土耳其盐穴地下储气库大井眼钻井技术

刘在同　王建伟（.大港油田石油工程研究院，天津　30008；.大港油田采油工艺研究院，天津　30008）

土耳其盐穴地下储气库大井眼钻井技术

刘在同1王建伟2
（1.大港油田石油工程研究院，天津300208；2.大港油田采油工艺研究院，天津300208）

土耳其Tuz Gölü盐矿区拟建造地下天然气储气库，存在2个可能性风险：矿床实际深度与原计划钻探深度的偏离；钻井与建腔过程中侵出CO2气体，因此该气库建造存在一定的地质及工程风险。为加快该项目进展，满足盐穴储气库钻井要求，通过优化方案采用国内没有应用过的生产套管大尺寸井眼井身结构，采用液压扩孔器扩眼，并形成钻井配套技术。文中从井身结构、钻头优选及螺杆钻具应用、钻井液体系优选、固井以及钻探效果等方面，阐述Tuz Gölü天然气地下储气库钻井技术。通过实施，有效降低了钻井事故复杂时率、缩短钻井周期，机械钻速得到提高，取得了显著的经济效益。

井身结构；钻井液； PDC钻头； 机械钻速；螺杆钻具

Tuz Gölü地区盐岩矿床为一套渐新统至中新统（晚第三系）之间的化学岩矿。根据地震勘探数据，该盐层地下产状相当复杂不规则，侧翼向下倾斜极其陡峭，根据已完钻井岩心详细描述和地质测井解释，认为该地区盐岩品位好（不溶物含量一般7%～11%，局部可达到26%），不溶物主要为分散状分布的硬石膏和纹理细密的黏土矿物，局部为薄的强褶曲式条带状硬石膏和黏土夹层。自上而下依次为Cihanbeyli、Kochisar、Anhydrite 、Tuz，完钻层位是Tuz盐岩地层。

老井测井数据和岩心分析未见具有高水溶性的蒸发矿物（例如钾盐，光卤石）。由于沉积后盐体动力形变过程，Tuz Gölü盐层折曲形成一个狭长的盐脉。

通过地质分层及岩性特征，结合已钻井出现的复杂情况来看，Tuz Gölü地区盐体中含有CO2聚集带，还未完全被确定分布位置与规模。盐体局部广泛发育的微小缝隙充满了CO2气体，周围几乎所有的井都发现过气体显示（气泡，井涌甚至井喷）和/或者受火山运动影响的痕迹。而且还带来了井漏、井壁坍塌、影响盐穴的建造等井下复杂情况的出现。

1　钻井配套技术

1.1井身结构

该地区目的层埋藏深度相对较适中，根据已钻井经验和该区地层情况，结合地层压力预测对井身结构进行优化，为更好地溶腔，采用大尺寸井眼，这是在国内没有应用过的井身结构。为了避免钻井过程中漏、喷、卡等复杂情况的发生，除工程措施外，深下表层套管，减少下部施工风险，有效地保证安全钻井。

钻探过程中，现场存在各种类型的流体和岩屑钻井液混合物。另外，燃料、机油和制作钻井液的药品也储存在施工现场。因为钻探现场将来也用于盐穴孔建腔工程，所以在钻探、建腔和井口修理过程中，应该合理设计布置现场，以避免钻井液或者其他受污染的物质渗入底土中。

1.2 钻头个性优选及螺杆钻具应用

选择合适的钻头是快速钻进、缩短钻井周期的重要手段之一。因此需要根据不同的地层特点，优选好钻头类型，同时通过螺杆钻具配合PDC钻头的应用，不仅可改善钻柱受力状况，减少钻柱和套管的磨损和破坏等，还可提高钻速，减少起下钻次数，缩短钻井周期。

针对Tuz Gölü地区地质及地层适应性分析，Ø660.4 mm井眼推广螺杆钻具配合PDC钻头，尤其针对Cihanbeyli、Kochisar地层进行了PDC钻头的优选，机械钻速提高明显。

为保证Ø444.5 mm井眼偏差不超过1°采用导向马达+MWD确保井身质量。生产套管鞋以下留足盐层厚度并进行扩眼，采用Ø215.9 mm钻头和Ø444.5 mm液压式扩孔器扩孔至Ø444.5 mm井眼。

为减少钻井过程中井漏问题和及时发现储气层，在满足坍塌周期的基础上，最大程度控制钻井液密度，在该井推广运用了PDC+动力钻具+ECD一体化技术，实现了快钻、防漏、实时评价储气层。

1.3钻井液体系及性能优选

Tuz Gölü地区盐岩矿床钻井液体系，导管采用黏土钻井液体系，一开采用聚合物钻井液体系，二开采用盐水聚合物钻井液体系，三开采用饱合盐水钻井液体系。钻井液体系和密度见表1。

在钻井现场通过加入新的钻井液补充钻井液量。为了使钻井顺利进展，要将固相含量和钻井液塑性黏度调整到最低水平。为了稳定钻井，运输岩屑，要调节失水量，pH值和屈服点参数以适合对应的地质条件。通过加入适当添加剂和降低失水量至最低水平的方法实现对地层黏土的抑制作用。

