柴達(dá)木盆地井身結(jié)構(gòu)多向融合設(shè)計(jì)對(duì)策探討

汪光太，李令東，張曉輝，張小寧，鄭曉峰

中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院 勘探與生產(chǎn)工程監(jiān)督中心（北京 100083）

井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是鉆井工程設(shè)計(jì)的先行環(huán)節(jié)和基礎(chǔ)，通常以地質(zhì)設(shè)計(jì)為依據(jù)，按有利于取全、取準(zhǔn)地質(zhì)和工程資料，保證鉆井工程質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)和保護(hù)油氣層，滿足長(zhǎng)期開采需要為基本原則。隨著柴達(dá)木盆地勘探向縱深發(fā)展，復(fù)雜深井增多，面臨著地質(zhì)目標(biāo)易變、事故復(fù)雜易發(fā)等多項(xiàng)挑戰(zhàn)。只有創(chuàng)新井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路和方法，將井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及的方方面面與可行的鉆井配套技術(shù)工藝構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)，采用井身結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)管理、鉆井配套技術(shù)工藝融合的設(shè)計(jì)方法，才能應(yīng)對(duì)和削減復(fù)雜地層鉆進(jìn)中所遇到的地質(zhì)和鉆井風(fēng)險(xiǎn)，確保安全、優(yōu)質(zhì)、高效鉆進(jìn)。

1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變化歷程和融合設(shè)計(jì)新方法

井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)隨著勘探深度的增加、井控理論和相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展變化，總體可分為3個(gè)主要發(fā)展階段［1］。

1）20世紀(jì)70年代以前，屬于經(jīng)驗(yàn)積累和從無序到有序初步規(guī)范化發(fā)展階段。因主要面向埋藏深度較淺的常規(guī)油氣藏，遇到的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)較少，工程復(fù)雜依靠鉆井生產(chǎn)實(shí)踐中積累的經(jīng)驗(yàn)即可解決，此階段確定了三段式井身結(jié)構(gòu)的基本形式；形成了適應(yīng)工業(yè)化大生產(chǎn)需要的鉆頭和套管API尺寸標(biāo)準(zhǔn)及其初步配套規(guī)范。

2）20世紀(jì)70年代至90年代初，是理論發(fā)展階段。為解決溢流、鉆具粘卡等工程問題，隨著地層壓力預(yù)測(cè)技術(shù)取得進(jìn)展，形成了以雙壓力剖面(地層孔隙壓力剖面、地層破裂壓力剖面)為根據(jù)，以防止套管鞋處地層壓裂、適當(dāng)?shù)膲毫ο禂?shù)為約束條件，考慮各層套管的必封點(diǎn)深度的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序化方法。此階段以制定《井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法》(SY 5431—1992)標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)志性事件，進(jìn)一步完善了套管尺寸與鉆頭尺寸配套規(guī)范。

3）20世紀(jì)90年代初起至今，井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)逐漸向系統(tǒng)工程的方向發(fā)展，形成了自下而上、自上而下以及二者相結(jié)合的設(shè)計(jì)手段［2］。

隨著勘探開發(fā)向縱深發(fā)展，面臨著井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的難度、風(fēng)險(xiǎn)和矛盾，單純的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法難以應(yīng)對(duì)，解決所有地質(zhì)復(fù)雜和低風(fēng)險(xiǎn)鉆井工程問題，井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法應(yīng)朝融合設(shè)計(jì)的方向發(fā)展。井身結(jié)構(gòu)融合設(shè)計(jì)基本思路是根據(jù)井眼壓力平衡關(guān)系、工程約束條件，采用風(fēng)險(xiǎn)決策技術(shù)和配套鉆井技術(shù)，按地質(zhì)與工程一體化、當(dāng)期勘探與遠(yuǎn)期勘探一體化，將井身結(jié)構(gòu)融合設(shè)計(jì)貫穿于鉆前設(shè)計(jì)、鉆進(jìn)施工設(shè)計(jì)、鉆后完井和開采整個(gè)全壽命使用周期中，達(dá)到技術(shù)管理與配套設(shè)計(jì)的多向融合。

2 柴達(dá)木盆地復(fù)雜地質(zhì)特點(diǎn)

