周 孟 商國璽 張英露

北京京能油氣資源開發(fā)有限公司 北京 100020

柯探1 井在新疆維吾爾族自治區(qū)阿克蘇境內(nèi)，為部署在塔里木盆地西北緣柯坪斷隆帶薩拉姆布拉克構(gòu)造下寒武系頂面構(gòu)造高點(diǎn)上的一口預(yù)探井。設(shè)計(jì)井深4500m，全井地質(zhì)層位古老，表層即為泥盆系，可鉆性極差。該井西北方向7.8km 處為柯坪1 井，柯坪1 井鉆井周期長，機(jī)械鉆速低、易漏，鉆進(jìn)至1000m 累計(jì)漏失8 次、漏失鉆井液1014m3，機(jī)械鉆速1.91m/ h。

柯坪斷壟帶鉆井難度大，主要表現(xiàn)在機(jī)速慢、極易井漏、易斜等特點(diǎn)，通過對地層的研究，為解決上述施工難點(diǎn)，首次將空氣鉆井、泡沫鉆井的鉆井技術(shù)應(yīng)用到該類地層，實(shí)現(xiàn)鉆井提速。

1 對柯坪斷壟帶上部地層的分析

1.1 含油氣性、H2S 情況

通過地質(zhì)對比分析，該區(qū)塊最上部的含油氣、H2S 層位可能在志留系下統(tǒng)塔塔埃爾塔格組上砂巖段。設(shè)計(jì)塔塔埃爾塔格組頂深為1175m，厚度為165m，鄰區(qū)巴楚隆起的方1 井在塔塔埃爾塔格組以下鉆遇油氣顯示一層?？绿? 井一開設(shè)計(jì)深度為1000m?？紤]到區(qū)塊內(nèi)第一口預(yù)探井，為保證井控安全，空氣鉆、泡沫鉆主要運(yùn)用在柯探1井的一開1000m 井段。

1.2 地層硬度分析

柯探1 井的一開層位為泥盆系中下統(tǒng)克孜爾塔格組、志留系下統(tǒng)依木干他烏組。通過塔里木盆地，特別是巴楚隆起鉆遇的該地層情況以及鄰井柯坪1 井的地層情況，該層位巖性以粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖為主，碎屑成分以石英為主、含少（微）量長石，摩氏硬度在7 左右，性硬。由此可見，該井段可鉆性極差，特別是在表層大尺寸井眼的情況下，鉆井難度更大。

1.3 井眼穩(wěn)定性分析

通過本區(qū)塊及巴楚隆起的資料總結(jié)，在為數(shù)不多的已鉆井中，有3 口井存在志留系掉塊、垮塌的案例，未造成事故或復(fù)雜。但柯探1 井的不同點(diǎn)是志留系埋深較淺，而其他井普遍有較新的上覆地層。該井如使用空氣鉆、泡沫鉆，有可能出現(xiàn)井壁失穩(wěn)的情況，實(shí)鉆中需要密切注意各參數(shù)變化情況。

1.4 地層出水情況分析

從現(xiàn)有鄰井資料看，未見有水層描述，部分井在奧陶系、寒武系的試油過程中有過產(chǎn)水的案例，但與上部地層無可參照性。因此，不排除上部井段氣體鉆井施工過程中地層有出水的可能，如實(shí)鉆過程中地層出水，可以轉(zhuǎn)換循環(huán)介質(zhì)由空氣轉(zhuǎn)為泡沫鉆井液。

1.5 井漏情況分析

鄰井柯坪1 井鉆井周期長，機(jī)械鉆速低、易漏，鉆進(jìn)至1000m 累計(jì)漏失8 次、漏失鉆井液1014m3。因此，上部井段井漏是一個比較嚴(yán)重的問題，但空氣鉆、泡沫鉆能夠在一定程度上避免井漏的發(fā)生。

1.6 綜合結(jié)論

通過上述分析，為提高上部地層機(jī)械鉆速、解決上部地層井漏問題，在該井上部井段采用欠平衡（空氣鉆、泡沫鉆）鉆井工藝是比較理想的鉆井方案。通過實(shí)際施工，取得了較好的效果。

