柴達(dá)木盆地高溫超深井鉆完井工藝技術(shù)淺析

李海亮，張闖，黃成貴

中國(guó)石油青海油田 鉆采工藝研究院 （甘肅 敦煌 736202）

昆2井位于柴達(dá)木盆地阿爾金山前東段冷北斜坡，鄂博梁-冷湖構(gòu)造帶，2006年完鉆井深 5 950 m、層位E1+2，井深4 300~5 950m為215.9天裸眼完井，注灰封堵。2017年決定在老井基礎(chǔ)上加深至7 015m以探索冷北低斷階E1+2底部、侏羅系、基巖的含氣性。由于青海油田從未有鉆探過(guò)超7 000m的井，通過(guò)此井的成功鉆探，發(fā)現(xiàn)了良好的油氣顯示，展示了阿爾金山前東段良好的勘探前景。

1 鉆井技術(shù)難點(diǎn)

1）地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)未知，同區(qū)塊構(gòu)造未鉆遇E1+2以下地層，下部地層地質(zhì)分層、巖性、壓力系數(shù)未知，鉆井風(fēng)險(xiǎn)高。

2）地層巖性多為粉砂巖、石英片巖，地層硬度高、耐研磨性強(qiáng)，導(dǎo)致鉆頭磨損嚴(yán)重，單只鉆頭進(jìn)尺少，機(jī)械鉆速慢。

3）井底溫度高（實(shí)測(cè)井底溫度196℃），對(duì)鉆井液與水泥漿考驗(yàn)較大，同時(shí)要求入井儀器、配件等要耐高溫。

4）N-E1+2發(fā)育大段疏松砂泥巖地層，易發(fā)生縮徑、井塌等復(fù)雜情況。侏羅系地層以砂巖為主，中下部可見(jiàn)煤層，施工時(shí)易發(fā)生井塌、卡鉆等井下復(fù)雜情況及事故。

2 關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

2.1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

該井先按照常規(guī)方法進(jìn)行井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即根據(jù)地層壓力剖面考慮抗內(nèi)壓強(qiáng)度、抗外擠強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度選出合適的套管，再對(duì)套管強(qiáng)度進(jìn)行校核，保證套管下入深度最淺、費(fèi)用最低[1]。這種方法要求對(duì)地層足夠了解，對(duì)于探井應(yīng)以地層壓力剖面作參考，先根據(jù)地層情況確定必封點(diǎn)的位置，再確定各層套管下深和尺寸。

該井老井眼三開(kāi)套管封固段為0~4 297 m，4 297~5 950m為老井裸眼井段。5 950~6 890m井段（路樂(lè)河組、大煤溝組）地層巖性主要以泥巖、砂巖為主，中下部可能分布煤層。因此四開(kāi)用Φ215.9 mm鉆頭鉆進(jìn)至6 795m，尾管固井，用Φ177.8mm套管封固大段泥巖砂巖地層；五開(kāi)用Φ149.2mm鉆頭鉆至7 015m，掛Φ127mm尾管完井；最后回接Φ177.8 mm套管至井口，規(guī)避老井套管老化問(wèn)題，為后期施工提供便利（表1）。

表1 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化數(shù)據(jù)

2.2 鉆井液體系優(yōu)化

該井使用聚胺有機(jī)鹽鉆井液，在該體系鉆井液的基礎(chǔ)上，通過(guò)優(yōu)選抗高溫處理劑，優(yōu)化體系配方，加入抗高溫有機(jī)鹽降黏劑DEVIS、抗高溫（200℃）降失水劑Redu200、有機(jī)鹽加重抑制劑Weigh3B，形成抗200℃高溫、抗污染、高抑制性、高密度的鉆井液體系。巖屑回收率達(dá)91%，滲透率恢復(fù)值達(dá)91.5%，其配方為：水+3%抗鹽膨潤(rùn)土+0.3%BNG+20%WeighIII+0.2%XC+(2%~3%)Redu200+1.2%胺基聚醇+1%YG-16+(1.0%~2.0%)FT-1A+2%MEG+(1%~2%)NFA-25+(0.5%~1%)DEVIS+1%JHC+(1%~2%)BST-Ⅱ+(1%~2%)QS-2+2%隨鉆801[2]。