柴達(dá)木盆地鉆井難點(diǎn)和工程風(fēng)險(xiǎn)都與復(fù)雜的地質(zhì)特點(diǎn)相關(guān)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1 高陡

由于多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，地層受到擠壓、拉張作用，而形成壓扭、撓曲，使地層傾角大，增加防斜打快的鉆井難度。

2.2 高溫

柴達(dá)木盆地地溫梯度平均為(28.6±4.6)℃/km，地溫梯度分布具有西部高，中、東部低的特點(diǎn)。2020年完鉆的堿探1井［3］，完井深度6 343 m，地層溫度達(dá)235℃，平均地溫梯度高達(dá)37.0℃/km。

2.3 高壓

膏鹽巖較多的地方容易出現(xiàn)異常高壓，柴西地區(qū)膏鹽巖較為發(fā)育,柴西異常高壓主要集中在下干柴溝組(E3)，根據(jù)張津?qū)帲?］等研究表明，獅子溝地區(qū)的膏鹽巖層明顯控制著地層壓力分布。膏鹽巖與異常高壓的分布在縱向上和橫向上都具有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系?？v向上異常高壓主要分布在鹽間和鹽下層，鹽上為常壓；橫向上異常高壓強(qiáng)度隨著膏鹽巖發(fā)育厚度的變薄而遞減，說明該區(qū)膏鹽巖對(duì)地層壓力具有重要的影響和控制作用。

2.4 高礦化度

盆地中存在高壓鹽水層，因地溫高，普遍礦化度高，如柴西深部地層高達(dá)300 g/L以上［5］（圖1）。一旦發(fā)生高壓鹽水溢流，一方面破壞鉆井液性能，另一方面上返過程中形成大量鹽結(jié)晶，易造成憋泵、鹽卡等事故。

圖1 柴西地層水礦化度分布特征

2.5 高含硫

英中地區(qū)深部地層高溫、高壓，還存在高含硫，多口井鉆遇H2S。獅58井鉆至井深5 451.18 m，處理溢流時(shí)見H2S氣體，其含量達(dá)17 388 mg/m3，獅新58井測(cè)試時(shí)H2S含量達(dá)20 000 mg/m3，獅58-1井在控壓鉆進(jìn)過程中最高H2S顯示濃度有100 mg/m3。

2.6 油層油組多

盆地從淺至深烴源巖多，使縱向上油氣藏分布層位多,不同的地區(qū)分布層位不盡相同。柴西南區(qū)尕斯凹陷主要分布于中深層E31和E32～N11,中部地區(qū)(包括阿南地區(qū))主要分布于E32～N11和中淺層的N1～N2，北緣地區(qū)油氣藏分布層位最多,跨度最大。

氣藏成藏模式有上生下儲(chǔ)式、下生上儲(chǔ)式、自生自儲(chǔ)式，油層又發(fā)育多套油組，油層油組壓力系數(shù)還存在差異性，儲(chǔ)層專打存在難度。

2.7 井漏多

因多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，地層受到擠壓、斷裂、走滑作用，形成斷層多、構(gòu)造應(yīng)力活躍、裂縫發(fā)育，使得縱向上地層漏失點(diǎn)多，具體漏失點(diǎn)深度難以預(yù)測(cè)和確定，密度窗口窄，漏后轉(zhuǎn)溢、溢漏同存時(shí)有發(fā)生，安全鉆井難度大。井漏、溢漏同存、地層承壓改造仍是制約鉆井提速的主要因素。

2.8 構(gòu)造應(yīng)力大

正是由于盆地受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，使構(gòu)造應(yīng)力活躍而長(zhǎng)期存在，構(gòu)造應(yīng)力又與地層破裂壓力剖面相關(guān)，從而影響井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，特別是在窄密度窗口拐點(diǎn)處。

2.9 地層厚深存在誤差

由于缺乏深層鉆井地質(zhì)資料，形成的井深轉(zhuǎn)換速度場(chǎng)精度不高，地層厚度與深度預(yù)測(cè)存在一定誤差，增加地質(zhì)和鉆探風(fēng)險(xiǎn)對(duì)井身結(jié)構(gòu)的影響。

