新疆油田呼圖壁儲氣庫鉆井技術(shù)實踐

吳濤（中原石油工程公司西南分公司， 河南 濮陽 457000）

新疆油田呼圖壁儲氣庫鉆井技術(shù)實踐

吳濤（中原石油工程公司西南分公司， 河南 濮陽 457000）

呼圖壁儲氣庫是國家投資的國家資源儲備和能源建設的大型重點項目，主要用于季節(jié)調(diào)峰和戰(zhàn)略儲備。設計新鉆注采井30口（其中直井26口、水平井4口）、監(jiān)測井5口、污水回注井2口。儲氣庫強注、強采，對固井質(zhì)量和井筒的完整性要求高。因此，呼圖壁儲氣庫建設鉆完井施工技術(shù)要求有效控制各施工環(huán)節(jié)，采用先進、適用、可靠性高的技術(shù)和裝備，以確保儲氣庫的安全、高效運行。在鉆井施工中針對鉆井施工難點，通過優(yōu)選鉆頭、優(yōu)化鉆具組合和鉆井參數(shù)，優(yōu)選鉀基聚磺屏蔽鉆井液體系等工藝完成了HUk20、21、24、25井的施工任務，加快了儲氣庫鉆井速度、為國家能源儲備和能源建設做出了應有的貢獻，為施工同類型的井提供了成功的經(jīng)驗。

呼圖壁儲氣庫；鉆井；鉀基聚磺屏蔽鉆井液

0　引言

呼圖壁儲氣庫是國家投資的國家資源儲備和能源建設的大型重點項目，主要用于季節(jié)調(diào)峰和戰(zhàn)略儲備。呼圖壁儲氣庫設計庫容量107億立方米，工作氣量45.1億立方米，運行壓力18～34兆帕，日均注氣量1550萬立方米、季節(jié)調(diào)峰日均采氣量1333萬立方米，戰(zhàn)略調(diào)峰日均采氣量2789萬立方米。設計新鉆注采井30口（其中直井26口、水平井4口）、監(jiān)測井5口、污水回注井2口。中原塔里木鉆井公司于2011年、2012年共計施工完成了4口井的施工任務，由于儲氣庫強注、強采，對固井質(zhì)量和井筒的完整性要求高。在鉆井施工中針對鉆井施工難點，通過優(yōu)選鉆頭、優(yōu)化鉆具組合和鉆井參數(shù)，優(yōu)選鉀基聚磺屏蔽鉆井液體系等工藝安全、優(yōu)質(zhì)高效的完成了HUk20、21、24、25、井的施工任務。由于HUK20井施工進度快、質(zhì)量優(yōu)，為全工區(qū)所有施工井隊趟了河、引了路、在鉆井液技術(shù)工作和工程措施上摸索出了好的經(jīng)驗、做出了榜樣，被甲方形象地稱為“呼圖壁儲氣庫工區(qū)第一鉆”。HUK24井全井事故復雜時效為零，鉆井周期111.67天，比設計周期131天節(jié)約19.33天，全井平均機械鉆速4.71m/h，在全工區(qū)第一輪施工的5口井中全井平均機械鉆速最高，施工進度最快，節(jié)約鉆井周期最多，成為呼圖壁儲氣庫率先打成第二口注采井的鉆井施工隊伍，受到甲方高度評價，并對HUK24井的泥漿技術(shù)工作給與了高度肯定，成為呼圖壁儲氣庫又一精品工程。

1　呼圖壁儲氣庫地層及巖性特征

呼圖壁氣田位于準噶爾盆地北天山山前坳陷第三排構(gòu)造帶的東端呼圖壁背斜。整體構(gòu)造形態(tài)為近東西向展布的長軸斷背斜，東西長約20km，南北寬約3.5km。呼圖壁斷裂將背斜切割為上、下盤兩個斷背斜。

該區(qū)主要發(fā)育有4條近東西向南傾的逆斷裂，從下到上斷面傾角逐漸增大，最深部斷裂斷面平緩，幾乎順侏羅系煤層滑脫，只在侏羅系～白堊系內(nèi)發(fā)育；最上部斷裂斷面陡傾，斷開層系（J～N）。

