西藏尼瑪盆地超2000 m油氣調(diào)查井施工技術(shù)實(shí)踐

郭如倫， 王志祥

(1.西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第六地質(zhì)大隊(duì)，西藏 拉薩 851400； 2.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局四○三地質(zhì)隊(duì)，四川 峨眉山 614200)

1 概況

尼1井施工區(qū)地處西藏那曲地區(qū)尼瑪縣境內(nèi)，海拔近5000 m，氣候條件惡劣，鉆探施工周期短。該施工工程屬于倫坡拉、尼瑪措勤盆地油氣基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目，由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心組織設(shè)計(jì)，西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第六地質(zhì)大隊(duì)組織施工。

尼1井設(shè)計(jì)井深2000 m，要求全井取心，全井段錄井、測(cè)井。目的為揭示尼瑪盆地古近系地層發(fā)育情況，并與周邊露頭及倫坡拉盆地進(jìn)行對(duì)比；了解烴源巖發(fā)育情況，并揭示目的層烴源巖有效性；獲取鉆井地質(zhì)資料，并為該區(qū)地震地質(zhì)層位標(biāo)定提供依據(jù)，了解區(qū)內(nèi)的地層及儲(chǔ)蓋組合發(fā)育情況，為進(jìn)一步油氣勘探評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)資料。

2 設(shè)備配套及使用情況

考慮到尼1井位于青藏高原腹地，其海拔高，凍土層發(fā)育，且地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，鉆遇地層變化頻繁，結(jié)合以往羌塘盆地油氣鉆探施工工程的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，在綜合分析和調(diào)研考察的基礎(chǔ)上，確定選用HXY-8型鉆機(jī)進(jìn)行尼1井的鉆探施工。主要鉆探設(shè)備配置見(jiàn)表1。

HXY-8型鉆機(jī)動(dòng)力由標(biāo)準(zhǔn)134 kW改裝到192 kW，增大內(nèi)燃機(jī)功率的同時(shí)，采取了進(jìn)氣道增壓的渦輪增壓技術(shù)，提高機(jī)械效率，盡量降低動(dòng)力失效，同時(shí)配套加強(qiáng)型SG24鉆塔，完全能夠滿足施工要求，并且為終孔后成功起拔1568.70 m HQA鉆桿(做套管)發(fā)揮了決定性作用。采用油缸+卷?yè)P(yáng)機(jī)的方式強(qiáng)力頂拉鉆桿，其力量大至足以拉斷HQA蘑菇頭，但系統(tǒng)整體運(yùn)行仍然非常平穩(wěn)。由此可見(jiàn)，雖然隨著海拔增高，氧氣含量降低，進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)的充氣量將減少，造成柴油燃燒不充分，設(shè)備功率下降，但我們選用的帶有渦輪增壓的大功率內(nèi)燃機(jī)配套，在極端情況下仍然能夠很好彌補(bǔ)動(dòng)力衰減，滿足施工需求。另外，50 kW發(fā)電機(jī)組同樣采用了渦輪增壓技術(shù)，在機(jī)臺(tái)正常用電情況下能滿足施工需求。

表1 尼1井鉆探設(shè)備配置

該井主要使用了PQ、HQA和NQZL鉆桿，HQA鉆桿是在普通HQ鉆桿基礎(chǔ)上對(duì)兩端進(jìn)行鐓粗加強(qiáng)處理，NQZL鉆桿相對(duì)NQ鉆桿是對(duì)整根鉆桿進(jìn)行了加粗，同時(shí)設(shè)置負(fù)角螺紋，大大增加了強(qiáng)度，實(shí)際表現(xiàn)良好。在尼1井施工中，整個(gè)鉆桿配套通過(guò)了高扭矩和強(qiáng)力起拔的嚴(yán)峻考驗(yàn)，僅出現(xiàn)過(guò)1次NQZL鉆桿脫扣事故?，F(xiàn)階段已有國(guó)產(chǎn)SQ繩索取心鉆桿問(wèn)世，若引進(jìn)多規(guī)格的繩索取心鉆具，則能在很大程度上降低鉆探風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，我們將大口徑的繩索取心鉆桿當(dāng)作套管使用，強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同級(jí)配的套管，在某些擴(kuò)徑嚴(yán)重井段避免了出現(xiàn)斷套管的風(fēng)險(xiǎn)。