3 柴達(dá)木盆地井身結(jié)構(gòu)融合設(shè)計(jì)對(duì)策

3.1 完善基礎(chǔ)資料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)井建設(shè)

針對(duì)不同區(qū)塊應(yīng)預(yù)先制定井身結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，把好技術(shù)與管理融合關(guān)，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)井建設(shè)，以確保雙壓力剖面數(shù)據(jù)的齊全和精準(zhǔn)。

對(duì)井號(hào)的命名，要遵從相關(guān)的井號(hào)命名標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，利于充分挖掘已鉆鄰井井身結(jié)構(gòu)、地層孔隙壓力、地層破裂壓力、井漏、溢流等數(shù)據(jù)參數(shù)潛力。

布井方案遵從滾動(dòng)勘探開發(fā)規(guī)律，區(qū)域探井(參數(shù)井)、預(yù)探井、評(píng)價(jià)井、開發(fā)井的井身結(jié)構(gòu)要體現(xiàn)優(yōu)化、優(yōu)化基礎(chǔ)上再簡(jiǎn)化的變化特征，鉆井施工宜按井別順序、目標(biāo)井深從深至淺的井深順序先后錯(cuò)開施工作業(yè)，確保先期完成的井取全取準(zhǔn)各項(xiàng)地質(zhì)和測(cè)井資料，為后續(xù)井減少地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)、鉆井事故復(fù)雜風(fēng)險(xiǎn)，提供井身結(jié)構(gòu)借鑒和進(jìn)一步優(yōu)化、簡(jiǎn)化依據(jù)。

這樣有助于按井別進(jìn)行井身結(jié)構(gòu)融合設(shè)計(jì)和優(yōu)化，使探井井身結(jié)構(gòu)按技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行備用層設(shè)計(jì)，避免將探井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成開發(fā)井井身結(jié)構(gòu)，而評(píng)價(jià)井設(shè)計(jì)得比探井復(fù)雜。

3.2 提高技術(shù)套管下深比

提高技術(shù)套管下深比，有助于減小鉆井液密度的大幅波動(dòng)，穩(wěn)定終完井段地層承壓能力，減小油層套管下入難度，提高油層套管固井質(zhì)量合格率，同時(shí)能減少油層段浸泡時(shí)間，有利于保護(hù)油氣層。

通過與其他油田的對(duì)比，也可看出提升潛力。英中區(qū)塊的技術(shù)套管設(shè)計(jì)下深比、實(shí)際下深比、實(shí)際/設(shè)計(jì)下深比平均只有0.89、0.89、0.86，平均實(shí)際/設(shè)計(jì)下深比低于設(shè)計(jì)下深比，說明有些井技術(shù)套管未下到設(shè)計(jì)位。而塔里木某區(qū)塊其技術(shù)套管設(shè)計(jì)下深比、實(shí)際下深比、實(shí)際/設(shè)計(jì)下深比平均達(dá)0.96、0.97、0.97。

3.3 井身結(jié)構(gòu)地質(zhì)工程一體化融合設(shè)計(jì)

井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要了解烴源巖、儲(chǔ)層和深部地層情況，需進(jìn)行地質(zhì)和鉆井綜合考慮，除滿足當(dāng)期鉆井需要外，還要考慮隨地震數(shù)據(jù)的完備和解釋技術(shù)進(jìn)步，在有利構(gòu)造甜點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)期加深勘探的可能性，設(shè)計(jì)相應(yīng)的備用套管層次，達(dá)到一井兩用，有助于降低綜合勘探成本，這是地質(zhì)工程一體化融合設(shè)計(jì)的重要方面。

柴達(dá)木盆地基巖油氣藏勘探潛力巨大。當(dāng)在基巖有利區(qū)帶勘探時(shí)，如完鉆目的層是上部地層，就需考慮遠(yuǎn)期勘探的可能性。柴達(dá)木盆地目前已發(fā)現(xiàn)的基巖油氣藏油氣主要來自第三系和侏羅系兩大主力烴源巖。其中，第三系烴源巖供給柴西地區(qū)的基巖圈閉，以油為主;侏羅系烴源巖則供給阿爾金山前-柴北緣地區(qū)的基巖圈閉，以氣為主［6］。

