提高西北油田玉北區(qū)塊鉆井速度研究

摘 要:新疆省和田市墨玉縣以北是西北油田勘探開發(fā)的新區(qū)塊，隨著2010年7月玉北1井的重大油氣突破，在該區(qū)塊進(jìn)行了大范圍的鉆井部署，卻遇到了古近系膏鹽巖的縮徑卡鉆和二疊系中統(tǒng)開派茲雷克組火山巖的垮蹋卡鉆兩大技術(shù)難題困繞。通過對卡鉆原因的細(xì)致分析，從地質(zhì)角度進(jìn)行該井段巖性組合、巖石特點精要闡述，分析鉆井提速方法。

關(guān)鍵詞:西北油田玉北區(qū)塊 膏鹽巖蠕變縮徑火山巖垮蹋地質(zhì)瓶頸解決方法

中圖分類號:TE358文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(b)-0044-02

引言

西北油田玉北區(qū)塊位于新疆省和田市墨玉縣以北，是中國石化集團西北油田分公司在塔里木盆地西南部的勘探新區(qū)。隨著2010年7月在該區(qū)塊部署的第一口風(fēng)險預(yù)探井玉北1井的重大油氣突破，揭開了對玉北區(qū)塊的快速勘探開發(fā)的序幕。目前在該區(qū)塊和鄰邊同時部署了大量不同性質(zhì)和類別的超深井，為了加快勘探步伐，提高鉆井速度，筆者作為玉北1-1井現(xiàn)場施工的地質(zhì)工程師，大量收集了已鉆鄰井及周邊正施工井的資料，分析認(rèn)為本區(qū)塊存在兩大地質(zhì)瓶頸是鉆井提速必須要解決和克服的復(fù)雜因素。

1工程施工鉆遇復(fù)雜情況

1.1 古近系膏巖蠕變縮徑

(1)勝和2井H=1254.44+9.14m二開鉆進(jìn)至井深4420.66m，在井段4420.00～3989.00m進(jìn)行短程起下鉆作業(yè)完，下鉆至井深4394.09m遇阻，多次活動無效，卡鉆、鉆遇含鹽地層，鉆具被卡死。后經(jīng)過浸泡解卡劑、爆炸松扣、打撈落魚失敗的情況下被迫回填側(cè)鉆。事故耗時55.32天。(2)玉北1井H=1225.97+9.00m二開鉆至井深3607.00～3690.00m多次遇到扭矩突然增大，上提遇卡下放嚴(yán)重遇阻。后將鉆井液密度由設(shè)計1.40g/cm3逐漸提高至1.70g/cm3，井下復(fù)雜情況才得到控制。(3)玉北1-1井H=1220.46+9.00m本井在鉆穿古近系前，借鑒了勝和2和玉北1井經(jīng)驗，提前將鉆井液密度由1.40上升到1.70g/cm3，但即便如此鉆至井深3950.00～4010.00m，上提下放仍有頻繁遇阻卡現(xiàn)象。井隊采用增加短起下鉆次數(shù)，接單根多次劃眼，嚴(yán)密監(jiān)測工程參數(shù)異常變化情況等措施，勉強控制了井下復(fù)雜情況。

另外，三口井在古近系底部均鉆遇視厚12.00～35.00m的含鹽地層，鉆井液氯根由14996上升到130959mg/l，電導(dǎo)率60上升到150ms/cm，失水2.5上升到7.5ml。含鹽地層的發(fā)育，破壞了鉆井液性能的穩(wěn)定性，增加了工程施工的難度，嚴(yán)重影響了工程進(jìn)度。

