柴達(dá)木盆地復(fù)雜深井安全鉆井技術(shù)

邢 星 劉鳳和 程長(zhǎng)坤 譙世均 吳玉杰 杜宇斌 鐘 原

（1.中國(guó)石油青海油田公司鉆采工藝研究院；2.中國(guó)石油青海油田公司）

近年來(lái)，柴達(dá)木盆地勘探由淺層向深層，常溫常壓向高溫高壓、超高溫超高壓轉(zhuǎn)變，深層勘探具備“三高”（高溫、高壓、高陡）、“三多”（多套壓力系統(tǒng)、多套膏鹽層、多孔隙介質(zhì)）、“一差”（巖石可鉆性差）的地質(zhì)特點(diǎn)，使得鉆井工程愈加困難。深井及超深井面臨超高溫、深部地層機(jī)速慢、高壓鹽水層發(fā)育、多壓力系統(tǒng)等諸多難題，給鉆完井技術(shù)帶來(lái)前所未有的挑戰(zhàn)。為確保柴達(dá)木盆地深層發(fā)現(xiàn)新的油氣資源，積極開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)，初步形成了復(fù)雜深井安全鉆井配套技術(shù)，保障深井順利鉆探，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目標(biāo)，基本滿足了柴達(dá)木盆地深層油氣資源勘探的迫切需求[1-5]。

1 柴達(dá)木盆地深井面臨的鉆井技術(shù)難題

1.1 壓力預(yù)測(cè)精度低，指導(dǎo)意義不強(qiáng)

盆地新生界為快速沉積地層，受差異壓實(shí)、構(gòu)造擠壓和生排烴作用影響，在鹽巖、膏鹽巖、泥巖等地層的封隔和斷層作用下，縱向上發(fā)育多套壓力系統(tǒng)，高壓、低壓系統(tǒng)交互出現(xiàn)。因部分深井探區(qū)地質(zhì)資料缺乏，常規(guī)壓力計(jì)算模型不適應(yīng)，導(dǎo)致壓力預(yù)測(cè)精度低，對(duì)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及鉆井施工指導(dǎo)性不強(qiáng)。

1.2 深部地層可鉆性差，機(jī)械鉆速低

盆地深部地層硬度高，研磨性強(qiáng)，可鉆性差，單只鉆頭進(jìn)尺少，行程鉆速低，以昆2加深井為例，侏羅系使用鉆頭13只，單只鉆頭進(jìn)尺49.3m，平均機(jī)械鉆速為1.26m/h，基巖地層使用鉆頭10只，單只鉆頭進(jìn)尺11.35m，平均機(jī)械鉆速僅為0.57m/h。

1.3 地層異常高溫，對(duì)鉆井液、水泥漿提出更高要求

柴達(dá)木盆地平均地溫梯度為3.2℃/100m，5000m地層溫度與塔里木盆地（地溫梯度為2.06～2.21℃/100m）8000m地層溫度相當(dāng)[6]。2018年，翼探1井井深6194m，溫度近210℃；2019年，深井昆1-1井（210℃）、鴨探1井（208℃）、堿探1井（235℃）井底溫度均超過(guò)200℃。超高溫對(duì)入井流體的穩(wěn)定性、流變性等性能影響較大，抗超高溫鉆井液和水泥漿體系需深入攻關(guān)研究。

1.4 高壓氣水層發(fā)育且井段長(zhǎng)、分布不明，安全鉆井難度大

盆地腹部構(gòu)造帶普遍發(fā)育高壓含氣鹽水層，水層位置難以預(yù)測(cè)，分布井段長(zhǎng)，安全鉆井難度大。近幾年，共發(fā)生溢流20余次，最高壓井密度達(dá)2.5g/cm3，平均事故復(fù)雜時(shí)效達(dá)到了17%，異常高壓水層安全鉆井難度大。

2 復(fù)雜深井安全鉆井配套技術(shù)創(chuàng)新

針對(duì)柴達(dá)木盆地深井鉆完井時(shí)間長(zhǎng)、復(fù)雜時(shí)效高等難題，經(jīng)過(guò)持續(xù)技術(shù)攻關(guān)，形成了以井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化、超高溫鉆井液和水泥漿、高壓水層安全鉆進(jìn)、高效破巖技術(shù)等為核心的技術(shù)系列，促使深井鉆完井技術(shù)更加配套完善，深層資源勘探“安全、提速、提效”得到有力保障。

