摘要：川北元壩地區(qū)是中國石化南方海相重點(diǎn)勘探區(qū)域，其鉆井完鉆井深超過7000m，屬于超深含硫氣井。針對(duì)該區(qū)陸相地層研磨性強(qiáng)、可鉆性差，井身質(zhì)量控制難度大、海相地層鹽膏層發(fā)育、井漏和井控安全問題突出等施工難點(diǎn)，提出了安全快速鉆井技術(shù)對(duì)策：①運(yùn)用氣體鉆井技術(shù)提高機(jī)械鉆速，減少井漏復(fù)雜事故；②結(jié)合鄰井資料，優(yōu)選鉆頭類型，優(yōu)化鉆井參數(shù)；③制訂井下安全鉆井技術(shù)措施，預(yù)防地層掉塊和鍵槽卡鉆、縮徑和壓差卡鉆、斷鉆具和鉆頭等井下復(fù)雜情況的發(fā)生。
關(guān)鍵詞：元壩地區(qū)；氣體鉆井；鉆頭優(yōu)選；鉆井參數(shù)；技術(shù)；四川；北
0 前言
川北元壩地區(qū)是中國石化南方海相重點(diǎn)勘探區(qū)域，位于九龍山構(gòu)造南翼、通南巴背斜西南側(cè)，屬于川中低緩構(gòu)造帶的一部分。從鄰井鉆探結(jié)果表明，飛仙關(guān)組飛三段鮞灘儲(chǔ)層、嘉陵江組嘉二段粒屑灘儲(chǔ)層、三疊系須家河組砂巖儲(chǔ)層、下侏羅統(tǒng)自流井組、大安寨組介殼灰?guī)r儲(chǔ)層在該區(qū)亦可能發(fā)育，成藏條件優(yōu)越，是川東北地區(qū)尋找大型氣藏的有利區(qū)帶。從區(qū)域沉積特征及鄰井鉆井資料、露頭資料綜合分析，該區(qū)陸相層系可能發(fā)育有須家河組砂巖、千佛崖組砂巖、自流井組砂巖及介殼灰?guī)r儲(chǔ)集層。海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層可能發(fā)育有中三疊統(tǒng)雷口坡組中上部白云巖儲(chǔ)層、下三疊統(tǒng)嘉陵江組嘉二段砂屑云巖儲(chǔ)層、下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組飛三段鮞粒石灰?guī)r儲(chǔ)層、長興組-飛仙關(guān)組飛二段礁灘相白云巖儲(chǔ)層。
1 安全快速鉆井難點(diǎn)分析
截至2008年上半年，川北元壩地區(qū)已完鉆井4口，分別為元壩1.、元壩1-側(cè)1、元壩2、元壩3等井，正鉆井有10口，分別為元壩4、元壩5、元壩9、元壩11、元壩12、元壩22、元壩101、元壩102、元壩204、元壩27等井。從大量實(shí)鉆資料來看，川北元壩地區(qū)超深井鉆井面臨諸多難題[1～2]。
1.1 儲(chǔ)層埋藏深、鉆遇地層復(fù)雜、可鉆性差、穩(wěn)定性差
地層沉積厚度大(大于5000m)，發(fā)育海陸相兩套地層，自上而下鉆遇下沙溪廟組、千佛崖組、自流井組、須家河組、雷口坡組、嘉陵江組、飛仙關(guān)組等地層。
上部陸相地層軟硬交替頻繁、砂巖石英含量高、硬度大、研磨性強(qiáng)、可鉆性差，在鉆進(jìn)中蹩跳鉆現(xiàn)象嚴(yán)重、掉塊、大井眼鉆具欠尺寸等問題；沙溪廟組-自流井組地層不穩(wěn)定，極易水化剝蝕掉塊、易發(fā)生垮塌、鉆進(jìn)中易出現(xiàn)持續(xù)蹩停轉(zhuǎn)盤現(xiàn)象，導(dǎo)致上提遇阻、反復(fù)擴(kuò)劃眼，造成井下復(fù)雜情況和事故，嚴(yán)重制約了鉆井提速。下部雷口坡組雷一段-嘉陵江組嘉四段存在大段鹽膏層、局部比較發(fā)育(元壩2井和元壩102井)，部分井鹽膏層段有縮徑現(xiàn)象、極易發(fā)生卡鉆、下套管困難等問題。
1.2 地層壓力系數(shù)高、鉆井液密度大、井控難度風(fēng)險(xiǎn)大
元壩2、元壩3、元壩101、元壩102等井在須家河組的鉆井液密度高達(dá)1.90～2.22g/cm3，部分井陸相地層含H2S。氣層異?；钴S，在鉆進(jìn)時(shí)全烴值較高；起下鉆后鉆井液氣侵、污染嚴(yán)重，進(jìn)出口密度相差較大，每趟短起下鉆到底之后均需關(guān)井循環(huán)排氣，點(diǎn)火排氣時(shí)間為2～5h，增大了井控作業(yè)的難度。
1.3 非常規(guī)井身結(jié)構(gòu)、套管選型難度大、固井施工風(fēng)險(xiǎn)大
當(dāng)前，川北元壩地區(qū)超深井采用五開制非常規(guī)井身結(jié)構(gòu)，多數(shù)井技術(shù)套管段套管抗外擠系數(shù)設(shè)計(jì)普遍偏低(小于1.00)，且部分陸相地層含有H2S，使得套管選型難度增大。此外，?273.05mm和?146.1mm套管固井過程中，由于裸眼井段長、井眼與套管間隙小，下套管和固井施工難度大。
1.4 鉆井設(shè)備和地質(zhì)錄井要求、限制了深部井段應(yīng)用復(fù)合鉆井技術(shù)
