油田深井钻探技术研究

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摘要：针对油田深井钻探的技术难题，通过对其地质构造的分析和把握，我们分别提出了解决这一难题的科学方案，论述了盐层钻井液技术和随钻扩孔技术。对于油田石炭系盐膏层地层特点，结合钻后扩孔技术及盐层钻井液技术并就盐层的瞬态蠕变和稳态蠕变提出了切实可行的解决办法，这对于今后超深井钻进膏盐层具有一定借鉴意义。

关键词：深井 盐层 钻探

一、盐膏层地质情况的概述

（一）盐膏层的塑性蠕动地层特点

油田膏盐层埋藏的深度大多在5200～5500m左右，它还可以可分为两个大类：一类为复合膏盐层，除含有大量氯化钠外，还含有石膏、软泥岩等，易溶解、井径扩大和缩径另一类就为纯盐层，纯盐层氯化钠含量高达90%～99%，易缩径、溶解和井径扩大，如果发生严重塑性蠕动，就会造成卡钻、挤毁套管等重大的事故。

（二）盐膏层的蠕动机理形式

对于盐膏层的蠕动，受其埋藏的深度以及井底的温度的影响非常大。盐膏层埋藏得越深，井底温度就会越高，因而受地层应力作用就会越大，导致盐膏层蠕动会越严重。在一般的情况下，当盐膏层的埋深超过2000m时，井底的温度就会超过200度，那么盐膏层的蠕变就足以对钻井工程造成极大地威胁，对于油田超深井盐膏层的蠕变会变得更为严重。通过蠕动变化的试验研究说明，盐膏层的蠕变可以分为3个阶段，即瞬态蠕变、稳态蠕变和加速蠕变。对于钻井工程而言，受影响最大的还是瞬态蠕变和稳态蠕变这两个阶段。稳态蠕变率，是确定安全下套管时间的蠕变速率。钻开盐膏层的初期，主要是瞬态蠕变造成的，极易发生卡钻事故。在钻井工程中，及时掌握瞬态蠕变速率和稳态蠕变速率对于安全施工十分关键。

二、石油钻井工作中所面临的困难

盐膏层钻井工程中，特别是深井盐膏层和复合盐层钻井，就现在的技术水平来讲在全世界的范围内也算是一个世界级的钻井技术难题。

（一）地层压力情况的复杂

在施工的过程当中，由于其地质构造的特殊性，存在着相当多的不确定性的复杂因素。随着深度的改变，基本的地层压力都会改变，但是在三开钻进过程中，为平衡三开下部井段膏盐层的塑性蠕变，钻井液密度要达到1.65～1.66kg/L，必须对上部低压力地层提高其承压能力才能顺利完成该井段施工，同时才能确保施工工作的安全推进。

（二）膏盐层中扩孔技术的难度系数大

深部盐层塑性流动的性质，盐岩的塑性变形产生井径缩小；在以盐为胎体或胶结物的泥页岩、粉砂岩或硬石膏团块，遇矿化度低的水会溶解，盐溶的结果导致泥页岩、粉砂岩、硬石膏团块失去支撑而坍塌；夹在盐岩层间的薄层泥页岩、粉砂岩，盐溶后上下失去承托，在机械碰撞作用下掉块、坍塌，在这样的地质环境中，扩孔的难度值可想而知的。

（三）超深井高密度欠饱和盐水钻井液技术难题

在施工过程中钻井液遇到了较多技术难题，汇总起来有以下几个方面：

一方面，抑制石炭系巴楚组膏盐层塑性蠕动是该井钻井液施工的难点；另一方面，欠饱和盐水钻井液的防腐问题；再次，复杂压力系统下安全钻井。

（四）超深井的瞬态蠕变和稳态蠕变存在的问题

在超深井钻探的实际操作中，瞬态蠕变对钻井的安全会产生重大影响，然而稳态蠕变对于加厚套管的顺利下入和安全、优质注水泥、固井也会构成严重威胁。运用相关钻井技术，解决好瞬态蠕变和稳态蠕变是超深井钻进膏盐层的成败的关键。

三、油田深井技术的综合应用

根据多年来施工盐下井的经验和教训，为了能够减少膏盐层瞬态蠕动给安全钻井带来的极大风险，钻膏盐层使用高密度欠饱和盐水钻井液，采用 DORWD512.250随钻扩孔工具，从膏盐层上部60m开始随钻扩孔。随钻扩孔可扩出比钻头直径大50%的井眼，而高密度欠饱和盐水钻井液又可有效抑制膏盐层的塑性蠕动，从而解决了膏盐层的瞬态蠕变难题，对膏盐层安全钻进非常有利。具体介绍两种当前比较先进的技术，钻膏盐层钻井液技术和钻膏盐层随钻扩孔技术。