2.1 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

2018年，3口風(fēng)險(xiǎn)探井（雁探1、翼探1、伊探1）采用常規(guī)五開(kāi)井身結(jié)構(gòu)（圖1），鉆遇未知高壓鹽水層致使上漏下溢，無(wú)備用套管封隔上部低壓層位，長(zhǎng)期處理，導(dǎo)致發(fā)生卡鉆，最終均未能順利完井。2019年，針對(duì)盆地腹部地層壓力系統(tǒng)復(fù)雜、地質(zhì)設(shè)計(jì)誤差大、常規(guī)井身結(jié)構(gòu)抗風(fēng)險(xiǎn)能力弱等問(wèn)題，將風(fēng)險(xiǎn)探井鴨探1井和冷探1井明確必封點(diǎn)，優(yōu)化“五備六”非常用井身結(jié)構(gòu)（圖2），預(yù)留一層應(yīng)對(duì)未知風(fēng)險(xiǎn)，確保兩口風(fēng)險(xiǎn)探井順利完井實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目標(biāo)。

圖1 翼探1井設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)

圖2 鴨探1井設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)

2.2 高效PDC鉆頭優(yōu)選

針對(duì)昆特依地區(qū)深部侏羅系（含礫巖）、基巖地層（雜色花崗片麻巖）硬度高（9～10級(jí)）、研磨性強(qiáng)、可鉆性較差的難題，結(jié)合巖石力學(xué)剖面，為提高復(fù)合片熱穩(wěn)定性、壽命和抗研磨性，優(yōu)選6刀翼、外徑13mm齒和7刀翼、外徑13mm齒兩種類型阿特拉忍者齒PDC鉆頭。在昆1-1井成功應(yīng)用，與前期昆2加深井相比，侏羅系平均機(jī)械鉆速為1.55m/h，較昆2加深井1.26m/h提高23%，單只鉆頭進(jìn)尺增加85.2m，節(jié)約鉆頭9只；基巖地層平均機(jī)械鉆速為0.94m/h，較昆2加深井0.57m/h提高65%，單只鉆頭進(jìn)尺增加25.9m，節(jié)約鉆頭6只，累計(jì)節(jié)約鉆井周期37d。

2.3 超高溫鉆井液技術(shù)

針對(duì)堿山區(qū)塊地溫梯度高（3.76℃/100m），井底異常高溫（6343m，實(shí)測(cè)235℃），井底不斷有CO2侵入傷害鉆井液，從高溫護(hù)膠、高溫抑制、改善濾餅質(zhì)量、調(diào)整流變性、抗CO2傷害著手，保證鉆井液的高溫穩(wěn)定性，開(kāi)展有機(jī)鹽鉆井液抗高溫機(jī)理研究，抗235℃處理劑的篩選，引進(jìn)抗高溫材料DSP-1（磺酸鹽共聚物、降濾失劑）、Redu240（羧羥基烷烯共聚物）、Redu260、LH-TEWD260、SOLTEX等國(guó)內(nèi)外超高溫處理劑，優(yōu)化形成抗235℃超高溫聚胺有機(jī)鹽鉆井液體系及維護(hù)處理技術(shù)，體系基礎(chǔ)配方為：水+3%～6%膨潤(rùn)土+0.1%～0.3%IND30+1.2%WX+1%Redu1+3%Redu2+2%～3%Redu200+2%～3%Redu240+2%～3%DSP-1+1.2%WX+2%～3%SOLTEX+2%～3%LH-TEWD260+1%～2%PGCS-1+1%～2%NFA25+50%Weigh2+30%Weigh3+0.1%亞硫酸鈉。四開(kāi)、五開(kāi)井身結(jié)構(gòu)部分現(xiàn)場(chǎng)鉆井液在240℃、16h熱滾條件下，性能參數(shù)詳見(jiàn)表1、表2[7-10]。

