風(fēng)險(xiǎn)探井中秋1井安全鉆井的關(guān)鍵技術(shù)范文

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摘要：中秋1井位于塔里木盆地庫車坳陷秋里塔格構(gòu)造帶中秋段中秋1號背斜構(gòu)造上，是中國石油2017年部署的1口風(fēng)險(xiǎn)探井。秋里塔格構(gòu)造地面條件極其惡劣、地下復(fù)雜極其高陡，膏鹽層巨厚，鹽下地層、鹽層、鹽上地層分層構(gòu)造變形，地震資料差，鄰井資料少，復(fù)合鹽層壓力系數(shù)復(fù)雜，鹽層卡層難度大。在精細(xì)研究鉆井和地質(zhì)設(shè)計(jì)，優(yōu)化施工方案和風(fēng)險(xiǎn)防控措施，優(yōu)選新型鉆井工具和鉆井參數(shù)的基礎(chǔ)上，制定庫車山前鉆完井提速對策，全井采用定制鉆頭鉆進(jìn)，鹽上地層、鹽層、目的層的鉆進(jìn)及試油完井工作協(xié)同配合；同時(shí)針對蘇維依組低壓區(qū)和庫姆格列木群復(fù)合鹽層段發(fā)生的井漏復(fù)雜，采用不同堵漏措施，實(shí)施14次堵漏作業(yè)，地層承壓能力明顯提高，鉆完井周期由420d縮短至350d。該井的鉆探實(shí)踐為秋里塔格構(gòu)造帶的油氣勘探和整體評價(jià)提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：中秋1井；鉆井；堵漏；堵漏材料；風(fēng)險(xiǎn)探井；秋里塔格構(gòu)造帶；庫車坳陷

引言

中國石油2018年12月12日宣布，位于新疆庫車坳陷秋里塔格構(gòu)造帶中段的中秋

1井經(jīng)酸壓測試

獲得高產(chǎn)工業(yè)油氣流，用Ø5mm油嘴求產(chǎn)折合日產(chǎn)天然氣33×104m3，日產(chǎn)凝析油21.4m3，預(yù)示中秋將有1000×108m3級凝析氣藏[1-2]。庫車坳陷位于塔里木盆地和南天山造山帶的交接部位，構(gòu)造形態(tài)由北向南呈“三帶三凹”，分別為克拉蘇、依其克里克、秋里塔格構(gòu)造帶和烏什、拜城、陽霞凹陷；其中：秋里塔格構(gòu)造帶位于庫車坳陷南部，勘探面積5200km2，天然氣資源量1.43×1012m3，石油資源量2.83×108t[3]。中秋1井是2017年部署在秋里塔格構(gòu)造帶中秋段中秋1號背斜構(gòu)造上的一口風(fēng)險(xiǎn)探井，鉆探目的層位為白堊系巴什基奇克組。中秋1井構(gòu)造變形強(qiáng)烈，地震資料差，鄰井資料少，鹽頂卡層難度大，為此塔里木油田抽調(diào)經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)專家全程駐井把關(guān)，精細(xì)研究鉆井和地質(zhì)設(shè)計(jì)，優(yōu)化施工方案和風(fēng)險(xiǎn)防控措施，優(yōu)選新型鉆井工具和鉆井參數(shù)，制定庫車山前鉆完井提速對策，鹽上地層、鹽層、目的層鉆進(jìn)與試油完井協(xié)同發(fā)力，自2017年10月30日至2018年10月14日鉆至6316m完鉆[4]，于11月21日開始試油[3]，12月12日對白堊系6073～6182m井段進(jìn)行小型解堵酸化的偵查測試，油壓為81.182MPa，獲高產(chǎn)工業(yè)油氣流，為秋里塔格構(gòu)造帶的油氣勘探和整體評價(jià)打開了突破口。1中秋1井構(gòu)造特征庫車前陸盆地位于塔里木盆地北緣，北與南天山斷裂褶皺帶以逆沖斷層或不整合相接，南為塔北隆起，東起陽霞凹陷，西至烏什凹陷，是一個(gè)以中、新生代沉積為主的疊加型前陸盆地。北部受南天山強(qiáng)烈擠壓作用，南部受前中生代古隆起限制，庫車前陸盆地表現(xiàn)出較寬的前陸沖斷帶、殘余前淵、窄斜坡和寬緩前緣隆起的特點(diǎn)。庫車坳陷可進(jìn)一步劃分為7個(gè)次級構(gòu)造單元，即克拉蘇構(gòu)造帶、北部構(gòu)造帶、秋里塔格構(gòu)造帶、烏什凹陷、拜城凹陷、陽霞凹陷、南部斜坡帶。秋里塔格構(gòu)造帶位于拜城凹陷和陽霞凹陷之間，北鄰克拉蘇構(gòu)造帶、依奇克里克沖斷帶，并與南部斜坡帶和陽霞凹陷相接,東西長300km,南北寬25km，地表表現(xiàn)為西秋、東秋2座山體。受新近系和古近系2套鹽膏層變形影響，鹽上表現(xiàn)為庫車沖斷系統(tǒng)，鹽下根據(jù)地層格架、構(gòu)造模式、圈閉類型等不同自西向東劃分為佳木、西秋、中秋和東秋四段。中秋段呈近北東向展布，東西長約120km，南北寬約12km，面積約1500km2。受喜山中晚期南天山的快速擠壓、古近系、新近系膏鹽巖變形及區(qū)域走滑斷裂帶影響，鹽上地層發(fā)育大型薄皮褶皺；鹽下地層受蓋層滑脫影響形成大量逆沖斷片，發(fā)育鹽下背斜及斷鼻構(gòu)造，與克深構(gòu)造帶相似。中秋段主要的勘探目的層為白堊系巴什基奇克組。中秋1井是部署在秋里塔格構(gòu)造帶中秋段中秋1構(gòu)造高點(diǎn)上的一口風(fēng)險(xiǎn)探井，行政隸屬新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇地區(qū)拜城縣，西距拜城縣城76km，東南距庫車縣城19.5km[4]。

