）為確保注水泥施工連續(xù)，水泥漿和前置液的注入量、注替排量、水泥漿的性能必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求，盡可能實(shí)現(xiàn)紊流頂替。水泥漿實(shí)際密度與設(shè)計(jì)密度的差值控制在±0.03 kg/L以內(nèi)。

4）注水泥期間，時(shí)刻觀察井口鉆井液返出量，以便及時(shí)判斷井下情況。

5）根據(jù)注水泥工具類型選擇候凝方式，若采用憋壓候凝方式，要控制井口壓力不高于管內(nèi)外靜壓差1 MPa，并要時(shí)刻觀察，以便及時(shí)放壓。

4 現(xiàn)場(chǎng)施工

4.1 一開井段（0～203.00 m）

一開井眼直徑444.5 mm，采用三牙輪鉆頭+鐘擺鉆具組合鉆進(jìn)，鉆井參數(shù)：鉆壓20 kN，轉(zhuǎn)速100 r/min，排量 64 L/s，泵壓 10～14 MPa。鉆遇地層為望樓港組地層，其上部為淺灰色生物碎屑巖、灰黑色玄武巖，下部為灰色砂礫巖，可鉆性好，鉆時(shí)較短。一開完鉆后下入?339.7 mm表層套管，采取常規(guī)固井方法固井。

4.2 二開井段（203.00～2 205.00 m）

二開井眼直徑311.1 mm，該井段鉆至中完井深，井底溫度96.6 ℃，最大井斜角6.0°，無取心要求。常規(guī)井下測(cè)量?jī)x器（抗溫125 ℃）、常規(guī)鉆具即可滿足鉆井需求。

燈樓角組至潿1段（203.00～1 454.00 m井段）部分地層含礫石，會(huì)對(duì)PDC鉆頭造成破壞。因此，該井段選用鑲齒三牙輪鉆頭，既避免了鉆頭失效，又與螺桿鉆具配合實(shí)現(xiàn)了井眼軌跡調(diào)整。該井段鉆井參數(shù)：鉆壓40～60 kN，轉(zhuǎn)速80 r/min，排量64 L/s，泵壓低于17 MPa。該井段鉆井施工順利。

潿2段（1 454.00～2 205.00 m井段）地層礫石含量低，且顆粒較小，適合采用PDC鉆頭鉆進(jìn)。PDC鉆頭與螺桿鉆具配合既提高了機(jī)械鉆速，又方便調(diào)整井眼軌跡。該井段鉆井參數(shù)：鉆壓40～60 kN，轉(zhuǎn)速80 r/min，排量64 L/s，泵壓小于18 MPa。該井段鉆井施工順利。

4.3 三開井段（2 205.00～4 550.00 m）

4.3.1 定向鉆進(jìn)

該井2 205.00 m～3 000.00 m井段循環(huán)條件下井溫 91.2 ℃，預(yù)計(jì)實(shí)際井溫（116.0±5.0）℃。采用PDC鉆頭+螺桿+MWD鉆具組合，在井深3 100.00 m處開始造斜，但是因工具面穩(wěn)定性較差，造斜效果較差，從井深3 100.00 m鉆至井深3 235.00 m，井斜角僅從 4.68°提高至 5.65°，造斜率為 0.19°/30 m，與設(shè)計(jì)造斜率（2.4°/30 m）相差較大。因此，根據(jù)地層特性和定向鉆進(jìn)的要求，選擇了MD517X型和LPT517GL型?215.9 mm三牙輪鉆頭與7LZ165×7Y型螺桿配合進(jìn)行定向造斜。定向造斜鉆具組合為?215.9 mm牙輪鉆頭+?171.5 mm（1.25°～1.50°）螺桿+?165.1 mm浮閥+?165.1 mm MWD+?165.1 mm 無磁鉆鋌×2根+?127.0 mm 加重鉆桿×18根+?127.0 mm鉆桿。鉆井參數(shù)：鉆壓40～60 kN，螺桿轉(zhuǎn)速180 r/min，排量32 L/s，泵壓18～21 MPa。定向鉆進(jìn)過程中，工具面較穩(wěn)定，定向效果較好。從井深3 235.00 m鉆至井深3 545.00 m用4只牙輪鉆頭完成造斜，井斜角由 5.65°提高到 30.35°，造斜率 2.395°/30 m，與設(shè)計(jì)造斜率相符。后續(xù)井段使用PDC鉆頭穩(wěn)斜鉆至完鉆井深，井眼軌跡見圖2。

4.3.2 抗高溫鉆井液性能維護(hù)措施

三開采用鉀鹽聚合物鉆井液，考慮到不同井段對(duì)鉆井液的耐溫、防塌封堵性能需求不一樣，根據(jù)不同井段對(duì)鉆井液性能的需求維護(hù)鉆井液的性能。

三開開鉆前配制足夠的鉀鹽聚合物鉆井液，其主要性能為：密度1.20 kg/L，漏斗黏度45 s，初切力2.0 Pa，終切力4.0 Pa，API濾失量 4.0 mL，濾餅厚度0.5 mm。

三開開鉆前用鉀鹽聚合物鉆井液將井筒內(nèi)的井漿替出，并根據(jù)施工需要將鉆井液密度提高至1.28 kg/L，循環(huán)均勻后，開始鉆進(jìn)。由于潿3段地層泥巖造漿嚴(yán)重，鉆至該地層時(shí)，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充聚丙烯酰胺氯化鉀膠液，以防止鉆井液黏度過高（不能超過55 s），造成沖刷能力降低，導(dǎo)致鉆屑大量黏附在井壁上，從而引起阻卡。