海拔5000 m施工區(qū)，高強(qiáng)度的體力勞動(dòng)受限很大。項(xiàng)目2016年5月進(jìn)場(chǎng)，采用挖機(jī)修路，凍土還沒(méi)有完全解凍，雨季也未來(lái)臨，設(shè)備能夠比較順利地進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)。SG24型鉆塔因太重，全靠人力基本無(wú)法完成安裝，為此租賃了吊車協(xié)助。中期施工進(jìn)入雨季時(shí)，大范圍翻漿路面出現(xiàn)，陷車頻繁，因此盡量較少使用重車的頻率，提前備足材料物資。本項(xiàng)目主要靠2臺(tái)皮卡車解決后勤保障問(wèn)題，并相互救援。11月施工結(jié)束，地表已經(jīng)結(jié)凍，大型設(shè)備撤場(chǎng)也變得相對(duì)容易很多。所以，在高海拔地區(qū)施工需要充分利用好氣候的變化，揚(yáng)長(zhǎng)避短才能更好地確保項(xiàng)目的順利完成。

3 井身結(jié)構(gòu)及地層情況

尼1井井身結(jié)構(gòu)根據(jù)鉆遇地層實(shí)際情況做了局部調(diào)整，整體上與設(shè)計(jì)較為吻合，為順利施工奠定了基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)及實(shí)際井身結(jié)構(gòu)見(jiàn)表2所示。

表2 尼1井井身結(jié)構(gòu)

尼1井除0～74 m為表土層外，整井主要鉆遇地層礫巖、砂巖、泥巖，交替出現(xiàn)。其中在鉆至396.22 m處出現(xiàn)全井漏失，常規(guī)堵漏無(wú)效，頂漏鉆進(jìn)；井深1150～1560 m地層極不穩(wěn)定，持續(xù)出現(xiàn)構(gòu)造破碎帶，夾斷層泥，井內(nèi)縮徑嚴(yán)重，反復(fù)出現(xiàn)憋泵、卡鉆等情況。

尼1井鉆井情況分段描述見(jiàn)圖1。

4 取心工藝及沖洗液護(hù)壁

尼1井的一開(kāi)、二開(kāi)采用單管硬質(zhì)合金/復(fù)合片鉆進(jìn)取心，三開(kāi)、四開(kāi)、五開(kāi)采用Q系列金剛石繩索取心鉆進(jìn)工藝，配套PQ、HQA、NQZL繩索鉆桿。鉆進(jìn)施工時(shí)選擇合理的鉆進(jìn)參數(shù)和操作技術(shù)，特別嚴(yán)格控制鉆壓，為最大限度保證巖心采取率和井身防斜提供了保障，結(jié)果也完全滿足地質(zhì)設(shè)計(jì)要求。沖洗液及護(hù)壁選擇優(yōu)先次序?yàn)椋簾o(wú)固相沖洗液—低固相沖洗液—膠凝泥漿或水泥固井—下套管護(hù)孔，簡(jiǎn)單地層優(yōu)先采用簡(jiǎn)單配方，特別注意泥漿固相含量的控制，力求方便現(xiàn)場(chǎng)泥漿維護(hù)，同時(shí)也能節(jié)約成本開(kāi)支。

圖1 尼1井鉆井情況分段描述

表土層、凍土層采用：清水+5%～10%SH植物膠+100～150 ppm PHP+1‰～3‰NaOH。主要參數(shù)為：密度1.02～1.04 g/cm3；粘度26～28 s。