鉆井過(guò)程中抗高溫鉆井液性能穩(wěn)定，支撐了該井加深543m、井溫235℃條件下順利完鉆，并取全取準(zhǔn)地質(zhì)資料。

表1 四開(kāi)井身結(jié)構(gòu)部分井段鉆井液性能（試驗(yàn)溫度240℃）

表2 五開(kāi)井身結(jié)構(gòu)部分井段鉆井液性能（試驗(yàn)溫度240℃）

2.4 抗超高溫水泥漿體系

針對(duì)昆特依和堿山地區(qū)超高溫條件下水泥石強(qiáng)度及水泥漿性能不足的特點(diǎn)，以緊密堆積理論為指導(dǎo)，開(kāi)展抗超高溫水泥、添加劑、懸浮劑優(yōu)選及超高溫隔離液體系優(yōu)選，形成抗超高溫抗鹽水泥漿體系。超高溫水泥漿基礎(chǔ)配方：領(lǐng)漿為JH-1高溫水泥+0.2%懸浮穩(wěn)定劑+18%抗鹽降失水劑+22%超高溫緩凝劑+0.1%消泡劑；尾漿為JH-1高溫水泥+0.2%懸浮穩(wěn)定劑+18%抗鹽降失水劑+13%超高溫緩凝劑+0.1%消泡劑。超高溫條件下，溫度變化會(huì)對(duì)水泥漿稠化時(shí)間、水泥漿穩(wěn)定性及水泥石強(qiáng)度產(chǎn)生較大影響。堿探1井氣層尾管進(jìn)行了領(lǐng)漿、尾漿設(shè)計(jì)、溫度差稠化試驗(yàn)，并檢測(cè)溫差變化對(duì)稠化時(shí)間的影響，試驗(yàn)結(jié)果如表3、表4所示[11-13]。

表3 堿探1井氣層尾管溫度差試驗(yàn)

表4 堿探1井氣層尾管水泥漿性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)

據(jù)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，水泥石強(qiáng)度由2d至7d增加8.7MPa無(wú)衰減，水泥漿停泵及抗傷害試驗(yàn)可滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，水泥漿在超高溫條件下綜合性能穩(wěn)定，解決了超高溫高密度情況下水泥漿流變性差、稠化時(shí)間難調(diào)、水泥石強(qiáng)度衰退等問(wèn)題，保障了堿探1井高溫超深井固井施工作業(yè)。

2.5 高壓鹽水層安全鉆井技術(shù)

針對(duì)盆地腹部地區(qū)高壓氣水層發(fā)育、安全鉆井難度大的問(wèn)題，堅(jiān)持安全鉆進(jìn)五項(xiàng)原則（保持上部地層承壓能力、保證鉆井液性能優(yōu)良、加強(qiáng)水層監(jiān)測(cè)和識(shí)別、合理調(diào)整鉆井液密度、壓穩(wěn)水層快速鉆穿水層），從井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化、隨鉆地層壓力監(jiān)測(cè)、細(xì)化承壓堵漏措施、精細(xì)控壓鉆進(jìn)等方面開(kāi)展攻關(guān)研究，形成適合于盆地腹部的高壓氣水層安全鉆井技術(shù)。以鴨探1井為例，相比鄰井鴨參3井，下油砂山組（N21）—上干柴溝組（N1）地層溢流出水次數(shù)由8次降至2次，成功鉆穿高壓水層未發(fā)生卡鉆，其中鴨探1井通過(guò)精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)監(jiān)測(cè)并處理溢流9次、井漏20次、控壓憋壓堵漏5次（表5）[14-15]。

表5 鴨探1井精細(xì)控壓應(yīng)用情況

2019—2020年，復(fù)雜深井技術(shù)在昆1-1井、鴨探1井、堿探1井等6口井成功應(yīng)用，均順利完鉆，平均井深為6286.6m，鉆井周期達(dá)236.3d，平均機(jī)械鉆速為3.15m/h，復(fù)雜時(shí)效為10.8%，較前期縮短45.6%。

3 結(jié)束語(yǔ)

柴達(dá)木盆地深井鉆探總體還處于探索階段，目前在井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化、PDC鉆頭優(yōu)選、抗高溫鉆井液和水泥漿體系、高壓鹽水層安全鉆井技術(shù)等方面取得重要技術(shù)進(jìn)展，為深層探索提供有力技術(shù)支撐。隨著柴達(dá)木盆地勘探不斷深入，地層條件愈加復(fù)雜，鉆井難度越來(lái)越大，應(yīng)對(duì)事故復(fù)雜的處理能力和應(yīng)對(duì)手段仍存在不足，復(fù)雜深井鉆井事故復(fù)雜時(shí)效依舊較高，尤其以井漏問(wèn)題最為突出，需要不斷完善復(fù)雜深井安全鉆井配套技術(shù)，加快勘探鉆探進(jìn)程。