川北元壩地區(qū)超深井設(shè)計(jì)或完鉆井深均超過7000m，在五開制?165.1mm井眼鉆進(jìn)中，受鉆井泵泵壓或地質(zhì)要求的限制，制約了復(fù)合鉆井技術(shù)的應(yīng)用。在元壩2井中僅使用了PDC鉆頭+轉(zhuǎn)盤常規(guī)鉆井技術(shù)，由于受泵壓限制無法應(yīng)用復(fù)合鉆井技術(shù)，元壩3井、元壩102井受地質(zhì)錄井限制，均未推廣應(yīng)用PDC鉆頭。
2 安全快速鉆井技術(shù)對(duì)策
2.1 運(yùn)用氣體鉆井技術(shù)提高機(jī)械鉆速，減小井漏復(fù)雜事故
上部大尺寸井眼在滿足施工條件情況下盡可能地采用空氣鉆井[3～4]，以提高陸相地層的機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期，降低鉆井液成本，減少污水排放和處理量，降低整個(gè)鉆井的綜合成本。截至2008年，在川北元壩地區(qū)上部陸相地層應(yīng)用氣體鉆井提速(表1)。
表1 川北元壩地區(qū)上部陸相地層氣體鉆井統(tǒng)計(jì)表
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井號(hào) | 井眼尺寸(mm) | 鉆遇井段(m) | 進(jìn)尺(m) | 純鉆時(shí)間(h) | 機(jī)械鉆速(m/h) |
元壩1 | 444.50 | 104.00～2005.00 | 1901.11 | 217.52 | 8.74 |
314.10 | 2032.00～3420.00 | 1387.09 | 136.52 | 10.16 |
元壩2 | 444.50 | 204.30～1502.80 | 1298.50 | 180.85 | 7.18 |
311.20 | 1502.80～3147.59 | 1644.79 | 112.83 | 14.68 |
241.30 | 3439.47～3727.82 | 352.01 | 54.17 | 6.50 |
元壩3 | 444.50 | 206.00～1540.00 | 1334.00 | 76.67 | 17.40 |
311.20 | 1561.65～3521.24 | 2004.59 | 274.00 | 7.32 |
元壩4 | 444.50 | 178.00～1746.25 | 1548.25 | 282.08 | 5.49 |
311.20 | 1746.25～3340.00 | 1593.75 | 152.75 | 10.43 |
元壩5 | 406.40 | 204.33～1278.42 | 1074.09 | 162.50 | 6.61 |
311.20 | 1545.00～3369.48 | 1824.48 | 234.00 | 7.80 |
元壩9 | 444.50 | 207.00～2104.00 | 1897.00 | 110.83 | 17.12 |
311.20 | 2104～3234.65 | 1130.65 | 119.83 | 9.44 |
元壩11 | 444.50 | 203.82～2052.02 | 1848.20 | 156.42 | 11.82 |
311.15 | 2052.02～3298.00 | 1246.78 | 88.83 | 13.04 |
元壩12 | 444.50 | 206.97～2006.08 | 1799.11 | 123.35 | 14.59 |
314.10 | 2015.98～2749.78 | 733.80 | 42.85 | 17.12 |
元壩22 | 479.42 | 0～164.22 | 164.22 | 80.08 | 2.05 |
342.90 | 302.00～1573.68 | 1266.68 | 61.30 | 20.66 |
元壩101 | 444.50 | 239.00～2018.33 | 1779.33 | 215.00 | 8.28 |
311.20 | 2018.33～3300.00 | 1287.67 | 192.50 | 6.69 |
元壩102 | 444.50 | 204.00～2053.00 | 1849.00 | 213.50 | 8.06 |
311.20 | 2053.00～30308.39 | 1255.39 | 131.00 | 9.58 |
總體指標(biāo) | 32220.49 | 2771.66 | 11.62 |
從表1可知，川北元壩地區(qū)氣體鉆井總進(jìn)尺達(dá)32220.49m，平均機(jī)械鉆速為11.62m/h，應(yīng)用井段達(dá)到川北元壩地區(qū)陸相地層的三分之二，有力地提高了陸相地層大尺寸井段機(jī)械鉆速，同時(shí)有效地杜絕了上部陸相地層惡性井漏問題。此外，在終止氣體鉆井后，積極探索運(yùn)用潤濕反轉(zhuǎn)技術(shù)轉(zhuǎn)換鉆井液，確保了井壁穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了快速穿越非目的層，減輕了鉆井液對(duì)井壁的浸泡時(shí)間，降低了事故復(fù)雜情況發(fā)生的概率，為全井提速打下了基礎(chǔ)(如元壩5井)。
