特深層鉆完井技術(shù)標準體系探討

張亢，蘆鑫，張家麗，朱德武，張玉榮

中石化石油工程技術(shù)研究院有限公司（北京 102206）

0 引言

目前，油氣資源作為地球上最重要的化石能源，在各個領(lǐng)域仍然發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。近年來，隨著鉆完井技術(shù)的不斷提高，油氣勘探開發(fā)的重點也逐漸轉(zhuǎn)移至超深、特深地層。塔里木盆地順北特深層油氣是國內(nèi)油氣勘探開發(fā)的重點，該油田主要包括4 個區(qū)塊，面積19 878 km2，資源量達17×108t。其中石油資源量12×108t、天然氣資源量5 000×108m3，油氣儲層埋深超過7 500 m[1]。順北油氣田已成為中國石化西部資源戰(zhàn)略接替的重要陣地，其鉆完井關(guān)鍵技術(shù)成果有效促進了國內(nèi)特深層油氣勘探開發(fā)的進程。

盡管我國特深復雜地層鉆完井技術(shù)已經(jīng)取得了豐富的實踐經(jīng)驗，但是還未制定相關(guān)標準，更沒有相應的技術(shù)標準體系。國外先進的API 和ISO 標準也尚未查到關(guān)于特深復雜地層鉆完井技術(shù)的相關(guān)標準。因此，盡快制定相關(guān)技術(shù)標準，形成特深層鉆完井技術(shù)標準體系，不僅對順北特深層勘探開發(fā)具有重要推動作用，而且對提高企業(yè)競爭力、爭取國際社會的話語權(quán)具有重要的戰(zhàn)略意義。通過對特深層鉆完井標準需求分析，制定了相關(guān)鉆完井技術(shù)標準，建立了特深層鉆完井標準體系，對順北特深油氣層的高質(zhì)量勘探開發(fā)提供了支撐和保障作用。

1 特深層鉆完井技術(shù)體系形成

1.1 安全高效鉆井技術(shù)

順北地區(qū)地質(zhì)條件復雜、斷縫發(fā)育，需要在井壁穩(wěn)定性、鉆井復雜情況分析基礎(chǔ)上精細確定地質(zhì)必封點，設(shè)計各開次井眼尺寸、套管層次、套管強度、材質(zhì)、鋼級、壁厚、扣型、下深、間隙配合等，提出高風險探井套管預留、特殊套管性能參數(shù)要求，形成不同斷裂帶、不同目的層的井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計系列。

深部地層年代古老、超深埋藏壓實，具有巖石硬度大、可鉆性差、研磨性強等特點，井眼超深造成井下機械破巖能量和水力清洗巖屑能量不足，普遍存在機械鉆速低、鉆井周期長等問題[1]。針對這些問題，開展了深部硬地層破巖機理研究，研發(fā)具有不同功效的鉆井提速工具，提高復雜地層的破巖效率和深井鉆井速度，降低鉆井成本。

研究氣液兩相流對節(jié)流閥的沖蝕和作業(yè)過程中旋轉(zhuǎn)頭膠芯失效影響因素，分析控壓鉆井設(shè)備控制能力，優(yōu)化MPD 鉆井施工參數(shù)，優(yōu)選控壓配套設(shè)備，提高設(shè)備可靠性，形成微氣侵量井筒壓力精確控制與安全排溢技術(shù)。通過控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)場施工應用，不斷完善控壓鉆井施工操作規(guī)程。

1.2 復雜地層鉆井液技術(shù)

1）巨厚火成巖及深層裂縫性漏失防漏堵漏技術(shù)。研選新型抗高溫變形填充及高酸溶的暫堵和專項堵漏材料，采用隨鉆封堵+打封閉漿+體系優(yōu)化+工程措施的防漏工藝技術(shù)，滿足順北特深層隨鉆暫堵和專堵需求[2]。

2）深層志留系泥巖地層的井壁穩(wěn)定技術(shù)。選擇合理的鉆井液密度，優(yōu)選強封堵、強抑制性鉆井液體系，最大限度延長井壁穩(wěn)定周期。優(yōu)化鉆井液性能和顆粒級配，提高濾餅質(zhì)量，增強濾餅護壁防塌能力。調(diào)整鉆井液膠體穩(wěn)定性，降低鉆井液濾失量，同時加入剛性、彈性粒子封堵微裂縫（原始、誘導），阻隔“楔劈”作用通道，防止地層水化應力造成井壁坍塌。

