曹華慶，吳 波，龍志平，王殿學(xué)，黃干廷，馬向東

（1.中石化華東石油工程有限公司，江蘇南京210030；2.中國(guó)石化華東油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，江蘇南京210030）

按照國(guó)家能源局發(fā)布的NB/T10097—2018標(biāo)準(zhǔn)，巖溶熱儲(chǔ)是指發(fā)育巖溶化的碳酸鹽巖（石灰?guī)r、白云巖、大理巖）、硫酸鹽巖（石膏、硬石膏、芒硝等）和鹵化物（巖鹽、鉀鹽、鎂鹽等）構(gòu)成的熱儲(chǔ)，是可開發(fā)利用的地?zé)崮躘1]。京津冀地區(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[2]，在京津冀巖溶熱儲(chǔ)的早期勘探開發(fā)過(guò)程中，鉆井工藝受區(qū)域地質(zhì)描述不清楚、地質(zhì)控制井位少、儲(chǔ)蓋組合不明確和巖溶裂縫分布規(guī)律不清楚等的限制，誤穿風(fēng)化殼導(dǎo)致埋鉆、巖溶裂隙失返性漏失和掉塊卡鉆等井下故障頻發(fā)，導(dǎo)致鉆井速度低、鉆井成本高，嚴(yán)重影響了京津冀區(qū)域巖溶熱儲(chǔ)的勘探開發(fā)和利用。針對(duì)上述問(wèn)題，中石化華東石油工程有限公司、勝利石油工程有限公司和新星石油公司聯(lián)合進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，在分析京津冀巖溶熱儲(chǔ)地質(zhì)特征及鉆井過(guò)程中遇到的技術(shù)難點(diǎn)的基礎(chǔ)上，借鑒石油天然氣地質(zhì)、鉆井相關(guān)成熟技術(shù)[3]，對(duì)京津冀地?zé)醿?chǔ)層進(jìn)行了地質(zhì)環(huán)境描述及鉆井完井關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)研究，逐漸形成了由精細(xì)地質(zhì)卡層、鉆井模式和個(gè)性化鉆頭優(yōu)選、雙壁鉆桿氣舉穿漏和高效無(wú)固相攜巖鉆井液等鉆井關(guān)鍵技術(shù)，并在京津冀巖溶熱儲(chǔ)鉆探中進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用，應(yīng)用后成井率達(dá)到100%，鉆井周期縮短10%，鉆井成本降低12%。

1 地質(zhì)構(gòu)造和地層特點(diǎn)

京津冀地區(qū)位于渤海灣盆地，是一個(gè)疊置在華北古生界地臺(tái)上發(fā)展起來(lái)的中、新生界的斷陷盆地，主要發(fā)育中上元古界薊縣系霧迷山組、長(zhǎng)城系高于莊組熱儲(chǔ)，以及下古生界奧陶系、寒武系熱儲(chǔ)，優(yōu)質(zhì)巖溶熱儲(chǔ)主要分布在滄縣隆起和冀中坳陷。熱儲(chǔ)上部蓋層主要由新生界、中生界和上古生界構(gòu)成。

1）薊縣系霧迷山組厚度300.00～1 000.00m，為淺海相沉積，巖性為白云巖、白云巖夾泥質(zhì)白云巖，屬于裂隙或溶洞型熱儲(chǔ)，主要分布在牛駝鎮(zhèn)斷凸、滄縣臺(tái)拱、寧晉斷凸一帶，埋深80.00～2 000.00 m。該熱儲(chǔ)層大部分被古近系–新近系所覆蓋，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的地質(zhì)剝蝕風(fēng)化和淋濾作用，儲(chǔ)層厚度20.00～30.00m，鉆探揭示最大厚度為70.00m，巖溶裂隙發(fā)育、連通性好，是目前勘探發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的基巖熱儲(chǔ)。