2中秋1井鉆井難點(diǎn)及對策

2.1鉆井難點(diǎn)中秋1井分別在吉迪克組4450～4880m和庫姆格列木群5490～6060m段鉆遇2套膏鹽層。吉迪克及蘇維依組砂礫巖段為低壓層，同時(shí)鹽間是否存在低壓層未知。2層套管無法兼顧滿足3套壓力系數(shù)（如圖1）。中秋1井實(shí)鉆過程中，蘇維依組泥質(zhì)粉砂巖夾層滲透性較好，與吉迪克組膏鹽巖段合鉆，在5440.99~5477.7m漏失5次，漏失密度2.33~2.25g/cm3鉆井液645.8m3，多次堵漏無效，且因上部地層膏鹽巖段，無法降低泥漿密度，被迫下套管，中完循環(huán)及固井期間漏失鉆井液474m3。蘇維依-庫姆格列木群泥巖段、庫姆格列木群膏鹽巖段不同壓力系統(tǒng)存在于同一裸眼中，高密度鹽層鉆進(jìn)時(shí)，上部低壓層發(fā)生漏失；同時(shí)鹽間存在薄弱層，多次發(fā)生漏失（持續(xù)伴隨井漏，保持隨鉆濃度不低于5%才能維持鉆進(jìn)），由于鉆井液密度無法滿足支撐鹽膏層，起下鉆過程中均有阻卡，需要?jiǎng)澭弁ㄟ^。為了提高鉆井液密度多次進(jìn)行承壓堵漏，共漏失鉆井液259m3。中秋1井受喜山中晚期南天山的快速擠壓，古近系、新近系膏鹽巖變形及區(qū)域走滑斷裂帶影響，鹽上地層發(fā)育大型薄皮褶皺；鹽下地層受蓋層滑脫影響形成大量逆沖斷片，發(fā)育鹽下背斜及斷鼻構(gòu)造。地層造斜率大，使用PV工具都難以控制井斜，且井下情況復(fù)雜，部分井段無法使用垂直鉆井工具，控制井斜困難。復(fù)合鹽層由于不同壓力系數(shù)，固井鹽水溢流及井漏風(fēng)險(xiǎn)大，常規(guī)固井技術(shù)質(zhì)量難以保證。

