殷召海，李國強(qiáng)，王 海，丁永亮，王 雲(yún)，劉長(zhǎng)柱

（1.中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司定向井分公司，天津300450；2.中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司國際工程分公司，天津300450）

克拉蘇構(gòu)造帶博孜1區(qū)塊位于南天山南麓，為巴什基奇克組巨大砂巖體沉積于湖盆環(huán)境形成的整裝斷背斜型構(gòu)造氣藏。隨著對(duì)地質(zhì)構(gòu)造的再認(rèn)識(shí)和勘探技術(shù)的不斷提升，克拉蘇構(gòu)造帶博孜1區(qū)塊巴什基奇克組致密砂巖復(fù)雜油氣藏勘探開發(fā)取得了突破，探明含氣面積 180km2，預(yù)測(cè)地質(zhì)儲(chǔ)量 1500×108m3，目的層埋深 6900.00～7300.00m，成為重要的接替資源[1-2]。2015—2017年，該區(qū)塊已完鉆的3口井采用了六開井身結(jié)構(gòu)，平均機(jī)械鉆速1.54m/h，平均鉆井周期487d，平均完井周期520d。該區(qū)塊鉆井過程中存在機(jī)械鉆速慢、井漏、溢流和鹽底卡層困難等技術(shù)難點(diǎn)，制約了安全高效鉆井完井[3-5]。

為此，筆者在分析博孜1區(qū)塊鉆井完井技術(shù)難點(diǎn)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了井身結(jié)構(gòu)，優(yōu)選了系列鉆井提速技術(shù)，改進(jìn)了鹽底卡層技術(shù)，針對(duì)不同地層優(yōu)選了鉆井液，制定了防漏堵漏和固井等技術(shù)措施，形成了博孜1區(qū)塊復(fù)雜超深井鉆井完井關(guān)鍵技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果良好，縮短了鉆井完井周期，為加快博孜1區(qū)塊勘探開發(fā)提供了技術(shù)支撐。

1 鉆井完井技術(shù)難點(diǎn)

博孜1區(qū)塊油氣藏埋深普遍超過7000.00m，表層西域組至吉迪克組上部的巨厚礫巖層可鉆性極差，吉迪克組中下部存在高壓水層，庫姆格列木群發(fā)育鹽膏層，多套復(fù)雜地層易漏失，給安全高效鉆井完井帶來了極大挑戰(zhàn)。分析認(rèn)為，該區(qū)塊主要存在以下技術(shù)難點(diǎn)：

1）表層西域組、庫車組和康村組至吉迪克組上部發(fā)育有厚度超過5000.00m的礫巖層，礫石粒徑2～8mm，成分為片麻巖、花崗巖和灰?guī)r等，可鉆性差。如B1井和B2井該層段的平均機(jī)械鉆速僅為1.45m/h。

2）吉迪克組中下部高壓水層的壓力系數(shù)達(dá)1.75，且安全密度窗口窄。已鉆井有2口井發(fā)生溢流，溢流時(shí)鉆井液密度1.50～1.72kg/L；2口井發(fā)生漏失，漏失時(shí)鉆井液密度1.85～1.88kg/L；庫姆格列木群發(fā)育厚達(dá)250～400m的鹽膏層，夾含泥巖、白云巖薄層，給鹽底卡層帶來了困難。

3）區(qū)塊上部礫石層膠結(jié)差，已鉆井在該層段發(fā)生8次掉塊卡鉆和20次井漏；鹽膏層蠕變性強(qiáng)，鉆井液密度最高達(dá)2.30kg/L；白云巖薄弱夾層承壓能力低、易漏失，有3口井在該層段發(fā)生了井漏。因井漏導(dǎo)致固井質(zhì)量差，鹽膏層以上地層固井合格率64.7%，鹽膏層固井合格率43.5%。

4）目的層巴什基奇克組以致密砂巖為主，水敏性強(qiáng)。室溫測(cè)試水敏損害率達(dá)到74.4%，130℃高溫下測(cè)試水敏損害率為54.0%。

2 鉆井完井關(guān)鍵技術(shù)

2.1 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

博孜1區(qū)塊原井身結(jié)構(gòu)為六開井身結(jié)構(gòu)：一開套管下至井深200.00m，封固上部疏松地層；二開套管下至井深2500.00m，封固未壓實(shí)礫巖層；三開套管下至井深3600.00m，為揭開吉迪克組高壓水層創(chuàng)造井眼條件；四開套管下至庫姆格列木群鹽膏層頂部，為安全鉆進(jìn)鹽膏層奠定基礎(chǔ)；五開套管封固鹽膏層；六開儲(chǔ)層專打。

