準噶爾盆地南緣探井鉆井技術現場決策與實踐

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）

準噶爾盆地南緣（文中簡稱南緣）位于北天山山前，屬于山前構造，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域和戰略區帶[1-3]，山前構造也是地震與鉆井技術難度最大的區域。

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噶爾盆地的勘探開發進程。以前，受鉆井設備和鉆井液技術的限制，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，屢戰屢敗。2000年后，運用有機鹽和PRT兩套鉆井液體系，并借鑒塔里木油田山前構造的鉆井經驗，在南緣鉆井中運用電動鉆機+頂驅鉆井技術，先后鉆成卡6井發現卡因迪克油田、鉆成吐谷2井發現了吐谷魯油田、鉆成呼2井發現了呼圖壁氣田、鉆成瑪河1井發現了瑪河氣田。真正取得鉆井技術重大突破和油氣勘探重大發現的還是在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，不僅發現了千噸井，還形成了配套的鉆采技術，為南緣中組合與下組合的鉆探技術攻關指明了方向。2019～2020年，在南緣實施的10口井中全面推廣使用油基鉆井液技術，實現了把井“打成”的戰略目標。

2 南緣鉆井的技術難點

準噶爾盆地南緣，發育有上中下三套油氣藏組合（圖1），因受構造運動及滑脫斷裂的影響，區域發育有多套塑性泥巖地層，形成了多個層間滑脫面及其不同的構造模式[4-5][見圖2、圖3、圖4（a-e）]。

圖1 準噶爾盆地南緣油氣成藏組合的劃分

平面上，呈現出南北分帶（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，構造發育成排成帶，宏觀上可分為三排背斜群，也俗稱三排構造。第一排構造是金溝河—南瑪納斯—齊古背斜群；第二排構造是霍瑪吐背斜群；第三排構造是安集海河—呼圖壁河背斜群。這些構造普遍具有中上部構造高陡緊閉、規模較小，下部構造寬緩完整、規模較大的特征，但彼此差異巨大。南緣中、下組合鉆探區域集中在第二排、第三排背斜群。

剖面上，發育有上、中、下三套儲蓋組合，中組合與下組合是尋找大中型油氣田的主要領域。上組合：塔西河組（N1t）—沙灣組（N1s）儲蓋組合，儲層厚、藏小、高效，如獨山子油田；中組合：安集海河組（E2-3a）—紫泥泉子組（E1-2z）儲蓋組合，蓋層好、儲層薄、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）儲蓋組合，規模儲層、大構造、近油氣源，如高探1井、呼探1井的清水河組（K1q）油藏等。

技術上，區域構造特征、地質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育，但其厚度橫向變化大、地層高陡、地應力強，機械鉆速慢、易井斜。中組合泥巖地層，伊蒙混層和鹽膏質、灰質發育，地層水敏性強、加之斷裂發育的改造和影響，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、灰質泥巖蠕變縮徑難題。下組合地層多套異常高壓、深部地層高溫，鉆井液性能、固井質量、工具性能都難以保障。

3 南緣鉆井的實戰經驗

為了有效應對南緣鉆井的技術風險和施工難題，中油油服成立南緣探井項目組駐井指導，新疆油田、西部鉆探在南緣項目組的指導下，多次組織多種形式的技術研討會和專家現場指導。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）等井的后續施工提供了成熟的經驗和配套的技術。為了助力安全鉆井和鉆井提速工作，現對南緣鉆井實施過程中所取得的成功經驗、地質認識和配套技術進行全面總結。

3.1 認清難點，精準項目定位

及時認清地質地層特點，有效破解鉆井施工難度。準噶爾盆地南緣鉆井實踐表明，構造位置及其地質地層特點決定著鉆井施工的技術難度。在高102、呼探1和高103井鉆井過程中，遇到嚴重阻卡、井漏復雜，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差異大，加上油基鉆井液在應用過程暴露出來的一系列不足[7]，如：①遇到水侵時，其鉆井液性能會快速失穩；②遇到漏失時，堵漏材料可選范圍有限；③快速鉆進時，油基鉆井液懸浮攜巖能力還有待進一步提升等。針對現場鉆井施工遇到的一系列技術難題，中油技服領導牽頭組織相關技術專家研討分析，制定“打成、打好、打快”三步走的戰略，堅持探索實踐、攻堅克難、科學決策，迅速攻克了技術難題，扭轉了鉆井施工持續受困的被動局面。

表1 準噶爾盆地南緣典型井鉆井事故復雜時率對比

3.2 把握要點，規范項目管理

認定三件事、抓好三落實。

3.2.1 認定“三件事”——設計論證、施工策劃、方案實施

（1）設計論證—從源頭抓起，新疆油田多方組織專家進行地質論證和鉆井設計；西部鉆探南緣鉆井項目部，拿到上鉆任務書后，立即調集全公司資源，組織鉆測錄固和兩院三中心的技術專家，圍繞地質任務和工程目標，吃透設計精神和要點提示，通過方案編制、技術論證、部門審批，進一步細化單井鉆井技術方案，實現單井的技術對策落地。

（2）施工策劃—部門牽頭組織，配備技術骨干。參照設計要求、技術難點、地理環境和氣候特點等優選鉆井隊伍和配套鉆井設備。西部鉆探范圍內優選技術專家駐井，并設立由駐井技術專家牽頭的駐井項目小組，組織井隊平臺經理、鉆井工程師、錄井地質師進行施工策劃編制，把南緣項目組的技術策劃變成駐井項目小組的施工措施，并按階段性技術要求提前組織、保障生產。

