巴楚探區(qū)深井鉆井難點(diǎn)分析與技術(shù)對(duì)策

王興武 趙國(guó)順 孫 雪 馬文英 陳迎偉 寧長(zhǎng)征

（1.中原石油勘探局鉆井工程技術(shù)研究院，河南濮陽(yáng) 457001；2. 中原石油勘探局塔里木鉆井公司，新疆庫(kù)爾勒 841000）

巴楚探區(qū)位于新疆巴楚縣境內(nèi)，地處天山南麓的塔里木盆地和塔克拉瑪干沙漠西南邊緣，是中石化西北地區(qū)的重要勘探開(kāi)發(fā)地區(qū)，包括巴什托區(qū)塊、亞松迪區(qū)塊、毛拉區(qū)塊、小海子區(qū)塊和夏河區(qū)塊等5個(gè)區(qū)塊。鉆井?dāng)?shù)量少且井距較遠(yuǎn)，目前已完鉆探井和開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)井12口；地層年代古老、巖性復(fù)雜，鉆井主要鉆遇第四系、上第三系、二疊系、石炭系、泥盆系、志留系和奧陶系，個(gè)別探井鉆到寒武系和震旦系；鉆速低、周期長(zhǎng)，平均井深5082 m，平均鉆井周期為232 d，平均機(jī)械鉆速為2.26 m/h，復(fù)雜故障率較高，該探區(qū)鉆井提速提效難度大。

1 巴楚探區(qū)鉆井難點(diǎn)分析

巴楚探區(qū)鉆遇地層巖性以泥巖、砂巖、灰?guī)r、白云巖、玄武巖、石英砂巖為主，部分地層存在石膏和膏質(zhì)泥巖及高壓鹽水層，鉆進(jìn)過(guò)程中存在鉆速慢、縮徑、卡鉆、地層坍塌、井漏等技術(shù)難題［1-7］，主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面。

1.1 上第三系以上地層阻卡嚴(yán)重

該段地層包括第四系和上第三系的阿圖什組、帕卡布拉克組、安居安組。巖性以淺棕色粉砂巖、細(xì)砂巖與泥巖互層為主。安居安組上部粉砂巖地層有1套高壓鹽水層（鉆井液密度1.70 g/cm3以上才能壓穩(wěn)）；安居安組中下部有近100 m石膏巖夾棕色泥巖。

該段地層砂巖地層滲透率高，在鉆井液柱壓差（地層壓力1.07~1.20 g/cm3，而使用鉆井液密度高達(dá)1.78~1.85 g/cm3）的作用下易形成虛厚濾餅；上部地層井眼尺寸大，機(jī)械鉆速較高，環(huán)空巖屑的濃度高，排量、泵壓、攜砂、井壁沖刷與機(jī)泵條件幾者之間矛盾突出，巖屑易粘附到井壁上引起阻卡；淺灰色、淺棕黃色泥巖水化膨脹性強(qiáng)，易發(fā)生縮徑卡鉆和鉆頭泥包。安居安組下部含有石膏巖夾棕色泥巖，也易縮徑。

完鉆的12口井中有5口井在此段發(fā)生過(guò)10 次嚴(yán)重阻卡，其中BK2井處理4次阻卡用時(shí)51.1 d；BK3鉆進(jìn)至井深2572.70 m，循環(huán)鉆井液、測(cè)斜后，短起期間多處遇阻嚴(yán)重，處理阻卡花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)；BK5H井在1951~2942 m井段起下鉆很困難，起鉆倒劃、下鉆正劃，無(wú)法正常起下鉆。

1.2 二疊系、石炭系地層易剝落掉塊

該段地層包括二疊系和石炭系的小海子組、卡拉沙依組、巴楚組，主要問(wèn)題是含有微裂隙的硬脆性泥巖、玄武巖，易發(fā)生坍塌掉塊造成卡鉆。掉塊以硬脆性的泥巖為主，尺寸較大（長(zhǎng)寬分別為3~5 cm，厚度為0.5~1.5 cm）；硬度較大，棱角分明，巖屑錄井表明掉塊占總撈砂量的90%左右。圖1是BK9H井二疊系掉塊的照片。

圖1 BK9H井二疊系掉塊照片

BK1井?311.2 mm井眼二疊系井徑擴(kuò)大率最大為25%，平均為14%；石炭系井徑擴(kuò)大率最大為22.5%，平均為11%。?215.9 mm井眼的井徑擴(kuò)大率最大為29%，平均為13%。BK3井二開(kāi)井段鉆頭尺寸為?311.2 mm，而最大井徑達(dá)到459.74 mm，井徑擴(kuò)大率高達(dá)48%。較大的井徑擴(kuò)大率進(jìn)一步說(shuō)明了該層段掉塊的嚴(yán)重性。