2）長(zhǎng)城系高于莊組厚度420.00～980.00m，巖性為灰色白云巖、角礫巖和泥質(zhì)白云巖，屬于裂縫性熱儲(chǔ)，主要分布于牛駝鎮(zhèn)、河間等地，是僅次于霧迷山組的基巖熱儲(chǔ)。

3）奧陶系熱儲(chǔ)屬于裂縫性熱儲(chǔ)，巖性為灰白色、灰白色夾黃色灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖，主要分布在臨清坳陷寧晉凸起、新河凸起和館陶凸起等基巖埋藏較淺的區(qū)帶（基巖凸起帶）。奧陶系熱儲(chǔ)暴露時(shí)間相對(duì)較短、巖溶作用期次相對(duì)較少，儲(chǔ)層非均質(zhì)性中等–強(qiáng)，厚度50.00～80.00m，是一套較優(yōu)的熱儲(chǔ)。

4）寒武系熱儲(chǔ)屬于巖溶裂隙性熱儲(chǔ)，由上寒武統(tǒng)風(fēng)山組和下寒武統(tǒng)君山組碳酸鹽巖層構(gòu)成，巖性為褐灰色細(xì)晶白云巖、灰質(zhì)白云巖，主要分布在冀中坳陷的霸州凹陷、臨清坳陷的寧晉凸起和黃驊臺(tái)陷的馬頭營(yíng)凸起等，鉆探揭示厚度30.00～70.00m，也是一套較優(yōu)的熱儲(chǔ)。

2 鉆井技術(shù)難點(diǎn)

1）京津冀巖溶熱儲(chǔ)尚處于勘探階段，勘探鉆井較少，勘探開發(fā)程度低，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)儲(chǔ)層和蓋層的組合不明確，實(shí)際鉆井過(guò)程中因不能準(zhǔn)確確定風(fēng)化殼，導(dǎo)致發(fā)生失返性漏失，引起上部泥巖地層垮塌，造成卡鉆或埋鉆故障頻發(fā)。京津冀地區(qū)多口地?zé)峋@井過(guò)程中出現(xiàn)垮塌、埋鉆的事故，被迫填井側(cè)鉆或挪井口重鉆。如造甲城1井未能準(zhǔn)確判斷風(fēng)化殼，多次發(fā)生埋鉆和斷鉆具等井下故障，鉆井周期長(zhǎng)達(dá)223 d；而同一井場(chǎng)的造甲城2井由于準(zhǔn)確判斷和卡取風(fēng)化殼，鉆井周期僅27 d。

2）儲(chǔ)層裂隙（縫、洞）發(fā)育，易發(fā)生嚴(yán)重性漏失甚至失返性漏失。發(fā)生失返性漏失時(shí)，易造成上部沉砂卡鉆或井壁垮塌。地?zé)峋疄楸Ｗo(hù)儲(chǔ)層的滲透性和水質(zhì)，鉆井過(guò)程一般不允許采取常規(guī)堵漏措施，導(dǎo)致井眼清潔度差，卡鉆頻發(fā)。雄安新區(qū)鉆探的容東3井、一鋪南2井、Zg-Dr1井等多口地?zé)峋谌_鉆進(jìn)儲(chǔ)層時(shí)均發(fā)生由漏失導(dǎo)致的井壁垮塌。

3）巖溶熱儲(chǔ)膠結(jié)性差、巖性松散、巖心成柱性差，取心時(shí)堵心、擠心嚴(yán)重，起鉆過(guò)程中掉心嚴(yán)重，巖心收獲率低。

4）基巖儲(chǔ)層井目的層井段非均質(zhì)性強(qiáng)[4]、可鉆性差，導(dǎo)致鉆頭選型困難、鉆頭使用壽命短。采用混合鉆頭和個(gè)性化PDC鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，機(jī)械鉆速不穩(wěn)定；采用PDC鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，剛?cè)刖那?0 h機(jī)械鉆速略高于牙輪鉆頭，但后期機(jī)械鉆速急劇下降，單只PDC鉆頭進(jìn)尺和平均機(jī)械鉆速均比牙輪鉆頭低。