2.2應(yīng)對策略為確保井身質(zhì)量從二開開始到目的層前均采用POWER-V鉆進(jìn)[5]，同時(shí)考慮到卡層安全和井身質(zhì)量的矛盾，Ø311.15mm井眼段采用Ø215.9mm工具卡層，在井漏后仍能安全起鉆；三開鉆進(jìn)吉迪克鹽層和蘇維依組砂礫巖，漏失嚴(yán)重，在多次堵漏無效的情況下，下套管至漏層頂部；四開鉆井時(shí)，因上部低壓層、下部復(fù)合鹽層壓力系數(shù)不同，無法滿足漏層和復(fù)合鹽層同時(shí)鉆進(jìn)要求，采用塔里木油田公司改性水泥承壓堵漏，鉆井液密度從2.15g/cm3提高到2.27g/cm3，為該井不同壓力系數(shù)地層安全鉆進(jìn)提供了保障，也為該區(qū)塊鉆井提供了新的思路。復(fù)合鹽層下套管前進(jìn)行模擬井下壓力計(jì)算，反推下入套管的速度，保證了下套管及開泵循環(huán)期間的井底壓力平衡，不發(fā)生漏失；為確保固井及丟手安全，下套管前排堵漏鉆井液，并且進(jìn)行模擬循環(huán)試驗(yàn)，為固井循環(huán)做準(zhǔn)備，固井方式采用正注反劑固井，采用雙凝體系，合理調(diào)整稠化時(shí)間，在保證施工安全的前提下，快速凝固，防止鹽水侵入，影響固井質(zhì)量。

3中秋1井鉆井情況

中秋1井原設(shè)計(jì)井深6300m，實(shí)際井深6316m，鉆井周期350d。全井采用定制鉆頭。Ø558.8mm井眼采用定制BEST1952鉆頭，單鉆頭鉆進(jìn)至1502m中完井深，平均機(jī)械鉆速6.2m/h；Ø431.8mm井眼鉆進(jìn)庫車組—吉迪克組，2只DBSSF56DH3鉆頭從1802鉆進(jìn)至4249m，平均機(jī)械鉆速6.2m/h；復(fù)合鹽層采用史密斯360鉆頭，平均機(jī)械鉆速1.62m/h；Ø149.2mm井眼鉆進(jìn)白堊系目的層，1只史密斯MDI613QBPX鉆頭鉆完6048.6~6316m，機(jī)械鉆速2.6m/h（如圖2）。

4中秋1井堵漏情況

4.1五開鉆井情況中秋1井五開使用Ø558.8mm鉆頭于2018年6月13日16:00鉆進(jìn)，鉆井液體系為油基鉆井液，2018年9月14日3:00擴(kuò)眼至井深6048.6m中完。所鉆地層為古近系蘇維依組和庫姆格列木群泥巖段、膏鹽巖段，蘇維依組底界5542m，井段5630~5662m、5722~5724m、5736~5768m為白色鹽巖、泥質(zhì)鹽巖，期間夾雜泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖，存在2套不同壓力系數(shù)地層。蘇維依組地層發(fā)生漏失鉆井液當(dāng)量密度為2.1g/cm3，抑制下部鹽層蠕變所需當(dāng)量密度為2.27g/cm3。為保證下部鹽層鉆進(jìn)，提高鉆井液密度，對上部漏失層進(jìn)行承壓堵漏，提高地層整體承壓能力。鉆進(jìn)期間共發(fā)生3次井漏，經(jīng)過14次承壓堵漏，使用2種不同鉆井液體系和堵漏材料，有效提高地層承壓能力（當(dāng)量密度2.27g/cm3），鉆進(jìn)中通過在鉆進(jìn)個(gè)月中加入一定比例堵漏材料，恢復(fù)鉆進(jìn)作業(yè)。

