土耳其鹽穴地下儲(chǔ)氣庫大井眼鉆井技術(shù)

劉在同　王建偉（.大港油田石油工程研究院，天津　30008；.大港油田采油工藝研究院，天津　30008）

土耳其鹽穴地下儲(chǔ)氣庫大井眼鉆井技術(shù)

劉在同1王建偉2
（1.大港油田石油工程研究院，天津300208；2.大港油田采油工藝研究院，天津300208）

土耳其Tuz G?lü鹽礦區(qū)擬建造地下天然氣儲(chǔ)氣庫，存在2個(gè)可能性風(fēng)險(xiǎn)：礦床實(shí)際深度與原計(jì)劃鉆探深度的偏離；鉆井與建腔過程中侵出CO2氣體，因此該氣庫建造存在一定的地質(zhì)及工程風(fēng)險(xiǎn)。為加快該項(xiàng)目進(jìn)展，滿足鹽穴儲(chǔ)氣庫鉆井要求，通過優(yōu)化方案采用國內(nèi)沒有應(yīng)用過的生產(chǎn)套管大尺寸井眼井身結(jié)構(gòu)，采用液壓擴(kuò)孔器擴(kuò)眼，并形成鉆井配套技術(shù)。文中從井身結(jié)構(gòu)、鉆頭優(yōu)選及螺桿鉆具應(yīng)用、鉆井液體系優(yōu)選、固井以及鉆探效果等方面，闡述Tuz G?lü天然氣地下儲(chǔ)氣庫鉆井技術(shù)。通過實(shí)施，有效降低了鉆井事故復(fù)雜時(shí)率、縮短鉆井周期，機(jī)械鉆速得到提高，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

井身結(jié)構(gòu)；鉆井液； PDC鉆頭； 機(jī)械鉆速；螺桿鉆具

Tuz G?lü地區(qū)鹽巖礦床為一套漸新統(tǒng)至中新統(tǒng)（晚第三系）之間的化學(xué)巖礦。根據(jù)地震勘探數(shù)據(jù)，該鹽層地下產(chǎn)狀相當(dāng)復(fù)雜不規(guī)則，側(cè)翼向下傾斜極其陡峭，根據(jù)已完鉆井巖心詳細(xì)描述和地質(zhì)測井解釋，認(rèn)為該地區(qū)鹽巖品位好（不溶物含量一般7%～11%，局部可達(dá)到26%），不溶物主要為分散狀分布的硬石膏和紋理細(xì)密的黏土礦物，局部為薄的強(qiáng)褶曲式條帶狀硬石膏和黏土夾層。自上而下依次為Cihanbeyli、Kochisar、Anhydrite 、Tuz，完鉆層位是Tuz鹽巖地層。

老井測井?dāng)?shù)據(jù)和巖心分析未見具有高水溶性的蒸發(fā)礦物（例如鉀鹽，光鹵石）。由于沉積后鹽體動(dòng)力形變過程，Tuz G?lü鹽層折曲形成一個(gè)狹長的鹽脈。

通過地質(zhì)分層及巖性特征，結(jié)合已鉆井出現(xiàn)的復(fù)雜情況來看，Tuz G?lü地區(qū)鹽體中含有CO2聚集帶，還未完全被確定分布位置與規(guī)模。鹽體局部廣泛發(fā)育的微小縫隙充滿了CO2氣體，周圍幾乎所有的井都發(fā)現(xiàn)過氣體顯示（氣泡，井涌甚至井噴）和/或者受火山運(yùn)動(dòng)影響的痕跡。而且還帶來了井漏、井壁坍塌、影響鹽穴的建造等井下復(fù)雜情況的出現(xiàn)。

1　鉆井配套技術(shù)

1.1井身結(jié)構(gòu)

該地區(qū)目的層埋藏深度相對較適中，根據(jù)已鉆井經(jīng)驗(yàn)和該區(qū)地層情況，結(jié)合地層壓力預(yù)測對井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，為更好地溶腔，采用大尺寸井眼，這是在國內(nèi)沒有應(yīng)用過的井身結(jié)構(gòu)。為了避免鉆井過程中漏、噴、卡等復(fù)雜情況的發(fā)生，除工程措施外，深下表層套管，減少下部施工風(fēng)險(xiǎn)，有效地保證安全鉆井。