優(yōu)選使用抗高溫抗鹽聚合物降濾失劑、胺基頁巖抑制劑、成膜劑等鉆井液處理劑，通過鉆井液體系的優(yōu)選，形成鉀胺基聚磺成膜鉆井液體系，滿足順北區(qū)塊深層志留系大段泥巖井壁穩(wěn)定的要求。

3）耐高溫鉆井液技術(shù)。主要包括高溫高密度、耐溫儲保鉆井液技術(shù)。通過優(yōu)選抗高溫材料、強化隨鉆封堵及合理粒度級配，綜合協(xié)調(diào)高溫高密度鉆井液流變性、HTHP 濾失量及沉降穩(wěn)定性能，同時引入納微米封堵劑，封堵微裂隙并形成更致密的封堵層，減少鉆井液濾液侵入，形成具有良好沉降穩(wěn)定性和儲層保護效果的耐高溫鉆井液體系。

1.3 特深復雜地層固井技術(shù)

1）長裸眼段固井技術(shù)。通過優(yōu)選低密度減輕材料，抗高溫降失水劑、緩凝劑、早強劑等外加劑與外摻料，優(yōu)化形成了性能優(yōu)良的復合粉煤灰低密度水泥漿體系和高抗擠微珠低密度水泥漿體系，并添加堵漏纖維，進一步提高水泥漿防漏堵漏性能。通過優(yōu)化扶正器安放位置，提高套管居中度；優(yōu)化施工排量，提高頂替效率，降低漏失風險。并針對惡性漏失井，形成了正注反擠施工技術(shù)，提高了長裸眼段低壓易漏層固井質(zhì)量。

2）長封固段固井技術(shù)。通過優(yōu)選大溫差緩凝劑、降失水劑、早強劑等關(guān)鍵溫度廣譜型外加劑，滿足大溫差固井需求，水泥石頂部強度發(fā)展快；優(yōu)選抗高溫彈性材料和增韌材料，改善水泥石力學性能，降低水泥石脆性，增強韌性，提高水泥環(huán)抗沖擊破壞能力及長久密封性，從而優(yōu)化形成了綜合性能優(yōu)良的大溫差彈韌性水泥漿體系。結(jié)合專業(yè)軟件模擬，優(yōu)化了超長封固段前置液用量、扶正器優(yōu)選與安放、施工排量等工藝措施，形成了超長封固段大溫差固井綜合技術(shù)，現(xiàn)場應用效果良好。

3）小井眼窄間隙固井技術(shù)。通過優(yōu)選抗高溫有機防竄乳液，增強水泥漿防竄性能，改善水泥石力學性能；優(yōu)選無機防竄乳液，增強水泥石高溫力學性能，兩者有機結(jié)合提高水泥漿防竄性能，改善水泥石力學性能；通過優(yōu)化硅粉加量及粒徑復配，提高水泥石高溫強度和穩(wěn)定性，最終形成了抗高溫乳液彈韌性水泥漿體系，可滿足薄水泥環(huán)長久密封要求。結(jié)合旋流樹脂扶正器優(yōu)選與安防優(yōu)化，超量前置液設(shè)計，紊流-塞流復合替漿技術(shù)，最終形成了超深小井眼窄間隙固井技術(shù)。

1.4 特深復雜儲層測井技術(shù)

1）超高溫高壓測井儀器。主要包括三參數(shù)、數(shù)據(jù)傳輸測井儀，自然伽馬測井儀，連續(xù)測斜測井儀，井徑測井儀，雙側(cè)向測井儀，數(shù)字聲波測井儀，中子測井儀，密度組合測井儀，多極子聲波測井儀等。

2）特深層測井采集及施工工藝。包括不同開次測井采集系列優(yōu)化及施工方案設(shè)計，測井施工安全配套技術(shù)（高承壓井口電纜防噴裝置、特深測井天地滑輪系統(tǒng)），萬米電纜抗擠壓裝置，萬米電纜通訊適配器等。

3）特深層儲層測井綜合評價技術(shù)。主要包括特深層復雜地層測井響應機理分析，高溫高壓條件下中子、密度曲線校正技術(shù)，特深層儲層有效性評價技術(shù)，特深層儲層流體測井綜合評價技術(shù)等。

1.5 特深超深縫洞儲層完井及測試技術(shù)