基巖完整地層采用：清水+100～150 ppm PHP+2%～4%SH植物膠+2%～5%高效潤(rùn)滑劑。主要參數(shù)為：密度1.03～1.05 g/cm3，漏斗粘度24～26 s。

膨脹縮徑、破碎垮塌地層采用：清水+4%～6%鈉土+1%CMC+5%～10%SH植物膠+2%～5%K3防塌劑+5‰火堿+2%～5%廣譜護(hù)壁劑+1%腐植酸鉀+液態(tài)T型潤(rùn)滑防卡劑。主要參數(shù)為：密度1.04～1.07 g/cm3，漏斗粘度26～32 s。

在實(shí)際鉆井過(guò)程中，以上3種泥漿都起到了較好的作用，達(dá)到了預(yù)期效果。當(dāng)施工中巖心出現(xiàn)較大井段破碎或者夾有大量遇水軟化泥巖時(shí)，往往伴隨井內(nèi)負(fù)荷加大和鉆桿不易下放到位等現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)立即停鉆，以防止井內(nèi)地層情況繼續(xù)惡化。同時(shí)清理泥漿池，撈除沉淀巖粉，調(diào)整泥漿配方，重新配漿或在原漿基礎(chǔ)上新加入材料重新攪拌，改良泥漿性能，由技術(shù)人員測(cè)量并作具體指導(dǎo)。然后利用足夠的時(shí)間沖孔循環(huán)，使井內(nèi)井外泥漿性能達(dá)到一致后，再恢復(fù)鉆進(jìn)，以適應(yīng)掉塊、垮塌、縮徑等復(fù)雜地層。

5 復(fù)雜地層鉆探施工實(shí)踐

5.1 漏失地層的施工實(shí)踐

PQ鉆進(jìn)至396.22 m處首次出現(xiàn)漏失，在泥漿中加入適量的801/803堵漏劑隨鉆堵漏，以及采用803堵漏劑+粘土粉+重晶石粉+廣譜護(hù)壁劑泥球擂孔等方法反復(fù)堵漏，效果不理想。后放棄堵漏，直接采用頂漏鉆進(jìn)到561.39 m，發(fā)現(xiàn)?146 mm套管脫扣成3節(jié)，出現(xiàn)間歇性井內(nèi)負(fù)荷突然增大，已嚴(yán)重影響鉆進(jìn)施工安全，同時(shí)考慮到現(xiàn)階段地層已足夠完整，于是下套管隔離漏失帶及脫扣套管并換徑。

5.2 膨脹縮徑、破碎垮塌地層的施工實(shí)踐

根據(jù)1430.00～1560.00 m井段巖心分析，該地層有破碎及遇水膨脹縮徑特征，導(dǎo)致該井段施工異常艱難，反復(fù)掃孔。在盡力調(diào)節(jié)泥漿性能并多次反復(fù)沖孔、掃孔并無(wú)明顯效果后，采用無(wú)泵+復(fù)合片鉆頭干抓的方法，通過(guò)多次努力，最終穿過(guò)該復(fù)雜井段，后繼續(xù)鉆進(jìn)至1568.70 m處下套管隔離復(fù)雜井段。

仔細(xì)觀察該井段巖心會(huì)發(fā)現(xiàn)存在很多微裂隙，當(dāng)取該段柱狀巖心用泥漿或清水做浸泡實(shí)驗(yàn)時(shí)，短時(shí)間內(nèi)就會(huì)坍塌成松散狀，此現(xiàn)象在清水中的速度比在泥漿更快。因此，該類地層在鉆進(jìn)成井后泥漿浸泡，以及近1500 m上覆巖層巨大壓力的雙重作用下，更易造成巖層脫落，鉆井縮徑垮塌。在該段地層施工時(shí)，不斷降低泥漿失水率、加大泥漿密度以及調(diào)制鈣處理粗分散泥漿應(yīng)對(duì)都沒(méi)有完全克服該現(xiàn)象，可見(jiàn)地層應(yīng)力釋放的迫切性。部分縮徑垮塌井段巖心照片見(jiàn)圖2。