2 施工方案制定

2.1 導(dǎo)管施工

導(dǎo)管采用Φ660.4mm 鉆頭鉆至井深50m，下入Ф508mm 套管，水泥漿返至地面，封隔上部松散易塌易漏地層，安裝井口，為一開實(shí)施氣體鉆井提供條件。

2.2 欠平衡（空氣鉆、泡沫鉆）施工

（1）為確保上部井段防斜打直，使用牙輪鉆頭鉆穿水泥塞并進(jìn)入新地層3～5m 左右，地層未出水、井壁穩(wěn)定，起鉆更換Φ444.5mm 空氣錘鉆井。鉆至設(shè)計(jì)井深1009m，結(jié)束氣體鉆井，進(jìn)行短起下鉆500m 左右，探井下沉砂，若沉砂小于2m，加大氣體排量循環(huán)攜砂，起鉆后直接下套管實(shí)施干法固井。

（2）鉆井期間如出現(xiàn)地層出水情況：若鉆遇地層出水小于5m3/ h，加大氣體排量循環(huán)觀察、烘干井壁，返砂正?；謴?fù)空氣鉆井；大于5m3/ h，直接轉(zhuǎn)換為泡沫鉆井，泡沫鉆井期間在條件允許的條件下盡量使用空氣錘，若風(fēng)險(xiǎn)較大，起鉆更換使用常規(guī)鉆頭鉆進(jìn)；在空氣或泡沫鉆井過程中，若地層出水量超過20m3/ h，超過現(xiàn)場污水池承載能力，根據(jù)井下安全情況轉(zhuǎn)為鉆井液，進(jìn)行充氣泡沫鉆井。

（3）泡沫鉆至中完井深，進(jìn)行短起下鉆500m 左右，探井下沉砂，若沉砂小于2m，使用泡沫循環(huán)攜砂，起鉆后直接下套管實(shí)施干法固井。

3 空氣鉆、泡沫鉆的實(shí)鉆情況

3.1 空氣鉆、泡沫鉆鉆進(jìn)井段概況

柯探1 井導(dǎo)管深度59m，一開使用Φ444.5mm 鉆頭開鉆，一開完鉆井深1009m，累計(jì)進(jìn)尺950m，純鉆時間309h，機(jī)械鉆速3.07m/ h。欠平衡鉆進(jìn)井段情況見表1。

表1 欠平衡鉆進(jìn)井段情況統(tǒng)計(jì)

3.2 空氣鉆具體施工情況

3.2.1 空氣鉆+ 牙輪鉆頭施工

使用牙輪鉆頭鉆穿導(dǎo)管水泥塞后，轉(zhuǎn)換空氣鉆作業(yè)，氣舉、烘干井筒后，進(jìn)行牙輪鉆頭試鉆。鉆具組合為：Ф444.5mm 牙輪鉆頭+ 浮閥+Φ228.6mm 鉆鋌×2 根+Φ203.2mm 鉆鋌×1 根+Φ127mm 斜坡鉆桿。鉆井參數(shù)：鉆壓:30kN、轉(zhuǎn)速:30～40r/ min、空氣排量:100～110m3/ min、立壓:1.3～1.4MPa。試鉆井段59～62m，進(jìn)尺3m，純鉆時間9h，機(jī)械鉆速0.33m/ h。

試鉆期間，井下情況正常，返出砂樣干燥，試鉆成功，起鉆、換入空氣錘進(jìn)行空氣鉆井。

3.2.2 空氣鉆+ 空氣錘施工

為充分發(fā)揮空氣鉆的快速鉆進(jìn)優(yōu)勢，起鉆下入空氣錘進(jìn)行鉆進(jìn)。鉆具組合為：Ф444.5mm 空氣錘鉆頭（京石KQC275）+ 浮閥+Φ228.6mm 鉆鋌×1 根+Φ228.6mm無磁鉆鋌×1 根+Φ228.6mm 鉆鋌×2 根+Φ203.2mm鉆鋌×1 根+Φ177.8mm 無磁鉆鋌×3 根+Φ127mm 加重鉆桿+Φ127mm 斜坡鉆桿。鉆井參數(shù)：鉆壓:20～40kN、轉(zhuǎn)速:25～40r/ min、空氣排量:110～135m3/ min、立壓:1.4～2.1MPa。鉆進(jìn)井段62～207m，進(jìn)尺145m，純鉆時間38h，機(jī)械鉆速3.82m/ h。鉆至207m，返砂量少、扭矩波動大、鉆時慢、立壓上漲0.2MPa，初步判斷地層出水，起鉆檢查。起出鉆具被潤濕巖屑包裹，空氣錘泥包，確定地層出水，起出空氣錘新度70%，直徑磨損3mm，牙齒碎裂36 顆，錘頭流道及本體被沖蝕。

