庫車坳陷大斜度井膏鹽層底卡層技術(shù)探索

李剛，周鵬遙，劉寧，楊弼政，許明國

中國石油塔里木油田分公司 安全環(huán)保與工程監(jiān)督中心（新疆 庫爾勒841000）

塔里木油田庫車坳陷位于塔里木盆地北部，是一個以中生代、新生代沉積為主的疊加型前陸盆地[1]。庫車坳陷在古近系庫姆格列木群發(fā)育著一套或多套巨厚層膏鹽巖，該地層分布廣、厚度大，形成了封隔性極佳的區(qū)域性蓋層。隨著克深9、克深8、克深13、博孜3、大北12等大型超深、超高壓氣藏的發(fā)現(xiàn)，庫車坳陷成了近年來塔里木盆地油氣上產(chǎn)的重要接力區(qū)塊。近年來，隨著博孜3和克深10氣藏順利鉆探成功了幾口大斜度井，單井油氣產(chǎn)量可觀，庫車山前大斜度井越來越受到重視。因此，提高鹽底卡層成功率，降低因鹽底井漏造成工程復(fù)雜的風(fēng)險，成了庫車山前大斜度井的一大難點。

1 鹽底卡層的意義

庫車山前在上部古近系庫姆格列木群發(fā)育有一套或多套膏鹽巖層，厚度一般在200～3 000 m，個別井鹽層厚度達(dá)到了4 500 m，膏鹽巖層的壓力系數(shù)一般在2.10～2.30，局部壓力系數(shù)達(dá)到了2.45，而膏鹽巖層下覆目的層壓力系數(shù)僅在1.55～1.81[2]，隨著氣藏的不斷開發(fā)，后期開發(fā)井的目的層壓力系數(shù)遠(yuǎn)低于1.50。因膏鹽巖層和下覆目的層分別為兩套差異巨大的壓力系統(tǒng)，給鉆井帶來了巨大的風(fēng)險，故膏鹽巖層底界是鹽層技術(shù)套管的必封點。如果技術(shù)套管沒有封隔住全部的膏鹽巖段，造成下一開次存在兩套壓力系統(tǒng)，鉆進(jìn)風(fēng)險極大，極易對儲層造成巨大傷害，甚至導(dǎo)致小井眼完井，難以實現(xiàn)地質(zhì)目的；但膏鹽層下部高鉆時底板泥巖厚薄不一，如鉆穿或鉆揭過多極易發(fā)生井漏[3]，易造成鹽層縮徑卡鉆，發(fā)生工程復(fù)雜。因此卡準(zhǔn)膏鹽巖層底界面（鹽底卡層）是一口井鉆探成功的關(guān)鍵所在。

2 鹽底卡層的難點

2.1 鹽底沉積模式多樣化

通過對大北-克深地區(qū)實鉆的地層分析，基本已摸清了庫姆格列木群鹽層的橫縱向發(fā)育情況。其中，縱向上可以分為五段，包括上泥巖段、鹽巖段、中泥巖段、膏鹽巖段和下泥巖段；橫向上大致可以分為6種鹽底地層組合模式（圖1）[4]。但是個別區(qū)塊鹽底組合模式變化較大，甚至同一區(qū)塊上的鄰井之間鹽底巖性組合差異也很大，橫向上也無法對比，對鹽底卡層帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

圖1 6種鹽底組合模式

2.2 鹽層厚度變化大

根據(jù)庫車山前大北-克深地區(qū)已完鉆井的統(tǒng)計，鹽層厚度變化巨大（表1），一般在200～3 000 m，個別井達(dá)到了4 500 m左右。而且由于地表地形復(fù)雜，地震資料品質(zhì)較差，使得鹽構(gòu)造的研究得不到深化，對不同地區(qū)的鹽構(gòu)造變形樣式和形成機制一直缺乏深入的了解[5]，難以準(zhǔn)確預(yù)測鹽層的厚度和目的層的埋深。

表1 鄰井實鉆鹽層厚度統(tǒng)計

2.3 實施大斜度井對地質(zhì)錄井的影響

一是由于隨著井斜的增大，尤其是在30°～60°井斜角之間，更加容易形成巖屑床[6]，巖屑在巖屑床處堆積會造成井眼不通暢，起鉆困難，如果在鹽底卡層中發(fā)生井漏，很難順利起鉆至安全井段；同時巖屑不能及時返出地面，造成巖屑代表性差，影響元素錄井、碳酸鹽含量分析選樣，給巖屑識別帶來困難，進(jìn)而影響對鹽底泥巖的判別。二是由于地層傾角變化大，鉆遇地層視厚度變化大，嚴(yán)重影響對下部地層的預(yù)測。三是由于井眼軌跡和各種阻力的原因使得鉆具加壓后，鉆壓傳遞不到鉆頭[7]，容易產(chǎn)生托壓現(xiàn)象，雖然不斷增加鉆壓，但是鉆頭位置不會變化，沒有進(jìn)尺，造成鉆時增高的假象。