3 鉆井關(guān)鍵技術(shù)

3.1 風(fēng)化殼確定技術(shù)

京津冀不同區(qū)域地層受構(gòu)造、剝蝕等因素影響，地層發(fā)育情況和厚度變化大，風(fēng)化殼埋深規(guī)律性差。一直以來(lái)，現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)錄井對(duì)風(fēng)化殼和基巖（灰?guī)r和白云巖）巖屑的鑒別主要依靠經(jīng)驗(yàn)、化學(xué)分析和碳酸鹽巖分析等方法[5]。巖屑遲到時(shí)間受井深，鉆井液密度、黏度，巖屑粒徑、含量，鉆井泵泵壓、排量等因素的影響，不能準(zhǔn)確反映井底地層的情況。地?zé)嵝聟^(qū)勘探未深入，而工程上又要求“優(yōu)、快、好、省”，因此采用個(gè)性化PDC鉆頭提高機(jī)械鉆速，但機(jī)械鉆速高會(huì)影響巖屑錄井的質(zhì)量，造成無(wú)法準(zhǔn)確卡取風(fēng)化殼，易導(dǎo)致鉆穿風(fēng)化殼，引發(fā)失返性漏失，造成井內(nèi)壓力失衡，引起上部井段泥巖垮塌，從而發(fā)生卡鉆或埋鉆等井下故障。

元素錄井技術(shù)可以實(shí)時(shí)測(cè)量巖屑中常見(jiàn)的20余種元素，分析地層信息，為地層識(shí)別及地質(zhì)評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[6]。因此，利用石油地質(zhì)的XRF元素錄井技術(shù)可以準(zhǔn)確確定風(fēng)化殼界面。

XRF元素分析的原理是，當(dāng)高能X射線轟擊樣品（巖屑）時(shí)，原子核外的電子釋放出來(lái)，出現(xiàn)電子空位。此時(shí)處于高能態(tài)的電子會(huì)躍遷到低能態(tài)來(lái)填補(bǔ)電子空位，并釋放出特征X射線。不同元素產(chǎn)生X射線的能量和波長(zhǎng)不同，分析X射線的能量或波長(zhǎng)，就可得知被分析物質(zhì)中元素的種類與含量，確定所鉆地層的巖性，從而精確確定風(fēng)化殼的位置。國(guó)內(nèi)2000年開始利用XRF元素錄井技術(shù)識(shí)別地層巖性和劃分地層。不同巖性地層元素分析譜圖的特征不同，相同巖性地層的元素組合特征相似，Si元素在砂巖中富集，表現(xiàn)為Si元素含量高，F(xiàn)e元素含量低，Si和Fe元素二者負(fù)相關(guān)；Ca和Cr元素在灰?guī)r中富集，Mg和Ca元素在白云巖中富集[7]，通過(guò)測(cè)定地層中元素的含量，分析其相關(guān)性，可以精準(zhǔn)確定風(fēng)化殼的位置。

京津冀巖溶熱儲(chǔ)區(qū)上部明化鎮(zhèn)組泥巖蓋層中砂質(zhì)泥巖具有Fe、A l、K、Ti、V、Ba、Rb、Zr和Sr等元素含量高，Si元素含量低的特征。其中Ca、M g和P等元素的含量基本穩(wěn)定，Ca元素的含量大于Mg元素，說(shuō)明碎屑巖中含有少量碳酸鹽巖成分，且以灰?guī)r為主，白云巖次之。雄縣的Zg-Dr1井鉆至明化鎮(zhèn)組底部、霧迷山組風(fēng)化殼頂部后，XRF元素錄井資料顯示，Si和Ca等元素的含量大幅升高，F(xiàn)e、A l、K、Ti、V、Ba、Rb、Zr和Sr等元素的含量大幅降低，Ca、Mg和P等元素的含量基本穩(wěn)定（見(jiàn)圖1）；進(jìn)入霧迷山組風(fēng)化殼后，XRF元素錄井資料顯示Ca、M g和P等元素的含量迅速升高，其余元素的含量相對(duì)穩(wěn)定。