現(xiàn)場(chǎng)使用中，減少了鉆進(jìn)過(guò)程中鉆井液處理次數(shù)，有效防止了鉆井液因受污染造成的井下復(fù)雜情況。全井段（5 950~7 015m）復(fù)雜時(shí)效僅為0.43%。

2.3 水泥漿體系優(yōu)化

四開(kāi)、五開(kāi)均為尾管完井，針對(duì)固井面臨井底高溫、縱向溫差較大、環(huán)空小間隙施工壓力高、地層承壓能力低等難點(diǎn)，開(kāi)展大量室內(nèi)配方優(yōu)化評(píng)價(jià)，通過(guò)優(yōu)選高溫抗鹽降失水劑M-89L、高溫緩凝劑M-63L，調(diào)節(jié)稠化時(shí)間，開(kāi)展溫度差復(fù)核化驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)鉆井液配伍性試驗(yàn)，消除大溫差對(duì)固井時(shí)的影響。形成高溫抗鹽加砂水泥漿體系，其配方為：G級(jí)加砂水泥+12%M-89L+8%M63-L+1.08%SXY-2+0.81%M-71S+80%現(xiàn)場(chǎng)水[3]。實(shí)驗(yàn)性能見(jiàn)表2、表3。滿足昆2井加深固井的施工需求，固井平均聲幅值在10%～30%，固井質(zhì)量合格。

表2 四開(kāi)固井水泥漿性能

表3 五開(kāi)固井水泥漿性能

2.4 提速工藝技術(shù)

2.4.1 扭力沖擊器提速技術(shù)

該井5 950～6 886m井段平均機(jī)械鉆速為1.29 m/h，比原昆2井5 266~5 950m井段平均機(jī)械鉆速0.91m/h有提高，這一段地層巖性多為粉砂巖、砂質(zhì)泥巖。但從6 886m之后機(jī)械鉆速明顯降低，6 886~6 985m井段平均機(jī)械鉆速為0.54m/h，極大地影響了生產(chǎn)進(jìn)度，此段地層巖性為石英片巖（基巖）。

扭力沖擊器能夠提供高頻扭力作用在PDC鉆頭上改變鉆頭的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使得鉆頭可以連續(xù)旋轉(zhuǎn)剪切巖石，提高鉆頭的破巖效率，顯著提高深部硬地層鉆井的機(jī)械鉆速，延長(zhǎng)PDC鉆頭和下部鉆具組合的使用壽命。

因此，在近鉆頭處接扭力沖擊器，實(shí)現(xiàn)保護(hù)鉆頭的目的，最終提高機(jī)械鉆速。2017年8月16、17日，在井深6 985～6 993m進(jìn)行扭力沖擊器工具的提速試驗(yàn)應(yīng)用，段長(zhǎng)8m，純鉆時(shí)間8.55 h，平均機(jī)械鉆速0.94m/h，同比提速30%以上，工具起出后新度系數(shù)為90%。驗(yàn)證了工具在高溫環(huán)境中的工作可靠性，可知隨鉆堵漏材料等固相顆粒對(duì)工具影響不大。

2.4.2 高效鉆頭優(yōu)選

目前應(yīng)用的鉆頭選型方法大致分為3種：鉆頭使用效果評(píng)價(jià)法、巖石力學(xué)參數(shù)法、綜合法。使用效果主要是指鉆頭使用技術(shù)效益指數(shù)TBI最高的經(jīng)驗(yàn)鉆頭選型方法，巖石力學(xué)參數(shù)法是指基于地層可鉆性等級(jí)的鉆頭選型方法[4-6]。

該井根據(jù)原昆2井、鄂探1井等實(shí)鉆情況和錄井資料進(jìn)行鉆頭選型，綜合考慮地質(zhì)與實(shí)鉆資料后得出上部地層可鉆性相對(duì)較好，下部基巖段可鉆性差，鉆頭使用主要以PDC鉆頭為主。開(kāi)鉆后，根據(jù)所取巖芯求取巖石力學(xué)參數(shù)，據(jù)此決定下部鉆頭的選擇與使用。

