巴楚探區深井鉆井難點分析與技術對策

王興武 趙國順 孫 雪 馬文英 陳迎偉 寧長征

（1.中原石油勘探局鉆井工程技術研究院，河南濮陽 457001；2. 中原石油勘探局塔里木鉆井公司，新疆庫爾勒 841000）

巴楚探區位于新疆巴楚縣境內，地處天山南麓的塔里木盆地和塔克拉瑪干沙漠西南邊緣，是中石化西北地區的重要勘探開發地區，包括巴什托區塊、亞松迪區塊、毛拉區塊、小海子區塊和夏河區塊等5個區塊。鉆井數量少且井距較遠，目前已完鉆探井和開發評價井12口；地層年代古老、巖性復雜，鉆井主要鉆遇第四系、上第三系、二疊系、石炭系、泥盆系、志留系和奧陶系，個別探井鉆到寒武系和震旦系；鉆速低、周期長，平均井深5082 m，平均鉆井周期為232 d，平均機械鉆速為2.26 m/h，復雜故障率較高，該探區鉆井提速提效難度大。

1 巴楚探區鉆井難點分析

巴楚探區鉆遇地層巖性以泥巖、砂巖、灰巖、白云巖、玄武巖、石英砂巖為主，部分地層存在石膏和膏質泥巖及高壓鹽水層，鉆進過程中存在鉆速慢、縮徑、卡鉆、地層坍塌、井漏等技術難題［1-7］，主要體現在以下3個方面。

1.1 上第三系以上地層阻卡嚴重

該段地層包括第四系和上第三系的阿圖什組、帕卡布拉克組、安居安組。巖性以淺棕色粉砂巖、細砂巖與泥巖互層為主。安居安組上部粉砂巖地層有1套高壓鹽水層（鉆井液密度1.70 g/cm3以上才能壓穩）；安居安組中下部有近100 m石膏巖夾棕色泥巖。

該段地層砂巖地層滲透率高，在鉆井液柱壓差（地層壓力1.07~1.20 g/cm3，而使用鉆井液密度高達1.78~1.85 g/cm3）的作用下易形成虛厚濾餅；上部地層井眼尺寸大，機械鉆速較高，環空巖屑的濃度高，排量、泵壓、攜砂、井壁沖刷與機泵條件幾者之間矛盾突出，巖屑易粘附到井壁上引起阻卡；淺灰色、淺棕黃色泥巖水化膨脹性強，易發生縮徑卡鉆和鉆頭泥包。安居安組下部含有石膏巖夾棕色泥巖，也易縮徑。

完鉆的12口井中有5口井在此段發生過10 次嚴重阻卡，其中BK2井處理4次阻卡用時51.1 d；BK3鉆進至井深2572.70 m，循環鉆井液、測斜后，短起期間多處遇阻嚴重，處理阻卡花費時間長；BK5H井在1951~2942 m井段起下鉆很困難，起鉆倒劃、下鉆正劃，無法正常起下鉆。

1.2 二疊系、石炭系地層易剝落掉塊

該段地層包括二疊系和石炭系的小海子組、卡拉沙依組、巴楚組，主要問題是含有微裂隙的硬脆性泥巖、玄武巖，易發生坍塌掉塊造成卡鉆。掉塊以硬脆性的泥巖為主，尺寸較大（長寬分別為3~5 cm，厚度為0.5~1.5 cm）；硬度較大，棱角分明，巖屑錄井表明掉塊占總撈砂量的90%左右。圖1是BK9H井二疊系掉塊的照片。

圖1 BK9H井二疊系掉塊照片

BK1井?311.2 mm井眼二疊系井徑擴大率最大為25%，平均為14%；石炭系井徑擴大率最大為22.5%，平均為11%。?215.9 mm井眼的井徑擴大率最大為29%，平均為13%。BK3井二開井段鉆頭尺寸為?311.2 mm，而最大井徑達到459.74 mm，井徑擴大率高達48%。較大的井徑擴大率進一步說明了該層段掉塊的嚴重性。

由于掉塊的尺寸較大，極易造成卡鉆和測井遇阻。BK6H井發生了兩次掉塊卡鉆，共花費處理時間98 h。BK2井下鉆至4396 m嚴重遇阻，多次大幅度活動鉆具無法解除，解卡花費7.7 d。BK3井二開測井歷時較長，其原因主要是二疊系掉塊卡鉆頭和穩定器，共測井3次，用時9.75 d，損失時間近7 d之久。

1.3 泥盆系石英砂巖、泥盆系及志留系棕褐色泥巖鉆速低

深部的泥盆系和志留系的機械鉆速較低［3］。主要表現在兩個方面：泥盆系石英砂巖的抗壓強度高，研磨性較強，機械鉆速極低；泥盆系、志留系棕褐色泥巖塑性較大，機械鉆速很低。PDC鉆頭選型難，使用效果差。