（3）方案實施—聯合開鉆驗收，實施技術交底。甲乙雙方一同到井、聯合實施。井場開鉆驗收與技術交底的重點是：①對井場設備安裝、調試的本質化安全能力進行驗收，有效排查安全隱患；②參照施工策劃和鄰井新近的實鉆信息，識別鉆井風險，有效排查施工隱患；③圍繞技術難點和鉆井風險，高效組織技術交底，與駐井專家、井隊干部及大班人員、錄井人員、固井專家和鉆井監理一同梳理技術要點和施工對策等。

3.2.2 抓好“三落實”——落實主體責任、落實監督責任與落實責任追究，進一步明確“誰干活、誰監督、誰管理”

（1）誰干活—優選施工主體：優選施工井伍和駐井骨干人員，負責按項目管理的施工成本、鉆井工期、安全管理、井身質量、固井質量等基本要素全程落實項目策劃與實施。

（2）誰監督—優選旁站監理：堅持異體監督制度和雙監理制度，通過旁站監督，努力排查現場可能存在的“人的不安全行為、物的不安全狀態、環境的不安全因素和技術與管理的措施缺陷”等，對檢查出來的問題實行銷項管理。

（3）誰管理—強化執行力度：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，抓好事故責任追究與獎懲。

3.3 抓住要點，推進項目實施

圍繞項目管理要素，根據設計原則，抓住施工難點、把握技術要點，堅持結果導向制訂奮斗目標，逐步推進實施。

3.3.1 鉆前論證，借鑒經驗、策劃先行

技術策劃與施工策劃等方案論證階段——依據鄰井資料、實鉆經驗和本井地質與工程特點，找清楚問題，說明白道理。方案突出要點，做到管用、夠用、實用。

3.3.2 鉆中跟蹤，預防到位、及時決策

跟蹤實施與危機應對階段——理清楚重點，弄明白難點。在鉆井施工的全過程，做到五個堅持：

（1）堅持井場碰頭會制度，做好總結與預測。井場地質師介紹并分析當天的地質地層資料，預測下步鉆揭地層壓力、巖性可鉆性，為鉆頭選型、鉆井參數優化、風險防范等提供地質依據。

（2）堅持井場快速決策制度，防控復雜事故。①建立并形成以專家駐井（井口把關）、甲方現場人員巡查督導（巡井把關）、遠程智能技術支持中心（EISC）專家盯防（遠程支持）等三方既分工又協作的日常決策機制;②必要時通過視頻連線的專家會商機制;③在地質地層設計誤差較大時，運用最新實鉆資料與地震資料互動的快速響應機制等。

（3）堅持井控演練與督查制度，嚴防井控風險。重細節、抓檢查，發現問題及時整改，不折不扣地落實施工策劃的細節。

（4）堅持風險識別與會商制度，做到落實到位。瞄準地質目標和下步工況，甲乙雙方做到風險提示和措施建議在先，組織實施到位。

（5）堅持地質與工程一體化制度，推進項目高效運行。

①地震預測：地震與實鉆互動，跟蹤校準地層深度。預測地層埋深、地層壓力分布等，特別是根據斷層位置、不整合界面、地層傾角等指導鉆井防漏、防斜、鉆具組合等。

②鉆井實戰：按設計、策劃施工，及時應對復雜情況。按設計提示，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徑、因地層膨脹而造成井眼縮徑等復雜情況下快速應對、及時處理，及時分享到鄰井。

③錄井跟蹤：緊跟鉆頭，隨鉆測量鉆速、氣測、鉆井液參數、鉆井施工參數等等；錄井既能說得清油氣顯示有沒有、好不好，又能及時監測井下鉆井動態，提前預測地層巖性，指導鉆井的優化鉆井參數、預防鉆具事故、優選鉆頭類型和油氣層保護等。

④測井追蹤：根據測井井徑、井斜資料指導下套管和固井施工，運用地質分層和地層傾角等資料輔助分析鉆井復雜的原因等。

⑤固井保障：固井質量是鉆井的命脈，利用技術套管封固油氣層、漏失層為鉆井施工提供保障。水泥漿堵漏技術，已經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，總結分析、推廣應用

完善方案，優化流程，總結經驗，汲取教訓，滾動提高。總結針對亮點，做到新穎、新創、新作。按流程刻畫，按單元小結，綜合完善，動態推廣，系統提升。

4 南緣鉆井的攻關目標

按照南緣鉆井“打成、打快、打好”的戰略定位，分析已鉆井資料、總結經驗、優化方案、精準施策，在生產組織無縫隙銜接的前提下，通過下列5個優化，實現鉆井提速新目標：

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

（2）優化鉆具組合。針對有效防斜、提高鉆頭水馬力的需求，優化鉆具組合、運用提速工具至關重要，使用大尺寸鉆鋌和鉆桿進一步強化鉆井施工參數。

（3）優化井身結構。針對不同構造上地層地質特點和壓力分布特點，進一步優化井身結構。

（4）優選堵漏材料。針對斷層破碎帶發育程度，積極優選油基鉆井液堵漏材料及其粒配組合，做好技術儲備積極應對井漏。

（5）優化鉆井液性能。針對油基鉆井液的不足，加強技術攻關，進一步強化油基鉆井液的封固造壁能力和懸浮攜巖能力。

5 南緣鉆井的結論建議

（1）“打成、打快、打好”的三步走戰略，是南緣攻克鉆井技術難題科學路徑。

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

（3）井身結構與鉆井難度和井控風險密切關聯，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化的空間。

（4）堅持隨鉆地質資料與地震參數互動先行，動態助力現場地質卡層和施工決策。

（5）運用現代信息化技術，發揮EISC遠程智能技術支持系統的盯防作用，進一步加強井場的技術支持力度和技術決策速度。