準(zhǔn)噶爾盆地南緣探井鉆井技術(shù)現(xiàn)場決策與實(shí)踐

高成軍,王軍平,王立新,周玉東,張茂林,段 江

（1.西部鉆探工程有限公司工程技術(shù)處，新疆烏魯木齊 830011；2.西部鉆探工程有限公司克拉瑪依鉆井公司，新疆克拉瑪依 834009；3.西部鉆探工程有限公司工程技術(shù)研究院，新疆烏魯木齊 830001；4.西部鉆探工程有限公司鉆井液分公司，新疆克拉瑪依834000）

準(zhǔn)噶爾盆地南緣（文中簡稱南緣）位于北天山山前，屬于山前構(gòu)造，西起扎伊爾山，東至烏魯木齊，北以車排子凸起南、莫南—芳草湖一線為界，南至博格達(dá)山北麓山前和依林黑比爾根山，東西長約330km，南北寬約50km，面積約為16500km2。南緣是尋找大中型油氣田的有利領(lǐng)域和戰(zhàn)略區(qū)帶[1-3]，山前構(gòu)造也是地震與鉆井技術(shù)難度最大的區(qū)域。

1 南緣鉆井的歷史背景

自1936年以來，南緣鉆井由淺及深、由易到難，一直艱難地伴隨著準(zhǔn)噶爾盆地的勘探開發(fā)進(jìn)程。以前，受鉆井設(shè)備和鉆井液技術(shù)的限制，試圖用水基鉆井液加鐵礦石、重晶石來解決地層蠕變縮徑難題，成本高、周期長，屢戰(zhàn)屢敗。2000年后，運(yùn)用有機(jī)鹽和PRT兩套鉆井液體系，并借鑒塔里木油田山前構(gòu)造的鉆井經(jīng)驗(yàn)，在南緣鉆井中運(yùn)用電動(dòng)鉆機(jī)+頂驅(qū)鉆井技術(shù)，先后鉆成卡6井發(fā)現(xiàn)卡因迪克油田、鉆成吐谷2井發(fā)現(xiàn)了吐谷魯油田、鉆成呼2井發(fā)現(xiàn)了呼圖壁氣田、鉆成瑪河1井發(fā)現(xiàn)了瑪河氣田。真正取得鉆井技術(shù)重大突破和油氣勘探重大發(fā)現(xiàn)的還是在2018年年底完井的高探1井。該井首次使用柴油基油基鉆井液體系，成功地解決了安集海河組的泥巖蠕變難題，不僅發(fā)現(xiàn)了千噸井，還形成了配套的鉆采技術(shù)，為南緣中組合與下組合的鉆探技術(shù)攻關(guān)指明了方向。2019～2020年，在南緣實(shí)施的10口井中全面推廣使用油基鉆井液技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了把井“打成”的戰(zhàn)略目標(biāo)。

2 南緣鉆井的技術(shù)難點(diǎn)

準(zhǔn)噶爾盆地南緣，發(fā)育有上中下三套油氣藏組合（圖1），因受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及滑脫斷裂的影響，區(qū)域發(fā)育有多套塑性泥巖地層，形成了多個(gè)層間滑脫面及其不同的構(gòu)造模式[4-5][見圖2、圖3、圖4（a-e）]。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地南緣油氣成藏組合的劃分

平面上，呈現(xiàn)出南北分帶（齊古沖斷帶、烏奎褶皺帶）和東西分段（東、中、西）的特征。兩大褶皺帶內(nèi)，構(gòu)造發(fā)育成排成帶，宏觀上可分為三排背斜群，也俗稱三排構(gòu)造。第一排構(gòu)造是金溝河—南瑪納斯—齊古背斜群；第二排構(gòu)造是霍瑪吐背斜群；第三排構(gòu)造是安集海河—呼圖壁河背斜群。這些構(gòu)造普遍具有中上部構(gòu)造高陡緊閉、規(guī)模較小，下部構(gòu)造寬緩?fù)暾⒁?guī)模較大的特征，但彼此差異巨大。南緣中、下組合鉆探區(qū)域集中在第二排、第三排背斜群。