昆2井就是地質(zhì)工程一體化融合設(shè)計(jì)的典范。其位于昆特依構(gòu)造，設(shè)計(jì)成典型的常規(guī)4備1井身結(jié)構(gòu)，而十多年后對(duì)昆2井加深鉆探［7］，實(shí)現(xiàn)侏羅系凹陷區(qū)基巖氣藏勘探突破。昆2井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與昆2遠(yuǎn)期加深井引發(fā)的設(shè)計(jì)啟示：

1）常規(guī)4備1井身結(jié)構(gòu)利于應(yīng)對(duì)鉆井復(fù)雜風(fēng)險(xiǎn)和地質(zhì)當(dāng)期加深風(fēng)險(xiǎn)。

2）路樂河組(E1+2)下部存在烴源巖，常規(guī)4備1井身結(jié)構(gòu)為遠(yuǎn)期基巖油氣藏勘探創(chuàng)造了條件。

3）昆2井常規(guī)4備1井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)客觀上體現(xiàn)了地質(zhì)工程一體化融合，實(shí)現(xiàn)了老井全壽命周期應(yīng)用，大幅節(jié)約勘探成本。

柴西地區(qū)N1-E1+2地層均具備生油能力。當(dāng)設(shè)計(jì)目標(biāo)為下干柴溝組上段E32▽，預(yù)測(cè)下部有勘探潛力時(shí)，就宜考慮當(dāng)期或遠(yuǎn)期加深勘探的可能性，而進(jìn)行井身結(jié)構(gòu)地質(zhì)工程一體化融合設(shè)計(jì)。如對(duì)獅58井采用地質(zhì)工程一體化融合設(shè)計(jì)思路，其最終格局就不一樣［8-9］。

3.4 分組完井—高低壓油組分開完井

盆地油層油組多，如在英中地區(qū)下干柴溝組上段（E32）通常含有多套油組，同時(shí)又含較厚鹽膏層,此區(qū)塊鹽上、鹽間、鹽下表現(xiàn)出不同的地層壓力系數(shù)，封鹽頂、封鹽底很關(guān)鍵，否則易造成高低壓同存；對(duì)英中這種含較厚鹽膏層的區(qū)塊，復(fù)雜深井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本策略應(yīng)是：二開封至鹽頂，三開封過鹽底，進(jìn)入高壓層，盡量下深，四開避開鹽膏層有助于順利下入油層套管，四開專門對(duì)付高壓層，備用一層低壓層。

W11-1井原井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本來是四開井，但三開未能盡量下深封過鹽底而進(jìn)入高壓層，使四開采用精細(xì)控壓鉆井時(shí)因溢漏同存未能鉆至設(shè)計(jì)井深6 000 m，在鉆至5 788.83 m后提前下套管中完，致使五開采用101.6 mm小井眼只鉆進(jìn)36.17 m，無法鉆至設(shè)計(jì)井深，五開鉆進(jìn)所用鉆井液密度明顯低于四開段所用鉆井液密度。

所以當(dāng)鹽膏層與目的層有交叉重合時(shí)，因多套的油層油組壓力系數(shù)存在差異性，即鹽間油組與鹽下油組壓力系數(shù)不一致，鹽下油組壓力系數(shù)也有差別，使儲(chǔ)層專打因溢漏同存而難度增加，甚至不適于儲(chǔ)層專打，高低壓油組宜分開中（終）完井。

3.5 高壓鹽水層全程配套對(duì)策

柴達(dá)木盆地在復(fù)雜深井鉆井過程中因高壓鹽水層而不能實(shí)現(xiàn)井身結(jié)構(gòu)目標(biāo)的情形時(shí)有發(fā)生，對(duì)高壓鹽水層應(yīng)有鉆前、鉆中、鉆后全程配套技術(shù)對(duì)策，才能順利鉆至井身結(jié)構(gòu)所設(shè)計(jì)的深度和發(fā)揮全壽命周期作用。

1）鉆前需優(yōu)選抗鹽抗污能力強(qiáng)的鉆井液體系和優(yōu)化密度設(shè)計(jì)。關(guān)鍵是精準(zhǔn)預(yù)測(cè)高壓鹽水地層及其孔隙壓力，按壓穩(wěn)原理設(shè)計(jì)，確保設(shè)計(jì)鉆井液密度不低于高壓鹽水層孔隙壓力+高限附加系數(shù)。