充分考慮地層三壓力剖面、高壓鹽水層和鹽膏層的分布情況[6]，同時(shí)結(jié)合已鉆井情況，對(duì)井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。由于井深3000.00m以深礫巖層壓實(shí)程度好，將二開套管下至井深3000.00m；三開套管下至庫姆格列木群鹽膏層頂部，下部的鹽膏層和儲(chǔ)層仍然分別專封專打，減少了一個(gè)開次，形成了五開井身結(jié)構(gòu)。

2.2 提速提效技術(shù)

2.2.1 鉆井參數(shù)優(yōu)化

排量、轉(zhuǎn)速、鉆壓是最主要的鉆井參數(shù)。大排量可以提高井眼清潔能力，高轉(zhuǎn)速可以提高機(jī)械鉆速和井眼清潔能力，大鉆壓可以提高機(jī)械鉆速。在以提高鉆頭壓降和比水功率為基礎(chǔ)，避免鉆具形成渦動(dòng)和鉆具疲勞的前提下，對(duì)排量、轉(zhuǎn)速、鉆壓等鉆井參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化[7-8]。

為了提高二開φ365.1mm 井眼和三開φ333.3mm井眼的機(jī)械鉆速和攜砂能力，通過模擬計(jì)算優(yōu)化了鉆井參數(shù)，優(yōu)化后的鉆井參數(shù)：二開φ365.1mm井眼泵壓 25～30MPa，排量 47～77L/s，鉆壓 100～180kN，轉(zhuǎn)速 80～100r/min；三開φ333.3mm 井眼泵壓 25～30MPa，排量 39～56L/s，鉆壓 120～200kN，轉(zhuǎn)速 80～110r/min（見表 1）。

表1 鉆井參數(shù)優(yōu)化結(jié)果Table1 Optimization results of drilling parameters

2.2.2 鉆頭優(yōu)選

博孜1區(qū)塊表層第四系至吉迪克組發(fā)育有巨厚礫巖層，頂部發(fā)育的礫巖成巖性差，厚度約為2000m；中部為準(zhǔn)成巖過渡段，厚度約為650.00m；下部的礫巖成巖性好，厚度2500.00m左右。針對(duì)不同發(fā)育特征的礫巖層，分別優(yōu)選了鉆頭。

礫巖未成巖段和準(zhǔn)成巖段的壓實(shí)程度低，相對(duì)疏松，分析認(rèn)為可選用抗沖擊性強(qiáng)、長(zhǎng)壽命牙輪鉆頭（如VM-28GDXO系列、T44系列的牙輪鉆頭）進(jìn)行提速。在鉆壓和鉆柱旋轉(zhuǎn)的共同作用下，牙輪鉆頭牙齒吃入巖石的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的滑動(dòng)，從而剪切礫巖層，將相對(duì)疏松的小礫石從井底剝離，再配合大排量將礫石攜帶至地面。

礫巖成巖段的上部研磨性強(qiáng)，采用常規(guī)PDC鉆頭或牙輪鉆頭鉆進(jìn)該層段，單只鉆頭進(jìn)尺106.00m，機(jī)械鉆速僅為0.94m/h。因此，選用孕鑲金剛石鉆頭。該鉆頭胎體內(nèi)部包鑲著金剛石顆粒，抗研磨性超強(qiáng)，鉆進(jìn)時(shí)胎體磨損，金剛石顆粒不斷出露自銳，可高效切削工作面巖石。

根據(jù)礫巖成巖段下部的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種抗研磨性強(qiáng)、減振效果更好的異形非平面切削齒，其切屑面為呈120°凸脊的3個(gè)斜面，使其與地層接觸方式由平面接觸變?yōu)槿S非平面接觸（見圖1）。異形非平面切削齒PDC鉆頭的設(shè)計(jì)與常規(guī)平面切削齒PDC鉆頭基本相同，優(yōu)化了布齒密度和切削齒倒角等參數(shù)，布齒時(shí)將其中一條凸脊置于切削刃位置，作為鉆頭切削地層的工具線[9-10]。

圖1 非平面切削齒的結(jié)構(gòu)Fig.1 Non-planar cutter structure

2.2.3 渦輪提速技術(shù)

如上所述，選用孕鑲金剛石鉆頭鉆進(jìn)礫巖成巖段上部，分析認(rèn)為，該鉆頭與渦輪鉆具配合使用可獲得最佳的提速效果。渦輪鉆具能將鉆井液的高壓液能轉(zhuǎn)化為鉆頭高效破巖的機(jī)械能，隨著技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)形成了中速至高速系列化渦輪鉆具，轉(zhuǎn)速在 800～2000r/min，且適應(yīng)地層的能力越來越強(qiáng)，穩(wěn)定性、可靠性越來越好[11]。