剖面上，發(fā)育有上、中、下三套儲(chǔ)蓋組合，中組合與下組合是尋找大中型油氣田的主要領(lǐng)域。上組合：塔西河組（N1t）—沙灣組（N1s）儲(chǔ)蓋組合，儲(chǔ)層厚、藏小、高效，如獨(dú)山子油田；中組合：安集海河組（E2-3a）—紫泥泉子組（E1-2z）儲(chǔ)蓋組合，蓋層好、儲(chǔ)層薄、藏小、高效，如呼圖壁氣田、瑪河氣田；下組合：吐谷魯群（K1Tg）—侏羅系（J）儲(chǔ)蓋組合，規(guī)模儲(chǔ)層、大構(gòu)造、近油氣源，如高探1井、呼探1井的清水河組（K1q）油藏等。

技術(shù)上，區(qū)域構(gòu)造特征、地質(zhì)地層特性在一定條件下決定了鉆井施工的難度。上組合地層礫石層發(fā)育，但其厚度橫向變化大、地層高陡、地應(yīng)力強(qiáng)，機(jī)械鉆速慢、易井斜。中組合泥巖地層，伊蒙混層和鹽膏質(zhì)、灰質(zhì)發(fā)育，地層水敏性強(qiáng)、加之?dāng)嗔寻l(fā)育的改造和影響，地層坍塌壓力高，易垮塌、井漏，使用油基鉆井液體系有效地解決了膏質(zhì)、灰質(zhì)泥巖蠕變縮徑難題。下組合地層多套異常高壓、深部地層高溫，鉆井液性能、固井質(zhì)量、工具性能都難以保障。

3 南緣鉆井的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)

為了有效應(yīng)對南緣鉆井的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和施工難題，中油油服成立南緣探井項(xiàng)目組駐井指導(dǎo)，新疆油田、西部鉆探在南緣項(xiàng)目組的指導(dǎo)下，多次組織多種形式的技術(shù)研討會(huì)和專家現(xiàn)場指導(dǎo)。西部鉆探在完成高探1井之后，在南緣又相繼打成、打快并圓滿完成了高泉5井、高101、高102、高103、GHW001和呼探1等一批高難度的探井，為樂探1井（西部鉆探承鉆）、高泉6井（中石化中原鉆井承鉆）、天灣1和天安1（渤海鉆探承鉆）等井的后續(xù)施工提供了成熟的經(jīng)驗(yàn)和配套的技術(shù)。為了助力安全鉆井和鉆井提速工作，現(xiàn)對南緣鉆井實(shí)施過程中所取得的成功經(jīng)驗(yàn)、地質(zhì)認(rèn)識(shí)和配套技術(shù)進(jìn)行全面總結(jié)。

3.1 認(rèn)清難點(diǎn)，精準(zhǔn)項(xiàng)目定位

及時(shí)認(rèn)清地質(zhì)地層特點(diǎn)，有效破解鉆井施工難度。準(zhǔn)噶爾盆地南緣鉆井實(shí)踐表明，構(gòu)造位置及其地質(zhì)地層特點(diǎn)決定著鉆井施工的技術(shù)難度。在高102、呼探1和高103井鉆井過程中，遇到嚴(yán)重阻卡、井漏復(fù)雜，甚至斷鉆具事故[6]，見表1。其主要原因是橫向地層厚度和巖性變化大、縱向地層埋深和壓力系統(tǒng)差異大，加上油基鉆井液在應(yīng)用過程暴露出來的一系列不足[7]，如：①遇到水侵時(shí)，其鉆井液性能會(huì)快速失穩(wěn)；②遇到漏失時(shí)，堵漏材料可選范圍有限；③快速鉆進(jìn)時(shí)，油基鉆井液懸浮攜巖能力還有待進(jìn)一步提升等。針對現(xiàn)場鉆井施工遇到的一系列技術(shù)難題，中油技服領(lǐng)導(dǎo)牽頭組織相關(guān)技術(shù)專家研討分析，制定“打成、打好、打快”三步走的戰(zhàn)略，堅(jiān)持探索實(shí)踐、攻堅(jiān)克難、科學(xué)決策，迅速攻克了技術(shù)難題，扭轉(zhuǎn)了鉆井施工持續(xù)受困的被動(dòng)局面。