1）“五閥一封”測試工藝。順北區(qū)塊為高溫高壓高含H2S 超深區(qū)塊，區(qū)塊普遍采用的完井方式為裸眼完井。針對高溫、高壓和7 500 m以上干氣藏測試井控風險，以“資料優(yōu)先、強化井下”為原則，對測試管柱進行升級改造，形成“五閥一封”（井下安全閥、RDS 循環(huán)閥×2、RD 循環(huán)閥、E 型閥、CHAMP 封隔器）測試工藝，井下關(guān)井精準錄取溫壓資料，提升安全性能。

2）井壁支撐工藝方案。對比化學防砂、機械防砂等工藝，優(yōu)選兩種井壁支撐工藝方案。

碳鋼支撐管柱：懸掛器+直聯(lián)扣盲管+直聯(lián)扣打孔管（無側(cè)鉆需求）。

復合支撐管柱：易鉆懸掛器+易鉆盲管+直聯(lián)扣盲管+直聯(lián)扣打孔管（有側(cè)鉆需求）

3）可回收高溫高壓完井工具。超高溫高壓井完井工具功能單一、選擇范圍窄，研制了可回收高溫高壓液壓封隔器。優(yōu)化設(shè)計了楔入式膠筒材質(zhì)和結(jié)構(gòu)、解封結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2 特深層鉆完井標準需求分析

以順北特深層鉆完井標準為目標，結(jié)合順北特深層鉆完井相關(guān)技術(shù)的最新研究實踐成果，研究確定標準制定的重點方向，提出標準制定項目名稱。針對提出的標準制定項目，分析其標準化的必要性、重要性和可行性。

2.1 鉆井專業(yè)

1）《順北一區(qū)優(yōu)快鉆井施工推薦作法》。順北區(qū)塊巖石強度、可鉆性縱向差異明顯，需根據(jù)不同層段的地質(zhì)特征、有無侵入體、是否鉆遇破碎帶等給出不同地質(zhì)條件、不同井眼開次的優(yōu)快鉆井推薦作法，明確采取的高效破巖方式、適應地層的鉆頭、足夠的破巖能量等內(nèi)容，確保井底平穩(wěn)的工況條件，以進一步提高機械鉆速，縮短鉆井周期，實現(xiàn)提質(zhì)提效的目標。

2）《鉆具管理規(guī)范》。超深復雜地層井下工況條件復雜，鉆井時間長，鉆具供應商多，質(zhì)量參差不齊，易導致鉆具故障和井控安全問題。為此需規(guī)定鉆具的使用、維修、檢測與分級評價等相關(guān)技術(shù)要求，明確鉆具安全、套管防磨等檢測和管理內(nèi)容，保證鉆井工程施工質(zhì)量，減少鉆具事故的發(fā)生。

2.2 鉆井液專業(yè)

基于對順北裂縫性地層漏失規(guī)律和機理的認識，針對不同大小裂縫實施應用橋漿段塞、隨鉆堵漏和化學固結(jié)等不同堵漏工藝技術(shù)，通過制定《順北裂縫地層防漏堵漏推薦作法》，規(guī)范防漏、堵漏材料，配方與現(xiàn)場施工工藝，固化推廣高效防漏堵漏技術(shù)，提高二疊系、志留系等裂縫發(fā)育的易漏失地層堵漏成功率，并縮短處理時間，提高鉆井速度。

2.3 固井專業(yè)

《順北復雜地層固井技術(shù)規(guī)范》，順北區(qū)塊固井類型包含常規(guī)固井作業(yè)、分級固井作業(yè)、尾管懸掛固井作業(yè)、擠水泥作業(yè)等作業(yè)類型。目前行業(yè)標準SY/T 5374.1—2016《固井作業(yè)規(guī)程 第1 部分：常規(guī)固井》、SY/T 5374.2—2006《固井作業(yè)規(guī)程 第2 部分：特殊固井》中對常規(guī)固井作業(yè)和特殊固井作業(yè)有相應的規(guī)范，但其中的“水泥漿準備”部分僅規(guī)定了水泥漿常規(guī)性能指標，對一些特殊性能指標未有涉及，且“井眼準備”部分、“尾管注水泥”部分內(nèi)容需要進行修改與完善。

2.4 測井專業(yè)