由于掉塊的尺寸較大，極易造成卡鉆和測(cè)井遇阻。BK6H井發(fā)生了兩次掉塊卡鉆，共花費(fèi)處理時(shí)間98 h。BK2井下鉆至4396 m嚴(yán)重遇阻，多次大幅度活動(dòng)鉆具無(wú)法解除，解卡花費(fèi)7.7 d。BK3井二開(kāi)測(cè)井歷時(shí)較長(zhǎng)，其原因主要是二疊系掉塊卡鉆頭和穩(wěn)定器，共測(cè)井3次，用時(shí)9.75 d，損失時(shí)間近7 d之久。

1.3 泥盆系石英砂巖、泥盆系及志留系棕褐色泥巖鉆速低

深部的泥盆系和志留系的機(jī)械鉆速較低［3］。主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：泥盆系石英砂巖的抗壓強(qiáng)度高，研磨性較強(qiáng)，機(jī)械鉆速極低；泥盆系、志留系棕褐色泥巖塑性較大，機(jī)械鉆速很低。PDC鉆頭選型難，使用效果差。

BK2井在該井段鉆進(jìn)過(guò)程中首先采用HJT517G牙輪鉆頭，由于地層堅(jiān)硬，機(jī)械鉆速僅0.54 m/h；后采用FM3643BMZPDC鉆頭+螺桿鉆進(jìn)，機(jī)械鉆速僅0.83 m/h，提速效果不明顯。

在深井小井眼井段，由于排量低、巖石可鉆性差，也導(dǎo)致機(jī)械鉆速較低。BK1井四開(kāi)井段，井眼尺寸?149.2 mm，機(jī)械鉆速最低為0.14 m/h，最高僅為0.78 m/h。志留系小井眼井段3670~4309 m，段長(zhǎng)為639 m，鉆井周期達(dá)77 d，平均機(jī)械鉆速僅為0.60 m/h。

2 巴楚探區(qū)鉆井技術(shù)對(duì)策

2.1 上部地層的防阻卡技術(shù)

2.1.1 鉆井液體系

（1）體系與基本配方。上部采用KCl-聚合物體系，配方：（4~6）%膨潤(rùn)土+（0.2~0.3）%純堿+（0.1~0.2）%燒堿+（0.2~0.5）%大分子聚合物+（0.1~0.2）%大分子乳液聚合物+（0.3~0.5）%中分子降失水劑+（0.6~1.0）%水解聚丙烯睛鉀鹽/水解聚丙烯睛胺鹽+（0.6~1.0）%抗高溫抗鹽降濾失劑LY-1+3%KCl。下部采用KCl-聚磺鉆井液體系，配方：（2~4）%膨潤(rùn)土+0.2%純堿+（0.1~0.2）%燒堿+（0.2~0.5）%大分子聚合物+（0.1~0.2）%大分子乳液聚合物+（0.2~0.4）%中分子降失水劑+（0.2~0.5）%抗高溫抗鹽降濾失劑LY-1+（4~6）%磺化酚醛樹(shù)脂+（4~6）%磺化褐煤樹(shù)脂+（2~3）%聚合醇+（4~5）%液體潤(rùn)滑劑+4%瀝青+（3~5）%KCl+2%超細(xì)碳酸鈣。

（2）鉆井液處理要點(diǎn)。

①本井段的帕卡布拉克組地層膠結(jié)程度相對(duì)較差，易造成泥巖擴(kuò)徑和砂巖段的縮徑。采用鉀基聚合物鉆井液體系，鉆進(jìn)中逐步補(bǔ)充膨潤(rùn)土漿和聚合物膠液，保持包被劑的有效含量，防止泥頁(yè)巖水化。加入適量的潤(rùn)滑劑保證鉆井液的潤(rùn)滑性，防止鉆頭泥包。調(diào)整流變性，控制黏切。

②在帕卡布拉克組上部，逐漸轉(zhuǎn)化為KCl-聚磺體系，提高鉆井液的抗溫性能，同時(shí)提密度壓穩(wěn)安居安組的高壓鹽水層，安居安組中下部膏質(zhì)泥巖發(fā)育，井眼也易縮徑，易發(fā)生剝落掉塊，所以加強(qiáng)對(duì)膏泥巖的抑制性和鉆井液的攜巖能力、抗膏侵的能力是本段鉆井液研究的重點(diǎn)。