圖1 Zg-Dr1井XRF元素錄井曲線Fig.1 XRF element logging curve of W ell Zg-Dr1

根據(jù)Zg-Dr1井二開所鉆地層鉆時(shí)的變化，及時(shí)進(jìn)行地質(zhì)沖孔觀察巖屑，并通過(guò)XRF元素錄井分析相關(guān)元素的含量，發(fā)現(xiàn)Si元素的含量由明化鎮(zhèn)組的35.0%～40.0%逐步降至20.0%～21.0%，并保持穩(wěn)定；Ca元素的含量由1.0%逐步升至10.0%左右并保持穩(wěn)定；同時(shí)Mg元素的含量由0.5%升至4.5%～5.4%，說(shuō)明已經(jīng)進(jìn)入霧迷山組風(fēng)化殼，及時(shí)發(fā)現(xiàn)了薊縣系霧迷山組熱儲(chǔ)，保留足夠的下套管所需口袋，進(jìn)行中完，封固霧迷山組頂部及上部地層，避免了因巖屑遲到時(shí)間滯后導(dǎo)致鉆穿風(fēng)化殼的情況發(fā)生，為三開安全鉆進(jìn)創(chuàng)造了穩(wěn)定的上部井眼條件。

3.2 儲(chǔ)層綜合防卡鉆技術(shù)

1）準(zhǔn)確卡取風(fēng)化殼。巖溶熱儲(chǔ)風(fēng)化殼的鉆井特征一般是：和上部蓋層鉆時(shí)相比，鉆時(shí)明顯變長(zhǎng)，常出現(xiàn)鉆具放空、漏失，蹩鉆和跳鉆等現(xiàn)象；巖屑出現(xiàn)明顯變化，巖屑顏色和成分逐漸趨于相同，碳酸鹽巖含量逐漸增高并趨于穩(wěn)定，并常含有較多的晶體礦物，巖屑多為片狀，棱角明顯、斷口新鮮，粒徑小。京津冀巖溶熱儲(chǔ)勘探初期采用常規(guī)測(cè)井方法確定風(fēng)化殼，由于測(cè)井儀器零長(zhǎng)一般大于12.00m，多口井鉆穿風(fēng)化殼，導(dǎo)致發(fā)生失返性漏失，造成埋鉆。同樣，如果在蓋層底部提前中完，三開鉆進(jìn)灰?guī)r地層時(shí)會(huì)發(fā)生井漏，由于不同地層間存在壓差，鉆進(jìn)儲(chǔ)層時(shí)，如上部未下入套管固井封固泥巖蓋層，易垮塌掉塊，同樣會(huì)造成卡鉆或埋鉆?，F(xiàn)場(chǎng)采用鉆時(shí)對(duì)比法、厚度對(duì)比法、巖性對(duì)比法、元素含量對(duì)比法和地層取心法等綜合手段，能夠準(zhǔn)確確定標(biāo)志層。根據(jù)巖性組合特征、XRF元素錄井標(biāo)志性成分的變化及標(biāo)志層錄井的深度，同時(shí)結(jié)合鄰井地層厚度，判斷是否進(jìn)入灰?guī)r、薊縣系霧迷山組儲(chǔ)層界面。準(zhǔn)確確定風(fēng)化殼，可防止鉆穿風(fēng)化殼和蓋層底部提前中完等情況的發(fā)生。

