柴达木盆地高温超深井钻完井工艺技术浅析

李海亮，张闯，黄成贵

中国石油青海油田 钻采工艺研究院 （甘肃 敦煌 736202）

昆2井位于柴达木盆地阿尔金山前东段冷北斜坡，鄂博梁-冷湖构造带，2006年完钻井深 5 950 m、层位E1+2，井深4 300~5 950m为215.9天裸眼完井，注灰封堵。2017年决定在老井基础上加深至7 015m以探索冷北低断阶E1+2底部、侏罗系、基岩的含气性。由于青海油田从未有钻探过超7 000m的井，通过此井的成功钻探，发现了良好的油气显示，展示了阿尔金山前东段良好的勘探前景。

1 钻井技术难点

1）地质风险未知，同区块构造未钻遇E1+2以下地层，下部地层地质分层、岩性、压力系数未知，钻井风险高。

2）地层岩性多为粉砂岩、石英片岩，地层硬度高、耐研磨性强，导致钻头磨损严重，单只钻头进尺少，机械钻速慢。

3）井底温度高（实测井底温度196℃），对钻井液与水泥浆考验较大，同时要求入井仪器、配件等要耐高温。

4）N-E1+2发育大段疏松砂泥岩地层，易发生缩径、井塌等复杂情况。侏罗系地层以砂岩为主，中下部可见煤层，施工时易发生井塌、卡钻等井下复杂情况及事故。

2 关键技术要点

2.1 井身结构设计要点

该井先按照常规方法进行井身结构设计，即根据地层压力剖面考虑抗内压强度、抗外挤强度、抗拉强度选出合适的套管，再对套管强度进行校核，保证套管下入深度最浅、费用最低[1]。这种方法要求对地层足够了解，对于探井应以地层压力剖面作参考，先根据地层情况确定必封点的位置，再确定各层套管下深和尺寸。

该井老井眼三开套管封固段为0~4 297 m，4 297~5 950m为老井裸眼井段。5 950~6 890m井段（路乐河组、大煤沟组）地层岩性主要以泥岩、砂岩为主，中下部可能分布煤层。因此四开用Φ215.9 mm钻头钻进至6 795m，尾管固井，用Φ177.8mm套管封固大段泥岩砂岩地层；五开用Φ149.2mm钻头钻至7 015m，挂Φ127mm尾管完井；最后回接Φ177.8 mm套管至井口，规避老井套管老化问题，为后期施工提供便利（表1）。

表1 井身结构优化数据

2.2 钻井液体系优化

该井使用聚胺有机盐钻井液，在该体系钻井液的基础上，通过优选抗高温处理剂，优化体系配方，加入抗高温有机盐降黏剂DEVIS、抗高温（200℃）降失水剂Redu200、有机盐加重抑制剂Weigh3B，形成抗200℃高温、抗污染、高抑制性、高密度的钻井液体系。岩屑回收率达91%，渗透率恢复值达91.5%，其配方为：水+3%抗盐膨润土+0.3%BNG+20%WeighIII+0.2%XC+(2%~3%)Redu200+1.2%胺基聚醇+1%YG-16+(1.0%~2.0%)FT-1A+2%MEG+(1%~2%)NFA-25+(0.5%~1%)DEVIS+1%JHC+(1%~2%)BST-Ⅱ+(1%~2%)QS-2+2%随钻801[2]。

现场使用中，减少了钻进过程中钻井液处理次数，有效防止了钻井液因受污染造成的井下复杂情况。全井段（5 950~7 015m）复杂时效仅为0.43%。

2.3 水泥浆体系优化

四开、五开均为尾管完井，针对固井面临井底高温、纵向温差较大、环空小间隙施工压力高、地层承压能力低等难点，开展大量室内配方优化评价，通过优选高温抗盐降失水剂M-89L、高温缓凝剂M-63L，调节稠化时间，开展温度差复核化验及现场钻井液配伍性试验，消除大温差对固井时的影响。形成高温抗盐加砂水泥浆体系，其配方为：G级加砂水泥+12%M-89L+8%M63-L+1.08%SXY-2+0.81%M-71S+80%现场水[3]。实验性能见表2、表3。满足昆2井加深固井的施工需求，固井平均声幅值在10%～30%，固井质量合格。

表2 四开固井水泥浆性能

表3 五开固井水泥浆性能

2.4 提速工艺技术

2.4.1 扭力冲击器提速技术

该井5 950～6 886m井段平均机械钻速为1.29 m/h，比原昆2井5 266~5 950m井段平均机械钻速0.91m/h有提高，这一段地层岩性多为粉砂岩、砂质泥岩。但从6 886m之后机械钻速明显降低，6 886~6 985m井段平均机械钻速为0.54m/h，极大地影响了生产进度，此段地层岩性为石英片岩（基岩）。