鉆探過程中，現(xiàn)場存在各種類型的流體和巖屑鉆井液混合物。另外，燃料、機(jī)油和制作鉆井液的藥品也儲(chǔ)存在施工現(xiàn)場。因?yàn)殂@探現(xiàn)場將來也用于鹽穴孔建腔工程，所以在鉆探、建腔和井口修理過程中，應(yīng)該合理設(shè)計(jì)布置現(xiàn)場，以避免鉆井液或者其他受污染的物質(zhì)滲入底土中。

1.2 鉆頭個(gè)性優(yōu)選及螺桿鉆具應(yīng)用

選擇合適的鉆頭是快速鉆進(jìn)、縮短鉆井周期的重要手段之一。因此需要根據(jù)不同的地層特點(diǎn)，優(yōu)選好鉆頭類型，同時(shí)通過螺桿鉆具配合PDC鉆頭的應(yīng)用，不僅可改善鉆柱受力狀況，減少鉆柱和套管的磨損和破壞等，還可提高鉆速，減少起下鉆次數(shù)，縮短鉆井周期。

針對Tuz G?lü地區(qū)地質(zhì)及地層適應(yīng)性分析，?660.4 mm井眼推廣螺桿鉆具配合PDC鉆頭，尤其針對Cihanbeyli、Kochisar地層進(jìn)行了PDC鉆頭的優(yōu)選，機(jī)械鉆速提高明顯。

為保證?444.5 mm井眼偏差不超過1°采用導(dǎo)向馬達(dá)+MWD確保井身質(zhì)量。生產(chǎn)套管鞋以下留足鹽層厚度并進(jìn)行擴(kuò)眼，采用?215.9 mm鉆頭和?444.5 mm液壓式擴(kuò)孔器擴(kuò)孔至?444.5 mm井眼。

為減少鉆井過程中井漏問題和及時(shí)發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)氣層，在滿足坍塌周期的基礎(chǔ)上，最大程度控制鉆井液密度，在該井推廣運(yùn)用了PDC+動(dòng)力鉆具+ECD一體化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了快鉆、防漏、實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)儲(chǔ)氣層。

1.3鉆井液體系及性能優(yōu)選

Tuz G?lü地區(qū)鹽巖礦床鉆井液體系，導(dǎo)管采用黏土鉆井液體系，一開采用聚合物鉆井液體系，二開采用鹽水聚合物鉆井液體系，三開采用飽合鹽水鉆井液體系。鉆井液體系和密度見表1。

在鉆井現(xiàn)場通過加入新的鉆井液補(bǔ)充鉆井液量。為了使鉆井順利進(jìn)展，要將固相含量和鉆井液塑性黏度調(diào)整到最低水平。為了穩(wěn)定鉆井，運(yùn)輸巖屑，要調(diào)節(jié)失水量，pH值和屈服點(diǎn)參數(shù)以適合對應(yīng)的地質(zhì)條件。通過加入適當(dāng)添加劑和降低失水量至最低水平的方法實(shí)現(xiàn)對地層黏土的抑制作用。

如果鉆井中有漏失時(shí)，應(yīng)向鉆井液中添加漏失延緩劑。在目的層段使用鹽水鉆井液。即使在鹽層中，也要以能夠有效運(yùn)輸巖屑的方式設(shè)置流變參數(shù)。特別注意鉆井液中的礦物質(zhì)飽和度。極度重視井溫和礦物質(zhì)飽和度，以保證巖心的收獲率，確定鹽穴中的原位壓力。

表1 鉆井液體系及密度設(shè)計(jì)

1.4固井要求

鹽穴儲(chǔ)氣庫與常規(guī)油氣井固井不同，難度大，對固井質(zhì)量要求高，特別是對水泥環(huán)的長期膠結(jié)性能要求嚴(yán)格，因此對固井施工的各個(gè)環(huán)節(jié)及水泥漿體系、提高頂替效率等提出了更高的要求。針對該地區(qū)固井的特點(diǎn)及難點(diǎn)，需從以下幾個(gè)方面入手：