表1 準(zhǔn)噶爾盆地南緣典型井鉆井事故復(fù)雜時(shí)率對比

3.2 把握要點(diǎn)，規(guī)范項(xiàng)目管理

認(rèn)定三件事、抓好三落實(shí)。

3.2.1 認(rèn)定“三件事”——設(shè)計(jì)論證、施工策劃、方案實(shí)施

（1）設(shè)計(jì)論證—從源頭抓起，新疆油田多方組織專家進(jìn)行地質(zhì)論證和鉆井設(shè)計(jì)；西部鉆探南緣鉆井項(xiàng)目部，拿到上鉆任務(wù)書后，立即調(diào)集全公司資源，組織鉆測錄固和兩院三中心的技術(shù)專家，圍繞地質(zhì)任務(wù)和工程目標(biāo)，吃透設(shè)計(jì)精神和要點(diǎn)提示，通過方案編制、技術(shù)論證、部門審批，進(jìn)一步細(xì)化單井鉆井技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)單井的技術(shù)對策落地。

（2）施工策劃—部門牽頭組織，配備技術(shù)骨干。參照設(shè)計(jì)要求、技術(shù)難點(diǎn)、地理環(huán)境和氣候特點(diǎn)等優(yōu)選鉆井隊(duì)伍和配套鉆井設(shè)備。西部鉆探范圍內(nèi)優(yōu)選技術(shù)專家駐井，并設(shè)立由駐井技術(shù)專家牽頭的駐井項(xiàng)目小組，組織井隊(duì)平臺(tái)經(jīng)理、鉆井工程師、錄井地質(zhì)師進(jìn)行施工策劃編制，把南緣項(xiàng)目組的技術(shù)策劃變成駐井項(xiàng)目小組的施工措施，并按階段性技術(shù)要求提前組織、保障生產(chǎn)。

（3）方案實(shí)施—聯(lián)合開鉆驗(yàn)收，實(shí)施技術(shù)交底。甲乙雙方一同到井、聯(lián)合實(shí)施。井場開鉆驗(yàn)收與技術(shù)交底的重點(diǎn)是：①對井場設(shè)備安裝、調(diào)試的本質(zhì)化安全能力進(jìn)行驗(yàn)收，有效排查安全隱患；②參照施工策劃和鄰井新近的實(shí)鉆信息，識(shí)別鉆井風(fēng)險(xiǎn)，有效排查施工隱患；③圍繞技術(shù)難點(diǎn)和鉆井風(fēng)險(xiǎn)，高效組織技術(shù)交底，與駐井專家、井隊(duì)干部及大班人員、錄井人員、固井專家和鉆井監(jiān)理一同梳理技術(shù)要點(diǎn)和施工對策等。

3.2.2 抓好“三落實(shí)”——落實(shí)主體責(zé)任、落實(shí)監(jiān)督責(zé)任與落實(shí)責(zé)任追究，進(jìn)一步明確“誰干活、誰監(jiān)督、誰管理”

（1）誰干活—優(yōu)選施工主體：優(yōu)選施工井伍和駐井骨干人員，負(fù)責(zé)按項(xiàng)目管理的施工成本、鉆井工期、安全管理、井身質(zhì)量、固井質(zhì)量等基本要素全程落實(shí)項(xiàng)目策劃與實(shí)施。

（2）誰監(jiān)督—優(yōu)選旁站監(jiān)理：堅(jiān)持異體監(jiān)督制度和雙監(jiān)理制度，通過旁站監(jiān)督，努力排查現(xiàn)場可能存在的“人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)、環(huán)境的不安全因素和技術(shù)與管理的措施缺陷”等，對檢查出來的問題實(shí)行銷項(xiàng)管理。