2）應(yīng)用無(wú)固相高性能攜巖鉆井液。京津冀巖溶熱儲(chǔ)霧迷山組剝蝕掉塊嚴(yán)重，目的層上部裂縫發(fā)育，安全密度窗口窄，頻繁發(fā)生漏失。為保護(hù)目的儲(chǔ)水層，采用無(wú)固相高性能鉆井液鉆進(jìn)目的層，配方為：清水+0.25%增黏劑+0.13%懸浮劑+0.50%～0.80%PAM +0.30%～0.50%成膠劑HVIS，其性能為：密度1.02～1.03 kg/L，漏斗黏度40～50 s，塑性黏度35m Pa·s，動(dòng)切力6 Pa，靜切力2/9 Pa，pH值9。在揭開目的層之前，將常規(guī)膨潤(rùn)土鉆井液轉(zhuǎn)換為無(wú)固相高性能攜巖鉆井液。鉆進(jìn)過(guò)程中需要定時(shí)補(bǔ)充由增黏劑、懸浮劑和成膠劑配制的膠液，以提高鉆井液的攜巖性能，減少井內(nèi)沉砂，避免形成砂橋。如發(fā)生漏失，堵漏的同時(shí)要兼顧儲(chǔ)水層的保護(hù)，因此，從以下兩方面解決漏失問(wèn)題：一方面通過(guò)提高鉆井液黏度降低漏失速度和程度；另一方面在鉆井液中加入可完全酸溶的剛性堵漏材料，封堵發(fā)生小型、中型漏失的井段，減少或消除漏失，提高井眼清潔度，防止沉砂或掉塊卡鉆。剛性堵漏材料一般選用不同粒徑的方解石顆粒，鉆至完鉆井深后，充分循環(huán)鉆井液，使用稠漿大排量清掃井底，直到振動(dòng)篩無(wú)巖屑；確認(rèn)井筒干凈后，徹底清洗鉆井液罐，再次用新配制的無(wú)固相高性能攜巖鉆井液替出井內(nèi)的鉆井液，起鉆，進(jìn)行完井作業(yè)，以保護(hù)儲(chǔ)水層。

3）雙壁鉆桿氣舉穿漏技術(shù)。氣舉穿漏鉆井技術(shù)是利用雙壁鉆桿注入少量氣體，將上部井眼環(huán)空中的鉆井液舉升至地面，以降低當(dāng)量循環(huán)密度，安全鉆穿易漏地層，其工藝流程圖如圖2所示。所鉆井發(fā)生失返性漏失后，根據(jù)井內(nèi)靜止液面的井深和井內(nèi)鉆井液的密度，計(jì)算地層漏失壓力系數(shù)，依據(jù)該系數(shù)設(shè)計(jì)雙壁鉆桿注氣降壓值。通過(guò)雙壁鉆桿及井下氣舉閥向上部井段環(huán)空注入空氣，使井筒內(nèi)的當(dāng)量循環(huán)密度略低于地層漏失壓力當(dāng)量密度，同時(shí)依據(jù)最優(yōu)氣舉效率設(shè)計(jì)氣舉參數(shù)，建立滿足鉆進(jìn)攜巖要求的循環(huán)，以降低漏失量、提高攜巖效率、減少或避免發(fā)生井下故障，實(shí)現(xiàn)定向儀器正常工作。河北省霸州市的阿爾卡迪亞2井鉆至井深2 270.00m時(shí)發(fā)生失返性漏失，實(shí)測(cè)清水鉆井液液面在井深120.00m處，定向儀器因壓差低，不能正常工作。采用雙壁鉆桿氣舉穿漏技術(shù)，在井深2 743.00m處實(shí)現(xiàn)側(cè)鉆和定向鉆進(jìn)，井口連續(xù)返液攜砂，定向儀器正常工作，解決了鉆井液失返后巖屑無(wú)法攜帶出井和定向儀器無(wú)法正常工作的問(wèn)題。雙壁鉆桿氣舉穿漏所使用的鉆具組合為?215.9mm牙輪鉆頭＋常規(guī)鉆具組合＋井下單向氣舉閥＋?127.0 mm S135雙壁鉆桿×500.00m＋六方雙壁方鉆桿。