2.3 鉆井液優(yōu)選

鹽膏層埋藏深度一般超過6000.00m，層厚250.00～400.00m，易蠕變縮徑造成阻卡；且存在高壓鹽水層，易發(fā)生溢流[12]。選用高密度KCl-聚磺欠飽和鹽水鉆井液，配方為2.0%膨潤(rùn)土粉+0.7%燒堿+6.0%磺化酚醛樹脂+6.0%磺化褐煤樹脂+4.0%氯化鉀+22.0%氯化鈉+2.0%乳化瀝青+3.0%潤(rùn)滑劑+重晶石；膠液配方為清水+0.5%燒堿+6.0%磺化酚醛樹脂+4.0%褐煤樹脂+5.0%氯化鉀。鉆進(jìn)期間補(bǔ)充膠液及膨潤(rùn)土漿進(jìn)行維護(hù)；利用四級(jí)固控設(shè)備最大限度除去鉆井液中的有害固相；加足潤(rùn)滑劑，以確保鉆井安全[13-14]。

目的層巴什基奇克組的巖性為致密砂巖，微裂縫發(fā)育，且水敏性強(qiáng)。因此，選用油基鉆井液，配方為40.0%～55.0%0#柴油+2.0.%～4.0%增黏劑+2.0%～4.5%氯化鈣水溶液+2.0%～3.0%主乳化劑+2.0%～3.0%輔乳化劑+2.0%～3.0%降濾失劑+2.0%～3.0%防塌封堵劑+2.0%～4.5%生石灰+加重劑。該鉆井液能夠降低水敏對(duì)儲(chǔ)層的傷害，并具有較好的封堵防塌性。

2.4 防漏堵漏技術(shù)措施

控制漏失的主要技術(shù)思路是 “立足于防、防堵結(jié)合” ，鉆進(jìn)上部欠壓實(shí)礫石層和鹽膏層內(nèi)白云巖段之前，適當(dāng)提高鉆井液的黏度和切力，并加入KGD-2+KGD-3隨鉆防漏材料。

一旦發(fā)生漏失，首先停止鉆進(jìn)，降低排量，觀察漏失情況，判斷漏層位置和漏速大小，為配制堵漏鉆井液和選擇針對(duì)性技術(shù)措施做準(zhǔn)備。漏速為5～10m3/h，加入 2.0% 粒徑 0.20～0.50mm 的堵漏劑+2.0%粒徑0.10～0.20mm的堵漏劑進(jìn)行隨鉆堵漏；漏速為10～30m3/h，則以井內(nèi)鉆井液為基礎(chǔ)，加入3.0%粒徑0.30～0.70mm的堵漏劑+2.0%粒徑0.10～0.30mm 的堵漏劑+2.0% 粒徑 0.05～0.10mm的堵漏劑，混合后進(jìn)行隨鉆段塞堵漏；若段塞堵漏不成功，或鉆遇地層漏速超過30m3/h時(shí)，以井內(nèi)鉆井液為基液，添加體積分?jǐn)?shù)15%～30%的BZ-STA配制堵漏鉆井液，停鉆堵漏。

2.5 固井技術(shù)措施

博孜1區(qū)塊地層較為復(fù)雜，難以保證全井固井質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良以上。因此，鹽上固井應(yīng)優(yōu)先確保管鞋處的固井質(zhì)量，鹽膏層固井也要優(yōu)先確保管鞋和喇叭口處的固井質(zhì)量[15-18]。

2.5.1 鹽上地層固井技術(shù)措施

首先進(jìn)行充分循環(huán)，保證井底清潔，調(diào)整好鉆井液性能，鉆井液動(dòng)切力小于8.0Pa，進(jìn)行水泥漿與鉆井液的相容性試驗(yàn)，以保證兩者的相容性。管鞋以上500.00m井段2根套管加裝1只套管扶正器，重合段3根套管加裝1只，其余井段5根套管加裝1只。隔離液及領(lǐng)漿過管鞋至吉迪克組時(shí)，環(huán)空返速不小于1.20m/s，以確保頂替效率。

2.5.2 鹽膏層固井技術(shù)措施

為提高固井質(zhì)量，重合段1根套管加裝1只套管扶正器，裸眼段2～3根套管加裝1只；隔離液用量為裸眼環(huán)空體積的2～3倍，且隔離液流性指數(shù)n≥0.8，稠度系數(shù)K≤0.3Pa·sn；替漿施工前期環(huán)空返速不小于1.0m/s，隔離液和部分領(lǐng)漿過高壓水層100.00m后適當(dāng)降低排量；采用逐步憋壓方式候凝，前期壓力不大于環(huán)空摩阻和地層承壓能力兩者之最小值，以保證全過程壓穩(wěn)。