2　一開施工措施

2.1一開井段：0～300m

地層：第四系（Q）主要巖性為：灰色砂礫巖、砂質(zhì)小礫巖為主夾褐灰色泥巖；

2.2鉆井難點

（1）表層鉆進時井眼尺寸大，鉆井液返速低、鉆井液中固相含量高，易發(fā)生沉砂掉塊卡鉆或蹩漏地層。

（2）表層為砂礫石層，易發(fā)生表層竄漏、垮塌及卡鉆。

（3）大尺寸套管下入困難，固井竄槽和漏失則對后期安全鉆井造成影響，保證固井質(zhì)量有一定難度。

2.3本井段鄰井復雜分析

HU001在42m發(fā)生井漏，HU2008在28.18m發(fā)生井漏。鉆具組合與鉆井參數(shù)

Φ660.4mm鉆頭+Φ241.3mm鉆鋌3根+Φ228.6mm鉆鋌6根+Φ203.2mm鉆鋌9根+Φ177.8mm鉆鋌9根+Φ127mm加重鉆桿+Φ127mm鉆桿。

鉆進參數(shù)：

領(lǐng)眼：鉆壓：10～40KN，排量：單泵（35～38L/S），轉(zhuǎn)速：40～60RPM，領(lǐng)眼鉆進50米。

正眼：鉆壓：逐漸加壓至40～120KN，排量：雙泵（60～70L/S），轉(zhuǎn)速80-100RPM。

2.4施工措施

（1）表層領(lǐng)眼鉆進30m，采用低轉(zhuǎn)速（50r/min）、小鉆壓（15～30kN）、低排量（35l/s）吊打，控制參數(shù)保證領(lǐng)眼打直。30m前，小排量、低鉆壓，高坂含、高粘切，保持井口鉆井液液面

（2）表層鉆進30m后，排量逐漸提高到65l/s，轉(zhuǎn)速逐漸提高到120r/min。

（3）采用鋼齒鉆頭，保護好鉆頭，堅持勤劃眼，若蹩跳嚴重鉆遇較大礫石應降低轉(zhuǎn)速，磨碎通過。

（4）每鉆完一根單根上下劃眼2次修好井壁再接單根，接單根要迅速，防止堵水眼蹩泵。

（5）嚴禁鉆頭在導管鞋附近劃眼或洗井，同時，避免長時間在同一位置洗井，重點防止導管處發(fā)生井漏，竄槽與復雜情況。

（6）表層可鉆性好，單根鉆進速度控制在30min，防止巖屑濃度大而蹩漏地層。

（7）在井深150m測單點一次；表層進尺鉆完，洗井一周，投測單點，起鉆。

（8）下套管前下原鉆具通井一次（帶Φ660mm扶正器），阻卡不得大于5t，順暢后，再下套管，確保下表套作業(yè)順利。

（9）使用好振動篩和除砂器，保證振動篩使用率達到100%，除砂器使用率達到80%控制固相含量，以確保井壁穩(wěn)定和下套管作業(yè)的順利。

（10）表層進尺鉆完，洗井兩周，測單點，起鉆；起鉆做到連續(xù)灌泥漿，特別是提至鉆鋌，要保證環(huán)空始終泥漿充滿，維護井壁穩(wěn)定。

2.5鉆井液措施

（1）采用坂土-CMC鉆井液體系，保持鉆井液較高的坂含、粘切。

（2）鉆井液配方：8%～10%坂土+0.4%Na2CO3+0.4% CMC（中）+重晶石，預水化24h，加入CMC（中）及其它處理劑，充分溶解攪拌均勻后加重至1.15g/cm3。

（3）控制一開鉆井液性能達到：高坂含（≥8%），合理的密度（1.15～1.20g/cm3），適當?shù)恼城校‵V≥80s），注意防漏、防竄、防卡，確保安全鉆井。