如果钻井中有漏失时，应向钻井液中添加漏失延缓剂。在目的层段使用盐水钻井液。即使在盐层中，也要以能够有效运输岩屑的方式设置流变参数。特别注意钻井液中的矿物质饱和度。极度重视井温和矿物质饱和度，以保证岩心的收获率，确定盐穴中的原位压力。

表1 钻井液体系及密度设计

1.4固井要求

盐穴储气库与常规油气井固井不同，难度大，对固井质量要求高，特别是对水泥环的长期胶结性能要求严格，因此对固井施工的各个环节及水泥浆体系、提高顶替效率等提出了更高的要求。针对该地区固井的特点及难点，需从以下几个方面入手：

（1） 适应盐层固井的低温早强抗盐水泥浆体系；

（2） 大尺寸套管不规则井眼条件下提高顶替效率的综合措施；

（3）采用低温低失水抗盐性好的半饱和盐水水泥浆固井，通过优化水泥浆性能，使水泥浆达到低失水、高早强、稳定性好、流变性能好；

（4）根据双井径曲线来确定扶正器的下入数量及下入位置，保证套管居中度80%以上；

（5）采用充分调整钻井液性能、饱和盐水冲洗液及低密度水泥浆、保证套管居中来提高固井时的顶替效率；

（6） 提高固井质量的综合配套技术。

2　钻井效果

通过各项配套优化措施的综合应用，采用低温低失水抗盐性好的半饱和盐水泥浆固井体系提高了全井、尤其是盐腔顶颈部的固井质量。这些措施不仅保证了钻井的安全、快速、高效，同时也为井筒密封性、溶腔打下坚实的基础。

2.1钻井技术指标

Tuz Gölü天然气地下储气库工程于2012年底开始启动，通过地应力测试、井身结构优化及固井方案优选，截止目前已完井5口井，正钻井一口井。UGS-8井、UGS-7井、UGS-6井、UGS-9井已顺利完井，完井技术指标见表2。UGS-5井正在中完期，机械钻速得到提高。

表2　完钻井技术指标情况

2.2钻井液密度符合率

对完钻井地应力测试与实钻密度的符合率进行统计，平均符合率在90%以上，见表3。

表3　压力预测与实钻钻井液密度符合率统计

2.3固井应用情况

通过采用低温低失水抗盐性好的半饱和盐水水泥浆固井体系，固井质量优质率平均为60%，见表4。

表4　使用高温防气窜水泥浆体系固井优质率统计

3　结论

首次采用大尺寸井身结构作为Tuz Gölü盐穴储气库井筒，填补了国内空白。优选PDC及个性化钻头，推广应用螺杆钻具+PDC复合钻进技术，大幅度地提高了机械钻速。采用低温低失水抗盐性好的半饱和盐水水泥浆固井，提高了全井、尤其是盐腔顶颈部的固井质量优质率达到60%。通过现场应用，采用综合钻井配套技术有效地提高了钻井速度，保证了安全钻井。

［1］钻井手册（甲方）编写组. 钻井手册（甲方）［M］.北京：石油工业出版社，1990.

［2］李克向主编.保护油气层钻井完井技术［M］.北京：石油工业出版社，1993.

［3］中国石油勘探与生产分公司工程技术与监督处.钻井监督［M］. 北京：石油工业出版社，2003.

（修改稿收到日期2015-01-23）

〔编辑薛改珍〕

Large hole drilling technology for underground salt-cavern gas storage in Turkey

LIU Zaitong1, WANG Jianwei2
（1. Petroleum Engineering Research Institute of Dagang Oilfield Company, Tianjin 300208, China; 2. Research Institute of Oil Production Technology, Dagang Oilfield Company, Tianjin 300208, China）

One underground gas storage is proposed in Tuz Gölü salt field in Turkey; there are two possible risks: deviation between actual depth of salt bed and the planned drilling depth; leaching of CO2during drilling and cavern building. So there are certain geological and engineering risks in the building of this gas storage. In order to accelerate this project and meet the requirement of well drilling for salt-cavern gas storage, an optimization scheme of a large hole wellbore configuration, which had never used domestically was used for this project. Hydraulic underreamer was used for hole reaming, and supporting techniques for drilling were developed. This paper sets forth the drilling technology for Tuz Gölü underground gas storage in terms of wellbore configuration, bit selection and application of screw drill tool, selection of drilling fluid, cementing and drilling effectiveness, etc. The use of this technology effectively reduces the time rate of drilling troubles, shortens drilling cycle and improves the penetration rate, hence realizing remarkable economic benefits.

wellbore configuration; drilling fluid; PDC drill bit; penetration rate; screw drill tool

TE243

A

1000 – 7393（ 2015 ） 02 – 0032 – 03

10.13639/j.odpt.2015.02.009

刘在同，1962年生。1987年毕业于天津广播电视大学化学工程专业，长期从事油田钻井工程设计和储气库研究。电话：022-25923741。E-mail：liuzaitong@163.com。

引用格式：刘在同，王建伟.土耳其盐穴地下储气库大井眼钻井技术［J］.石油钻采工艺，2015，37（2）：32-34.