2.5鉆頭使用效果分析

1）昆2井加深四開(kāi)共使用1只牙輪鉆頭、14只Ф215.9mmPDC鉆頭。其中使用效果最好的是型號(hào)為M1365鉆頭，單只最好記錄進(jìn)尺202.1m，機(jī)械鉆速2.4m/h；使用效果最差為巴拉斯鉆頭，進(jìn)尺1m，機(jī)械鉆速0.33m/h。

對(duì)比同地層同巖性鉆頭使用情況，型號(hào)為M1365、FX55S215.9mm(812″)的 PDC鉆頭平均使用時(shí)間較長(zhǎng)，機(jī)械鉆速較高。

2）五開(kāi)共使用1只Ф215.9mm三牙輪鉆頭、12只Ф149.2mmPDC鉆頭，進(jìn)入基巖前使用1只型號(hào)為SF64H3的PDC鉆頭，進(jìn)入基巖段后（6 886~7 015 m）共使用11只鉆頭，單只鉆頭進(jìn)尺不超過(guò)20m。

2.5 #鉆頭型號(hào)NR826M，為新型研磨式鉆頭，流道式水眼，七刀翼，中間有5個(gè)切削片，進(jìn)尺4.3m，機(jī)械鉆速0.13m/h，所鉆巖性為灰白色石英片巖。起出后切削片有破損（圖1），與該地層巖性不配伍。

圖1 25#鉆頭入井前后照片

27#鉆頭型號(hào)MM93H3，3個(gè)水眼，9個(gè)刀翼，進(jìn)尺0.7m，機(jī)械鉆速0.05m/h，所鉆巖性為灰白色石英片巖。起出新度90%，如圖2所示。

圖2 27#鉆頭入井前后照片

五開(kāi)鉆頭砂泥巖段使用SF64H3Ф127.88 mm（578″）的PDC鉆頭效果較好，基巖段推薦使用型號(hào)為MM55DH3Ф127.88mm的PDC鉆頭。

昆2井加深總進(jìn)尺1 065m，共使用鉆頭28只，平均機(jī)械鉆速1.12m/h?？傮w上，全井使用的鉆頭基本能滿足鉆井需要，實(shí)踐證明了一些鉆頭不適配所鉆地層，如T1355B、NR826M、MM93H3等。該井的鉆頭使用情況為該區(qū)域下步的鉆頭篩選提供依據(jù)。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

昆2井加深鉆井周期143 d，完井周期208 d，全井零事故，復(fù)雜時(shí)效僅為0.43%。通過(guò)優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)，合理使用提速工具（扭力沖擊器），優(yōu)選鉆頭序列，使用抗高溫的鉆井液、水泥漿體系，確保了該井的順利完工。井身質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，四開(kāi)、五開(kāi)固井質(zhì)量合格。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）針對(duì)該井機(jī)速慢的問(wèn)題，結(jié)合返出巖屑、壓力系數(shù)等加強(qiáng)對(duì)地層巖性的認(rèn)識(shí)，篩選出高效鉆頭序列。四開(kāi)推薦使用型號(hào)為M1365、FX55SФ215.9 mm（812″）的PDC鉆頭，五開(kāi)基巖段推薦使用型號(hào)為MM55DH3 127.88mm（578″）的PDC鉆頭。

2）優(yōu)化完善現(xiàn)有聚胺有機(jī)鹽鉆井液體系形成抗200℃高溫、高抑制性、抗鹽鉆井液體系，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足高溫超深井的施工需求。

3）通過(guò)優(yōu)化配方、優(yōu)選抗高溫添加劑，形成高溫抗鹽加砂水泥漿體系，在高溫深井上具有較好的推廣前景。

昆2井加深的順利完工，給柴達(dá)木盆地的超深井鉆完井提供了經(jīng)驗(yàn)，也為深井、超深井勘探提供了技術(shù)支撐。