（4）正常鉆進中鉆井液的維護以水化好的坂土漿、CMC膠液為主，以細水長流的方式加入；必要時加入NPAN調(diào)整流變性。

（5）鉆至200m時逐步上提密度至1.20g/cm3。

（6）使用好固控設備，鉆進中要求振動篩開動率與除砂器、除泥器有效運轉(zhuǎn)時率分別達100%。

3　二開施工措施

二開井段：300～2530m。

地層：第四系（Q）、獨山子組（N2d）、塔西河組（N1t）、沙灣組（N1s）主要巖性為：獨山子組N2d（450～1805）：上部為灰色砂礫巖、泥質(zhì)小礫巖與淺棕色泥巖及含礫泥巖不等厚互層，下部為砂泥巖不等厚互層。

塔西河組N1t（1805～2210）：棕褐色、灰綠色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾薄層棕色粉砂巖及泥質(zhì)砂巖。

沙灣組N1s（2210～2505）：灰白色不等粒砂巖、含礫泥質(zhì)不等粒砂巖及砂質(zhì)泥巖不等厚互層。

4　三開施工措施

三開井段：2530～3380m，

地層：安集海組（E2-3a）；上部為灰綠、淺灰綠、棕色泥巖為主，夾細粉砂巖，中下部為棕、綠灰色粉砂質(zhì)泥巖與砂巖不等厚互層。

4.1鉆井難點

（1）安集海河組地層粘土礦物含量49%～94%，混層比40%～75%易造漿，極易水化分散膨脹，造成縮徑和坍塌。

（2）高密度鉆井液抑制及流變性控制問題。

（3）山前構(gòu)造地應力引起井壁失穩(wěn)造成井下遇阻遇卡。

（4）地層垮塌后，大塊巖屑較多，鉆進扭矩會比較大，對鉆具和入井工具有比較大的磨損，易導致斷鉆具。

4.2本井段鄰井復雜分析

卡鉆主要是HU2003在2830m、HU002在3350m、3358m發(fā)生卡鉆。

4.3鉆具組合與鉆井參數(shù)

Φ311.2mm鉆頭+Φ228.6mm鉆鋌2根+Φ310mm穩(wěn)定器+Φ228.6mm鉆鋌4根+Φ203.2mm鉆鋌9根+Φ177.8mm鉆鋌9根+Φ177.8mm隨鉆震擊器+Φ177.8mm鉆鋌1根+Φ127mm加重鉆桿9根+Φ127mm鉆桿。

鉆進參數(shù)：鉆壓40KN，轉(zhuǎn)速：40RPM，排量：30L/S。

領(lǐng)眼： 控制鉆壓40KN以內(nèi)吊打50米，再逐漸加壓至正常鉆壓。

正眼： 鉆壓：40～140KN，轉(zhuǎn)速：90～100RPM，排量：30～40L/S。

4.4施工措施

（1）采用不帶扶正器的鉆具組合鉆水泥塞和套管附件，并鉆入新地層50m，保證三開鉆具組合上的扶正器全在裸眼內(nèi)。鉆套管附件時，鉆壓20-40kN，轉(zhuǎn)速60r/min；鉆入新地層50m左右后起鉆換PDC鉆具組合鉆進。

（2）根據(jù)地層、巖性、鉆時、扭矩等參數(shù)變化調(diào)整鉆壓和轉(zhuǎn)數(shù)，防止PDC鉆頭先期損壞；操作上要求送鉆均勻，精心操作。

（3）受山前構(gòu)造的影響，形成非均質(zhì)、高地應力地層，地層壓力不穩(wěn)定，鉆完一個單根后應上提劃眼不少于2遍，通過劃眼消除井眼在應力情況下的縮徑現(xiàn)象。

（4）為防止垮塌卡鉆，提高鉆井液的封堵性，減少地層垮塌，控制起下鉆速度，減少壓力波動，接單根與起鉆前充分洗井。

（5）起下鉆過程中如有遇阻嚴格按照技術(shù)措施進行操作，每鉆進100m或24h進行短提，反復修井壁或劃眼，直到暢通無阻再下到井底繼續(xù)鉆進（現(xiàn)場備倒劃眼工具一套）。

