库车坳陷大斜度井膏盐层底卡层技术探索

李刚，周鹏遥，刘宁，杨弼政，许明国

中国石油塔里木油田分公司 安全环保与工程监督中心（新疆 库尔勒841000）

塔里木油田库车坳陷位于塔里木盆地北部，是一个以中生代、新生代沉积为主的叠加型前陆盆地[1]。库车坳陷在古近系库姆格列木群发育着一套或多套巨厚层膏盐岩，该地层分布广、厚度大，形成了封隔性极佳的区域性盖层。随着克深9、克深8、克深13、博孜3、大北12等大型超深、超高压气藏的发现，库车坳陷成了近年来塔里木盆地油气上产的重要接力区块。近年来，随着博孜3和克深10气藏顺利钻探成功了几口大斜度井，单井油气产量可观，库车山前大斜度井越来越受到重视。因此，提高盐底卡层成功率，降低因盐底井漏造成工程复杂的风险，成了库车山前大斜度井的一大难点。

1 盐底卡层的意义

库车山前在上部古近系库姆格列木群发育有一套或多套膏盐岩层，厚度一般在200～3 000 m，个别井盐层厚度达到了4 500 m，膏盐岩层的压力系数一般在2.10～2.30，局部压力系数达到了2.45，而膏盐岩层下覆目的层压力系数仅在1.55～1.81[2]，随着气藏的不断开发，后期开发井的目的层压力系数远低于1.50。因膏盐岩层和下覆目的层分别为两套差异巨大的压力系统，给钻井带来了巨大的风险，故膏盐岩层底界是盐层技术套管的必封点。如果技术套管没有封隔住全部的膏盐岩段，造成下一开次存在两套压力系统，钻进风险极大，极易对储层造成巨大伤害，甚至导致小井眼完井，难以实现地质目的；但膏盐层下部高钻时底板泥岩厚薄不一，如钻穿或钻揭过多极易发生井漏[3]，易造成盐层缩径卡钻，发生工程复杂。因此卡准膏盐岩层底界面（盐底卡层）是一口井钻探成功的关键所在。

2 盐底卡层的难点

2.1 盐底沉积模式多样化

通过对大北-克深地区实钻的地层分析，基本已摸清了库姆格列木群盐层的横纵向发育情况。其中，纵向上可以分为五段，包括上泥岩段、盐岩段、中泥岩段、膏盐岩段和下泥岩段；横向上大致可以分为6种盐底地层组合模式（图1）[4]。但是个别区块盐底组合模式变化较大，甚至同一区块上的邻井之间盐底岩性组合差异也很大，横向上也无法对比，对盐底卡层带来了巨大的挑战。

图1 6种盐底组合模式

2.2 盐层厚度变化大

根据库车山前大北-克深地区已完钻井的统计，盐层厚度变化巨大（表1），一般在200～3 000 m，个别井达到了4 500 m左右。而且由于地表地形复杂，地震资料品质较差，使得盐构造的研究得不到深化，对不同地区的盐构造变形样式和形成机制一直缺乏深入的了解[5]，难以准确预测盐层的厚度和目的层的埋深。

表1 邻井实钻盐层厚度统计

2.3 实施大斜度井对地质录井的影响

一是由于随着井斜的增大，尤其是在30°～60°井斜角之间，更加容易形成岩屑床[6]，岩屑在岩屑床处堆积会造成井眼不通畅，起钻困难，如果在盐底卡层中发生井漏，很难顺利起钻至安全井段；同时岩屑不能及时返出地面，造成岩屑代表性差，影响元素录井、碳酸盐含量分析选样，给岩屑识别带来困难，进而影响对盐底泥岩的判别。二是由于地层倾角变化大，钻遇地层视厚度变化大，严重影响对下部地层的预测。三是由于井眼轨迹和各种阻力的原因使得钻具加压后，钻压传递不到钻头[7]，容易产生托压现象，虽然不断增加钻压，但是钻头位置不会变化，没有进尺，造成钻时增高的假象。

2.4 盐底底板泥岩厚度变化大

通常情况下钻穿最后一套盐岩后会出现一套高钻时褐色泥岩，这就是所说的底板泥岩，标志性底板泥岩为高钻时褐色泥岩，该段泥岩厚度变化大，最薄的底板泥岩仅为一两米。同时随着钻头技术和钻井工艺的进步，底板泥岩的高钻时并不是绝对性的标志[8]，给地质卡层带来了难度，一旦出现底板泥岩钻时快、厚度薄的情况，极易将其钻穿导致发生恶性井漏，甚至造成卡钻事故和井眼报废等工程事故。

3 盐底中完的标志

3.1 岩性组合

库姆格列木群膏盐段发育一套或多套石膏+白云岩组合，其完整的岩性组合从上至下为灰色灰质泥岩+石膏岩+白云岩+石膏岩+盐岩+底板泥岩，其中白云岩在区域上分布范围广、厚度稳定，是区域性标志层，现场可通过碳酸盐含量分析仪准确识别，再加上钻穿最后一套盐岩后出现的高钻时褐色底板泥岩，这是钻达盐底最重要的标志性岩性组合。

3.2 工程参数

底板泥岩厚度变化大，最薄的仅为一两米，为防止底板泥岩钻揭过多，在卡层期间，通常将钻时的录井间距调整为0.1 m，也就是微钻时录井，利用微钻时来控制钻揭底板泥岩的进尺。盐岩和盐间泥岩性软、可钻性好，钻时快，当钻遇纯盐层时，微钻时一般在1 min以内，钻压通常跟不上，很难保持稳定。而钻遇底板泥岩后，由于该泥岩可钻性差，相对于上部地层，微钻时通常会持续上升，钻压可以趋于保持稳定。

