准噶尔盆地南缘地区钻井技术概述【摘要】准噶尔盆地南缘地区，由于其特殊的地质构造--山前推覆挤压构造，地质情况十分复杂，但蕴育着丰富的油气资源多年来在该区块钻井数口，由于其复杂的地质条件，钻井过程中复杂情况、井下事故频繁发生，钻井施工难度很大，机械钻速低，钻井周期长，单井成本高，制约了该地区的钻探进程近年来，随着对准噶尔盆地南缘地区地层特性的不断研究和钻井新技术、新理论、新工具的不断涌现，南缘地区的钻井技术也取得了很大的进步 【关键词】南缘；钻井难题；工艺技术；问题探讨1、南缘地区的钻井技术难题1.1 2000年以前南缘地区部分完成井统计1.2 从表1可看出：（1）只有安4井、呼2井、呼001井、呼002井这4口井钻穿安集海河组进入下部地层，其余的井在安集海河组完钻，完钻原因既有事故完井也有地质完井，说明了南缘地区钻井难度较大的地层是安集海河组2）钻井周期普遍较长，机械钻速低3）生产时率普遍不高1.3经过对南缘地区完成井的实钻资料分析，总结出南缘地区的钻井难题如下：（1）表层井段砾石层较厚、胶结疏松，易发生井漏、井塌和卡钻等复杂情况，机械钻速较低2）上部地层存在着浅层气，极易发生井喷，给钻井和固井都带来了困难。
3）中下部地层，尤其是安集海河组，因受山前构造的影响，形成非均质、高地应力、富含蒙脱石为主的泥岩，极易水化膨胀，造成缩径、井塌和卡钻等复杂情况和事故4）大段泥岩地层受山前地壳造山运动的挤压，变得硬而致密，且有塑性，可钻性很差5）地层中有多套压力系统，压力梯度变化大，难以准确预测，常发生油气浸、水浸、井漏等复杂情况6）中下部地层存有异常高压层，压力系数达到了2.00以上，如安4井钻井液密度达到2.53g/cm3，独深1井钻井液密度达到了2.48g/cm3，且泥岩地层具有强水敏性，同时受高地应力作用和超高压地层流体作用，使井壁极不稳定，易缩径、垮塌7）大尺寸井眼：φ660mm、φ445mm钻头，钻头直径大，井底阻力大，机械钻速较低8）地层倾角大，有的地层倾角接近垂直，极易井斜，防斜难度大，为了防斜，钻压难以加到正常值，限制了机械钻速9）钻井液体系难以满足山前构造复杂地层，超高密度钻井液钻井，钻井液性能调整非常困难，且抑制性难以稳定井壁，井壁易垮塌、缩径，造成大段划眼，从而又造成卡钻等事故10）大尺寸井眼及超高密度钻井液，增加了固井的难度2、目前南缘地区的钻井技术状况2.1 2000年后南缘地区部分完成井统计2.2 从表2可看出（1）这四口井全部在目的层完钻。
2）除呼西1井外，其余3口井的钻井周期和机械钻速都比较理想，尤其是卡7井，钻井相当成功但呼西1井与之前南缘已钻成山前构造的探井相比，又是生产时率高，经济效益较好的一口井2.3研究南缘地区的钻井难题，制定相应的解决方案，并应用于实际钻井中，是这四口井成功完井的重要因素，应用的主要钻井技术为（1）科学、合理的井身结构，是一口井能否成功完井的关键之一，井身结构的选择应满足发现和保护油气层为目的，以实现安全钻井，保证钻井成功为主要条件①表层下深400-500米②第一层技术套管下至安集海河组中上部，以封住中上部易坍塌、压力较低的地层③第二层技术套管下至安集海河组，进入紫泥泉子组地层④两层技套下完后，若出现井下复杂情况，可考虑下入尾管，封住复杂井段2）防斜打直技术南缘地区由于其高陡构造，地层倾角大，易发生井斜，采取了以下措施：①大尺寸井眼段，采用大尺寸φ254mm钻铤组成的满眼钻具组合，即可加大钻压，也可做到防斜②采用三扶正器或双扶正器满眼钻具组合，配合合理的钻井参数，可有效地防止井斜③加强钻进时的井斜监测，采用自浮式单点测斜仪，从表层开始每钻进200米单点测斜一次，井斜有增大趋势时加密测斜，并及时调整钻井参数。
④井斜过大时，采用螺杆钻具定向纠斜，井斜超标则采用注灰纠斜3）钻井液技术由于南缘地区复杂的地质情况，尤其是安集海河组地层地应力高，存在着地层破碎带，且夹杂着膏泥岩层，极易发生垮塌、缩径、阻卡等复杂情况针对这一难点，经过前期研究，使用了如下的钻井液技术：①南缘地区地表砾石层较厚，粒径大，而且胶结差，表层钻进使用“三高”钻井液，有利于井壁稳定，提高携砂能力，保持井底干净②使用了两种抑制性较强的钻井液体系，钾钙基钻井液体系和有机盐钻井液体系如：在呼西1井、卡003井使用的是钾钙基钻井液体系，卡7井、卡002井使用的是有机盐钻井液体系呼西1井是一口南缘的山前构造井，该井使用了钾钙基钻井液体系，该井φ339.7mm技套下深3023.39米，φ244.5mm技套下深3817.87米，两次下技术套管作业，施工过程中井眼一直很稳定，未出现复杂情况该井共电测5次，成功率100%有机盐钻井液体系是一种新型钻井液，是第一次用于南缘地区，此钻井液体系具有以下优点：流变性易控制，尤其是高密度钻井液，性能稳定抑制性强，固相易除，可保持降低固相钻进，有利于提高机械钻速固相含量低，矿化度高，可实现对储层的有效保护卡7井和卡002井都成功地使用了此钻井液体系，而且这两口井的机械钻速比同一区块的卡003井的机械钻速略高。
