新疆油田呼图壁储气库钻井技术实践

吴涛（中原石油工程公司西南分公司， 河南 濮阳 457000）

新疆油田呼图壁储气库钻井技术实践

吴涛（中原石油工程公司西南分公司， 河南 濮阳 457000）

呼图壁储气库是国家投资的国家资源储备和能源建设的大型重点项目，主要用于季节调峰和战略储备。设计新钻注采井30口（其中直井26口、水平井4口）、监测井5口、污水回注井2口。储气库强注、强采，对固井质量和井筒的完整性要求高。因此，呼图壁储气库建设钻完井施工技术要求有效控制各施工环节，采用先进、适用、可靠性高的技术和装备，以确保储气库的安全、高效运行。在钻井施工中针对钻井施工难点，通过优选钻头、优化钻具组合和钻井参数，优选钾基聚磺屏蔽钻井液体系等工艺完成了HUk20、21、24、25井的施工任务，加快了储气库钻井速度、为国家能源储备和能源建设做出了应有的贡献，为施工同类型的井提供了成功的经验。

呼图壁储气库；钻井；钾基聚磺屏蔽钻井液

0　引言

呼图壁储气库是国家投资的国家资源储备和能源建设的大型重点项目，主要用于季节调峰和战略储备。呼图壁储气库设计库容量107亿立方米，工作气量45.1亿立方米，运行压力18～34兆帕，日均注气量1550万立方米、季节调峰日均采气量1333万立方米，战略调峰日均采气量2789万立方米。设计新钻注采井30口（其中直井26口、水平井4口）、监测井5口、污水回注井2口。中原塔里木钻井公司于2011年、2012年共计施工完成了4口井的施工任务，由于储气库强注、强采，对固井质量和井筒的完整性要求高。在钻井施工中针对钻井施工难点，通过优选钻头、优化钻具组合和钻井参数，优选钾基聚磺屏蔽钻井液体系等工艺安全、优质高效的完成了HUk20、21、24、25、井的施工任务。由于HUK20井施工进度快、质量优，为全工区所有施工井队趟了河、引了路、在钻井液技术工作和工程措施上摸索出了好的经验、做出了榜样，被甲方形象地称为“呼图壁储气库工区第一钻”。HUK24井全井事故复杂时效为零，钻井周期111.67天，比设计周期131天节约19.33天，全井平均机械钻速4.71m/h，在全工区第一轮施工的5口井中全井平均机械钻速最高，施工进度最快，节约钻井周期最多，成为呼图壁储气库率先打成第二口注采井的钻井施工队伍，受到甲方高度评价，并对HUK24井的泥浆技术工作给与了高度肯定，成为呼图壁储气库又一精品工程。

1　呼图壁储气库地层及岩性特征

呼图壁气田位于准噶尔盆地北天山山前坳陷第三排构造带的东端呼图壁背斜。整体构造形态为近东西向展布的长轴断背斜，东西长约20km，南北宽约3.5km。呼图壁断裂将背斜切割为上、下盘两个断背斜。

该区主要发育有4条近东西向南倾的逆断裂，从下到上断面倾角逐渐增大，最深部断裂断面平缓，几乎顺侏罗系煤层滑脱，只在侏罗系～白垩系内发育；最上部断裂断面陡倾，断开层系（J～N）。

2　一开施工措施

2.1一开井段：0～300m

地层：第四系（Q）主要岩性为：灰色砂砾岩、砂质小砾岩为主夹褐灰色泥岩；

2.2钻井难点

（1）表层钻进时井眼尺寸大，钻井液返速低、钻井液中固相含量高，易发生沉砂掉块卡钻或蹩漏地层。

（2）表层为砂砾石层，易发生表层窜漏、垮塌及卡钻。

（3）大尺寸套管下入困难，固井窜槽和漏失则对后期安全钻井造成影响，保证固井质量有一定难度。

2.3本井段邻井复杂分析

HU001在42m发生井漏，HU2008在28.18m发生井漏。钻具组合与钻井参数

Φ660.4mm钻头+Φ241.3mm钻铤3根+Φ228.6mm钻铤6根+Φ203.2mm钻铤9根+Φ177.8mm钻铤9根+Φ127mm加重钻杆+Φ127mm钻杆。