2.4 鹽底底板泥巖厚度變化大

通常情況下鉆穿最后一套鹽巖后會出現(xiàn)一套高鉆時褐色泥巖，這就是所說的底板泥巖，標(biāo)志性底板泥巖為高鉆時褐色泥巖，該段泥巖厚度變化大，最薄的底板泥巖僅為一兩米。同時隨著鉆頭技術(shù)和鉆井工藝的進(jìn)步，底板泥巖的高鉆時并不是絕對性的標(biāo)志[8]，給地質(zhì)卡層帶來了難度，一旦出現(xiàn)底板泥巖鉆時快、厚度薄的情況，極易將其鉆穿導(dǎo)致發(fā)生惡性井漏，甚至造成卡鉆事故和井眼報廢等工程事故。

3 鹽底中完的標(biāo)志

3.1 巖性組合

庫姆格列木群膏鹽段發(fā)育一套或多套石膏+白云巖組合，其完整的巖性組合從上至下為灰色灰質(zhì)泥巖+石膏巖+白云巖+石膏巖+鹽巖+底板泥巖，其中白云巖在區(qū)域上分布范圍廣、厚度穩(wěn)定，是區(qū)域性標(biāo)志層，現(xiàn)場可通過碳酸鹽含量分析儀準(zhǔn)確識別，再加上鉆穿最后一套鹽巖后出現(xiàn)的高鉆時褐色底板泥巖，這是鉆達(dá)鹽底最重要的標(biāo)志性巖性組合。

3.2 工程參數(shù)

底板泥巖厚度變化大，最薄的僅為一兩米，為防止底板泥巖鉆揭過多，在卡層期間，通常將鉆時的錄井間距調(diào)整為0.1 m，也就是微鉆時錄井，利用微鉆時來控制鉆揭底板泥巖的進(jìn)尺。鹽巖和鹽間泥巖性軟、可鉆性好，鉆時快，當(dāng)鉆遇純鹽層時，微鉆時一般在1 min以內(nèi)，鉆壓通常跟不上，很難保持穩(wěn)定。而鉆遇底板泥巖后，由于該泥巖可鉆性差，相對于上部地層，微鉆時通常會持續(xù)上升，鉆壓可以趨于保持穩(wěn)定。

3.3 巖屑特征

底板泥巖一般呈褐色，由于此段泥巖性硬、脆，可鉆性差，相對于鹽間泥巖鉆時高，巖屑形狀通常呈薄片狀、碎片狀或略微卷曲條狀，巖屑形狀相對鹽間泥巖塊小、薄，一般都能看到PDC鉆頭切削面，與鹽間泥巖差異性明顯。

3.4 元素錄井

通過對鹽間泥巖和底板泥巖的元素分析，發(fā)現(xiàn)M g、Cl元素在兩種泥巖間的差異具有一定的規(guī)律。底板泥巖的M g元素含量高于鹽間泥巖，一般為4%～7%；底板泥巖的Cl元素含量低于鹽間泥巖，通常呈下降趨勢，一般會降至1%以內(nèi)[9]。

3.5 碳酸鹽含量分析

通過對已完鉆井鹽間泥巖和底板泥巖的碳酸鹽含量統(tǒng)計，底板泥巖碳酸鹽含量一般都大于鹽間泥巖，鹽間泥巖含量一般都小于10%，底板泥巖都在10%以上，一般大于15%或者更高，底板泥巖與鹽間泥巖碳酸鹽含量差異明顯[10]。

4 大北X井鹽底卡層分析

4.1 地層對比

大北X井位于庫車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶大北博孜構(gòu)造變換帶大北XX號構(gòu)造西翼，根據(jù)地質(zhì)設(shè)計和區(qū)域地質(zhì)資料，結(jié)合本井實鉆地層情況，從西至東選擇3口鄰井進(jìn)行地層對比，存在3種不同的鹽底巖性組合模式。其中，距離最近、鹽底泥巖埋藏最淺的大北XX井為無組合模式，西邊博孜XX井發(fā)育一套鹽底巖性組合模式，同構(gòu)造上的大北XX井發(fā)育多套鹽底巖性組合模式。在制定卡層方案時針對每種鹽底組合模式進(jìn)行預(yù)判，制定多套方案。