（3）使用效果。通過(guò)已完鉆的BK8、BK7和BK9H井實(shí)鉆來(lái)看，體系性能易于維護(hù)，有效防止了泥包等復(fù)雜情況的發(fā)生，井壁穩(wěn)定，上部井段平均井徑擴(kuò)大率3.4%，二疊系擴(kuò)大率9.4%，大大低于鄰井。

2.1.2 優(yōu)化鉆具組合技術(shù)

（1）復(fù)合鉆具組合防阻卡。針對(duì)中上部井段環(huán)空巖屑濃度高，排量不足的問(wèn)題，采用復(fù)合鉆具組合實(shí)現(xiàn)降壓耗、增排量的目的。BK9H井在4300 m以上井段采用?127.0 mm鉆桿，起下鉆阻卡嚴(yán)重。在BK7井的?311.2 mm井眼內(nèi)，采用2800 m的?139.7 mm鉆桿代替?127.0 mm鉆桿，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明：在泵壓不變的條件下，排量由38 L/s提高至45 L/s。環(huán)空返速由0.65 m/s提高至0.79 m/s，提高21%，見(jiàn)表1，提高了攜巖能力和對(duì)井壁的沖刷力度，沒(méi)有出現(xiàn)嚴(yán)重阻卡問(wèn)題。復(fù)合鉆具組合在BK3H井上使用也取得了較好的效果。由此可見(jiàn)，采用復(fù)合鉆具組合可明顯改善甚至消除起下鉆阻卡問(wèn)題。

表1 ?139.7 mm鉆桿與?127.0 mm鉆桿上返速度對(duì)比

（2）簡(jiǎn)化鉆具組合措施。巴楚組上部井段縮徑嚴(yán)重，在BK8井的上部井段，采用雙穩(wěn)定器鐘擺鉆具組合來(lái)防斜，鉆進(jìn)中發(fā)現(xiàn)起下鉆阻卡嚴(yán)重，將鉆具組合改為單穩(wěn)定器小鐘擺鉆具組合，起下鉆過(guò)程中的阻卡現(xiàn)象明顯減輕（?311.2 mmPDC鉆頭+?203.2 mm鉆鋌×2根+?311.2 mm穩(wěn)定器 +?203.2 mm鉆鋌×16根 +?139.7 mm鉆桿）。

2.2 中部地層井壁穩(wěn)定技術(shù)

該段地層坍塌掉塊是硬脆性泥巖、玄武巖含有微裂隙所致，要從物理和化學(xué)兩方面著手解決。

2.2.1 技術(shù)對(duì)策

（1）鉆井液體系與配方。根據(jù)該地區(qū)的鉆井經(jīng)驗(yàn)，使用KCl-聚磺鉆井液體系，配方：（2~4）%膨潤(rùn)土+0.2%純堿+（0.1~0.2）%燒堿+（0.1~0.2）%大分子乳液聚合物+（0.2~0.4）%中分子降失水劑 +（0.2~0.5）%抗高溫抗鹽降濾失劑LY-1+（4~6）%磺化酚醛樹(shù)脂+（4~6）%磺化褐煤樹(shù)脂+（2~3）%聚合醇+（2~3）%無(wú)熒光液體潤(rùn)滑劑+2%KCl+2%超細(xì)碳酸鈣。

（2）優(yōu)選封堵材料。利用瀝青類產(chǎn)品具有微細(xì)顆粒和可軟化變形的特性，根據(jù)不同的地層溫度，選擇與地溫相匹配的軟化點(diǎn)瀝青，封堵泥頁(yè)巖和白云巖的層理微裂縫，并形成滲透率低的優(yōu)質(zhì)濾餅。采用聚合醇類處理劑，利用其濁點(diǎn)效應(yīng)改善井壁表面的吸附狀態(tài)，減少濾液的侵入；使用聚合鋁防塌劑，利用其化學(xué)封堵固壁作用在井壁形成封堵層優(yōu)選或研制抗溫（150 ℃）可變形粒子，封堵微裂縫及微孔隙，進(jìn)一步提高井壁穩(wěn)定性。

（3）不同地層鉆井液處理要點(diǎn)。

①在進(jìn)入二疊系以后要著重提高鉆井液的防塌性能，要加足瀝青類防塌劑以及聚合醇，抑制二疊系易垮、易掉塊地層，一次性加足抗高溫材料，提高鉆井液的抗高溫性，在以后的維護(hù)過(guò)程中等濃度維護(hù)，防止鉆井液性能有大的波動(dòng)。