4.2五開鉆進(jìn)漏失情況（1）使用Ø558.8mmPDC鉆頭+Power-V垂鉆工具[6-7]通劃至井深5477.7m發(fā)生井漏，地層為蘇維依組，巖性為粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖。將鉆井液密度由2.25g/cm3逐漸降至2.22g/cm3、2.19g/cm3恢復(fù)鉆進(jìn)。（2）使用Ø558.8mmPDC鉆頭+Power-V垂鉆工具鉆進(jìn)至井深5535.27m再次發(fā)生井漏，地層為蘇維依組，巖性為粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，將鉆井液密度由2.19g/cm3逐漸降至2.15g/cm3、2.1g/cm3，繼續(xù)鉆進(jìn)至5580m。（3）使用Ø558.8mmPDC+Power-V垂鉆工具鉆進(jìn)至井深5623.15m（地質(zhì)循環(huán)落實(shí)巖性為褐色含鹽泥巖），后起鉆。（4）使用Ø558.8mmPDC+常規(guī)鉆具+MWD儀器鉆進(jìn)至井深5663m，起鉆承壓堵漏,鉆井液密度由2.10g/cm3升至2.15g/cm3；（5）使用Ø558.8mmPDC+常規(guī)鉆具+MWD儀器鉆進(jìn)至井深5668m，起鉆承壓堵漏，鉆井液密度由2.15g/cm3升至2.20g/cm3。（6）使用Ø558.8mmPDC+常規(guī)鉆具+MWD儀器鉆進(jìn)至井深5723.3m（鉆壓由60kN降至20kN,瞬時(shí)鉆時(shí)由38min/m降至16min/m,上提懸重由1910kN升至2030kN又降至1910kN,上提有蹩頂驅(qū)現(xiàn)象），起鉆換銑齒鉆頭進(jìn)行承壓堵漏鉆井液密度由2.20g/cm3升至2.27g/cm3。（7）使用Ø558.8mmPDC+常規(guī)鉆具鉆進(jìn)至井深5989m，其中鉆進(jìn)至井深5815.4m再次發(fā)生井漏，通過堵漏控制鉆井液漏失量，鉆井液密度維持在2.27g/cm3。（8）使用Ø558.8mmPDC+常規(guī)鉆具鉆進(jìn)至井深6016.5m，后起鉆進(jìn)行卡層鉆進(jìn)。（9）使用Ø431.8mmPDC領(lǐng)眼鉆進(jìn)6016.5~6048.6m井段。（10）使用Ø558.8mmPDC+常規(guī)鉆具擴(kuò)眼井段6016.5~6048.6m，順利中完。

4.3油基鉆井液堵漏使用油基鉆井液進(jìn)行了6次承壓堵漏施工，堵漏材料為成都得道公司LCC系列有機(jī)高分子合成堵漏劑[8]和GBF固壁承壓封堵劑[9]。（1）漏失層位為蘇維依組，地層主要巖性為粉砂巖，對應(yīng)井段為5500~5550m，為滲漏性漏失。經(jīng)過第1次堵漏施工，發(fā)現(xiàn)地層吃入量過少而套壓持續(xù)增高，判斷井下出現(xiàn)“封門”現(xiàn)象，因此第2次、第3次調(diào)整堵漏配方增加高目數(shù)顆粒的配比，尤其是第3次堵漏施工地層吃入量明顯增多。堵漏施工結(jié)束通劃到底后，排量15L/s滿足鉆進(jìn)要求，鉆井液密度由2.10g/cm3提高至2.15g/cm3。鉆進(jìn)至井深5661.4m時(shí)鉆速加快,上提活動頻繁蹩停頂驅(qū),釋放扭矩,上提懸重由1860kN升至240kN又降回1860kN，不能滿足鹽層安全鉆進(jìn)的基本要求，需繼續(xù)進(jìn)行地層承壓堵漏。（2）與第1、2、3次堵漏方式不同，第4、5、6次采用高注高擠方式堵漏，地層承壓有了一定提升，沒有出現(xiàn)“封門”現(xiàn)象(如表1)。

