火山巖鉆井技術(shù)在順北蓬1井的集成應(yīng)用研究

孫秀鵬

（中石化勝利石油工程公司塔里木分公司，新疆 庫爾勒 841000）

鉆井工程是一項系統(tǒng)集成工程，與鉆頭、泥漿、地質(zhì)、鉆井工藝等息息相關(guān)，順北蓬1井二開鉆井工程將這一切緊密結(jié)合在一起，形成了針對性很強的火山巖鉆井技術(shù)。

1 順北蓬1井鉆探意義及現(xiàn)場面臨的技術(shù)難題

順北蓬1井是部署在順北9井區(qū)的第一口重點風(fēng)險預(yù)探井，設(shè)計井深8593m。順北9井區(qū)位于順托果勒低隆北緣，一旦獲得突破，將有望貢獻超過千萬噸的預(yù)測儲量?！岸B系井壁穩(wěn)定性差、劃眼頻繁，二疊系可鉆性差、機械鉆速低，二疊系失返性漏失、固井質(zhì)量差”作為順北區(qū)塊勘探開發(fā)三大技術(shù)瓶頸亟需突破。

2 順北蓬1井二疊系地層分層及發(fā)育特征

二開實鉆二疊系（P2）自上而下發(fā)育有灰色凝灰?guī)r、灰色斑晶英安巖、灰黑色玄武巖和灰褐色凝灰質(zhì)泥砂巖，間斷有凝灰?guī)r、英安巖夾層，不均質(zhì)性強。

2.1 順北蓬1井設(shè)計與實鉆二疊系地層對比

設(shè)計地層是根據(jù)區(qū)域鉆井地質(zhì)分層及已鉆鄰井地層設(shè)計而成，但實鉆地層相比設(shè)計更精準、更具體、更有參考價值。實鉆二疊系中統(tǒng)（P2）4762～5293m（設(shè)計4761～5375m），視厚531m（設(shè)計614m）。其中玄武巖和英安巖厚度248m，灰黑色玄武巖2段（設(shè)計中無玄武巖）：5095～5100m、5155～5173m，厚度為23m；斑晶英安巖2段（設(shè)計4965～5175m，厚度為210m）：4859～4930m、4996～5155m，厚度為225m。凝灰?guī)r2段：4762～4859m、4930～4996m，厚度為163m（設(shè)計未明確劃分）。具體對比如表1所示。

2.2 順北蓬1井實鉆火山巖巖性分析

火山巖是巖漿巖中的噴出巖，在巖漿冷卻過程中，失去了大量揮發(fā)物質(zhì)。巖漿是在地下深處形成的，含有揮發(fā)物質(zhì)的、高溫、高壓、熾熱而黏稠的硅酸鹽熔融體，巖漿的主要成分是硅酸鹽。巖漿巖的造巖礦物中石英和長石含量的總和占巖漿巖總量的75%。

玄武巖是基性噴出巖的代表，巖性呈灰黑、黑及暗紫色。主要礦物為基性斜長石和單斜輝石，次礦有橄欖石、角閃石、黑云母，有時還出現(xiàn)少量石英。

英安巖屬于酸性噴出巖，多呈灰紅、粉紅、肉紅、淺紫色，含石英、透長石斑晶，基質(zhì)為隱晶質(zhì)或玻璃質(zhì)。主要礦物成分為石英、堿性長石、斜長石，含少量鐵鎂礦物。

凝灰?guī)r是一種火山碎屑巖，外貌疏松粗糙或致密，有紫紅色、灰白色、灰綠色等。其組成的火山碎屑物質(zhì)有50%以上的顆粒直徑小于2mm，是火山噴出地表后，下落地表的顆粒較細的火山灰堆積固結(jié)成巖的產(chǎn)物。

表1 順北蓬1井二疊系實鉆與設(shè)計對比表

2.3 部分實鉆二疊系巖屑圖例

實鉆巖屑要有切削面，代表性要好，掉塊盡量少，如圖1～圖3所示。

圖1 5140m灰黑色斑晶英安巖（P2）

圖2 5168m灰黑色玄武巖夾棕褐色、灰色泥巖掉塊（P2）

圖3 5212m褐灰色含礫凝灰質(zhì)細粒長石巖屑砂巖（P2）

3 順北蓬1井鉆頭優(yōu)選及現(xiàn)場使用情況

3.1 鉆頭優(yōu)選指導(dǎo)原則

鉆井工程是一項系統(tǒng)集成工程，現(xiàn)場要根據(jù)所鉆巖石礦物特性、地層發(fā)育特征來優(yōu)選鉆頭，為防止鉆頭先期磨損破壞，就要對影響巖石力學(xué)性質(zhì)和變形、破裂的因素加以研究、控制。巖石是一種多晶集合體，其塑性變形絕大多數(shù)是由單個晶粒的晶內(nèi)滑動或晶粒間的相對運動（晶粒邊界滑動）所造成的。巖石的力學(xué)性質(zhì)和巖石變形的因素不僅受巖石內(nèi)部因素如成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的控制，還受巖石所處外部環(huán)境如溫度、圍壓、孔隙壓力、應(yīng)力作用方式和作用時間的影響。

