塔里木盆地庫車山前鹽膏層鉆井技術應用

宗世玉，鄒林兵，史方，苗冬，楊桃，王衛陽

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

塔里木盆地庫車山前區塊鹽膏層普遍發育，埋藏深，巖性成分復雜，在鉆遇鹽膏層時，鹽、石膏、砂泥巖在縱向剖面上大多以薄互層的形式交替出現。鹽間軟泥巖塑性流動，導致井筒周圍巖鹽層蠕變縮徑，鹽和石膏易溶解而形成井筒“大肚子”，若上部巖性疏松還會引起井壁垮塌，進而造成卡鉆風險[1-6]。塔里木盆地庫車山前克拉蘇構造帶的克深13區塊共鉆井13口，基本囊括了鹽膏層段所有復雜工程地質。克深13區塊鹽膏層高壓鹽水普遍發育，其中KeS132井、KeS132-1井、KeS133井、KeS13井、KeS13-3井、KeS13-4井、KeS134井等均鉆遇高壓鹽水層。鹽水層壓力系數高，溢流層段規律性差，鹽底模式多變，無固定巖性組合，鹽底下部存在有鹽、無鹽模式，鹽下褐色泥巖厚度差異大，KeS13-2井褐色泥巖厚達21 m，克深132井褐色泥巖僅1.03 m，鄰井對比性差，地質卡層風險高。

1 克深13區塊基本情況

克深13區塊為克拉蘇構造帶克深段克深13號構造。鉆遇古近系蘇維依組E2-3s，厚度在179～236 m，巖性以泥巖、含膏泥巖為主，夾粉砂質泥巖、膏質泥巖；古近系庫姆格列木群上泥巖段E1-2km1，厚度在82.5～127.5 m，巖性以泥巖、含膏泥巖為主，夾膏質泥巖；鹽巖段E1-2km2，厚度在71～447 m，巖性以厚層狀純鹽巖為主，發育厚層狀灰白色石膏、泥膏巖互層，夾薄層褐色泥巖、灰色鹽質泥巖；中泥巖段E1-2km3，厚度在108～219 m，巖性以褐色泥巖、含膏泥巖為主，夾褐灰色膏質泥巖；膏鹽巖段E1-2km4，厚度在32.5～108 m，巖性以白色石膏巖、泥膏巖為主，夾薄層含膏泥巖、泥巖、灰質泥巖、石膏、鹽質泥巖、泥質鹽巖；下泥巖段E1-2km5，厚度在4～43 m，巖性以泥膏巖、膏質泥巖、泥巖為主，夾含膏泥巖、云質泥巖、膏質粉砂巖、粉砂質泥巖，鹽層埋深均在6 800～7 300 m。

2 鹽膏層鉆井技術措施

2.1 高密度油基鉆井液技術

相比水基鉆井液，高密度油基鉆井液穩定性好、抗鹽鈣侵能力強、利于井壁穩定，且在地層出水較少時不會影響泥漿性能。但采用高密度鉆井液時，若鹽膏層中存在易漏同存情況，在薄弱層有可能發生井漏。在使用油基鉆井液過程中，若鉆遇高壓鹽水，可通過氯離子濃度變化及破乳電壓來判斷鹽水侵情況。即使井筒中有少量鹽水侵入油基鉆井液，破乳電壓明顯降低，油基鉆井液氯離子濃度增大[7-10]。

由表1可知，克深132-1井鹽膏層鉆進中HTHP失水量為2.5 mL，鉆井液抗高溫性能較好，破乳電壓為615 V，當鉆遇鹽膏層時，高密度鉆井液性能參數中的破乳電壓明顯降低，結合泥漿中氯離子濃度的增加可初步判斷井筒發生鹽水侵。油基鉆井液體系配方為:基礎油+有機土(0.5%～1.5%)+主乳化劑(2%～4%)+輔乳化劑(1%～3%)+降濾失劑(2%～5%)+氯化鈣水溶液+防塌劑(1%～4%)+生石灰(2%～4%)+加重劑。