BK2井在該井段鉆進過程中首先采用HJT517G牙輪鉆頭，由于地層堅硬，機械鉆速僅0.54 m/h；后采用FM3643BMZPDC鉆頭+螺桿鉆進，機械鉆速僅0.83 m/h，提速效果不明顯。

在深井小井眼井段，由于排量低、巖石可鉆性差，也導致機械鉆速較低。BK1井四開井段，井眼尺寸?149.2 mm，機械鉆速最低為0.14 m/h，最高僅為0.78 m/h。志留系小井眼井段3670~4309 m，段長為639 m，鉆井周期達77 d，平均機械鉆速僅為0.60 m/h。

2 巴楚探區鉆井技術對策

2.1 上部地層的防阻卡技術

2.1.1 鉆井液體系

（1）體系與基本配方。上部采用KCl-聚合物體系，配方：（4~6）%膨潤土+（0.2~0.3）%純堿+（0.1~0.2）%燒堿+（0.2~0.5）%大分子聚合物+（0.1~0.2）%大分子乳液聚合物+（0.3~0.5）%中分子降失水劑+（0.6~1.0）%水解聚丙烯睛鉀鹽/水解聚丙烯睛胺鹽+（0.6~1.0）%抗高溫抗鹽降濾失劑LY-1+3%KCl。下部采用KCl-聚磺鉆井液體系，配方：（2~4）%膨潤土+0.2%純堿+（0.1~0.2）%燒堿+（0.2~0.5）%大分子聚合物+（0.1~0.2）%大分子乳液聚合物+（0.2~0.4）%中分子降失水劑+（0.2~0.5）%抗高溫抗鹽降濾失劑LY-1+（4~6）%磺化酚醛樹脂+（4~6）%磺化褐煤樹脂+（2~3）%聚合醇+（4~5）%液體潤滑劑+4%瀝青+（3~5）%KCl+2%超細碳酸鈣。

（2）鉆井液處理要點。

①本井段的帕卡布拉克組地層膠結程度相對較差，易造成泥巖擴徑和砂巖段的縮徑。采用鉀基聚合物鉆井液體系，鉆進中逐步補充膨潤土漿和聚合物膠液，保持包被劑的有效含量，防止泥頁巖水化。加入適量的潤滑劑保證鉆井液的潤滑性，防止鉆頭泥包。調整流變性，控制黏切。

②在帕卡布拉克組上部，逐漸轉化為KCl-聚磺體系，提高鉆井液的抗溫性能，同時提密度壓穩安居安組的高壓鹽水層，安居安組中下部膏質泥巖發育，井眼也易縮徑，易發生剝落掉塊，所以加強對膏泥巖的抑制性和鉆井液的攜巖能力、抗膏侵的能力是本段鉆井液研究的重點。

（3）使用效果。通過已完鉆的BK8、BK7和BK9H井實鉆來看，體系性能易于維護，有效防止了泥包等復雜情況的發生，井壁穩定，上部井段平均井徑擴大率3.4%，二疊系擴大率9.4%，大大低于鄰井。

2.1.2 優化鉆具組合技術

（1）復合鉆具組合防阻卡。針對中上部井段環空巖屑濃度高，排量不足的問題，采用復合鉆具組合實現降壓耗、增排量的目的。BK9H井在4300 m以上井段采用?127.0 mm鉆桿，起下鉆阻卡嚴重。在BK7井的?311.2 mm井眼內，采用2800 m的?139.7 mm鉆桿代替?127.0 mm鉆桿，現場應用表明：在泵壓不變的條件下，排量由38 L/s提高至45 L/s。環空返速由0.65 m/s提高至0.79 m/s，提高21%，見表1，提高了攜巖能力和對井壁的沖刷力度，沒有出現嚴重阻卡問題。復合鉆具組合在BK3H井上使用也取得了較好的效果。由此可見，采用復合鉆具組合可明顯改善甚至消除起下鉆阻卡問題。

表1 ?139.7 mm鉆桿與?127.0 mm鉆桿上返速度對比

（2）簡化鉆具組合措施。巴楚組上部井段縮徑嚴重，在BK8井的上部井段，采用雙穩定器鐘擺鉆具組合來防斜，鉆進中發現起下鉆阻卡嚴重，將鉆具組合改為單穩定器小鐘擺鉆具組合，起下鉆過程中的阻卡現象明顯減輕（?311.2 mmPDC鉆頭+?203.2 mm鉆鋌×2根+?311.2 mm穩定器 +?203.2 mm鉆鋌×16根 +?139.7 mm鉆桿）。