（3）誰管理—強(qiáng)化執(zhí)行力度：就是按照事故處理的“四不放過”中處理一人警示一片的原則與理念，抓好事故責(zé)任追究與獎(jiǎng)懲。

3.3 抓住要點(diǎn)，推進(jìn)項(xiàng)目實(shí)施

圍繞項(xiàng)目管理要素，根據(jù)設(shè)計(jì)原則，抓住施工難點(diǎn)、把握技術(shù)要點(diǎn)，堅(jiān)持結(jié)果導(dǎo)向制訂奮斗目標(biāo)，逐步推進(jìn)實(shí)施。

3.3.1 鉆前論證，借鑒經(jīng)驗(yàn)、策劃先行

技術(shù)策劃與施工策劃等方案論證階段——依據(jù)鄰井資料、實(shí)鉆經(jīng)驗(yàn)和本井地質(zhì)與工程特點(diǎn)，找清楚問題，說明白道理。方案突出要點(diǎn)，做到管用、夠用、實(shí)用。

3.3.2 鉆中跟蹤，預(yù)防到位、及時(shí)決策

跟蹤實(shí)施與危機(jī)應(yīng)對階段——理清楚重點(diǎn)，弄明白難點(diǎn)。在鉆井施工的全過程，做到五個(gè)堅(jiān)持：

（1）堅(jiān)持井場碰頭會(huì)制度，做好總結(jié)與預(yù)測。井場地質(zhì)師介紹并分析當(dāng)天的地質(zhì)地層資料，預(yù)測下步鉆揭地層壓力、巖性可鉆性，為鉆頭選型、鉆井參數(shù)優(yōu)化、風(fēng)險(xiǎn)防范等提供地質(zhì)依據(jù)。

（2）堅(jiān)持井場快速?zèng)Q策制度，防控復(fù)雜事故。①建立并形成以專家駐井（井口把關(guān)）、甲方現(xiàn)場人員巡查督導(dǎo)（巡井把關(guān)）、遠(yuǎn)程智能技術(shù)支持中心（EISC）專家盯防（遠(yuǎn)程支持）等三方既分工又協(xié)作的日常決策機(jī)制;②必要時(shí)通過視頻連線的專家會(huì)商機(jī)制;③在地質(zhì)地層設(shè)計(jì)誤差較大時(shí)，運(yùn)用最新實(shí)鉆資料與地震資料互動(dòng)的快速響應(yīng)機(jī)制等。

（3）堅(jiān)持井控演練與督查制度，嚴(yán)防井控風(fēng)險(xiǎn)。重細(xì)節(jié)、抓檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)整改，不折不扣地落實(shí)施工策劃的細(xì)節(jié)。

（4）堅(jiān)持風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與會(huì)商制度，做到落實(shí)到位。瞄準(zhǔn)地質(zhì)目標(biāo)和下步工況，甲乙雙方做到風(fēng)險(xiǎn)提示和措施建議在先，組織實(shí)施到位。

（5）堅(jiān)持地質(zhì)與工程一體化制度，推進(jìn)項(xiàng)目高效運(yùn)行。

①地震預(yù)測：地震與實(shí)鉆互動(dòng)，跟蹤校準(zhǔn)地層深度。預(yù)測地層埋深、地層壓力分布等，特別是根據(jù)斷層位置、不整合界面、地層傾角等指導(dǎo)鉆井防漏、防斜、鉆具組合等。

②鉆井實(shí)戰(zhàn)：按設(shè)計(jì)、策劃施工，及時(shí)應(yīng)對復(fù)雜情況。按設(shè)計(jì)提示，在阻卡、井漏、溢流、井噴、鉆具短路、鉆頭事故、因地層坍塌而造成井眼擴(kuò)徑、因地層膨脹而造成井眼縮徑等復(fù)雜情況下快速應(yīng)對、及時(shí)處理，及時(shí)分享到鄰井。