3.3 岩屑特征

底板泥岩一般呈褐色，由于此段泥岩性硬、脆，可钻性差，相对于盐间泥岩钻时高，岩屑形状通常呈薄片状、碎片状或略微卷曲条状，岩屑形状相对盐间泥岩块小、薄，一般都能看到PDC钻头切削面，与盐间泥岩差异性明显。

3.4 元素录井

通过对盐间泥岩和底板泥岩的元素分析，发现M g、Cl元素在两种泥岩间的差异具有一定的规律。底板泥岩的M g元素含量高于盐间泥岩，一般为4%～7%；底板泥岩的Cl元素含量低于盐间泥岩，通常呈下降趋势，一般会降至1%以内[9]。

3.5 碳酸盐含量分析

通过对已完钻井盐间泥岩和底板泥岩的碳酸盐含量统计，底板泥岩碳酸盐含量一般都大于盐间泥岩，盐间泥岩含量一般都小于10%，底板泥岩都在10%以上，一般大于15%或者更高，底板泥岩与盐间泥岩碳酸盐含量差异明显[10]。

4 大北X井盐底卡层分析

4.1 地层对比

大北X井位于库车坳陷克拉苏构造带大北博孜构造变换带大北XX号构造西翼，根据地质设计和区域地质资料，结合本井实钻地层情况，从西至东选择3口邻井进行地层对比，存在3种不同的盐底岩性组合模式。其中，距离最近、盐底泥岩埋藏最浅的大北XX井为无组合模式，西边博孜XX井发育一套盐底岩性组合模式，同构造上的大北XX井发育多套盐底岩性组合模式。在制定卡层方案时针对每种盐底组合模式进行预判，制定多套方案。

4.2 卡层准备

一是制定卡层方案，针对可能出现的各种盐底组合模式制定相应的卡层方案。二是简化钻具结构，如果发生井漏确保能及时将钻具提至安全井段。三是优化井眼条件，保证卡层钻进前井眼畅通，钻井液要满足携带岩屑的要求。四是加强卡层人员的岗位意识，联机员和泥浆工加强坐岗，监测好液面，采集工按要求捞取岩屑，认真观察，发现岩屑发生变化及时汇报。

4.3 卡层过程

1）根据制定的卡层方案，首先考虑对比距离最近、盐底最浅的大北XX井，执行无组合模式的卡层方案。钻进至井深6 430 m（垂深6 201 m）时，钻遇厚层盐岩+石膏+白云岩组合，排除无组合模式。

2）下步钻进按发育一套盐底组合模式进行，钻穿一套盐底岩性组合后，钻至井深6 577 m微钻时升高，按卡层方案计划继续钻进斜厚3 m（垂厚1.5 m）进行地质循环，后继续钻进至6 579.13 m时发生井漏失返，钻时由4～5 min/m提高至35～39 min/m，钻揭高钻时斜厚2.13 m（垂厚1.06 m），因井漏失返导致盐层缩径卡钻，填井侧钻。

3）使用常规钻具侧钻至井深6 428 m时，进入原井眼钻遇的盐底岩性组合，为了防止钻至原井深时再次发生井漏，后续钻进至井深6 545.5 m起钻换小钻具进行导眼钻进。

4）导眼钻进至井深6 568 m，微钻时（0.1 min/m）持续升高，钻压持续升高并趋于稳定在80 kN左右（图2），钻揭高钻时斜厚2 m（垂厚1 m）停钻地质循环。返出岩屑为褐色泥岩，岩屑性硬、脆，形状符合典型盐底底板泥岩形状特征（图3），泥岩碳酸盐含量均大于15%（表2）。经元素录井分析，Mg元素含量较高，Cl元素持续降至1%以下（表3）。

表2 碳酸盐含量分析记录

表3 元素分析记录表

图2 微钻时、钻压变化统计

图3 盐底褐色泥岩

通过对返出岩屑的碳酸盐含量、元素含量、岩屑特征进行分析，结合地层对比、岩性组合和工程参数变化等情况，综合判定以上各项指标均符合盐底底板泥岩特征，判断本井已钻至盐底，为下一开目的层钻进打下了坚实的基础。

5 结论

塔里木盆地库车坳陷山前井普遍发育膏盐层，其压力系数与下覆目的层压力系数差异巨大，盐底作为封隔盐层技术套管的必封点，必须保证封隔全部盐层，避免目的层钻进时存在两套压力系统，导致钻井风险大，甚至无法实现地质目的，因此山前井的盐底卡层分析是现场地质人员的一项必备技能。在卡层过程中，一是要加强井眼准备，利用工程手段为地质卡层钻进创造良好的井眼条件；二是要结合区域地质资料、地层对比、岩性组合特征、岩屑录井、工程录井、元素录井和导眼钻进等手段，提高卡层钻进成功率；三是利用好钻压、扭矩、微钻时等实时工程参数，卡层钻进过程中，可以通过工程参数的变化提前预判井下岩性的变化，特别是要注意微钻时的变化，必要时可以通过实时工程参数的变化确定地质循环的时机；四是加强现场工程地质一体化意识，做好风险研判，提前做好应急预案，高效完成盐底卡层。