火山岩钻井技术在顺北蓬1井的集成应用研究

孙秀鹏

（中石化胜利石油工程公司塔里木分公司，新疆 库尔勒 841000）

钻井工程是一项系统集成工程，与钻头、泥浆、地质、钻井工艺等息息相关，顺北蓬1井二开钻井工程将这一切紧密结合在一起，形成了针对性很强的火山岩钻井技术。

1 顺北蓬1井钻探意义及现场面临的技术难题

顺北蓬1井是部署在顺北9井区的第一口重点风险预探井，设计井深8593m。顺北9井区位于顺托果勒低隆北缘，一旦获得突破，将有望贡献超过千万吨的预测储量。“二叠系井壁稳定性差、划眼频繁，二叠系可钻性差、机械钻速低，二叠系失返性漏失、固井质量差”作为顺北区块勘探开发三大技术瓶颈亟需突破。

2 顺北蓬1井二叠系地层分层及发育特征

二开实钻二叠系（P2）自上而下发育有灰色凝灰岩、灰色斑晶英安岩、灰黑色玄武岩和灰褐色凝灰质泥砂岩，间断有凝灰岩、英安岩夹层，不均质性强。

2.1 顺北蓬1井设计与实钻二叠系地层对比

设计地层是根据区域钻井地质分层及已钻邻井地层设计而成，但实钻地层相比设计更精准、更具体、更有参考价值。实钻二叠系中统（P2）4762～5293m（设计4761～5375m），视厚531m（设计614m）。其中玄武岩和英安岩厚度248m，灰黑色玄武岩2段（设计中无玄武岩）：5095～5100m、5155～5173m，厚度为23m；斑晶英安岩2段（设计4965～5175m，厚度为210m）：4859～4930m、4996～5155m，厚度为225m。凝灰岩2段：4762～4859m、4930～4996m，厚度为163m（设计未明确划分）。具体对比如表1所示。

2.2 顺北蓬1井实钻火山岩岩性分析

火山岩是岩浆岩中的喷出岩，在岩浆冷却过程中，失去了大量挥发物质。岩浆是在地下深处形成的，含有挥发物质的、高温、高压、炽热而黏稠的硅酸盐熔融体，岩浆的主要成分是硅酸盐。岩浆岩的造岩矿物中石英和长石含量的总和占岩浆岩总量的75%。

玄武岩是基性喷出岩的代表，岩性呈灰黑、黑及暗紫色。主要矿物为基性斜长石和单斜辉石，次矿有橄榄石、角闪石、黑云母，有时还出现少量石英。

英安岩属于酸性喷出岩，多呈灰红、粉红、肉红、浅紫色，含石英、透长石斑晶，基质为隐晶质或玻璃质。主要矿物成分为石英、碱性长石、斜长石，含少量铁镁矿物。

凝灰岩是一种火山碎屑岩，外貌疏松粗糙或致密，有紫红色、灰白色、灰绿色等。其组成的火山碎屑物质有50%以上的颗粒直径小于2mm，是火山喷出地表后，下落地表的颗粒较细的火山灰堆积固结成岩的产物。

表1 顺北蓬1井二叠系实钻与设计对比表

2.3 部分实钻二叠系岩屑图例

实钻岩屑要有切削面，代表性要好，掉块尽量少，如图1～图3所示。

图1 5140m灰黑色斑晶英安岩（P2）

图2 5168m灰黑色玄武岩夹棕褐色、灰色泥岩掉块（P2）

图3 5212m褐灰色含砾凝灰质细粒长石岩屑砂岩（P2）

3 顺北蓬1井钻头优选及现场使用情况

3.1 钻头优选指导原则

钻井工程是一项系统集成工程，现场要根据所钻岩石矿物特性、地层发育特征来优选钻头，为防止钻头先期磨损破坏，就要对影响岩石力学性质和变形、破裂的因素加以研究、控制。岩石是一种多晶集合体，其塑性变形绝大多数是由单个晶粒的晶内滑动或晶粒间的相对运动（晶粒边界滑动）所造成的。岩石的力学性质和岩石变形的因素不仅受岩石内部因素如成分、结构和构造的控制，还受岩石所处外部环境如温度、围压、孔隙压力、应力作用方式和作用时间的影响。