1.2 二疊系中統(tǒng)開派茲雷克組火山巖垮蹋

(1)勝和2井H=1254.44+9.14m三開鉆至井深5505.00m，短起至井深5410.00m突然掛卡，倒劃眼20cm泵壓7上升至16MPa，扭矩300上升至500A，轉(zhuǎn)盤憋死，上提185t，下砸100t未能解卡，卡點位置5420.00m。后來采用小排量循環(huán)鉆井液，間斷活動鉆具。其間又發(fā)生一次斷鉆具事故，只好先起出上部鉆具，所幸的是最后將全部落魚撈出，事故解處。共耗時10.12天。(2)玉北1井H=1220.46+9.00m三開鉆至井深4521.00m開始出現(xiàn)掉塊，并逐漸增多，接單根上提下放阻卡，泵壓升高。下鉆時多次在4521.00～4754.00m遇阻嚴(yán)重，劃眼扭矩增大，泵壓升高。逐步將鉆井液密度由設(shè)計上線從1.20上升到1.35和1.40g/cm3，井下復(fù)雜情況得到控制。鉆穿本組至石炭系下統(tǒng)卡拉沙依組井深5254.00m，下入取芯筒至4753.91m遇阻，循環(huán)期間立壓18.6上升到25.2MPa憋泵，活動鉆具無效，卡死。后經(jīng)爆破松扣、套銑、震擊打撈出全部落魚，解除事故，共耗時27.50天。(3)玉北1-1井H=1225.97+9.00m本井在鉆穿開派茲雷克組前，也提前將鉆井液密度由設(shè)計上限1.35上升到1.40g/cm3，但鉆至本組中、下部井段4923.00～5060.00m巖屑中仍開始有掉塊出現(xiàn)，但尚可保持鉆井施工。待鉆穿本組至井深5077.16m，起鉆接單根時，立壓突然由20上升到25MPa，轉(zhuǎn)盤憋死，鉆具遇卡，懸重由130t上提至170t，未能解卡，卡點位置5066.00m。后經(jīng)地面泵車頂通循環(huán)，泵壓32～35MPa不降，排量1.0～2.3L/s，因井下出現(xiàn)漏失而放棄，倒扣提出上部鉆具，打撈落魚時銑管兩次落井，被迫回填側(cè)鉆。事故耗時43.11天。

2地質(zhì)瓶頸分析

2.1 古近系地層特征

受燕山運動影響，晚白堊世的海侵，在古近紀(jì)得到繼承和發(fā)展，并開始進(jìn)入研究區(qū)，形成了古近系一套海岸碎屑巖－碳酸鹽巖及蒸發(fā)巖沉積，經(jīng)歷了海岸潮坪－瀉湖相→碳酸鹽臺地相→潮坪→瀉湖相的演變過程[1]。而玉北區(qū)塊受構(gòu)造和古地形所限，在古近系為瀉湖相沉積。根據(jù)井區(qū)各井實鉆巖性、電性對比結(jié)果，玉北區(qū)塊古近系整體為泥膏巖湖泊相等厚互層沉積，上部為膏質(zhì)泥巖、泥巖夾薄層泥膏巖、含膏白云巖；中部為石膏巖、泥膏巖夾薄層膏質(zhì)泥巖；下部為膏質(zhì)泥巖、含膏泥巖，底部巖屑中可見少量灰白、棕紅、紫紅色鹽巖。

根據(jù)實鉆巖性鑒定:石膏巖、泥膏巖顏色為白、灰白色，成份以軟石膏CaSO4·2H2O為主，次為硬石膏CaSO4，含少量泥質(zhì)，硬度2～4，吸水膨脹性較強。泥巖、含膏泥巖顏色為灰褐、灰色。質(zhì)不純，膏質(zhì)含量15%～35%。膏質(zhì)分布不均勻呈斑塊狀、條帶狀分布。性較硬，吸水性、可塑性差，斷口平坦?fàn)睢｛}巖以灰白色為主，次為棕紅、紫紅色，含量1～5%。成分石鹽(NaCl、少量KCl)為主，微溶于水，呈玻璃光澤，稍具咸、苦味。由電測井徑CAL曲線可見，本組膏巖大部分均有縮徑現(xiàn)象，一般11.2～12in(鉆頭直徑12.25in)，最小10.1in，而泥巖顯示擴徑，一般12.8～13.2in，最大14in。

2.2 古近系鉆井阻卡原因分析

由本系地層巖性可見，造成鉆井施工遇卡、遇阻主要原因是地層巖性特征造成的。首先，當(dāng)穿膏巖層時，膏巖吸附鉆井液中自由水體積迅速膨脹，造成井眼縮徑遇阻卡；另一方面，泥巖巖性較硬，吸水性、可塑性差，當(dāng)膏巖膨脹蠕動時與其脫離，易形成掉塊，造成泥巖處井徑擴大，加大了鉆具受阻卡程度；第三，底部的鉀鹽、鈉鹽易被常規(guī)鉀基聚合物～鉀基聚磺鉆井液溶解，造成氯根、失水急劇升高，對鉆井液的穩(wěn)定性起到了惡劣的破壞作用。

以上是造成古近系出現(xiàn)鉆井阻卡地質(zhì)瓶頸，這三個地質(zhì)因素嚴(yán)重制約著鉆井速度，為了避免造成卡鉆惡性工程事故的發(fā)生，不得不進(jìn)行頻繁短起下鉆、反復(fù)劃眼，不斷調(diào)整泥漿性能等措施。因此，機械鉆速急劇降低，在該段的鉆進(jìn)施工中出現(xiàn)了鉆進(jìn)時效與進(jìn)尺不相符的情況。三口井古近系地層視厚僅占本開次進(jìn)尺的4.07%～6.32%，而鉆進(jìn)施工所用的時間卻占到了本開次正常鉆進(jìn)所用時間的17.65%～25.65%，高出了正常所用時間的13.58%～19.33%，這個比例的經(jīng)濟意義是不可忽視的。