（6）保證固控設備運轉(zhuǎn)良好。鉆進過程中，充分利用好固控設備，尤其加強除砂器的使用工作。

（7）根據(jù)地層情況分析，三開安集海河組厚度達824m，屬于該井施工中風險最大的井段，減少復雜事故發(fā)生率，提高生產(chǎn)時率也是提高鉆井周期的有效手段。要求每趟提鉆對鉆具進行嚴格的檢查，中和點附近鉆鋌每趟鉆進行倒換，入井工具定期更換探傷，嚴防鉆具事故。

（8）加強鉆具管理，防斷鉆具，嚴格控制鉆具、接頭等入井時間；遇到鉆具蹩跳時控制鉆具轉(zhuǎn)速與鉆壓，減少鉆具蹩跳；嚴格鉆具的質(zhì)量檢驗，及時對鉆具進行探傷檢查，起鉆時加強對絲扣的檢查；加強對泵壓監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)短路循環(huán)立即分析原因，及時起鉆檢查。

（9）三開每鉆進150～200m，單點測斜一次。

（10）鉆進過程中處理好軟硬交接面，鉆進由于復雜地應力作用使本井區(qū)安集海河組實際使用鉆井液密度大大高于地層孔隙壓力，同時造成大量的井壁坍塌及阻卡頻繁。同時山前構(gòu)造存在地應力異常，對井壁穩(wěn)定性有較大的影響。實鉆中應根據(jù)現(xiàn)場情況合理調(diào)整鉆井液密度。

（11）三開裸眼段提下鉆、短長提操作規(guī)定必須司鉆操作。提鉆速度應控制在鉆機低速，下鉆速度控制在90秒/柱。

5　四開井段

直井（3380～3600/3640m）。

四開所鉆地層主要是紫泥泉子組（E1-2z、 E1-2z3）。紫泥泉子組地層中上部為棕色泥巖、砂質(zhì)泥巖與含礫不等粒砂巖及細砂巖互層，底部為含礫不等粒砂巖、泥質(zhì)細砂巖夾泥巖及砂質(zhì)泥巖。

5.1鉆井難點

（1）滋泥泉子組地層粘土礦物含量30%～80%，混層比40%-60%，易水化分散膨脹，造成縮徑和坍塌，局部微裂縫發(fā)育易漏。

（2）可鉆性差，鉆頭選型難度大，提高鉆井速度難度大。

（3）本井段鄰井復雜分析：井漏主要是HU2004在3710m、HU2在3498m、3551m發(fā)生漏失。

5.2鉆具組合與鉆井參數(shù)

Φ215.9mm鉆頭+Φ158.8mm鉆鋌2根+Φ215mm穩(wěn)定器+Φ158.8mm鉆鋌19根+Φ158.8mm隨鉆震擊器+Φ158.8mm鉆鋌3根+Φ127mm鉆桿

鉆壓：20～60KN，轉(zhuǎn)速：50～60RPM，排量：25～30L/S。5.3 施工措施

（1）四開加強鉆頭選型（包括使用個性化鉆頭）減少起下鉆次數(shù)，以較高的行程鉆速來提高機械鉆速；強化鉆井參數(shù)提高鉆井速度。

（2）針對鍵槽卡鉆風險，加強防斜措施，防止井斜急劇變化；

（3）降低開泵激動壓力。每次下鉆到底或中途開泵時，首先啟動轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)動鉆具，破壞鉆井液結(jié)構(gòu)力，而后小排量建立循環(huán)，待鉆井液返出后，再逐級增大到正常排量。防止憋泵產(chǎn)生過大的激動壓力造成井漏。

（4）針對發(fā)生漏失的風險，配足堵漏材料。

（5）四開鉆進應堅持一短一長的短程提下鉆制度，每鉆進50～80m和24小時必須短程起下鉆一次，保證起下鉆暢通。下鉆遇阻堅持劃眼，提鉆遇卡不得硬提，可采取開泵倒劃眼或反復活動鉆具等措施提出鉆具，阻卡井段反復劃眼，確保阻卡井段暢通后方可繼續(xù)鉆進。