③錄井跟蹤：緊跟鉆頭，隨鉆測量鉆速、氣測、鉆井液參數(shù)、鉆井施工參數(shù)等等；錄井既能說得清油氣顯示有沒有、好不好，又能及時(shí)監(jiān)測井下鉆井動(dòng)態(tài)，提前預(yù)測地層巖性，指導(dǎo)鉆井的優(yōu)化鉆井參數(shù)、預(yù)防鉆具事故、優(yōu)選鉆頭類型和油氣層保護(hù)等。

④測井追蹤：根據(jù)測井井徑、井斜資料指導(dǎo)下套管和固井施工，運(yùn)用地質(zhì)分層和地層傾角等資料輔助分析鉆井復(fù)雜的原因等。

⑤固井保障：固井質(zhì)量是鉆井的命脈，利用技術(shù)套管封固油氣層、漏失層為鉆井施工提供保障。水泥漿堵漏技術(shù)，已經(jīng)使固井成為快速處理漏噴同層的有力手段。

3.3.3 鉆后評估，總結(jié)分析、推廣應(yīng)用

完善方案，優(yōu)化流程，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，汲取教訓(xùn)，滾動(dòng)提高?？偨Y(jié)針對亮點(diǎn)，做到新穎、新創(chuàng)、新作。按流程刻畫，按單元小結(jié)，綜合完善，動(dòng)態(tài)推廣，系統(tǒng)提升。

4 南緣鉆井的攻關(guān)目標(biāo)

按照南緣鉆井“打成、打快、打好”的戰(zhàn)略定位，分析已鉆井資料、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、優(yōu)化方案、精準(zhǔn)施策，在生產(chǎn)組織無縫隙銜接的前提下，通過下列5個(gè)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)鉆井提速新目標(biāo)：

（1）優(yōu)選鉆頭類型。針對第四系大套礫石層、新近系古近系紅色泥巖、膏質(zhì)泥巖、礫巖層和侏羅系克拉扎組礫巖，優(yōu)選鉆頭，提高鉆頭的破巖能力。

（2）優(yōu)化鉆具組合。針對有效防斜、提高鉆頭水馬力的需求，優(yōu)化鉆具組合、運(yùn)用提速工具至關(guān)重要，使用大尺寸鉆鋌和鉆桿進(jìn)一步強(qiáng)化鉆井施工參數(shù)。

（3）優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)。針對不同構(gòu)造上地層地質(zhì)特點(diǎn)和壓力分布特點(diǎn)，進(jìn)一步優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)。

（4）優(yōu)選堵漏材料。針對斷層破碎帶發(fā)育程度，積極優(yōu)選油基鉆井液堵漏材料及其粒配組合，做好技術(shù)儲(chǔ)備積極應(yīng)對井漏。

（5）優(yōu)化鉆井液性能。針對油基鉆井液的不足，加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)，進(jìn)一步強(qiáng)化油基鉆井液的封固造壁能力和懸浮攜巖能力。

5 南緣鉆井的結(jié)論建議

（1）“打成、打快、打好”的三步走戰(zhàn)略，是南緣攻克鉆井技術(shù)難題科學(xué)路徑。

（2）油基鉆井液是解決水敏性地層易坍塌、易縮徑的法寶，優(yōu)點(diǎn)明顯。建議加強(qiáng)其提升抗水侵能力和細(xì)化堵漏材料的研究。

（3）井身結(jié)構(gòu)與鉆井難度和井控風(fēng)險(xiǎn)密切關(guān)聯(lián)，在解決礫石層、水敏性層段和高壓層段封隔難題的前提下仍有優(yōu)化的空間。

（4）堅(jiān)持隨鉆地質(zhì)資料與地震參數(shù)互動(dòng)先行，動(dòng)態(tài)助力現(xiàn)場地質(zhì)卡層和施工決策。

（5）運(yùn)用現(xiàn)代信息化技術(shù)，發(fā)揮EISC遠(yuǎn)程智能技術(shù)支持系統(tǒng)的盯防作用，進(jìn)一步加強(qiáng)井場的技術(shù)支持力度和技術(shù)決策速度。