圖2 雙壁鉆桿氣舉穿漏流程Fig.2 Flow chart of gas lift through thief zonew ith doublewall drill pipe

4）工程技術(shù)措施。風(fēng)化殼膠結(jié)性差、不穩(wěn)定，易發(fā)生掉塊和垮塌，為此制定了預(yù)防性技術(shù)措施。采用螺桿鉆具組合時(shí)，選用本體不帶穩(wěn)定器的螺桿，以減少鉆具組合中的大尺寸鉆具，采用加重鉆桿施加鉆壓。采用不帶動(dòng)力鉆具的常規(guī)鉆具組合時(shí)，使用少量鉆鋌和加重鉆桿的組合，盡可能簡(jiǎn)化鉆具組合。在鉆具組合中合適的位置安放相應(yīng)尺寸的隨鉆震擊器，以確保第一時(shí)間處理卡鉆故障。鉆進(jìn)過(guò)程中必須觀察、計(jì)量巖屑的返出量，如返出量偏少，則停止鉆進(jìn)，循環(huán)清潔井眼，以防止發(fā)生沉砂卡鉆故障。

3.3 高效特色取心技術(shù)

京津冀地區(qū)奧陶系巖溶熱儲(chǔ)因暴露時(shí)間短、巖溶作用期次少，膠結(jié)性差，剝蝕差異性大，非均質(zhì)性較強(qiáng)[8]，易破碎，在取心過(guò)程中極易發(fā)生堵心、起鉆過(guò)程中發(fā)生掉心等井下故障，導(dǎo)致儲(chǔ)層巖心收獲率低，甚至出現(xiàn)空筒現(xiàn)象，影響地質(zhì)資料的獲取。常規(guī)彈簧卡箍式巖心爪巖心封閉內(nèi)徑為101.0mm，不能完全封閉巖心下端，僅適合成柱性好、膠結(jié)致密的地層取心，不適合用于京津冀地區(qū)巖溶熱儲(chǔ)目的層取心。

根據(jù)前期取心經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，選擇全封銷掛式JS-6型多用取心筒與彈簧卡箍加籃式一體式巖心爪配合進(jìn)行取心[9]。一體式巖心爪可封閉內(nèi)筒，能確保起鉆過(guò)程中不發(fā)生掉心，與適合于碳酸鹽巖取心的GC406T型高效取心鉆頭配合，能明顯提高取心鉆進(jìn)的機(jī)械鉆速。容東1井共取心3回次，第一回次使用Rb-8100型取心工具，取心收獲率18.2%。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取心情況，分析清楚取心收獲率低的原因后，采用JS-6型全封銷掛式多用取心筒與一體化巖心爪配合進(jìn)行取心作業(yè)，2回次取心收獲率均為100%（見(jiàn)表1），不僅提高了破碎、松散地層的巖心收獲率，而且提高了取心機(jī)械鉆速，確保了地質(zhì)資料的完整性。

表1 容東1井取心記錄Table 1 Coring record of Well Rongdong 1

3.4 鉆頭優(yōu)選

京津冀地區(qū)巖溶熱儲(chǔ)鉆井時(shí)，應(yīng)根據(jù)從上至下鉆遇地層的特性優(yōu)選鉆頭或?qū)︺@頭進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)。巖溶熱儲(chǔ)鉆井鉆遇地層分為蓋層（砂泥巖組合）和基巖（灰?guī)r或白云質(zhì)灰?guī)r）[10]。