（一）钻膏盐层随钻扩孔技术

1、选择高技术的扩孔工具

为解决膏盐层在高温高压下发生瞬态塑性蠕动发生卡钻事故，采用随钻扩孔技术进行膏盐层钻进，可钻出比钻头直径大50% 的井眼， 对膏盐层钻进安全有利， 对套管预下井段全部扩孔也是必须的。因此，可以选择选择美国生产的DORWD512.250随钻扩孔工具。这种工具的特点是：

（1）可一次完成钻、扩孔作业，缩短钻井周期。

（2）采用分体式设计，可灵活选用领眼钻头和扩孔刀翼。

（3）可消除瞬态蠕变，减少卡钻机率。

（4）随钻扩孔工具设计有一个领眼扶正垫，可平衡扩孔刀翼产生的侧向力，消除了振动，防止了井斜。

2、DORWD512.250随钻扩孔技术

（1）技术措施

起下钻时扩眼部分通过转盘、防喷器、套管鞋时， 控制起下速度， 注意小心缓慢通过， 防止碰挂扩眼部分；下钻控制下放速度， 小心缓慢通过可能缩径部分；井底磨合： 启动转盘 40～ 60r/ min， 尽可能大的排量， 缓慢接触井底， 钻压 20～ 30kN；优化扩孔钻进参数；接单根动作要快， 尽可能缩短钻具静止时；送钻均匀， 操作平稳， 避免切菜式送钻。

（2）钻进施工

美国休斯公司生产的DORWD512.250随钻扩眼工具仅用3d时间顺利钻穿厚度达116m的膏盐层。采用随钻扩孔技术，领眼钻头使用美国生产的MXB-20高效PDC钻头，极大地降低了膏盐层钻进中的安全风险，加快了膏盐层施工进度，随钻扩孔参数：钻压60～240kN、转速60～90r/min、排量30L/s、泵压20MPa。

（3）NBR1200 扩孔工具扩孔技术

膏盐层中膏泥岩蠕变速度快，水力扩孔器扩孔后复测井径，安全时间不能满足下套管要求，为解决套管安全入井及盐层井段的固井质量，又采用DBS公司生产的NBR1200型扩眼工具进行扩孔。

（二）钻膏盐层钻井液技术

根据钻膏盐层的技术要求，三开钻开膏盐层前，对上部低压力系统地层进行承压堵漏成功后，为解决膏盐层的瞬态塑性蠕动，转换钻井液体系为欠饱和盐水钻井液体系，欠饱和盐水钻井液的溶蚀作用， 可有效抵消膏盐层瞬态蠕动造成的卡钻危险。

1、欠饱和盐水聚磺钻井液转型：

（1）钻具置于133/8套管鞋处，配制一定量的胶液，首先将地面及套管内的原钻井液进行转换。

（2）下钻至井底，地面配制胶液，替出裸眼段内钻井液继续进行转换。

（3）承压堵漏实验成功后，充分循环钻井液，清除无用固相，调整坂土含量视情况放掉部分老浆。

（4）欠饱和盐水聚磺钻井液转型前，对原聚磺钻井液的无用固相进行清除，坂土含量控制在30～35g/L。

（5）加盐完毕后，充分循环均匀，将密度提至1.65kg/L加重时要补充适量剂使钻井液具有良好的效果，达到钻井液设计要求。

2、施工过程中钻井液维护

钻井过程中需要维持钻井液性能稳定，维护钻井液密度。监测C-l变化、合理使用Na-C-l和K-C-l、控制C-l含量在160000～17000mg/L之间、pH 值保持在8.5～10。

3、防止欠饱和盐水钻井液腐蚀的措施

盐水钻井液对钻井设备及钻具具有较强的腐蚀能力，其腐蚀原理主要为电化学腐蚀。为尽量减轻盐水钻井液的腐蚀作用，现场钻井液方面主要采用了如下措施：

（1）尽量降低钻井液酸碱度，把盐水钻井液的pH值控制在8～9。

（2）加入防腐剂，一般加量在0.2% ～0.3%之间，并保证定期补充从而有效地减轻盐水钻井液的腐蚀率。

四、总结

盐下超深井的膏盐层存在严重的瞬态蠕变和稳态蠕变，钻井施工中必须针对这两种蠕变认真解决。采用欠饱和盐水钻井液体系不但可保证钻盐层钻井液性能的稳定，而且通过欠饱和的溶蚀作用可有效解决膏盐层的瞬态蠕变难题，是钻进膏盐层优选采用的钻井液体系。采用DORWD随钻扩孔新技术，可解决盐层地瞬态蠕变难题，我们应加以推广。对于稳态蠕变严重的井，可采用NBR1200扩孔工具进行解决，其扩孔效果十分理想，钻后扩孔应优先采用。

参考文献：

[1]马开华，刘修善 深井超深井钻井新技术研究与应用 2006.

[2]靳恒涛，张宝民，白英明 吐哈地区深井钻井技术研究与探讨 2005.

[3]邓小刚，朱爱军 扎纳若尔油田巨厚盐层的钻井泥浆工艺 2003