2）當(dāng)預(yù)計(jì)鉆遇高壓鹽水層時(shí)，上層套管鞋處的漏失壓力非常重要，漏失壓力比漏失層必封點(diǎn)更關(guān)鍵，當(dāng)上層套管鞋處的破裂壓力系數(shù)與預(yù)計(jì)高壓鹽水層壓力系數(shù)相差較小形成窄密度窗口時(shí)，宜設(shè)計(jì)配套采用精細(xì)控壓鉆井技術(shù)，并調(diào)整套管下深和層次。如某W1井設(shè)計(jì)鉆井液密度與上層套管鞋附近地層破裂壓力形成窄密度窗口，當(dāng)發(fā)生高壓鹽水溢流后，難以靠提高地層承壓能力而壓穩(wěn)高壓鹽水使井不漏，最終導(dǎo)致事故完井。

3）當(dāng)鉆遇鹽膏層應(yīng)有效防止鹽膏層的蠕變及高壓鹽水溢流等復(fù)雜發(fā)生，鉆井液密度宜就高不就低，不宜采取逐漸提高密度鉆進(jìn)模式，可采取“高進(jìn)低出”對(duì)策［10］。

4）控壓放水：井口施加合適回壓，對(duì)高壓鹽水透鏡體控壓放水降壓，可適當(dāng)降低高壓鹽水層壓力，但在柴達(dá)木盆地鹽水層連通性好，控壓放水耗時(shí)長(zhǎng)，因高礦化度易形成鹽結(jié)晶，造成起下鉆阻卡，需長(zhǎng)段劃眼和引起其他復(fù)雜，如獅1-3H1等井，宜避免采用控壓放水泄壓。

5）敞口放水：井口不施加回壓，不適合應(yīng)對(duì)連通性高壓鹽水層，地面環(huán)保壓力大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，壓力降低緩慢。敞口放水會(huì)充分釋放構(gòu)造應(yīng)力和地層彈性能，加上小井眼竄流，使后期壓井難度大，鹽卡、井塌風(fēng)險(xiǎn)高，易造成事故完井，如獅41H6-2-414井，應(yīng)禁止采用敞口放水泄壓。

6）對(duì)鉆后生產(chǎn)優(yōu)化完井，宜采用套管完井。最好不要進(jìn)行裸眼試采，這樣可避免因強(qiáng)烈吞吐而污染儲(chǔ)層和因鹽卡等風(fēng)險(xiǎn)造成事故性裸眼完井。套管完井產(chǎn)量遞減沒有裸眼完井那樣快，發(fā)生鹽堵、鹽卡頻次較低，作業(yè)周期長(zhǎng)，總采出量相對(duì)較高。

3.6 井身結(jié)構(gòu)配套精細(xì)控壓鉆井融合設(shè)計(jì)

精細(xì)控壓鉆井可在不調(diào)密度情況下快速應(yīng)對(duì)井下復(fù)雜情況的變化，解決常規(guī)鉆井不可鉆的井、常規(guī)鉆井存在技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的井、鉆井效益低的難題。當(dāng)遇到以下情況，井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)宜考慮配套精細(xì)控壓鉆井。

1）存在窄密度窗口和溢漏同存問題。精細(xì)控壓鉆井可降低鉆井液密度，使循環(huán)時(shí)的井底壓力低于漏失壓力，實(shí)現(xiàn)在密度窗口較小的地層中受控鉆進(jìn)。

2）存在高壓鹽水層和鹽卡風(fēng)險(xiǎn)。精細(xì)控壓鉆井可使井底壓差波動(dòng)幅度非常小，確保壓穩(wěn)高壓鹽水層。

3）需減小鉆井液密度波動(dòng)，提高行程鉆速。精細(xì)控壓鉆井可在不調(diào)密度情況下，快速應(yīng)對(duì)井下情況的變化，可控制溢流和減小溢流量、避免井漏或減小井漏，減少了處理溢流、井漏復(fù)雜處理時(shí)間，提高了行程鉆速。如英中區(qū)塊鹽膏層段壓力波動(dòng)大，宜配套精細(xì)控壓鉆井。