钻进参数：

领眼：钻压：10～40KN，排量：单泵（35～38L/S），转速：40～60RPM，领眼钻进50米。

正眼：钻压：逐渐加压至40～120KN，排量：双泵（60～70L/S），转速80-100RPM。

2.4施工措施

（1）表层领眼钻进30m，采用低转速（50r/min）、小钻压（15～30kN）、低排量（35l/s）吊打，控制参数保证领眼打直。30m前，小排量、低钻压，高坂含、高粘切，保持井口钻井液液面

（2）表层钻进30m后，排量逐渐提高到65l/s，转速逐渐提高到120r/min。

（3）采用钢齿钻头，保护好钻头，坚持勤划眼，若蹩跳严重钻遇较大砾石应降低转速，磨碎通过。

（4）每钻完一根单根上下划眼2次修好井壁再接单根，接单根要迅速，防止堵水眼蹩泵。

（5）严禁钻头在导管鞋附近划眼或洗井，同时，避免长时间在同一位置洗井，重点防止导管处发生井漏，窜槽与复杂情况。

（6）表层可钻性好，单根钻进速度控制在30min，防止岩屑浓度大而蹩漏地层。

（7）在井深150m测单点一次；表层进尺钻完，洗井一周，投测单点，起钻。

（8）下套管前下原钻具通井一次（带Φ660mm扶正器），阻卡不得大于5t，顺畅后，再下套管，确保下表套作业顺利。

（9）使用好振动筛和除砂器，保证振动筛使用率达到100%，除砂器使用率达到80%控制固相含量，以确保井壁稳定和下套管作业的顺利。

（10）表层进尺钻完，洗井两周，测单点，起钻；起钻做到连续灌泥浆，特别是提至钻铤，要保证环空始终泥浆充满，维护井壁稳定。

2.5钻井液措施

（1）采用坂土-CMC钻井液体系，保持钻井液较高的坂含、粘切。

（2）钻井液配方：8%～10%坂土+0.4%Na2CO3+0.4% CMC（中）+重晶石，预水化24h，加入CMC（中）及其它处理剂，充分溶解搅拌均匀后加重至1.15g/cm3。

（3）控制一开钻井液性能达到：高坂含（≥8%），合理的密度（1.15～1.20g/cm3），适当的粘切（FV≥80s），注意防漏、防窜、防卡，确保安全钻井。

（4）正常钻进中钻井液的维护以水化好的坂土浆、CMC胶液为主，以细水长流的方式加入；必要时加入NPAN调整流变性。

（5）钻至200m时逐步上提密度至1.20g/cm3。

（6）使用好固控设备，钻进中要求振动筛开动率与除砂器、除泥器有效运转时率分别达100%。

3　二开施工措施

二开井段：300～2530m。

地层：第四系（Q）、独山子组（N2d）、塔西河组（N1t）、沙湾组（N1s）主要岩性为：独山子组N2d（450～1805）：上部为灰色砂砾岩、泥质小砾岩与浅棕色泥岩及含砾泥岩不等厚互层，下部为砂泥岩不等厚互层。

塔西河组N1t（1805～2210）：棕褐色、灰绿色泥岩、粉砂质泥岩夹薄层棕色粉砂岩及泥质砂岩。

沙湾组N1s（2210～2505）：灰白色不等粒砂岩、含砾泥质不等粒砂岩及砂质泥岩不等厚互层。

4　三开施工措施

三开井段：2530～3380m，

地层：安集海组（E2-3a）；上部为灰绿、浅灰绿、棕色泥岩为主，夹细粉砂岩，中下部为棕、绿灰色粉砂质泥岩与砂岩不等厚互层。

4.1钻井难点

（1）安集海河组地层粘土矿物含量49%～94%，混层比40%～75%易造浆，极易水化分散膨胀，造成缩径和坍塌。

（2）高密度钻井液抑制及流变性控制问题。

（3）山前构造地应力引起井壁失稳造成井下遇阻遇卡。

（4）地层垮塌后，大块岩屑较多，钻进扭矩会比较大，对钻具和入井工具有比较大的磨损，易导致断钻具。

4.2本井段邻井复杂分析

卡钻主要是HU2003在2830m、HU002在3350m、3358m发生卡钻。

4.3钻具组合与钻井参数

Φ311.2mm钻头+Φ228.6mm钻铤2根+Φ310mm稳定器+Φ228.6mm钻铤4根+Φ203.2mm钻铤9根+Φ177.8mm钻铤9根+Φ177.8mm随钻震击器+Φ177.8mm钻铤1根+Φ127mm加重钻杆9根+Φ127mm钻杆。