1）蓋層鉆頭選型。巖溶熱儲(chǔ)蓋層以新生界的平原組、明化鎮(zhèn)組、館陶組和東營(yíng)組的砂巖和泥巖為主，可鉆性級(jí)值3～4，根據(jù)地層可鉆性級(jí)值和地層巖性特征選擇PDC鉆頭的型號(hào)，利用PDC-DS軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)鉆頭的水力參數(shù)、穩(wěn)定性和使用壽命。采用4～5刀翼、?19mm切削齒、小后傾角、25°側(cè)轉(zhuǎn)角和大尺寸噴嘴，噴嘴的噴射方向直接對(duì)準(zhǔn)刀翼上的切削齒，以有效清洗切削齒；盡量讓高流速區(qū)分布在各刀翼的主切削齒，避免主切削齒附近出現(xiàn)低流速區(qū)導(dǎo)致鉆頭泥包，以獲得更高的機(jī)械鉆速。主要采用HY 1955型和GCG3613BR型等PDC鉆頭鉆進(jìn)蓋層。

2）基巖鉆頭選型。對(duì)于以?shī)W陶系灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r為主的灰?guī)r基巖，其可鉆性級(jí)值4～5，選用五刀翼、?16mm切削齒的?215.9mmPDC鉆頭或IADC編碼為HJ517～HJ637、牙掌強(qiáng)化保徑的牙輪鉆頭。對(duì)于以白云質(zhì)砂巖、白云質(zhì)灰?guī)r和白云巖為主的白云質(zhì)灰?guī)r基巖，巖石結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，可鉆性級(jí)值7～8，推薦采用適用于高可鉆性級(jí)值地層的牙輪鉆頭。選用MD型掌背強(qiáng)化、適用于高轉(zhuǎn)速螺桿的鉆頭，同時(shí)采用高密度及露齒高度呈梯度變化的全掌背螺旋保徑齒，以保護(hù)牙輪鉆頭的掌尖和軸承的密封，增強(qiáng)鉆頭抗縮徑功能和保徑能力，延長(zhǎng)其使用壽命。MD型牙輪鉆頭機(jī)械鉆速適中、軸承壽命超長(zhǎng)，可在井下長(zhǎng)時(shí)間鉆進(jìn)，能實(shí)現(xiàn)減少起下鉆次數(shù)、降低輔助時(shí)效的目的[11]。常規(guī)鉆具組合和MD型牙輪鉆頭配合使用，壽命可達(dá)120～140 h、進(jìn)尺600.00～800.00m，能實(shí)現(xiàn)一趟鉆完成三開。

3.5 堵漏技術(shù)措施

巖溶熱儲(chǔ)上部非目的層井段發(fā)生井漏時(shí)，堅(jiān)持“低速漏失繼續(xù)鉆進(jìn)、中速漏失隨鉆堵漏、高速漏失專門堵漏”的堵漏思路。發(fā)生高速漏失時(shí)，將架橋化學(xué)凝膠和智能凝膠漿泵入漏失井段，進(jìn)行雙液堵漏。架橋化學(xué)凝膠配方為：清水+5.0%膨潤(rùn)土+10.0%懸浮劑+12.0%成膠劑+10.0%堵漏劑+2.0%交聯(lián)劑+5.0%增強(qiáng)劑。智能凝膠配方為：基液（水基鉆井液）+30.00%成膠劑+2.00%交聯(lián)劑+0.30%催化劑+0.009%交聯(lián)增強(qiáng)劑+0.01%緩交聯(lián)劑。堵漏作業(yè)時(shí)先注入智能凝膠，后注入化學(xué)凝膠，兩者相互協(xié)同，以解決惡性漏失、重復(fù)漏失的問(wèn)題。雙液法堵漏能夠使堵漏材料在預(yù)定位置停留并有效交聯(lián)，在承受液柱壓力的條件下，交聯(lián)后能夠形成強(qiáng)度足夠高的封堵層，雙液法堵漏成功率60%～70%，漏失量能明顯降低80%以上直至完全止漏。河北省霸州市的阿爾卡迪亞1井鉆至井深2 167.17 m（奧陶系灰?guī)r）時(shí)發(fā)生失返性漏失，采用雙液法堵漏，候凝后驗(yàn)漏，下鉆探塞發(fā)現(xiàn)塞面，開泵返出鉆井液，繼續(xù)鉆進(jìn)未再發(fā)生漏失，成功堵漏。