4）加快钻井速度的措施：①合理的钻头选型：在钻井过程中，钻头的选型是否合适，对提高机械钻速起着很关键的作用呼西1井为了选好钻头，进行了工程取心，通过对岩心进行岩石可钻性的分析，以确定钻头型号，见到了一定的效果南缘卡因迪克地区，经过多次研究，二开后选用江汉产的钢齿牙轮钻头，钻穿独山子组地层中的砾岩层进入泥岩段后，下入PDC钻头，是最佳的钻头选择方案，能最大限度的提高机械钻速②选择最佳的钻具组合：南缘地区的井，机械钻速较低的是大尺寸井眼段，在大尺寸井眼段，选用φ254mm钻铤与φ139.7mm钻杆组成的钻具组合，既可加大钻压，又可有效地减小大排量与沿程水力损耗的矛盾，可增大钻头处压降，减少沿程压力损耗，提高水力破岩作用和井底清岩作用，从而提高机械钻速③使用顶驱钻井装置：南缘地区由于其地质构造的原因，钻井过程中复杂情况和事故接连不断，使用顶驱装置，可简化复杂情况和事故处理过程，能迅速解除复杂情况和事故，减少复杂和事故时率，从而提高了钻井速度④制定合理有效的钻井技术措施：提前预测可能发生的复杂情况和事故，制定出解决方案，出现复杂情况时，可及时按照处理预案进行处理，可大大减少处理复杂的中间环节钻井过程中要严格执行制定的预防复杂措施，如：短程提下钻、随钻压力监测，提钻灌好钻井液等，也可预防复杂的发生，从而提高钻井速度。
⑤增加设备配套，减少辅助时间：针对南缘地区的井，大尺寸井眼段长，在设备配套上加大了投入，增配了2台PZ12V190柴油机，1台3NB1300钻井液泵，地面钻井液罐的容量达到200m3以上，从而减少了修泵时间，提高了钻井速度5）固井技术：南缘地区的地层复杂，大尺寸井眼段长，固井施工难度较大该区块表层固井多采用插入式内管注水泥工艺φ339.7mm技套采用双级注水泥工艺；φ244.5mm技套，根据安集海河组的厚度而定如：卡因迪克地区，安集海河组的厚度只有一百多米，就采用了常规固井工艺呼西1井φ339.7mm技套下深为3023.39米，采用了双级固井水泥工艺，固井施工非常成功，固井质量合格，油层段固井一般采用常规固井工艺6）取心技术：目前在南缘地区，普遍使用的是川84单筒或中长筒取心工具，成都产φ215PC476或百斯特产φ215MC1306这两种PDC取心钻头，取心效果比较好3、南缘地区有待解决的问题探讨南缘地区的钻井水平与往年相比，有了很大的进步，钻井周期已大大缩短，机械钻速显著提高，复杂情况和事故已明显减少，钻井成功率达到100%，但也存在着以下问题：3.1大尺寸井眼的机械钻速有待提高呼西1井使用顶驱钻井装置，该井的综合机械钻速只有1.38m/h，该井共使用了21种不同型号的钻头，包括7种PDC钻头，效果不理想。
3.2南缘地区下部地层易发生井斜而且可钻性较差：卡002井与卡003井在钻呼图壁河组与清水河组地层时，都发生了井斜，尤其是卡002井最为严重，井深3575―3825米，井斜由1升至12.7，250米井段增斜11.7，增斜速度非常快，最后进行了定向纠斜卡003井在该地层段也开始井斜，至井底井斜已达到了10.53.3固井技术还需进一步的提高：呼西1井φ244.5mm技套固井质量不合格，说明安集海河组地层复杂的问题尚未完全解决，仍需进一步研究；卡003井油套固井失败，也需要进一步分析原因，找出失败的所在，提高固井质量4、认识和建议（1）对于大尺寸井眼段长和安集海河组层位较厚的南缘井，应继续推广使用顶驱钻井装置2）机械钻速较低的大尺寸井眼段和可钻性差的地层，使用井下动力钻具配合PDC钻头或高效牙轮钻头钻进，利用井下动力钻具的高转速来提高机械钻速，同时也具有防斜作用3）使用垂直钻井系统系统钻井，以做到防斜打直和提高机械钻速的目的4）采用非常规井身结构，封隔复杂地层，减少复杂与事故的发生5）与钻头厂家一起研制和开发适合南缘地区地层特性的钻头6）开展固井水钻井液体系的研究，选择最佳的水泥添加剂，提高南缘地区复杂地层的固井质量。