南哈中科氣田快速鉆井技術研究與應用

張海忠，范成浪，王永國，劉龍林，楊 興

（中石油西部鉆探國際工程公司，新疆烏魯木齊830026）

1 中科氣田背景

中科氣田可勘探面積18000km2，屬于勘探初期，構造屬楚河—薩雷蘇盆地南哈探區，該盆地自泥盆紀時期開始形成，中生代地層缺失，500m后進入古生代地層，石炭—二疊紀是主發育期，地層較古老。盆地地層沉積厚度在1000～4500m，石炭—二疊紀發育了大套的鈣質泥巖層、酸鹽巖層、鹽膏巖地層，灰巖內部的溶蝕性縫洞和后期發育的構造裂縫以及泥盆系地層的碎屑巖存在漏失風險，受到區域擠壓和基底抬升作用的影響，該區內斷裂作用普遍發育，導致形成了廣泛的背斜型褶皺和遮擋構造，給井斜控制增加了難度。該區域地層巖性壓實性強，可鉆性差，鉆頭吃入困難，整體機速較低。廣泛發育的石灰巖地層存在漏失風險，斷裂作用形成的背斜構造為井斜控制增加難度。

2 地質情況

2.1 地層壓力情況

（1）鄰井實測壓力數據，具體統計見表1。

（2）地層壓力預測：根據已鉆鄰井資料分析，預計儲層石炭系維憲階地層孔隙壓力系數1.00～1.05g/cm3，泥盆系法門階地層孔隙壓力系數為1.06g/cm3。

2.2 地層可鉆性評價

取該區塊ASSA-1井石炭系1620m一塊巖樣進行力學性質評價，可見該巖樣對應的地層巖石屬于中等硬度，研磨性為低研磨性，PDC施工中，復合片的損壞主要來自鉆進時不平穩帶來的沖擊，因此選用抗沖擊性能優越的復合片，能有效地提高鉆頭的抗沖擊能力，延長鉆頭的使用壽命。該巖樣硬度和塑性系數表明巖樣屬于中軟地層，基本沒有塑性，具體結果見表2。

表1 鄰井實測壓力數據統計

3 技術難點

中科氣田處于勘探初期，為探明區域儲量，所布井位間距都較遠，大跨度使得各井位相同層位間巖性可比性較差，為鉆井施工帶來許多不確定因素。從已完成井情況來看，機速和月速均較低，鉆井周期長，鉆井液復雜和事故多發生在2000m以前，下部地層易發生鉆具事故。綜合來看，主要存在如下技術難點：

（1）100m左右出現的綠色膠質泥巖極易泥包鉆頭和扶正器，返出過程中易結塊堵塞導管和高架槽。

表2 ASSA-1井巖樣進行力學性質評價表

（2）二疊系井段存在不均等泥巖、粉砂互層和少量石膏泥巖，易發生水化膨脹造成縮徑或坍塌卡鉆。

（3）在1000～2000m存在大段鹽層，易造成井徑不規則和井壁失穩復雜。

（4）二疊系棕褐色泥巖和硬質泥巖交接面井壁不穩定，易剝落掉塊。

（5）石炭系下部井段存在裂縫發育帶，易發生漏失和坍塌，并有可能引發先漏后噴復雜。

（6）石炭系下部和泥盆系地層壓實程度好，地層富含石英和硅質，可鉆性差，對鉆頭損傷大，鉆井機速慢，鉆井周期長。

（7）產層伴生H2S氣體，井控風險高。

4 鉆頭選型方案及現場應用

根據巖石可鉆性評級和地質巖性變化情況，對鉆頭的適應能力進行了現場驗證，試驗應用了江漢、川石、百施特、深遠等生產廠家的各型號牙輪和PDC鉆頭，鉆頭使用情況見表3。

表3 實鉆鉆頭使用情況統計

從現場使用情況來看，上部地層巖性松散，可鉆性較好，采用鋼齒牙輪鉆頭效果好；二開井段上部存在泥巖、礫巖互層，采用ST437GK牙輪鉆頭穿過該層位后，下入大復合片的T1955 PDC鉆頭鉆進；三開進入地層后及時下入DF系列PDC鉆頭鉆進，進入泥盆系后地層巖性硅質含量增加，PDC鉆頭進尺減少，鉆頭磨損嚴重，更換HJ537G和HJ637G牙輪鉆頭鉆進。

5 鉆具結構優化及實際使用情況

根據井斜變化情況，及時改換鉆具結構，通過防斜鉆具主動防斜鉆進，在不借助MWD儀器的前提下，完成的7口井井斜均控制在設計范圍內，結果見表4。

6 鉆井液體系優選

中科區塊地層古老，屬海相沉積，地層富含鹽，通過對地層巖性及前期資料調研，2000m是該區塊地層的分水嶺，井徑擴大率前后相差較明顯，決定采用欠飽和鹽水強抑制聚合物鉆井液體系，突出上部抑制，下部封堵特性。

配方1（2000m以前）：4%土粉+0.1%NaOH+0.3%IND30+1.5%Redu1+2%NFA25+0.5%Visco1+5%KCl+20%NaCl+重晶石；

配方2（2000m后）：4%土粉+0.1%NaOH+0.3%IND30+1.2%Redu1+3%NFA25+0.5%Visco1+3%KCl+7%NaCl+2%QCX-2重晶石。

該區塊7口井施工過程中鉆井液性能穩定，起下鉆無阻卡，無因鉆井液引起的復雜、事故，完井電測與固井施工順利。不同井段鉆井液性能見表5。

為取得較準確的氣層顯示，在TGTR-8井儲層段試驗應用了微泡沫鉆井液體系，該體系具有密度低、屏蔽效果好、攜巖能力強、潤滑性好等優點，主要適用于衰竭油藏、低壓儲層和裂縫發育地層的鉆井。全部施工井井徑統計見表6。

7 完成井總體效果評價（見表7）

表4 完成井井斜統計表

表5 不同井段鉆井液性能

表6 完成井井徑統計及事故復雜損失數據表

表7 完成井指標統計表

從指標完成情況看，平均鉆井周期65.9d，較同區塊鉆井指標降低43.82%，2900m井平均鉆井周期74.79d，較同區塊鉆井指標降低37.64%，平均機速較區塊指標提高17.32%，鉆井平均月速度1210.93m/臺月，較區塊指標提高76.36%,復雜損失率0.5%，較區塊指標降低83.11%，事故損失率1.42%，較區塊指標降低52.98%。

8 認識與建議

（1）該區域密西西比（亞）系中統維憲階以下，地層可鉆性變差，機速變慢，PDC鉆頭與牙輪鉆頭使用過程中均無明顯優勢，PDC鉆頭和HJ537G牙輪鉆頭鉆進中均不能達到鉆頭壽命周期，鉆頭先期的破壞和牙齒均磨平，不能有效地吃入地層，最下部地層選用HJ637G牙輪鉆頭鉆進。

（2）鉆井液預防事故復雜技術優化了井壁質量，大大降低了套管遇阻、鹽層、油層段事故復雜發生率，實現了中科氣田優快鉆井。進入含鹽段施工時，欠飽和鹽水鉆井液使用中泡沫較多，有進一步的優化改進空間。

（3）儲層段施工微泡鉆井液是一個選擇方向，不但能有效提高機速，還能保護和及時發現新儲層。