扭力冲击器能够提供高频扭力作用在PDC钻头上改变钻头的运动状态，使得钻头可以连续旋转剪切岩石，提高钻头的破岩效率，显著提高深部硬地层钻井的机械钻速，延长PDC钻头和下部钻具组合的使用寿命。

因此，在近钻头处接扭力冲击器，实现保护钻头的目的，最终提高机械钻速。2017年8月16、17日，在井深6 985～6 993m进行扭力冲击器工具的提速试验应用，段长8m，纯钻时间8.55 h，平均机械钻速0.94m/h，同比提速30%以上，工具起出后新度系数为90%。验证了工具在高温环境中的工作可靠性，可知随钻堵漏材料等固相颗粒对工具影响不大。

2.4.2 高效钻头优选

目前应用的钻头选型方法大致分为3种：钻头使用效果评价法、岩石力学参数法、综合法。使用效果主要是指钻头使用技术效益指数TBI最高的经验钻头选型方法，岩石力学参数法是指基于地层可钻性等级的钻头选型方法[4-6]。

该井根据原昆2井、鄂探1井等实钻情况和录井资料进行钻头选型，综合考虑地质与实钻资料后得出上部地层可钻性相对较好，下部基岩段可钻性差，钻头使用主要以PDC钻头为主。开钻后，根据所取岩芯求取岩石力学参数，据此决定下部钻头的选择与使用。

2.5钻头使用效果分析

1）昆2井加深四开共使用1只牙轮钻头、14只Ф215.9mmPDC钻头。其中使用效果最好的是型号为M1365钻头，单只最好记录进尺202.1m，机械钻速2.4m/h；使用效果最差为巴拉斯钻头，进尺1m，机械钻速0.33m/h。

对比同地层同岩性钻头使用情况，型号为M1365、FX55S215.9mm(812″)的 PDC钻头平均使用时间较长，机械钻速较高。

2）五开共使用1只Ф215.9mm三牙轮钻头、12只Ф149.2mmPDC钻头，进入基岩前使用1只型号为SF64H3的PDC钻头，进入基岩段后（6 886~7 015 m）共使用11只钻头，单只钻头进尺不超过20m。

2.5 #钻头型号NR826M，为新型研磨式钻头，流道式水眼，七刀翼，中间有5个切削片，进尺4.3m，机械钻速0.13m/h，所钻岩性为灰白色石英片岩。起出后切削片有破损（图1），与该地层岩性不配伍。

图1 25#钻头入井前后照片

27#钻头型号MM93H3，3个水眼，9个刀翼，进尺0.7m，机械钻速0.05m/h，所钻岩性为灰白色石英片岩。起出新度90%，如图2所示。

图2 27#钻头入井前后照片

五开钻头砂泥岩段使用SF64H3Ф127.88 mm（578″）的PDC钻头效果较好，基岩段推荐使用型号为MM55DH3Ф127.88mm的PDC钻头。

昆2井加深总进尺1 065m，共使用钻头28只，平均机械钻速1.12m/h。总体上，全井使用的钻头基本能满足钻井需要，实践证明了一些钻头不适配所钻地层，如T1355B、NR826M、MM93H3等。该井的钻头使用情况为该区域下步的钻头筛选提供依据。

3 现场应用效果

昆2井加深钻井周期143 d，完井周期208 d，全井零事故，复杂时效仅为0.43%。通过优化井身结构，合理使用提速工具（扭力冲击器），优选钻头序列，使用抗高温的钻井液、水泥浆体系，确保了该井的顺利完工。井身质量达到设计要求，四开、五开固井质量合格。

4 结论与认识

1）针对该井机速慢的问题，结合返出岩屑、压力系数等加强对地层岩性的认识，筛选出高效钻头序列。四开推荐使用型号为M1365、FX55SФ215.9 mm（812″）的PDC钻头，五开基岩段推荐使用型号为MM55DH3 127.88mm（578″）的PDC钻头。

2）优化完善现有聚胺有机盐钻井液体系形成抗200℃高温、高抑制性、抗盐钻井液体系，各项指标均满足高温超深井的施工需求。

3）通过优化配方、优选抗高温添加剂，形成高温抗盐加砂水泥浆体系，在高温深井上具有较好的推广前景。

昆2井加深的顺利完工，给柴达木盆地的超深井钻完井提供了经验，也为深井、超深井勘探提供了技术支撑。