表1 高密度油基鉆井液性能參數

同時，鉆揭膏鹽巖、石膏、膏泥巖層時，若鉆速明顯加快，頂驅扭矩、泵壓及返出巖屑發生變化。快鉆時地層厚度超過0.5 m，應及時上提鉆具倒劃眼，觀察扭矩無異常后，上提活動鉆具拉劃井壁順暢至無阻卡，可繼續鉆進。鉆進中提高泥漿在鹽膏層的抑制性、封堵能力，抑制夾雜在膏巖、鹽巖中薄層泥巖的水化、分散，防止膏巖、鹽巖失去支撐造成井壁垮塌。

2.2 控壓放水技術

控壓放水主要通過排水降壓，降低鹽水層井筒周圍一定距離的地層壓力，從而降低鉆井液密度，防止壓漏下部薄弱層。但由于受鹽水發育模式制約，有一定局限性，鹽間存在透鏡體，圈閉小，水量相對較少，地層存在呼吸吞吐；當鉆遇的鹽膏層存在發育裂縫，地層滲透性高，鹽水水量大，短時間放水效果不明顯，對鉆井液污染較為嚴重，處理周期長，花費較大[11-12]。

克深13區塊鹽膏層鉆進普遍存在高壓鹽水層，如克深132、克深134、KeS132-1井，通過放水降壓，可降低鹽水層壓力。但是，在井下飽和鹽水運移過程中，溫度、壓力都明顯發生變化，在環空及地面出口管線會析出鹽結晶顆粒，有堵塞環空及地面管線的風險，因此實施控壓放水前需要對鉆井液污染容量、井口壓力、井口析出鹽結晶進行評估，通過多次放水降低井筒內泥漿密度，達到可實現控壓鉆進時具備的關井套壓即可。

以KeS132-1井為例，四開在庫姆格列木群鉆遇高壓鹽水,通過在鹽層實施控壓放水，用時23 d，累計放水540.9 m3,放水前通過關井求得套壓7.6 MPa,折算為地層壓力當量密度為2.63 g/cm3，鉆進時所用泥漿密度為2.52 g/cm3，通過逐日控壓放水，等效地層壓力系數逐漸降低，最終降低至2.54 g/cm3。同時在控壓放水前，須將鉆頭起至套管鞋內，避免在放水過程中，因井筒中液柱壓力不足以平衡鹽層發生蠕變而導致卡鉆。

2.3 控壓鉆井技術

克深13區塊四開鹽膏層鹽間砂體高壓鹽水普遍存在，壓力系數在2.45～2.62，鉆井液密度普遍選用2.43～2.52 g/cm3。鹽底易漏地層以白云巖為主，壓力系數在2.39～2.40，裂縫發育，承壓能力弱，在密度2.43 g/cm3鉆進期間出現滲漏，幾乎沒有安全窗口。當鉆遇高壓鹽水層，提高鉆井液密度實施壓井后，為避免鹽底易漏地層出現下漏上吐等復雜情況，通常將鉆井液密度降至2.40～2.43 g/cm3，分析易漏層與高壓鹽水層的密度窗口，當鉆揭易漏層時需采用控壓鉆井技術。

鉆遇高壓鹽水關井求套壓后，判斷高壓鹽水的壓力，當壓力大于5 MPa時，通過提高泥漿密度進行壓井作業；當關井后環空壓力小于5 MPa時，通過旋轉控制頭維持井口套壓，有效降低井漏風險。井底一旦井漏失返，漏轉溢情況下可控壓起至安全井段，避免縮徑卡鉆[13-15]。克深13區塊通過旋轉控制裝置+手動節流閥裝置，控制鹽水層井筒周圍的井底壓力，在不影響油基鉆井液性能前提下，通過液面變化來合理調整回壓，控制地層出水量，并計算起鉆的重漿帽用量，確保壓穩水層方能進行起鉆作業，且在接單根作業中，控制好控壓起下鉆期間的擠灌量、壓力控制值。由于設備限制，鉆進壓力控制在5 MPa以下、起下鉆控制7 MPa以下，及時恢復鉆進，作業時間較短，控制鹽層出水量，鉆井液污染程度小，確保鉆揭鹽底易漏地層時不出現惡性井漏，精準鹽底卡層，提高鹽底卡層成功率。