（1） 適應(yīng)鹽層固井的低溫早強(qiáng)抗鹽水泥漿體系；

（2） 大尺寸套管不規(guī)則井眼條件下提高頂替效率的綜合措施；

（3）采用低溫低失水抗鹽性好的半飽和鹽水水泥漿固井，通過優(yōu)化水泥漿性能，使水泥漿達(dá)到低失水、高早強(qiáng)、穩(wěn)定性好、流變性能好；

（4）根據(jù)雙井徑曲線來確定扶正器的下入數(shù)量及下入位置，保證套管居中度80%以上；

（5）采用充分調(diào)整鉆井液性能、飽和鹽水沖洗液及低密度水泥漿、保證套管居中來提高固井時(shí)的頂替效率；

（6） 提高固井質(zhì)量的綜合配套技術(shù)。

2　鉆井效果

通過各項(xiàng)配套優(yōu)化措施的綜合應(yīng)用，采用低溫低失水抗鹽性好的半飽和鹽水泥漿固井體系提高了全井、尤其是鹽腔頂頸部的固井質(zhì)量。這些措施不僅保證了鉆井的安全、快速、高效，同時(shí)也為井筒密封性、溶腔打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.1鉆井技術(shù)指標(biāo)

Tuz G?lü天然氣地下儲(chǔ)氣庫工程于2012年底開始啟動(dòng)，通過地應(yīng)力測試、井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化及固井方案優(yōu)選，截止目前已完井5口井，正鉆井一口井。UGS-8井、UGS-7井、UGS-6井、UGS-9井已順利完井，完井技術(shù)指標(biāo)見表2。UGS-5井正在中完期，機(jī)械鉆速得到提高。

表2　完鉆井技術(shù)指標(biāo)情況

2.2鉆井液密度符合率

對完鉆井地應(yīng)力測試與實(shí)鉆密度的符合率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，平均符合率在90%以上，見表3。

表3　壓力預(yù)測與實(shí)鉆鉆井液密度符合率統(tǒng)計(jì)

2.3固井應(yīng)用情況

通過采用低溫低失水抗鹽性好的半飽和鹽水水泥漿固井體系，固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)率平均為60%，見表4。

表4　使用高溫防氣竄水泥漿體系固井優(yōu)質(zhì)率統(tǒng)計(jì)

3　結(jié)論

首次采用大尺寸井身結(jié)構(gòu)作為Tuz G?lü鹽穴儲(chǔ)氣庫井筒，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。優(yōu)選PDC及個(gè)性化鉆頭，推廣應(yīng)用螺桿鉆具+PDC復(fù)合鉆進(jìn)技術(shù)，大幅度地提高了機(jī)械鉆速。采用低溫低失水抗鹽性好的半飽和鹽水水泥漿固井，提高了全井、尤其是鹽腔頂頸部的固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)率達(dá)到60%。通過現(xiàn)場應(yīng)用，采用綜合鉆井配套技術(shù)有效地提高了鉆井速度，保證了安全鉆井。

［1］鉆井手冊（甲方）編寫組. 鉆井手冊（甲方）［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1990.

［2］李克向主編.保護(hù)油氣層鉆井完井技術(shù)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1993.

［3］中國石油勘探與生產(chǎn)分公司工程技術(shù)與監(jiān)督處.鉆井監(jiān)督［M］. 北京：石油工業(yè)出版社，2003.

（修改稿收到日期2015-01-23）

〔編輯薛改珍〕

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 G?lü 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 G?lü 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

劉在同，1962年生。1987年畢業(yè)于天津廣播電視大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)，長期從事油田鉆井工程設(shè)計(jì)和儲(chǔ)氣庫研究。電話：022-25923741。E-mail：liuzaitong@163.com。

引用格式：劉在同，王建偉.土耳其鹽穴地下儲(chǔ)氣庫大井眼鉆井技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2015，37（2）：32-34.