2.3 二疊系中統(tǒng)開派茲雷克組地層特征

中二疊世隨著地殼的上升與張裂，產(chǎn)生強烈的火山活動，形成覆蓋區(qū)典型的的火山碎屑沉積；晚二疊世，火山活動停止，研究區(qū)再次成為濱淺湖沉積環(huán)境[2]。根據(jù)井區(qū)各井實鉆巖性、電性對比結(jié)果，開派茲雷克組整體為灰黑色玄武巖、深灰、灰、淺灰、綠灰、灰棕色凝灰?guī)r、深灰色輝綠巖夾灰褐、棕褐色泥巖。

根據(jù)實鉆巖性鑒定:輝綠巖，發(fā)育于本組中下部，顏色為深灰色，主要礦物成分為輝石、基性斜長石、磁鐵礦，次生礦物綠泥石，巖石具輝綠結(jié)構(gòu)-密集分布的斜長石晶體形成的三角間隙中，充填單個輝石或磁鐵礦，還具嵌晶含長結(jié)構(gòu)-大的輝石顆粒內(nèi)包含若干長條狀斜長石晶體，輝石雖被隔開，但同時消光；巖石致密、堅硬[3]。玄武巖，灰黑色，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶為輝石(個別伊丁石化或蛇紋石化)和基性斜長石，有的巖石內(nèi)輝石斑晶可達(dá)15%左右；基質(zhì)仍具拉斑玄武結(jié)構(gòu)，在基性斜長石晶體的間隙中充填許多細(xì)小的輝石顆粒或由它此生變化形成的綠泥石，少量間隙中含淺棕色的玻璃質(zhì)，巖石致密，堅硬[4]。凝灰?guī)r，顏色較雜，以深灰、灰色為主，次為淺灰、綠灰色，少量灰棕色，凝灰結(jié)構(gòu)；巖石由20%～30%巖屑、40%～35%晶屑、40%～35%火山灰(已蝕變)膠結(jié)組成。巖屑主要為泥巖；晶屑成份以長石、石英為主，少量暗色礦物；部分巖屑、晶屑已碎裂；巖屑呈粉粒狀，少量呈片狀，局部具碳酸鹽化，性較軟，用手可捻成粉末狀。泥巖，主要呈薄層夾層的形式發(fā)育，以灰褐為主，次為棕褐色，性較硬，吸水性、可塑性差，斷口平坦?fàn)睿瑤r屑呈塊狀。由電測井徑CAL曲線可見，開派茲雷克組全井段均為擴徑，尤其是在玄武巖井段，一般10.2～11.2in，最大可達(dá)14in，凝灰?guī)r、輝綠巖和泥巖井段一般9.8～10.8in，而鉆頭直徑為8.5in，平均井?dāng)U大率23.5%。

2.4 二疊系中統(tǒng)開派茲雷克組鉆井阻卡原因分析

分析了本組的巖性組合及巖石特征，再來分析造成本組易垮塌、憋泵阻卡的原因就變得十分明了了。首先，玄武巖、輝綠巖中因含有大量的輝石、斜長石、磁鐵礦斑晶，巖石變得硬脆，幾乎沒有塑性，再加上火山噴發(fā)時大量的氣體伴著熔巖一起噴出地表或侵入周邊巖體中，因此火山巖又發(fā)育有一定的氣孔、縫隙等，這樣當(dāng)鉆穿該巖石后，在鉆具或鉆頭碰撞到井壁時，就很容易使其斷裂、崩落、垮塌。其次，凝灰?guī)r中的玻屑及剛性的火山碎屑物，也屬于易斷裂組分，雖然凝灰?guī)r硬度和脆性無法與玄武巖、輝綠巖相比，但其凝灰結(jié)構(gòu)的可塑性差，巖石應(yīng)力釋放均質(zhì)性差，從而造成層脫落、垮塌。第三，呈薄層、夾層發(fā)育的泥巖，是造成本組井壁穩(wěn)定性、支撐性差最關(guān)鍵的因素。泥巖在一定程度隔擋開了玄武巖與輝綠巖、凝灰?guī)r的大面積接觸，而巖獎巖的巖性特征與沉積巖特征巨大差異，造成泥巖與基性噴出巖(玄武巖)、淺成侵入巖(輝綠巖)及火碎屑巖(凝灰?guī)r)之間的粘結(jié)、支撐性差，而且極有可能他們之間本身就存在一定的垂向斷裂。這樣就會造成本組整體各類巖石之間的支撐性、穩(wěn)定性差，當(dāng)完全鉆穿本組后，任何一點對井壁碰撞、或是激動壓力、抽吸壓力都可能會造成硬脆性玄武巖、輝綠巖崩落，然后是失去了支撐的凝灰?guī)r、泥巖的垮塌。這就是本井區(qū)多口井在本組頻繁發(fā)生阻卡、憋泵的原因。該地層瓶頸的存在，同樣造成機械鉆速急劇降低，三口井開派茲雷組地層視厚占本開次進(jìn)尺的10.04%～15.26%，而鉆進(jìn)施工所用的時間卻占到了本開次正常鉆進(jìn)所用時間的17.13%～23.53%，高出了正常所用時間的7.09%～8.27%，這個比例雖然較古近系略低，但也是不容忽視的，而且多口井在本組還發(fā)生惡性的卡鉆事故。