圖2 部分縮徑垮塌井段巖心照片

同時(shí)，測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)可以看出，鉆井的主要施工口徑HQ，其鉆頭外徑96 mm，而測(cè)井顯示最大井徑為337.10 mm，最小井徑為93.30 mm，平均井徑為102.62 mm，井眼擴(kuò)大率為6.90%，由此可見(jiàn)，此類沉積巖地層在鉆井施工時(shí)孔壁的極不穩(wěn)定性。

6 鉆井技術(shù)指標(biāo)及質(zhì)量評(píng)述

尼1井于2016年6月20日開(kāi)鉆，10月23日施工結(jié)束，歷時(shí)126 d,臺(tái)效476 m。其中處理1430.00～1560.00 m復(fù)雜井段花費(fèi)了25 d，效率因此降低。

尼1井設(shè)計(jì)井深2000 m，實(shí)際施工2001.10 m，采取巖心總長(zhǎng)1929.18 m，巖心平均取心率96.41%，符合設(shè)計(jì)85%要求。井身孔斜在終孔位置達(dá)到最大，其頂角3.2°，方位角為290°，頂角平均變化率為0.16°/100 m，遠(yuǎn)優(yōu)于設(shè)計(jì)要求的2°/100 m。同時(shí)簡(jiǎn)易水文觀測(cè)、原始班報(bào)表記錄詳細(xì)準(zhǔn)確；井深校正和封孔符合要求。最終該井綜合評(píng)價(jià)為優(yōu)秀。

7 結(jié)語(yǔ)

(1)尼1井工程施工完成了設(shè)計(jì)的各項(xiàng)目的任務(wù)，且各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)優(yōu)良。此井已成為迄今為止西藏自治區(qū)小口徑地質(zhì)巖心鉆探的最深記錄，為該地區(qū)實(shí)施類似油氣勘探施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

(2)通常情況下一開(kāi)、二開(kāi)套管的主要作用是隔離井口及表層軟土層，應(yīng)盡量置于堅(jiān)硬完整地層上，但尼瑪盆地沉積巖強(qiáng)度低，在后期鉆桿不斷擾動(dòng)，上部覆土軟層包裹造成套管腳不斷懸空的共同作用下，可能會(huì)導(dǎo)致套管脫扣，給施工帶來(lái)很大困難。故建議采用石油鉆井中常用的水泥固井，以解決表層套管不穩(wěn)的情況。

(3)盡量配齊NQ、HQ、PQ、SQ等口徑的繩索取心鉆具，充分利用繩索取心工藝的高效性，同時(shí)可最大限度地降低單徑平均進(jìn)尺，能預(yù)留足夠的風(fēng)險(xiǎn)控制口徑，在井內(nèi)異常時(shí)可果斷下套管，節(jié)約寶貴的處理時(shí)間，對(duì)單年內(nèi)冰凍期來(lái)臨前施工超2000 m取心鉆井的成功率將進(jìn)一步提高。

(4)對(duì)于鉆井深部地段的膨脹縮徑、破碎垮塌地層的施工，應(yīng)仔細(xì)分析觀察巖心節(jié)理裂隙發(fā)育及結(jié)構(gòu)特征，必要時(shí)進(jìn)行浸泡實(shí)驗(yàn)，反復(fù)調(diào)節(jié)泥漿性能，從而提高施工效率。

(5)西藏地理?xiàng)l件特殊，氣候惡劣，同時(shí)環(huán)保、林業(yè)等手續(xù)復(fù)雜，盡可能地將準(zhǔn)備工作提前完成，做到早日進(jìn)場(chǎng)，為施工預(yù)留足夠的時(shí)間也是切實(shí)而重要的。

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