5.4鉆井液措施

5.4.1四開泥漿體系應用及措施

四開在紫泥泉子組地層即目的層中鉆進，井底溫度81℃，針對四開地層的特點四開應用鉀基聚磺雙膜屏蔽暫堵鉆井完井液體系鉆進，在配漿和維護上采取多聚少磺、強化封堵、保護產(chǎn)層的處理原則，達到即能滿足井底溫度要求，保持鉆井液在此溫度下具有良好的抗溫抑制性，又能防漏、防塌，提高產(chǎn)層承壓能力，保護產(chǎn)層的目的。

5.4.2鉆井液性能的維護與處理

（1）開動固控設備清除三開鉆井液中的無用固相，按設計配方要求調(diào)整鉆井完井液性能達到設計要求后方可四開。

（2）根據(jù)地質(zhì)設計提供原始地層壓力系數(shù)為0.96，目前地層壓力系數(shù)為0.47，結(jié)合鄰井資料，該井段鉆井完井液密度設計為1.07～1.24g/cm3；鉆進中嚴格控制好鉆井完井液密度，預防井漏的發(fā)生。

（3）鉆進過程中應根據(jù)井下實際鉆井情況和鉆井完井液性能，將所需加入的處理劑按比例配成膠液以細水長流的方法補充維護鉆井完井液，要做到勤維護，避免鉆井完井液性能波動過大?，F(xiàn)場加入膠凝劑ZL應以膠液形式緩慢加入，防止鉆井液粘切升幅過大?？刂沏@井完井液API濾失量不大于4ml，HTHP濾失量不大于10ml。

（4）該井段加足天然瀝青粉（陽離子乳化瀝青、PHT）和RSTF（SMP、SPNH、RSTF-2），調(diào)整好鉆井液對地層的封堵膠結(jié)能力，保證井眼穩(wěn)定。該井段鉆進時，保證鉆井液中KCl濃度達到5%～7%，天然瀝青粉 （陽離子乳化瀝青、PHT）濃度達到8%。

（5）通過K+、Ca2+的復配使用強化鉆井液對鉆屑的抑制作用。鉆進中 K+濃度達到25000mg/l以上，Ca2+濃度控制在500～600mg/l之間。

（6）按設計要求在鉆井完井液中加入2%QCX-1、1%WC-1、2%油溶性暫堵劑和0.2%ABSN，并保持天然瀝青粉 （陽離子乳化瀝青、PHT）、JYW-1、CMJ-2的濃度分別達到8%、1%、2%，以形成致密高強度的“屏蔽環(huán)”，保護好油氣層。

（7）保證四級固控設備運轉(zhuǎn)良好，固控設備有效開動率應保證鉆井液固相控制要求。

6　結(jié)語

古近系安集海河組地層泥巖極易水化分散，地層巖性較破碎，導致井壁發(fā)生剝落、掉塊而最后散塌，鉆井中表現(xiàn)為井塌、劃眼頻繁甚至卡鉆。實鉆過程中加密短起，保證井眼暢通。

該井鉆遇地層縱向上存在著二套壓力系統(tǒng)。沙灣組以上地層壓力較低；安集海河組地層壓力急劇上升為異常高壓，同時山前構(gòu)造存在地應力異常，對全井的井壁穩(wěn)定性有一定的影響。實鉆中應根據(jù)現(xiàn)場情況合理、及時調(diào)整鉆井液密度。

針對呼圖壁儲氣庫鉆井技術(shù)難點，通過4口井鉆井技術(shù)研究與應用總結(jié)出了一套適合該區(qū)塊安全、優(yōu)質(zhì)、高效鉆井技術(shù)，優(yōu)選出適合本區(qū)塊使用的的鉆頭型號，提高了機械鉆速，加快了儲氣庫建設速度，為國家能源建設做出了一定的貢獻。

通過優(yōu)選鉆井液體系和合理的鉆井液性能，有力的保證了鉆井施工的安全，特別是三開安繼海河，防垮塌、防掉塊、防卡使用效果明顯。

在保證井下安全的情況下可以嘗試采用螺桿動力鉆具，以進一步提高機械鉆速，加快鉆井速度。

吳濤，2005年畢業(yè)于華東石油大學鉆井工程專業(yè)、助理工程師。