1）《測井井控操作規(guī)程》。順北區(qū)塊目的層位為奧陶系中統(tǒng)一間房組、中下統(tǒng)鷹山組，目的層儲層裂縫、孔洞極其發(fā)育、油氣顯示活躍，大部分井在目的層鉆遇漏失或溢流（壓井處理后發(fā)生漏失），給測井作業(yè)帶來了巨大的井控風險，大部分井目的層測井資料均未取得，導致儲層評價的關(guān)鍵參數(shù)缺失。工區(qū)通過開展漏失井測井工藝及配套工具研究，形成了一套針對電纜測井和鉆具輸送測井工藝的井控工藝方法和配套工具。

2）《測井作業(yè)輔助工具管理規(guī)定》。測井輔助工具主要包括電纜、馬龍頭、天地滑輪、張力計、水平井工具等測井過程中必不可少的工具或配件。而這些工具或配件，都是測井過程中的關(guān)鍵受力部位，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都可能導致測井事故的發(fā)生。目前，工區(qū)僅在《測井作業(yè)開工驗收規(guī)范》中對部分輔助工具的探傷、檢查、更換等進行了規(guī)定，覆蓋面不全。針對順北區(qū)塊超深井電纜測井、鉆具輸送測井，形成一套針對所有測井輔助工具的管理規(guī)范，避免因輔助工具引發(fā)的故障或異常，非常有必要。

3）《測井作業(yè)開工驗收規(guī)范》。修訂測井前的通井要求、鉆具輸送測井配合作業(yè)相關(guān)要求等內(nèi)容，明確不同測量方式測井前井控聯(lián)合演練的具體內(nèi)容，新增部分進行特殊測井作業(yè)時，井眼和鉆井液應滿足的要求內(nèi)容。

4）《鉆具輸送測井操作規(guī)程》。新增存儲式測井作業(yè)操作規(guī)程內(nèi)容，進一步規(guī)范工區(qū)存儲式測井作業(yè)施工。

5）《測井原始曲線驗收規(guī)范》。修訂單井測井曲線分數(shù)計算方法，新增各類測井原始圖件提交格式圖例，新增部分測井項目的曲線質(zhì)量評價要求。

2.5 完井專業(yè)

1）《順北斷縫地層測試作業(yè)推薦作法》。目前地層測試技術(shù)標準廣泛性適用，并無針對順北高溫高壓超深等特點及其形成的“五閥一封”技術(shù)，在前期研究成果基礎(chǔ)上，制定《順北斷縫地層測試作業(yè)推薦作法》，對“五閥一封”工具及工藝，管柱組合及測試地層流程等技術(shù)方面作出規(guī)范。

2）《順北井壁支撐完井工藝技術(shù)規(guī)范》。順北井壁支撐完井工藝已經(jīng)初步收到良好的應用效果。但是，仍需進一步跟蹤評價該工藝的有效性，特別是對于長期安全生產(chǎn)的保障是否有效，需要進一步進行檢驗和驗證。在前期工藝實踐總結(jié)和研究的基礎(chǔ)上，制定《順北井壁支撐完井工藝技術(shù)規(guī)范》，對井壁支撐完井工藝的適用條件、管柱組合、下入性分析、管柱下入技術(shù)要求等方面進行規(guī)范。

3 特深層鉆完井標準體系建立

3.1 標準體系構(gòu)建方法

標準體系通常包括標準體系結(jié)構(gòu)圖、標準明細表、標準統(tǒng)計表和標準體系表編制說明等。標準體系的構(gòu)建首先是設(shè)計標準體系框架，然后在框架的指導下列出標準體系表。標準體系框架的構(gòu)建是建立標準體系的重要工作，為后期標準體系表的制定提供頂層設(shè)計[3]。所以，此處標準體系的構(gòu)建方法主要是標準體系框架的構(gòu)建方法。標準體系框架的構(gòu)建主要包括以下兩種方法：直接借鑒或參考已有的標準體系框架。根據(jù)順北地區(qū)技術(shù)、標準、產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，制定順北地區(qū)標準體系框架[4]。體系構(gòu)建流程如圖1所示。

圖1 標準體系構(gòu)建方法

1）確定標準體系范疇。根據(jù)順北地區(qū)特深井鉆完井技術(shù)發(fā)展的總體需求以及各專業(yè)的不同需求，借鑒或參考國外特深井技術(shù)，結(jié)合標準體系的構(gòu)建原則，確定順北地區(qū)特深井鉆完井技術(shù)標準體系所包含的標準范圍。