钻进参数：钻压40KN，转速：40RPM，排量：30L/S。

领眼： 控制钻压40KN以内吊打50米，再逐渐加压至正常钻压。

正眼： 钻压：40～140KN，转速：90～100RPM，排量：30～40L/S。

4.4施工措施

（1）采用不带扶正器的钻具组合钻水泥塞和套管附件，并钻入新地层50m，保证三开钻具组合上的扶正器全在裸眼内。钻套管附件时，钻压20-40kN，转速60r/min；钻入新地层50m左右后起钻换PDC钻具组合钻进。

（2）根据地层、岩性、钻时、扭矩等参数变化调整钻压和转数，防止PDC钻头先期损坏；操作上要求送钻均匀，精心操作。

（3）受山前构造的影响，形成非均质、高地应力地层，地层压力不稳定，钻完一个单根后应上提划眼不少于2遍，通过划眼消除井眼在应力情况下的缩径现象。

（4）为防止垮塌卡钻，提高钻井液的封堵性，减少地层垮塌，控制起下钻速度，减少压力波动，接单根与起钻前充分洗井。

（5）起下钻过程中如有遇阻严格按照技术措施进行操作，每钻进100m或24h进行短提，反复修井壁或划眼，直到畅通无阻再下到井底继续钻进（现场备倒划眼工具一套）。

（6）保证固控设备运转良好。钻进过程中，充分利用好固控设备，尤其加强除砂器的使用工作。

（7）根据地层情况分析，三开安集海河组厚度达824m，属于该井施工中风险最大的井段，减少复杂事故发生率，提高生产时率也是提高钻井周期的有效手段。要求每趟提钻对钻具进行严格的检查，中和点附近钻铤每趟钻进行倒换，入井工具定期更换探伤，严防钻具事故。

（8）加强钻具管理，防断钻具，严格控制钻具、接头等入井时间；遇到钻具蹩跳时控制钻具转速与钻压，减少钻具蹩跳；严格钻具的质量检验，及时对钻具进行探伤检查，起钻时加强对丝扣的检查；加强对泵压监测，发现出现短路循环立即分析原因，及时起钻检查。

（9）三开每钻进150～200m，单点测斜一次。

（10）钻进过程中处理好软硬交接面，钻进由于复杂地应力作用使本井区安集海河组实际使用钻井液密度大大高于地层孔隙压力，同时造成大量的井壁坍塌及阻卡频繁。同时山前构造存在地应力异常，对井壁稳定性有较大的影响。实钻中应根据现场情况合理调整钻井液密度。

（11）三开裸眼段提下钻、短长提操作规定必须司钻操作。提钻速度应控制在钻机低速，下钻速度控制在90秒/柱。

5　四开井段

直井（3380～3600/3640m）。

四开所钻地层主要是紫泥泉子组（E1-2z、 E1-2z3）。紫泥泉子组地层中上部为棕色泥岩、砂质泥岩与含砾不等粒砂岩及细砂岩互层，底部为含砾不等粒砂岩、泥质细砂岩夹泥岩及砂质泥岩。

5.1钻井难点

（1）滋泥泉子组地层粘土矿物含量30%～80%，混层比40%-60%，易水化分散膨胀，造成缩径和坍塌，局部微裂缝发育易漏。

（2）可钻性差，钻头选型难度大，提高钻井速度难度大。

（3）本井段邻井复杂分析：井漏主要是HU2004在3710m、HU2在3498m、3551m发生漏失。

5.2钻具组合与钻井参数

Φ215.9mm钻头+Φ158.8mm钻铤2根+Φ215mm稳定器+Φ158.8mm钻铤19根+Φ158.8mm随钻震击器+Φ158.8mm钻铤3根+Φ127mm钻杆

钻压：20～60KN，转速：50～60RPM，排量：25～30L/S。5.3 施工措施

（1）四开加强钻头选型（包括使用个性化钻头）减少起下钻次数，以较高的行程钻速来提高机械钻速；强化钻井参数提高钻井速度。

（2）针对键槽卡钻风险，加强防斜措施，防止井斜急剧变化；

（3）降低开泵激动压力。每次下钻到底或中途开泵时，首先启动转盘，转动钻具，破坏钻井液结构力，而后小排量建立循环，待钻井液返出后，再逐级增大到正常排量。防止憋泵产生过大的激动压力造成井漏。