4.4水基鉆井液堵漏4.4.1水基堵漏材料使用油基鉆井液堵漏施工，地層承壓能力不能滿足下部鹽層鉆進(jìn)所需，考慮油基鉆井液含水量少不能使堵漏材料完全發(fā)揮作用，將其更換為水基鉆井液[10]，保證堵漏材料的可膨脹性得到有效發(fā)揮。使用水基鉆井液配合核桃殼等膨脹性堵漏材料（如表2），進(jìn)一步提高地層承壓能力，仍不能完全滿足下部鹽層鉆進(jìn)需要，未能有效抑制下部鹽層蠕變，需繼續(xù)進(jìn)行承壓堵漏。4.4.2西南石油大學(xué)新型材料堵漏下部鹽層段預(yù)計(jì)需密度2.30g/cm3的鉆井液抑制鹽層蠕變，滿足鹽層段安全鉆井，采用固化后微膨脹的HTSD堵漏技術(shù)進(jìn)一步提高井筒的承壓能力。現(xiàn)場施工使用高密度（2.70g/cm3）、抗高溫（180℃）、高強(qiáng)度（≥25MPa）的堵水材料即HTSD堵劑。HTSD堵劑由25%LTSD堵劑+75%WHG水泥復(fù)配，基于“顆粒級配原理”和“顆粒緊密堆積理論”，堵劑可在封堵層有效駐留，且具有良好的駐留性、穩(wěn)定性和耐腐蝕性。堵劑進(jìn)入封堵層后，能夠通過特殊的機(jī)制，快速形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效地滯留在封堵層內(nèi)，不返吐(如表3)。使用西南石油大學(xué)快凝劑新型材料HTSD首次在山前井開展堵漏試驗(yàn)，為將施工風(fēng)險(xiǎn)降至最低，以打水泥塞的方式施工。材料本身有一定的膨脹性，進(jìn)入漏層中的孔隙和裂縫中在井下高溫作用下凝固，從而進(jìn)行有效封堵。該材料的使用極大提高了地層的承壓能力。本井共使用HTSD堵劑施工2次。第1次（表4）：注前隔離液20m3，堵漿16m3，后隔離液3m3；關(guān)井后分3次憋擠堵劑，共擠入堵劑15.5m3，套壓3MPa，計(jì)算漏層位置約在5440m。第2次：注隔離液5.2m3(排量20L/s,泵壓13MPa),漏失1.2m3，注堵劑35.2m3(排量22L/s,泵壓15MPa),漏失6.8m3，后注隔離液2.3m3(排量20L/s,泵壓15MPa)，漏失1.1m3，替鉆井液6m3(排量24L/s,泵壓18MPa),漏失3m3，關(guān)井正擠鉆井液43m3(排量0↗28↘20L/s,立壓0↗25.5↘14MPa,套壓0↗6↘5.4MPa,停泵30min,立壓14↘4MPa,套壓5.4↘4.7MPa)，后分5次反擠鉆井液2.5m3(套壓4.7↗6MPa,停泵60min,套壓6↘4.7MPa,泄壓開井,回流量1.5m3)，通過循環(huán)候堵(排量14L/s,泵壓9MPa,液面正常)。為準(zhǔn)確判斷堵漏效果，第2次HTSD堵漏施工后進(jìn)行分段承壓（表5）。根據(jù)第1次HTSD堵漏施工情況判斷最靠近管鞋位置第1個(gè)漏層為井深5440m，第2次HTSD堵漏施工分段承壓結(jié)果表明成功封堵5477m和5535~5540m等2個(gè)嚴(yán)重漏失層段，為后續(xù)隨鉆堵漏作業(yè)提供較好的井筒條件。地層承壓性得到提高，鉆井液密度逐漸由2.19g/cm3升至2.27g/cm3，通過全井筒加入隨鉆堵漏，解除了井漏復(fù)雜，為下部鉆進(jìn)提供安全保正。

5結(jié)論

（1）精細(xì)研究鉆井和地質(zhì)設(shè)計(jì)，優(yōu)化施工方案和風(fēng)險(xiǎn)防控措施，優(yōu)選新型鉆井工具和鉆井參數(shù)的基礎(chǔ)上，制定庫車山前鉆完井提速對策，鹽上地層、鹽層、目的層鉆進(jìn)及試油完井協(xié)同配合，全井采用定制鉆頭，提前完成了中秋1井鉆井。（2）對蘇維依組低壓區(qū)和庫姆格列木群復(fù)合鹽層段發(fā)生井漏，采用不同的堵漏措施，實(shí)施14次堵漏作業(yè)，地層承壓能力明顯提高，為該區(qū)塊復(fù)合鹽層段承壓堵漏積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，為保證中秋2井的順利完鉆提供了借鑒，有利于進(jìn)一步擴(kuò)大秋里塔格構(gòu)造帶勘探成果。

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作者：何選蓬 程天輝 周健 鄒博 錢宏 陳陽 單位：中國石油渤海鉆探庫爾勒分公司