換新空氣錘入井，試空氣烘干井筒，排砂管線出口持續(xù)有水成線流狀返出，未能烘干，無法滿足空氣鉆施工。按施工方案轉(zhuǎn)為泡沫鉆井，配置泡沫基液，準(zhǔn)備泡沫鉆進(jìn)。

3.3 泡沫鉆具體施工情況

3.3.1 泡沫鉆+ 空氣錘施工

按施工方案，優(yōu)先采用泡沫鉆+ 空氣錘的鉆進(jìn)方式進(jìn)行試鉆進(jìn)，根據(jù)試鉆進(jìn)效果優(yōu)選鉆進(jìn)方式。鉆具組合為：Ф444.5mm 空氣錘鉆頭（京石KQC275）+ 浮閥+Φ228.6mm 鉆鋌×1 根+Φ228.6mm 無磁鉆鋌×1 根+Φ228.6mm 鉆鋌×2 根+Φ203.2mm 鉆鋌×1 根+Φ177.8mm 無磁鉆鋌×3 根+Φ127mm 加重鉆桿+Φ127mm 斜坡鉆桿。鉆井參數(shù)：鉆壓為20～40kN；轉(zhuǎn)速為25～40r/ min；空氣排量為100～110m3/ min；液排量為8～10L/ s；立壓為3.1～3.6MPa。鉆進(jìn)井段207～246m，進(jìn)尺39m，純鉆時間16.7h，機(jī)械鉆速2.34m/ h。

鉆至246m，鉆時由10～20 min/ m 下降至28～50min/ m，鉆時變慢，返出巖屑少，準(zhǔn)備起出空氣錘。起出空氣錘后，新度80%，錘頭直徑磨損3mm，牙齒碎裂3 顆，從空氣錘的磨損情況，判斷泡沫+ 空氣錘工作效果不佳。

3.3.2 泡沫鉆+ 牙輪鉆頭施工

鉆具組合均為：Ф444.5mm 牙輪鉆頭+ 浮閥+Φ228.6mm 減 震 器 +Φ228.6mm 鉆 鋌×1 根 +Φ228.6mm 無磁鉆鋌×1 根+Φ228.6mm 鉆鋌×3 根+Φ203.2mm 鉆鋌×6 根+Φ177.8mm 鉆鋌×9 根+Φ127mm 加重鉆桿×9 根+Φ127mm 斜坡鉆桿。泡沫鉆+牙輪鉆進(jìn)井段分段統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 泡沫鉆+ 牙輪鉆進(jìn)井段分段統(tǒng)計(jì)

3.3.3 泡沫鉆+PDC 鉆頭施工

鉆具組合均為：Ф444.5mmPDC 鉆頭+ 浮閥+Φ228.6mm 減 震 器 +Φ228.6mm 鉆 鋌×1 根 +Φ228.6mm 無磁鉆鋌×1 根+Φ228.6mm 鉆鋌×3 根+Φ203.2mm 鉆鋌×6 根+Φ177.8mm 鉆鋌×9 根+Φ127mm 加重鉆桿×9 根+Φ127mm 斜坡鉆桿。泡沫鉆+PDC 鉆進(jìn)井段分段統(tǒng)計(jì)見表3。

表3 泡沫鉆+PDC鉆進(jìn)井段分段統(tǒng)計(jì)

3.4 機(jī)械鉆速效果

通過實(shí)際鉆進(jìn)情況比較，柯探1 井的機(jī)械鉆速較鄰井柯坪1 井的機(jī)械鉆速有顯著提高?？缕? 井1000m 前的機(jī)械鉆速為1.91m/ h，柯探1 井為3.07m/ h。而在鉆頭的尺寸上，柯坪1 井為12 1/ 4"，柯探1 井為17 1/ 2"，更能體現(xiàn)出鉆速的提高。在上部井段鉆速得到提升的情況下，全井的平均機(jī)械鉆速有顯著的提升，與柯坪斷壟帶、巴楚隆起其他寒武系鹽下井的平均機(jī)械鉆速對比，柯探1 井全井平均機(jī)械鉆速最高。在柯坪斷壟帶，上部地層古老、成巖程度高，可鉆性差，在井控風(fēng)險(xiǎn)可控的情況下，使用欠平衡鉆進(jìn)的提速理念效果較好。