（4）针对发生漏失的风险，配足堵漏材料。

（5）四开钻进应坚持一短一长的短程提下钻制度，每钻进50～80m和24小时必须短程起下钻一次，保证起下钻畅通。下钻遇阻坚持划眼，提钻遇卡不得硬提，可采取开泵倒划眼或反复活动钻具等措施提出钻具，阻卡井段反复划眼，确保阻卡井段畅通后方可继续钻进。

5.4钻井液措施

5.4.1四开泥浆体系应用及措施

四开在紫泥泉子组地层即目的层中钻进，井底温度81℃，针对四开地层的特点四开应用钾基聚磺双膜屏蔽暂堵钻井完井液体系钻进，在配浆和维护上采取多聚少磺、强化封堵、保护产层的处理原则，达到即能满足井底温度要求，保持钻井液在此温度下具有良好的抗温抑制性，又能防漏、防塌，提高产层承压能力，保护产层的目的。

5.4.2钻井液性能的维护与处理

（1）开动固控设备清除三开钻井液中的无用固相，按设计配方要求调整钻井完井液性能达到设计要求后方可四开。

（2）根据地质设计提供原始地层压力系数为0.96，目前地层压力系数为0.47，结合邻井资料，该井段钻井完井液密度设计为1.07～1.24g/cm3；钻进中严格控制好钻井完井液密度，预防井漏的发生。

（3）钻进过程中应根据井下实际钻井情况和钻井完井液性能，将所需加入的处理剂按比例配成胶液以细水长流的方法补充维护钻井完井液，要做到勤维护，避免钻井完井液性能波动过大。现场加入胶凝剂ZL应以胶液形式缓慢加入，防止钻井液粘切升幅过大。控制钻井完井液API滤失量不大于4ml，HTHP滤失量不大于10ml。

（4）该井段加足天然沥青粉（阳离子乳化沥青、PHT）和RSTF（SMP、SPNH、RSTF-2），调整好钻井液对地层的封堵胶结能力，保证井眼稳定。该井段钻进时，保证钻井液中KCl浓度达到5%～7%，天然沥青粉 （阳离子乳化沥青、PHT）浓度达到8%。

（5）通过K+、Ca2+的复配使用强化钻井液对钻屑的抑制作用。钻进中 K+浓度达到25000mg/l以上，Ca2+浓度控制在500～600mg/l之间。

（6）按设计要求在钻井完井液中加入2%QCX-1、1%WC-1、2%油溶性暂堵剂和0.2%ABSN，并保持天然沥青粉 （阳离子乳化沥青、PHT）、JYW-1、CMJ-2的浓度分别达到8%、1%、2%，以形成致密高强度的“屏蔽环”，保护好油气层。

（7）保证四级固控设备运转良好，固控设备有效开动率应保证钻井液固相控制要求。

6　结语

古近系安集海河组地层泥岩极易水化分散，地层岩性较破碎，导致井壁发生剥落、掉块而最后散塌，钻井中表现为井塌、划眼频繁甚至卡钻。实钻过程中加密短起，保证井眼畅通。

该井钻遇地层纵向上存在着二套压力系统。沙湾组以上地层压力较低；安集海河组地层压力急剧上升为异常高压，同时山前构造存在地应力异常，对全井的井壁稳定性有一定的影响。实钻中应根据现场情况合理、及时调整钻井液密度。

针对呼图壁储气库钻井技术难点，通过4口井钻井技术研究与应用总结出了一套适合该区块安全、优质、高效钻井技术，优选出适合本区块使用的的钻头型号，提高了机械钻速，加快了储气库建设速度，为国家能源建设做出了一定的贡献。

通过优选钻井液体系和合理的钻井液性能，有力的保证了钻井施工的安全，特别是三开安继海河，防垮塌、防掉块、防卡使用效果明显。

在保证井下安全的情况下可以尝试采用螺杆动力钻具，以进一步提高机械钻速，加快钻井速度。

吴涛，2005年毕业于华东石油大学钻井工程专业、助理工程师。