2.4 小井眼領眼鉆井鹽底卡層技術

鹽膏層鹽底卡層時，為確保鉆穿全部鹽層，同時在井漏情況下將鉆頭起至安全井段，避免因液柱壓力降低導致鹽層蠕變縮徑造成卡鉆，卡鹽底期間使用小井眼領眼鉆進技術[16-17]。由原鉆具組合：241.30 mm（9?″）PDC+177.80 mm(7″)DC+139.70 mm(5?″)WDP+139.70 mm（5?″）DP，改為領眼鉆具組合：168.27 mm（6?″）PDC+127.00 mm(5″)DC+139.70 mm（5?″）WDP+139.70 mm(5?″)DP，簡化鉆具結構，縮小鉆具尺寸。

小井眼鉆進中確保進尺小于一根立柱長度，保證鉆頭隨時起至管鞋大井眼中；恒定鉆井參數鉆進，注意微鉆速變化，鹽巖鉆速快，底板泥巖鉆速快，當出現連續3個點微鉆速加快時，循環落實巖性，并加強與鄰井對比，判斷巖性組合[18-19]。小井眼鹽底卡層結束后，使用原鉆具進行擴眼，并精確計算不同鉆具組合的鉆具拉伸量，確保擴眼井深為小井眼領眼鉆進井深。

鹽膏層中鹽底卡層中完原則為若為探井、評價井，則采用領眼鉆具組合，鉆揭底板泥巖1 m以上，確保封固全部鹽層，若為開發井則鉆至鹽底高鉆速石膏處，避免鉆揭底板泥裂縫，避免卡鹽底失敗。鹽膏層中完固井后，先以密度2.0～2.1 g/cm3鉆穿管鞋2 m以上，確保進入“泥脖子”，即庫姆格列木第五段下泥巖段，驗證鹽層全部封固后再降至1.88～1.92 g/cm3正常密度鉆至目的層，進而驗證鹽膏層鹽底卡層是否成功。有效提高鹽底卡層成功率，降低因鹽膏層鹽底卡層發生井漏、卡鉆等風險，為鉆進目的層提供井筒安全保障。

3 現場應用效果

通過實踐摸索，結合實鉆經驗，配套形成了一系列針對性技術，包括高密度油基鉆井液技術、控壓放水技術、控壓鉆進技術、鹽底卡層工程技術等。目前，已完成探井、評價井5口，鹽膏層平均段長427 m，4口井鉆遇高壓鹽水，平均鉆井工期106 d。開發井8口，鹽膏層平均段長380 m，3口井鉆遇高壓鹽水，平均鉆井工期67.8 d。

4 結論

鹽膏層鉆進中，油基鉆井液穩定性好、抗鹽鈣侵能力強、通過破乳電壓及氯離子含量變換，間接反映井下巖性變化，及時調整鉆井參數，避免井下發生溢流、卡鉆等復雜情況。

鹽膏層鉆遇高壓鹽水時，鉆頭提至套管鞋內，關井求套壓，通過實施控壓放水，逐漸降低等效地層壓力系數，釋放地層內高壓鹽水，為控壓鉆井提供井下安全條件。

鉆遇高壓鹽水后，關井求套壓，若套壓大于5 MPa,通過高密度油基鉆井液或控壓放水降低環空壓力至小于5 MPa，利用旋轉控制頭控制套壓，實施控壓鉆進，降低井漏的風險，并減少發生井漏后進入井筒鹽水量，實施控壓鉆井，避免縮徑卡鉆。

鹽膏層鹽底卡層時，使用小井眼領眼鉆具組合，鉆揭底板泥巖1 m以上，確定鹽底卡層成功后，更換使用原鉆具進行擴眼，確保套管封固全部鹽層，避免出現卡鉆等，保證井筒安全。