2.6 鹽底卡層技術(shù)

鹽底卡層的準(zhǔn)確性會(huì)影響下一開次鉆進(jìn)的安全，每年都有因卡層不準(zhǔn)確造成的井下復(fù)雜情況，甚至井眼報(bào)廢。博孜1區(qū)塊庫姆格列木群發(fā)育厚250.00～400.00m的鹽膏層，夾含泥巖、白云巖薄層，采用常規(guī)技術(shù)不容易卡準(zhǔn)鹽底。因此，該區(qū)塊卡鹽層時(shí)，要加強(qiáng)與鄰井的地層對(duì)比，利用元素錄井技術(shù)[19]，并結(jié)合小鉆頭試鉆技術(shù)，識(shí)別出鹽底標(biāo)志巖性組合的準(zhǔn)確界線，提高鹽底卡層的準(zhǔn)確率。

綜上所述，針對(duì)克拉蘇構(gòu)造博孜1區(qū)塊的地質(zhì)特征，優(yōu)化了井身結(jié)構(gòu)，優(yōu)選了系列鉆井提速技術(shù)和鹽膏層與目的層的鉆井液，制定了防漏堵漏技術(shù)措施和固井技術(shù)措施，提出了組合式鹽底卡層技術(shù)，形成了博孜1區(qū)塊復(fù)雜超深井鉆井完井關(guān)鍵技術(shù)。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.1 總體試驗(yàn)情況

2018—2019年，復(fù)雜超深井鉆井完井關(guān)鍵技術(shù)在克拉蘇構(gòu)造博孜1區(qū)塊4口井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。礫巖未成巖段和準(zhǔn)成巖段應(yīng)用優(yōu)選的三牙輪鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)，平均機(jī)械鉆速由 1.78m/h 提高至 2.79m/h，同比提高了56.7%；礫巖成巖段的下部應(yīng)用異形非平面齒PDC鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)，平均機(jī)械鉆速提高至2.44m/h，提高了 78.9%，平均單只鉆頭進(jìn)尺 368.00m，提高了114.0%；渦輪鉆具+孕鑲金剛石鉆頭復(fù)合鉆進(jìn)，平均機(jī)械鉆速2.70m/h，提高了104.2%，平均單趟鉆進(jìn)尺230.40m，提高了138.0%?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的4口井全井段平均機(jī)械鉆速為2.07m/h，與2015—2017年完鉆井相比提高了34.4%，平均鉆井周期縮短了 131d，平均完井周期縮短了 141d（見表 2）。下面以B1103井為例詳細(xì)介紹試驗(yàn)情況。

3.2 B1103 井試驗(yàn)情況

B1103井采用了五開結(jié)構(gòu)井身結(jié)構(gòu)，井身結(jié)構(gòu)如圖2所示。該井區(qū)發(fā)育巨厚礫巖層、厚鹽膏層和高壓鹽水層，礫石層上部膠結(jié)差易掉塊井漏，鹽膏層易蠕變縮徑且夾雜的白云巖薄弱層承壓能力不足，嚴(yán)重影響了機(jī)械鉆速。為了提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期，該井試驗(yàn)了克拉蘇構(gòu)造博孜1區(qū)塊超深井鉆井完井關(guān)鍵技術(shù)，該井最終完鉆井深7242.00m，鉆遇礫巖層厚度 5608.00m，鉆遇鹽膏層厚度 333.00m，平均機(jī)械鉆速 2.25m/h，鉆井周期345d，完井周期 368d。

二開鉆進(jìn)礫巖層未成巖段和準(zhǔn)成巖段時(shí)采用了長(zhǎng)壽命的VM-28GDXO牙輪鉆頭，機(jī)械鉆速2.98m/h，同比提高了68.2%。鉆進(jìn)中加入2%～3%KGD-2+1%～2%KGD-3進(jìn)行防漏，出現(xiàn)井漏3次，通過停鉆降低排量判斷漏速，采取針對(duì)性的堵漏技術(shù)措施，漏失復(fù)雜時(shí)間由5d縮短為2d，大幅度提高了鉆進(jìn)效率。

表2應(yīng)用新技術(shù)后的鉆井完井指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table2 Statistical results of drilling and completion indexes after application of the new technologies