3.2 順北蓬1井二疊系火山巖鉆進基本情況

（1）鉆頭使用具體情況。二開先后使用2只PDC鉆頭、4只混合鉆頭及1只牙輪鉆頭。具體情況如表2所示。

表2 順北蓬1井二疊系鉆頭使用情況統(tǒng)計

（2）報廢鉆頭分析示例。鉆進Si02斑晶英安巖報廢PDC和混合鉆頭各1只，鉆進灰黑色玄武巖報廢混合鉆頭1只。鉆頭是因為切削齒崩損、內(nèi)錐磨損導(dǎo)致本體磨損、內(nèi)錐掏心而報廢。鉆頭本體磨損報廢如圖4所示，掏心報廢如圖5所示。

圖4 第1只PDC起出情況（4865m）

圖5 第1只混合鉆頭起出情況（4920m）

3.3 二疊系火山巖對鉆頭使用的影響及鉆頭使用效果分析

（1）使用影響。玄武巖、英安巖越純，SiO2含量越高，則對鉆頭磨損越嚴重。二疊系礦物巖性的基礎(chǔ)研究將促進鉆頭的優(yōu)選使用，對提高機械鉆速將有直接的幫助作用。

（2）效果分析。現(xiàn)場鉆進除第一只PDC、前2只混合鉆頭報廢外，另4只鉆頭磨損均不嚴重，這與現(xiàn)場認真分析地層巖性、結(jié)合鄰井地層剖面預(yù)測地層巖性、及時起鉆更換鉆頭等工作是分不開的。

4 順北蓬1井“兩強兩低”鉆井液體系的應(yīng)用

4.1 二疊系火山巖巖性

地層不均質(zhì)性強、微裂縫發(fā)育。尤其SiO2斑晶英安巖、灰黑色玄武巖，巖性更硬、可鉆性更差、更易漏、更易塌。

4.2 鉆井液體系選擇

二開使用“兩強兩低”即強抑制、強封堵、低劣質(zhì)固相、低失水鉆井液體系。鉆井液通過強抑制實現(xiàn)低劣質(zhì)固相，通過強封堵實現(xiàn)低失水，低劣質(zhì)固相、低失水進一步形成更好的鉆井液濾餅，進而通過及時有效的封堵來解決火山巖易漏、易塌的難題。井壁垮塌失穩(wěn)、鉆井液性能波動與鉆井液抑制性、封堵性不夠有直接關(guān)系。

4.3 順北蓬1井鉆井液施工過程

（1）基漿?；鶟{是鉆井液的骨架，一開期間使用8%～ 10%膨潤土漿開鉆，660.4mm井眼大、鉆時快，四級固控設(shè)備要好用、夠用，用好、用夠。

（2）低固相。二開快速鉆進期間補足抑制性復(fù)合聚合物膠液，控制鉆井液自然比重低于1.15，維持鉆井液低劣質(zhì)固相和低劣質(zhì)坂含。

（3）強抑制。隨著井深增加，鉆井液比重提高，維持聚合物強抑制同時補充5%～8%KCl膠液，適時將鉆井液中K+含量提至3萬以上，維持鉆井液好的抑制流變性。

（4）低失水。體系轉(zhuǎn)型前加入3.5%中、小分子護膠降濾失劑，轉(zhuǎn)型后三疊系3953～4279m鉆進加入磺化復(fù)合材料10.7%，鉆井液API失水降至5mL以下，高溫防塌能力明顯增強。

（5）強封堵。鉆進4804m前加入12%～15%復(fù)合屏蔽暫堵劑，在二疊系4804～4865m鉆進加入封堵防塌防漏材料8%～10%，有效封堵微裂縫，至二開中完未發(fā)生明顯漏失，防漏成效顯著。

（6）二疊系體系維護。二疊系及時、不定時補充抑制封堵防塌抗溫材料，維持合理有效濃度，保證鉆井液性能穩(wěn)定，期間無大的波動。

4.4 順北蓬1井鉆井液使用取得的成績

鉆井液性能實現(xiàn)了穩(wěn)定、均勻、優(yōu)良，二開期間未發(fā)生大的波動和異常；井壁實現(xiàn)了穩(wěn)定，二開15趟鉆未發(fā)生下鉆劃眼情況；井眼實現(xiàn)了暢通，電測、下套管均無阻卡順利到底。

5 結(jié)束語

實踐表明，火山巖鉆井技術(shù)在順北蓬1井鉆井項目中得到了有效應(yīng)用，通過優(yōu)選鉆頭及提速工具，有效克服了二疊系火山巖跳鉆、研磨性強、機械鉆速低等困難；并通過使用“兩強兩低”鉆井液體系，成功解決了二疊系火山巖井壁垮塌和二疊系火山巖井漏難題，可供類似鉆井項目參考與借鑒。