3.2 顺北蓬1井二叠系火山岩钻进基本情况

（1）钻头使用具体情况。二开先后使用2只PDC钻头、4只混合钻头及1只牙轮钻头。具体情况如表2所示。

表2 顺北蓬1井二叠系钻头使用情况统计

（2）报废钻头分析示例。钻进Si02斑晶英安岩报废PDC和混合钻头各1只，钻进灰黑色玄武岩报废混合钻头1只。钻头是因为切削齿崩损、内锥磨损导致本体磨损、内锥掏心而报废。钻头本体磨损报废如图4所示，掏心报废如图5所示。

图4 第1只PDC起出情况（4865m）

图5 第1只混合钻头起出情况（4920m）

3.3 二叠系火山岩对钻头使用的影响及钻头使用效果分析

（1）使用影响。玄武岩、英安岩越纯，SiO2含量越高，则对钻头磨损越严重。二叠系矿物岩性的基础研究将促进钻头的优选使用，对提高机械钻速将有直接的帮助作用。

（2）效果分析。现场钻进除第一只PDC、前2只混合钻头报废外，另4只钻头磨损均不严重，这与现场认真分析地层岩性、结合邻井地层剖面预测地层岩性、及时起钻更换钻头等工作是分不开的。

4 顺北蓬1井“两强两低”钻井液体系的应用

4.1 二叠系火山岩岩性

地层不均质性强、微裂缝发育。尤其SiO2斑晶英安岩、灰黑色玄武岩，岩性更硬、可钻性更差、更易漏、更易塌。

4.2 钻井液体系选择

二开使用“两强两低”即强抑制、强封堵、低劣质固相、低失水钻井液体系。钻井液通过强抑制实现低劣质固相，通过强封堵实现低失水，低劣质固相、低失水进一步形成更好的钻井液滤饼，进而通过及时有效的封堵来解决火山岩易漏、易塌的难题。井壁垮塌失稳、钻井液性能波动与钻井液抑制性、封堵性不够有直接关系。

4.3 顺北蓬1井钻井液施工过程

（1）基浆。基浆是钻井液的骨架，一开期间使用8%～ 10%膨润土浆开钻，660.4mm井眼大、钻时快，四级固控设备要好用、够用，用好、用够。

（2）低固相。二开快速钻进期间补足抑制性复合聚合物胶液，控制钻井液自然比重低于1.15，维持钻井液低劣质固相和低劣质坂含。

（3）强抑制。随着井深增加，钻井液比重提高，维持聚合物强抑制同时补充5%～8%KCl胶液，适时将钻井液中K+含量提至3万以上，维持钻井液好的抑制流变性。

（4）低失水。体系转型前加入3.5%中、小分子护胶降滤失剂，转型后三叠系3953～4279m钻进加入磺化复合材料10.7%，钻井液API失水降至5mL以下，高温防塌能力明显增强。

（5）强封堵。钻进4804m前加入12%～15%复合屏蔽暂堵剂，在二叠系4804～4865m钻进加入封堵防塌防漏材料8%～10%，有效封堵微裂缝，至二开中完未发生明显漏失，防漏成效显著。

（6）二叠系体系维护。二叠系及时、不定时补充抑制封堵防塌抗温材料，维持合理有效浓度，保证钻井液性能稳定，期间无大的波动。

4.4 顺北蓬1井钻井液使用取得的成绩

钻井液性能实现了稳定、均匀、优良，二开期间未发生大的波动和异常；井壁实现了稳定，二开15趟钻未发生下钻划眼情况；井眼实现了畅通，电测、下套管均无阻卡顺利到底。

5 结束语

实践表明，火山岩钻井技术在顺北蓬1井钻井项目中得到了有效应用，通过优选钻头及提速工具，有效克服了二叠系火山岩跳钻、研磨性强、机械钻速低等困难；并通过使用“两强两低”钻井液体系，成功解决了二叠系火山岩井壁垮塌和二叠系火山岩井漏难题，可供类似钻井项目参考与借鉴。