3解決地質(zhì)瓶頸方法分析

就目前來說，井區(qū)鉆井較少，且已鉆井距今較久，其資料適用性，準(zhǔn)確性都需要重新論證，筆者根據(jù)井區(qū)實鉆情況分析探討如下。

(1)鑒于多口井在古近系、開派茲雷克組井段運用提高鉆井液密度方法，順利穿過了該層，分析認(rèn)為，古近系井段應(yīng)將鉆井液密度控制在1.70～1.75g/cm3之間，開派茲雷組在1.35～1.40g/cm3才能保持地層壓力平衡。但考慮到膏巖、鹽巖、火山巖的物理、化學(xué)性質(zhì)，顯然只用提高鉆井液密度的方法是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠達(dá)到理想鉆井狀態(tài)的。所以，應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場地層壓力測試、特殊項目測井、巖芯、巖屑采樣等基礎(chǔ)工作，并組織科研人員進(jìn)行科技攻關(guān)，從優(yōu)化鉆井液性能、科學(xué)鉆井全面入手，徹底解決兩大地質(zhì)瓶頸，為鉆井提速清除障礙。

(2)加強地層對比，提高地質(zhì)預(yù)告的準(zhǔn)確性。準(zhǔn)確判斷古近系、開派茲雷組頂、底界深度及視厚，提前告知工程技術(shù)人員換層深度，是提高鉆井速度、避免井下復(fù)雜情況發(fā)生的重要條件。不同的地層，其巖性組合特征不同，其可鉆性也會大不相同，需要有針對性的鉆井參數(shù)、鉆進(jìn)方式、鉆頭選型及鉆井液性能等，尤其是對古近系膏巖層和開派茲雷克組的火山巖特殊地層。在實鉆過程中，現(xiàn)場地質(zhì)人員要通過正鉆巖性校證預(yù)測地層剖面，加強地層對比和鄰井資料的綜合分析，盡最大可能的提高預(yù)測古近系和開派茲雷克組頂?shù)捉缟疃鹊臏?zhǔn)確性。

(3)提前做好可執(zhí)行性較強的特殊井段鉆進(jìn)措施。對于本井區(qū)、本井存在的膏鹽巖、火山巖，鉆井技術(shù)人員要有全面的認(rèn)識，并根據(jù)本井特點制定出有效的、針對性的應(yīng)對措施，在實鉆過程中再進(jìn)行不斷的修證，確保順利鉆穿特殊井段。

(4)充分利用綜合錄井儀，做好工程參數(shù)的異常預(yù)報。當(dāng)鉆遇古近系膏巖層時，通常會出現(xiàn)扭矩變化、鈣離子升高，接單根、起下鉆過程中會出現(xiàn)阻卡現(xiàn)象；鉆遇鹽巖層時則會出現(xiàn)電導(dǎo)、氯根、失水升高；鉆遇火山巖時會出現(xiàn)扭矩變大、憋泵，起下鉆或者接單根時有阻卡現(xiàn)象，而這些異常情況的發(fā)生在綜合錄井儀上都能夠有所反映。有時只是輕微的變化，有時變化十分明顯，如果能夠及時進(jìn)行準(zhǔn)確分析判斷，就會提前發(fā)現(xiàn)井下異常情況，避免惡性鉆井事故的發(fā)生。

4結(jié)語

通過對制約玉北區(qū)塊鉆井提速地質(zhì)瓶頸的分析，認(rèn)識到了該區(qū)塊工程施工的艱巨性，但經(jīng)過對古近系和開派茲雷克組巖性的細(xì)致分析和工程事故的原因分析，一定能夠找到克服瓶頸的方法。

隨著目前正鉆井的摸索，經(jīng)驗、認(rèn)識的積累以及實物、資料數(shù)據(jù)的不斷完善，再加上各專業(yè)人員的不斷探索，在不久的將來一定會迎來西北油田玉北區(qū)塊的鉆井大提速。

參考文獻(xiàn)

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