圖2 B1103 井的井身結(jié)構(gòu)Fig.2 Casing program of Well B1103

三開 3007.00～4520.00m 礫巖成巖段上部研磨性強(qiáng)，應(yīng)用了渦輪鉆具+孕鑲金剛石鉆頭復(fù)合鉆井技術(shù)，平均機(jī)械鉆速2.52m/h，同比提高了116.0%，單只鉆頭進(jìn)尺294.00m，同比提高了178.1%。礫巖成巖段下部 4520.00～5608.00m 井段應(yīng)用了MV516ILXU異形非平面齒PDC鉆頭，平均機(jī)械鉆速3.00m/h，同比提高了97.0%，單只鉆頭進(jìn)尺429.00m，同比增加了132.9%，創(chuàng)該區(qū)塊單只鉆頭進(jìn)尺最多和機(jī)械鉆速最高紀(jì)錄。

四開采用密度達(dá)2.30kg/L的氯化鉀聚磺欠飽和鹽水鉆井液鉆進(jìn)鹽膏層，鉆進(jìn)期間加密測(cè)量鉆井液性能，氯離子含量維持在 170000～190000mg/L，以保證鉆井液的抑制能力；同時(shí)，加入足量的防塌劑、抗溫降濾失劑，將高溫高壓濾失量控制在10mL以下，利用固控設(shè)備改善濾餅質(zhì)量。鉆井液中加入2%～3%KGD-2+1%～2%KGD-3隨鉆堵漏劑進(jìn)行防漏，整個(gè)開次安全平穩(wěn)；固井時(shí)每3根套管加裝1只套管扶正器，采用了流性指數(shù)n為0.9，稠度系數(shù)為0.25Pa·sn的隔離液，其用量為裸眼環(huán)空體積的2.5倍，固井質(zhì)量達(dá)到良好以上。

五開鉆進(jìn)目的層時(shí)，加強(qiáng)固相控制，振動(dòng)篩選用100目以上的篩布，除砂器、除泥器連續(xù)高效工作，將有害固相含量降至最低。鉆開油氣層前，鉆井液中加入3.0%復(fù)配暫堵劑，控制API濾失量小于5mL，濾餅厚度在0.5mm以下；高溫高壓濾失量小于 15mL，濾餅厚度 1.0～2.0mm，使其對(duì)儲(chǔ)層傷害降至最低。

庫姆格列木群鹽膏層元素錄井分析結(jié)果表明，鉆至鹽膏層底時(shí)鈉元素含量由2.47%降至0.50%，氯元素含量由0.21%降至0.05%，鐵元素含量由0.52%升至8.46%，泥巖的元素含量變化符合鹽底泥巖特征。進(jìn)一步采用小鉆頭試鉆，鉆進(jìn)1.00m退2.00m循環(huán)觀察，最終識(shí)別得到的鹽底標(biāo)志巖性組合界線可精確至0.50m。

4 結(jié)論與建議

1）克拉蘇構(gòu)造博孜1區(qū)塊油氣藏埋深大，地質(zhì)條件復(fù)雜，地表至吉迪克組上部發(fā)育巨厚礫巖層，機(jī)械鉆速低；吉迪克組中下部發(fā)育高壓鹽水層，安全密度窗口窄；庫姆格列木群鹽膏層夾含泥巖、白云巖薄層，鹽底卡層困難；地層自上而下有多套薄弱層，漏失頻發(fā)，導(dǎo)致固井質(zhì)量差，給鉆井完井安全帶來了極大的挑戰(zhàn)。

2）針對(duì)克拉蘇構(gòu)造帶博孜1區(qū)塊鉆井完井技術(shù)難點(diǎn)，通過優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)、優(yōu)選鉆井提速技術(shù)、優(yōu)化鹽底卡層技術(shù)、制定針對(duì)性的防漏堵漏技術(shù)措施和固井技術(shù)措施，形成了博孜1區(qū)塊復(fù)雜超深井鉆井完井關(guān)鍵技術(shù)。

3）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，博孜1區(qū)塊復(fù)雜超深井鉆井完井關(guān)鍵技術(shù)雖然基本解決了該區(qū)塊的鉆井完井技術(shù)難點(diǎn)，但還有進(jìn)一步提速提效的潛力。

4）針對(duì)鉆進(jìn)礫巖未成巖段和準(zhǔn)成巖段鉆具振動(dòng)劇烈的問題，建議試驗(yàn)應(yīng)用陀螺穩(wěn)定鉆具，降低振動(dòng)對(duì)鉆頭的損壞；對(duì)于礫巖成巖段，建議試驗(yàn)混合鉆頭+垂直鉆井工具+大扭矩螺桿復(fù)合鉆井技術(shù)，進(jìn)一步提高鉆井效率。