由于流1段地層溫度升高，鉆進(jìn)過程中，為提高鉆井液的耐溫性能，向鉆井液中加入2.0%FFT-I+2.0%SD-101+2.0%BZ-KLS-I+2.0%SD-201。取樣測(cè)鉆井液性能，其性能為：密度1.30 kg/L，黏度45～50 s，初切力 2.0 Pa，終切力 6.0 Pa，API濾失量3.2 mL，高溫高壓濾失量10.0 mL，濾餅厚度0.5 mm。鉆進(jìn)過程中振動(dòng)篩使用160目篩布，并提高離心機(jī)使用率，及時(shí)清除鉆井液中的有害固相。

流2段地層溫度進(jìn)一步升高，因此，將SD-101和SD-201的加量增大至4.0%，將鉆井液的抗溫能力提高至150 ℃。鉆井液性能為：密度1.50 kg/L，漏斗黏度 78 s，初切力 2.5 Pa，終切力 8.0 Pa，API濾失量3.2 mL，高溫高壓濾失量10.0 mL，濾餅厚度0.5 mm。將鉆井液添加劑配制成膠液，鉆進(jìn)過程中以細(xì)水長流的方式添加到鉆井液中，維護(hù)其性能，以避免性能大幅度波動(dòng)，嚴(yán)格控制鉆井液的API濾失量，提高鉆井液的防塌造壁性能和封堵性能。

長流組地層溫度更高，因此，將FFT-I的加量提高到4.0%，SD-101和SD-201的加量提高到6.0%，將鉆井液的抗溫能力提高到180 ℃。鉆井液性能為：密度1.55 kg/L，漏斗黏度93 s，初切力3.0 Pa，終切力12.0 Pa，API濾失量2.4 mL，高溫高壓濾失量10.0 mL，濾餅厚度0.5 mm。由于長流組地層孔隙度高，鉆井液損耗量大，因此要及時(shí)補(bǔ)充鉆井液，并增大封堵防塌材料FFT-I的加量。為了保證起下鉆及取心的安全，加入2.0%潤滑劑，提高鉆井液的潤滑性能。

圖2 花東1R井井眼軌跡剖面Fig. 2 Trajectory profile of Well HD-1R

4.3.3 井眼軌跡控制

鉆至井深4 014.00 m時(shí)，井底循環(huán)溫度127.6 ℃，預(yù)計(jì)井底實(shí)際溫度在150 ℃左右，此時(shí)鉆具組合中的抗溫125 ℃的測(cè)量?jī)x器失效，地面接收不到測(cè)量數(shù)據(jù)。因此，4 014.00～4 550.00井段每鉆進(jìn)100.00 m，在鉆具內(nèi)投入抗溫150 ℃的多點(diǎn)測(cè)斜儀，進(jìn)行循環(huán)測(cè)斜，完成測(cè)斜后起鉆。該井在鉆至井深4 113.00，4 227.00，4 338.00，4 464.00和 4 550.00 m 時(shí)分別入投多點(diǎn)測(cè)斜儀，進(jìn)行測(cè)斜。起鉆后分析測(cè)斜數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，井斜角和方位角均在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，采用多點(diǎn)測(cè)斜儀成功解決了高溫環(huán)境下井眼軌跡監(jiān)測(cè)的問題。

4.3.4 取心

通過選擇合理的取心工具、優(yōu)化取心鉆進(jìn)參數(shù)，分別在 4 227.81～4 234.91，4 464.04～4 472.48和4 535.18～4 542.28 m井段成功取出3筒巖心。取心進(jìn)尺累計(jì)22.64 m，巖心累計(jì)長度22.64 m，巖心收獲率為100%。對(duì)干熱巖巖心進(jìn)行分析，第1段巖心為泥巖，第2段為砂巖、粉砂巖，第3段為含礫粗砂巖，為海南島干熱巖開發(fā)提供了巖心資料。

4.3.5 固井

固井前將鉆井液性能調(diào)整為：密度1.31 kg/L，漏斗黏度48 s，pH值10，API濾失量3.2 mL，濾餅厚度0.5 mm，含砂量0.2%，初切力3.0 Pa，終切力11.0 Pa。采用雙凝水泥漿固井，共注入80.0 m3水泥漿，其中緩凝水泥漿56.0 m3，速凝水泥漿24.0 m3；水泥漿平均密度1.90 kg/L，替漿52.4 m3，碰壓16 MPa，套管加壓20 MPa，穩(wěn)壓30 min，壓降為0。候凝48 h后進(jìn)行聲幅測(cè)井，評(píng)價(jià)固井質(zhì)量。油層段CBL值除3 040.00～3 500.00 m井段在20%～50%外，其他井段均在10%～30%，總體固井質(zhì)量合格。

5 結(jié)論與建議

1）干熱巖鉆井時(shí)地層高溫會(huì)影響鉆井液性能穩(wěn)定、引起定向工具故障、影響固井質(zhì)量；其次是干熱巖埋藏較深，對(duì)鉆井、取心帶來安全挑戰(zhàn)。利用現(xiàn)有鉆井工程技術(shù)可以克服干熱巖鉆井技術(shù)難點(diǎn)，達(dá)到干熱巖鉆井的目的。

2）現(xiàn)有鉆井工程技術(shù)雖然可以基本滿足干熱巖鉆井要求，但是時(shí)效較差、風(fēng)險(xiǎn)較大、缺乏應(yīng)急手段和鉆井成本高。因此，首先要研制抗高溫、高強(qiáng)度的鉆井工具和隨鉆測(cè)量?jī)x器，如螺桿鉆具、高效鉆頭和高精度隨鉆測(cè)量?jī)x器等，以滿足干熱巖規(guī)模開發(fā)的需求；其次，增強(qiáng)抗高溫鉆井液的穩(wěn)定性；最后，提高與完善高溫固井技術(shù)，以滿足干熱巖固井需求。