巖溶熱儲(chǔ)層井段發(fā)生井漏時(shí)，采取隨鉆堵漏的方法鉆進(jìn)，在鉆井液中加入聚合物和可完全酸溶的堵漏材料，以降低漏失量，并上提和下放鉆具觀察沉砂情況，如井下摩阻或扭矩明顯增大，則及時(shí)停止鉆進(jìn)，泵入高黏聚合物稠漿清掃井眼，將巖屑攜帶出井，以保證井下安全。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

京津冀地區(qū)7口巖溶熱儲(chǔ)井應(yīng)用巖溶熱儲(chǔ)鉆井關(guān)鍵技術(shù)，準(zhǔn)確卡取了風(fēng)化殼，成井率100%，平均鉆井周期比設(shè)計(jì)鉆井周期縮短18.5%，鉆井復(fù)雜和故障率降低93.0%。下面以Zg-Dr1井為例介紹應(yīng)用情況。

Zg-Dr1井一開使用?444.5 mm HY1955型PDC鉆頭鉆進(jìn)，鉆具組合為?444.5 mm PDC鉆頭+?203.2 mm無(wú) 磁 鉆 鋌×1根+?203.2 mm鉆 鋌×5根+?165.1 mm鉆鋌×3根+?127.0 mm加重鉆桿×12根+?127.0 mm鉆桿，機(jī)械鉆速25.00～35.00 m/h。二開使用?311.1 mm GCG3613BR型PDC鉆頭鉆進(jìn)，鉆具組合為?311.1 mm PDC鉆頭+?196.9 mm×1.25°螺桿+?308.0 mm穩(wěn)定器+?203.2 mm無(wú)磁鉆鋌×1根+?165.1 mm鉆鋌×3根+?127.0 mm加重鉆桿×12根+?127.0 mm鉆桿，機(jī)械鉆速15.00～20.00 m/h。三開白云質(zhì)灰?guī)r井段使用MD617GHL型牙輪鉆頭鉆進(jìn)，鉆具組合為?215.9 mm牙輪鉆頭+?165.1 mm無(wú)磁鉆鋌×1根+?165.1 mm鉆鋌×11根+?127.0 mm加重鉆桿×12根+?127.0 mm鉆桿，純鉆時(shí)間117 h，進(jìn)尺749.00 m，機(jī)械鉆速5.52～5.69 m/h。與鄰井西昝1井和西昝2井相同井段常規(guī)牙輪鉆頭相比，機(jī)械鉆速相當(dāng)，但是單只MD617GHL型牙輪鉆頭的進(jìn)尺比常規(guī)牙輪鉆頭提高112%，純鉆時(shí)間利用率提高25%～27%，鉆井周期縮短3～4 d。

5 結(jié)論與建議

1）利用XRF元素錄井技術(shù)能準(zhǔn)確判斷京津冀巖溶熱儲(chǔ)基巖的風(fēng)化殼，保證巖溶熱儲(chǔ)鉆井安全。

2）雙壁鉆桿氣舉穿漏技術(shù)能夠解決失返性漏失地層攜巖和井下常規(guī)MWD定向儀器與地面儀器之間信號(hào)失聯(lián)的問(wèn)題。

3）MD型牙輪鉆頭與常規(guī)鉆具組合配合鉆進(jìn)白云質(zhì)灰?guī)r巖溶熱儲(chǔ)層，能夠?qū)崿F(xiàn)“一趟鉆”完成三開的目標(biāo)。

4）JS-6型取心筒與一體式巖心爪配合使用，能提高京津冀巖溶熱儲(chǔ)破碎、松散地層的取心收獲率。