4.2 卡層準(zhǔn)備

一是制定卡層方案，針對可能出現(xiàn)的各種鹽底組合模式制定相應(yīng)的卡層方案。二是簡化鉆具結(jié)構(gòu)，如果發(fā)生井漏確保能及時將鉆具提至安全井段。三是優(yōu)化井眼條件，保證卡層鉆進(jìn)前井眼暢通，鉆井液要滿足攜帶巖屑的要求。四是加強卡層人員的崗位意識，聯(lián)機員和泥漿工加強坐崗，監(jiān)測好液面，采集工按要求撈取巖屑，認(rèn)真觀察，發(fā)現(xiàn)巖屑發(fā)生變化及時匯報。

4.3 卡層過程

1）根據(jù)制定的卡層方案，首先考慮對比距離最近、鹽底最淺的大北XX井，執(zhí)行無組合模式的卡層方案。鉆進(jìn)至井深6 430 m（垂深6 201 m）時，鉆遇厚層鹽巖+石膏+白云巖組合，排除無組合模式。

2）下步鉆進(jìn)按發(fā)育一套鹽底組合模式進(jìn)行，鉆穿一套鹽底巖性組合后，鉆至井深6 577 m微鉆時升高，按卡層方案計劃繼續(xù)鉆進(jìn)斜厚3 m（垂厚1.5 m）進(jìn)行地質(zhì)循環(huán)，后繼續(xù)鉆進(jìn)至6 579.13 m時發(fā)生井漏失返，鉆時由4～5 min/m提高至35～39 min/m，鉆揭高鉆時斜厚2.13 m（垂厚1.06 m），因井漏失返導(dǎo)致鹽層縮徑卡鉆，填井側(cè)鉆。

3）使用常規(guī)鉆具側(cè)鉆至井深6 428 m時，進(jìn)入原井眼鉆遇的鹽底巖性組合，為了防止鉆至原井深時再次發(fā)生井漏，后續(xù)鉆進(jìn)至井深6 545.5 m起鉆換小鉆具進(jìn)行導(dǎo)眼鉆進(jìn)。

4）導(dǎo)眼鉆進(jìn)至井深6 568 m，微鉆時（0.1 min/m）持續(xù)升高，鉆壓持續(xù)升高并趨于穩(wěn)定在80 kN左右（圖2），鉆揭高鉆時斜厚2 m（垂厚1 m）停鉆地質(zhì)循環(huán)。返出巖屑為褐色泥巖，巖屑性硬、脆，形狀符合典型鹽底底板泥巖形狀特征（圖3），泥巖碳酸鹽含量均大于15%（表2）。經(jīng)元素錄井分析，Mg元素含量較高，Cl元素持續(xù)降至1%以下（表3）。

表2 碳酸鹽含量分析記錄

表3 元素分析記錄表

圖2 微鉆時、鉆壓變化統(tǒng)計

圖3 鹽底褐色泥巖

通過對返出巖屑的碳酸鹽含量、元素含量、巖屑特征進(jìn)行分析，結(jié)合地層對比、巖性組合和工程參數(shù)變化等情況，綜合判定以上各項指標(biāo)均符合鹽底底板泥巖特征，判斷本井已鉆至鹽底，為下一開目的層鉆進(jìn)打下了堅實的基礎(chǔ)。

5 結(jié)論

塔里木盆地庫車坳陷山前井普遍發(fā)育膏鹽層，其壓力系數(shù)與下覆目的層壓力系數(shù)差異巨大，鹽底作為封隔鹽層技術(shù)套管的必封點，必須保證封隔全部鹽層，避免目的層鉆進(jìn)時存在兩套壓力系統(tǒng)，導(dǎo)致鉆井風(fēng)險大，甚至無法實現(xiàn)地質(zhì)目的，因此山前井的鹽底卡層分析是現(xiàn)場地質(zhì)人員的一項必備技能。在卡層過程中，一是要加強井眼準(zhǔn)備，利用工程手段為地質(zhì)卡層鉆進(jìn)創(chuàng)造良好的井眼條件；二是要結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料、地層對比、巖性組合特征、巖屑錄井、工程錄井、元素錄井和導(dǎo)眼鉆進(jìn)等手段，提高卡層鉆進(jìn)成功率；三是利用好鉆壓、扭矩、微鉆時等實時工程參數(shù)，卡層鉆進(jìn)過程中，可以通過工程參數(shù)的變化提前預(yù)判井下巖性的變化，特別是要注意微鉆時的變化，必要時可以通過實時工程參數(shù)的變化確定地質(zhì)循環(huán)的時機；四是加強現(xiàn)場工程地質(zhì)一體化意識，做好風(fēng)險研判，提前做好應(yīng)急預(yù)案，高效完成鹽底卡層。