②充分利用鄰井的地層破裂壓力和坍塌壓力數(shù)據(jù)，在不壓裂地層的前提下，選擇合適的鉆井液密度平衡地層應(yīng)力，防止因力學(xué)不平衡而引起的井壁坍塌。在進(jìn)入小海子組以前將鉆井液密度提到1.76~1.80 g/cm3，防止小海子組高壓氣體上竄。

③卡拉沙依組地層含有部分泥巖，易坍塌、掉塊，在保證力學(xué)防塌的同時(shí)，要加足硅氟降濾失劑和瀝青類防塌劑、防止井壁坍塌，保證井眼規(guī)則和井壁的穩(wěn)定。

④巴楚組地層壓力高，必須時(shí)刻注意高密度鉆井液的高溫穩(wěn)定性，維護(hù)以膠液的形式按循環(huán)周均勻補(bǔ)充，避免性能大的波動(dòng)影響高密度鉆井液的整體性能。加入一定量的超細(xì)鈣，既保護(hù)油氣層又改善濾餅質(zhì)量，提高鉆井液的濾失造壁性。

2.2.2 應(yīng)用效果 從第二輪完鉆的3口井來(lái)看，所用鉆井液體系和措施滿足了鉆井施工的要求，在4000 m以前3口井鉆井進(jìn)程順利，但該鉆井液體系對(duì)石炭系小海子組和卡拉沙依組的泥晶灰?guī)r掉塊的抑制和預(yù)防還有不足的地方，需要繼續(xù)研究改進(jìn)。

2.3 深部地層提高機(jī)械鉆速技術(shù)對(duì)策

（1）優(yōu)選鉆頭。BK7井在泥盆系的東河塘組和克孜爾塔格組，巖性為灰白、灰色細(xì)粒石英砂巖夾灰色、棕色泥巖，使用?149.2 mm ST316TUH鉆頭，在井段4927.74~5124.00 m，一次入井進(jìn)尺196.26 m，純鉆時(shí)間202 h，平均機(jī)械鉆速0.97 m/h，比鄰井提高了38.6%。該鉆頭為10 mm復(fù)合片、雙排齒布局和6刀翼的設(shè)計(jì)，不但保證了鉆頭整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，還能夠在含石英砂巖的地層中取得較長(zhǎng)的使用時(shí)間。BD445ZT鉆頭在其他井上使用也取得了較好的效果。

（2）采用減速渦輪復(fù)合鉆井方式。在塔河油田TH12509井?165.1 mm井眼5946~6314 m井段采用減速渦輪復(fù)合鉆進(jìn)技術(shù)［8］，平均機(jī)械鉆速達(dá)到3.59 m/h，與鄰井同地層相比提高100%，也可以在巴楚地區(qū)小井眼井段開(kāi)展減速渦輪復(fù)合鉆進(jìn)試驗(yàn)。

3 結(jié)論與建議

（1）巴楚地區(qū)地層復(fù)雜，給安全快速鉆井帶來(lái)很大挑戰(zhàn)，其中第三系地層起下鉆阻卡、二疊系和石炭系地層坍塌掉塊、石炭系灰質(zhì)泥巖和泥盆、志留系石英砂巖機(jī)械鉆速低等問(wèn)題最為突出。

（2）針對(duì)上第三系以上地層阻卡嚴(yán)重的問(wèn)題，提出了采用KCl-聚合物和KCl-聚磺鉆井液體系、利用復(fù)合鉆具組合提高排量、簡(jiǎn)化鉆具結(jié)構(gòu)的對(duì)策，并建議試用小彎度螺桿和井壁修復(fù)器等措施防止上部地層阻卡。

（3）針對(duì)二疊系和石炭系地層易掉塊問(wèn)題，提出利用合適的鉆井液密度和優(yōu)選聚合醇、聚合鋁和瀝青類產(chǎn)品封堵微裂縫，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明：KCl-聚磺鉆井液體系對(duì)含有微裂縫地層的防塌效果較好，可以在巴楚地區(qū)推廣應(yīng)用。

（4）深部小井眼可以使用ST316TUH鉆頭和BD445ZT鉆頭實(shí)現(xiàn)深部地層提速，減速渦輪復(fù)合鉆井在超深小井眼中的提速潛力較大，可在巴楚地區(qū)開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

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