2）標準體系框架的研究與設(shè)計。在標準體系范疇的指導下，結(jié)合順北地區(qū)特深井鉆完井技術(shù)及行業(yè)特點，選擇合適的標準體系框架建立方法[5]，構(gòu)建順北地區(qū)特深井鉆完井技術(shù)標準體系框架。

3）標準需求分析。在順北地區(qū)特深井鉆完井技術(shù)標準體系框架的指導下，結(jié)合國內(nèi)外行業(yè)技術(shù)發(fā)展、市場應用情況及標準研制現(xiàn)狀，選取重點領(lǐng)域，確定標準急需研制具體的項目。

4）制定標準體系表。全面整理順北地區(qū)特深井鉆完井技術(shù)標準，包括現(xiàn)有標準、正在制修訂中的標準及標準需求，將標準分門別類歸入到標準體系框架的小類中，形成順北地區(qū)特深井鉆完井技術(shù)標準體系表。根據(jù)該標準體系表，對標準體系框架進行修改和完善，構(gòu)成一個循環(huán)往復、不斷優(yōu)化完善的結(jié)構(gòu)。

3.2 標準體系結(jié)構(gòu)

順北特深層鉆完井技術(shù)標準主要涉及鉆井、鉆井液、固井、測井、錄井、完井等專業(yè)，除通用基礎(chǔ)標準外，順北特深層鉆完井技術(shù)標準體系包含了常規(guī)油氣標準和順北特深層鉆完井特色技術(shù)標準，其中順北特深層鉆完井特色技術(shù)標準設(shè)置鉆井、鉆井液、固井、測井、錄井、完井等6 個專業(yè)的標準體系，具體如圖2、圖3所示。

圖2 順北特深層鉆完井特色技術(shù)標準

圖3 順北特深層鉆井工藝標準體系

3.3 標準體系表

順北特深層鉆完井技術(shù)標準體系表中，收錄了鉆井、鉆井液、固井、測井、錄井、完井等專業(yè)的常規(guī)油氣標準和順北特深層鉆完井特色技術(shù)標準[6]。收錄匯總的常規(guī)標準共有437 項，其中鉆井工藝專業(yè)標準明細表共收錄匯總相關(guān)標準95 項；鉆井液專業(yè)標準明細表共收錄匯總相關(guān)標準94 項；固井工藝專業(yè)標準明細表共收錄匯總相關(guān)標準79 項；測井工藝專業(yè)標準明細表共收錄匯總相關(guān)標準57項；錄井工藝專業(yè)標準明細表共收錄匯總相關(guān)標準65 項；完井工藝專業(yè)標準明細表共收錄匯總相關(guān)標準47 項。

特色技術(shù)標準設(shè)置鉆井工藝（201）、鉆井液（202）、固井（203）、測井（204）、錄井（205）、完井（206）等6 個專業(yè)門類。按成熟先行、同步制定、探索研究進行分類研究制定[7-9]。3年共規(guī)劃21項標準及規(guī)范，其中技術(shù)標準14 項、作業(yè)規(guī)范7 項，具體分別見表1、表2、表3、表4、表5、表6[10]。

表1 201鉆井專業(yè)（門類）標準明細表

表3 203固井專業(yè)（門類）標準明細表

表4 204測井專業(yè)（門類）標準明細表

表5 205錄井專業(yè)（門類）標準明細表

表6 206完井專業(yè)（門類）標準明細表

4 結(jié)論

1）我國特深復雜地層鉆完井一直處于探索階段，尚未形成專門針對特深復雜地層鉆完井技術(shù)的相關(guān)標準，制定相關(guān)技術(shù)標準，加強標準化建設(shè)，對順北特深油氣層的進一步勘探開發(fā)具有重要意義。

2）中國石化在順北特深層已經(jīng)形成了特深層鉆井完井關(guān)鍵技術(shù)，亟需制定技術(shù)上相對成熟且已經(jīng)實踐驗證的標準，在此基礎(chǔ)上，分層次、分年度提出近幾年內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)的重點技術(shù)標準。

3）初步建立了特深層鉆完井技術(shù)標準體系。明確了標準體系建設(shè)遠景、近期目標，建立了鉆井、鉆井液、固井、完井等專業(yè)標準體系表，形成各類標準共計24 項。為我國今后特深層油氣勘探開發(fā)提供了強有力的支撐和保障，并且具有顯著指導意義。