該提速方案在區(qū)塊后續(xù)井的施工中，可能還有更好的改進(jìn)措施，如使用高抗研磨性的鉆頭。

3.5 防漏效果

鄰井柯坪1 井一開使用常規(guī)鉆井液進(jìn)行鉆進(jìn)，發(fā)生了多次漏失，多次進(jìn)行堵漏作業(yè)，由于井漏而耽誤的工期是比較長的，且井漏會導(dǎo)致很高的鉆井液消耗、堵漏材料的消耗，對整個鉆井成本會造成很大的影響。

柯探1 井在使用欠平衡鉆井后，在一開井段成功的杜絕了井漏的發(fā)生。從測井曲線看，700m 之前的地層孔隙度和滲透率都較高，如果使用常規(guī)鉆井液鉆進(jìn)，大部分井段存在井漏風(fēng)險(xiǎn)。而采用欠平衡鉆井后，未發(fā)生井漏。

使用空氣、泡沫作為循環(huán)介質(zhì)在很大程度上降低了井漏的風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約了堵漏損失時效，在柯坪斷壟帶上部井段防漏效果明顯。

3.6 防斜效果

柯探1 井屬于塔里木盆地山前構(gòu)造井，山前井地層傾角普遍較大，鉆進(jìn)時極易造成井斜，目前山前井常規(guī)鉆井液體系鉆進(jìn)的防斜手段主要通過使用垂直鉆井系統(tǒng)來解決，其他防斜手段適用性均較差。

使用空氣作為循環(huán)介質(zhì)鉆進(jìn)時，配合使用空氣錘能夠有效的預(yù)防井斜，在不使用空氣錘而使用常規(guī)鉆頭鉆進(jìn)時，就需要施加高鉆壓才能保證進(jìn)尺，平均鉆壓在10～15t，鉆壓低于10t 后鉆時極慢。在防斜的手段上有很大的局限性?？绿? 井鉆進(jìn)至207m 地層出水，無法繼續(xù)空氣鉆進(jìn)，轉(zhuǎn)換為泡沫鉆，泡沫鉆期間使用常規(guī)鉆頭鉆進(jìn)，井斜控制相對較差。一開最大井斜2.5°。地層傾角大及地層可鉆性差的綜合因素，導(dǎo)致了該區(qū)塊井斜不易控制。

3.7 環(huán)保效果

近年來，環(huán)境保護(hù)形勢嚴(yán)峻，管控嚴(yán)格，使用常規(guī)鉆井液體系，特別是磺化鉆井液體系，對于巖屑、廢液、鉆后鉆井液的處理均較為復(fù)雜，成本極高。而采用空氣鉆、環(huán)保泡沫鉆，全過程無污染，現(xiàn)場只需要提前修建好巖屑池，所有返出物進(jìn)入巖屑池?？諝忏@、泡沫鉆施工結(jié)束后，巖屑池自動蒸發(fā)，巖屑干化后即可作為常規(guī)原料進(jìn)行修路、填井場等，大幅度減少了環(huán)保的成本，降低了對環(huán)境的影響。

4 經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)

（1）空氣鉆、泡沫鉆在塔里木盆地柯坪斷壟帶施工井的上部井段試用效果較好，提速明顯，應(yīng)用前景較好。

（2）后續(xù)應(yīng)用中考慮使用能夠在泡沫循環(huán)介質(zhì)中工作的空氣錘，在提速方面會有一定突破。

（3）使用泡沫鉆加常規(guī)鉆頭的鉆具組合鉆進(jìn)時，優(yōu)選防斜技術(shù)，加入防斜工具進(jìn)行防斜打快。

（4）通過加快對該區(qū)塊的地質(zhì)研究，優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)，增長欠平衡鉆進(jìn)井段，提速還有很大的空間。