2.2 中部地層井壁穩定技術

該段地層坍塌掉塊是硬脆性泥巖、玄武巖含有微裂隙所致，要從物理和化學兩方面著手解決。

2.2.1 技術對策

（1）鉆井液體系與配方。根據該地區的鉆井經驗，使用KCl-聚磺鉆井液體系，配方：（2~4）%膨潤土+0.2%純堿+（0.1~0.2）%燒堿+（0.1~0.2）%大分子乳液聚合物+（0.2~0.4）%中分子降失水劑 +（0.2~0.5）%抗高溫抗鹽降濾失劑LY-1+（4~6）%磺化酚醛樹脂+（4~6）%磺化褐煤樹脂+（2~3）%聚合醇+（2~3）%無熒光液體潤滑劑+2%KCl+2%超細碳酸鈣。

（2）優選封堵材料。利用瀝青類產品具有微細顆粒和可軟化變形的特性，根據不同的地層溫度，選擇與地溫相匹配的軟化點瀝青，封堵泥頁巖和白云巖的層理微裂縫，并形成滲透率低的優質濾餅。采用聚合醇類處理劑，利用其濁點效應改善井壁表面的吸附狀態，減少濾液的侵入；使用聚合鋁防塌劑，利用其化學封堵固壁作用在井壁形成封堵層優選或研制抗溫（150 ℃）可變形粒子，封堵微裂縫及微孔隙，進一步提高井壁穩定性。

（3）不同地層鉆井液處理要點。

①在進入二疊系以后要著重提高鉆井液的防塌性能，要加足瀝青類防塌劑以及聚合醇，抑制二疊系易垮、易掉塊地層，一次性加足抗高溫材料，提高鉆井液的抗高溫性，在以后的維護過程中等濃度維護，防止鉆井液性能有大的波動。

②充分利用鄰井的地層破裂壓力和坍塌壓力數據，在不壓裂地層的前提下，選擇合適的鉆井液密度平衡地層應力，防止因力學不平衡而引起的井壁坍塌。在進入小海子組以前將鉆井液密度提到1.76~1.80 g/cm3，防止小海子組高壓氣體上竄。

③卡拉沙依組地層含有部分泥巖，易坍塌、掉塊，在保證力學防塌的同時，要加足硅氟降濾失劑和瀝青類防塌劑、防止井壁坍塌，保證井眼規則和井壁的穩定。

④巴楚組地層壓力高，必須時刻注意高密度鉆井液的高溫穩定性，維護以膠液的形式按循環周均勻補充，避免性能大的波動影響高密度鉆井液的整體性能。加入一定量的超細鈣，既保護油氣層又改善濾餅質量，提高鉆井液的濾失造壁性。

2.2.2 應用效果 從第二輪完鉆的3口井來看，所用鉆井液體系和措施滿足了鉆井施工的要求，在4000 m以前3口井鉆井進程順利，但該鉆井液體系對石炭系小海子組和卡拉沙依組的泥晶灰巖掉塊的抑制和預防還有不足的地方，需要繼續研究改進。

2.3 深部地層提高機械鉆速技術對策

（1）優選鉆頭。BK7井在泥盆系的東河塘組和克孜爾塔格組，巖性為灰白、灰色細粒石英砂巖夾灰色、棕色泥巖，使用?149.2 mm ST316TUH鉆頭，在井段4927.74~5124.00 m，一次入井進尺196.26 m，純鉆時間202 h，平均機械鉆速0.97 m/h，比鄰井提高了38.6%。該鉆頭為10 mm復合片、雙排齒布局和6刀翼的設計，不但保證了鉆頭整體結構的強度，還能夠在含石英砂巖的地層中取得較長的使用時間。BD445ZT鉆頭在其他井上使用也取得了較好的效果。

（2）采用減速渦輪復合鉆井方式。在塔河油田TH12509井?165.1 mm井眼5946~6314 m井段采用減速渦輪復合鉆進技術［8］，平均機械鉆速達到3.59 m/h，與鄰井同地層相比提高100%，也可以在巴楚地區小井眼井段開展減速渦輪復合鉆進試驗。

3 結論與建議

（1）巴楚地區地層復雜，給安全快速鉆井帶來很大挑戰，其中第三系地層起下鉆阻卡、二疊系和石炭系地層坍塌掉塊、石炭系灰質泥巖和泥盆、志留系石英砂巖機械鉆速低等問題最為突出。

（2）針對上第三系以上地層阻卡嚴重的問題，提出了采用KCl-聚合物和KCl-聚磺鉆井液體系、利用復合鉆具組合提高排量、簡化鉆具結構的對策，并建議試用小彎度螺桿和井壁修復器等措施防止上部地層阻卡。

（3）針對二疊系和石炭系地層易掉塊問題，提出利用合適的鉆井液密度和優選聚合醇、聚合鋁和瀝青類產品封堵微裂縫，現場應用表明：KCl-聚磺鉆井液體系對含有微裂縫地層的防塌效果較好，可以在巴楚地區推廣應用。

（4）深部小井眼可以使用ST316TUH鉆頭和BD445ZT鉆頭實現深部地層提速，減速渦輪復合鉆井在超深小井眼中的提速潛力較大，可在巴楚地區開展現場試驗。

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