4）地層孔隙壓力和破裂壓力預(yù)測(cè)不準(zhǔn)，需減輕對(duì)產(chǎn)層傷害。精細(xì)控壓鉆井實(shí)施平衡或近平衡控壓鉆進(jìn)，避免和減小鉆井液漏失，減輕了鉆井液對(duì)產(chǎn)層的傷害。

5）需提高油層套管固井質(zhì)量。采用精細(xì)控壓壓力平衡法固井，實(shí)現(xiàn)窄安全密度窗口地層的固井施工全過程井筒壓力平穩(wěn)，避免了小間隙尾管常規(guī)固井保頂替效率時(shí)的井漏問題，提高了小間隙固井質(zhì)量。

6）需保護(hù)和發(fā)現(xiàn)油氣層，提高油氣井產(chǎn)量。

7）需延長(zhǎng)裸眼段長(zhǎng)度和套管下深。精細(xì)控壓鉆井可減少循環(huán)壓力對(duì)井底壓力的不利影響，相對(duì)延長(zhǎng)裸眼段鉆進(jìn)長(zhǎng)度。

在選用精細(xì)控壓鉆井后，還需注重精細(xì)控壓鉆井與控壓模式參數(shù)優(yōu)化、壓井工藝融合配套。

3.7 承壓改造的局限性和技術(shù)配套的完善

鉆井過程中發(fā)生漏失時(shí)，還會(huì)寄望于利用裂縫穩(wěn)定機(jī)理，封堵微裂縫來提高地層承壓能力。承壓堵漏就是封堵微裂縫，避免裂縫重張和延伸，確保裂縫穩(wěn)定，通過承壓堵漏來承壓改造地層，存在其局限性。當(dāng)液柱壓力超過地層破裂壓力時(shí)，實(shí)際上裂縫是難以穩(wěn)定的。

井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)離不開地層破裂壓力剖面，值得注意的是，當(dāng)?shù)刭|(zhì)設(shè)計(jì)所提供的是上覆地層壓力系數(shù)時(shí)，就需對(duì)地層破裂壓力系數(shù)進(jìn)行估算，而地層破裂壓力系數(shù)與地層孔隙壓力系數(shù)、上覆地層壓力系數(shù)相關(guān)。

式中：Pf為地層破裂壓力系數(shù)；Pp為地層孔隙壓力系數(shù)；Po為上覆地層壓力系數(shù)；μ為地層泊松比；ξ為構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)；K為側(cè)壓力系數(shù)。

通常，K＜1，故Pf＜Po，即地層破裂壓力系數(shù)小于上覆地層壓力系數(shù)。上覆地層壓力系數(shù)可以作為地層破裂壓力系數(shù)的參考，有文獻(xiàn)介紹K可取經(jīng)驗(yàn)值0.5［11］，但地層破裂壓力系數(shù)計(jì)算值偏低，這是未考慮構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)的結(jié)果。

柴達(dá)木盆地受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，構(gòu)造應(yīng)力長(zhǎng)期存在，地層破裂壓力系數(shù)計(jì)算時(shí)不可忽略構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)的影響。通過類似油田實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)分析，側(cè)壓力系數(shù)K取經(jīng)驗(yàn)值0.71較合理。

例如：某W1井設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)二開套管下深2 900 m，根據(jù)鄰井壓力剖面預(yù)測(cè)計(jì)算，2 900 m處上覆地層壓力系數(shù)2.3，地層孔隙壓力系數(shù)1.9，按上式計(jì)算，2 900 m處，破裂壓力系數(shù)為：

三開段存在2.07～2.18的窄密度窗口，三開段如遇溢流或高壓鹽水層，進(jìn)行溢流壓井或承壓堵漏時(shí)，欲提高地層承壓能力會(huì)受到局限性，該井未針對(duì)既定井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)配套方案來應(yīng)對(duì)窄密度窗口和高壓鹽水層等溢漏同存風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)鉆結(jié)果也表明,當(dāng)采用2.18 g/cm3以上的壓井液壓井或鉆井液鉆井時(shí)，不可能壓穩(wěn)，會(huì)壓漏地層，形成壓井→井漏→漏轉(zhuǎn)溢→壓井的惡性循環(huán)，且易造成卡鉆；該井三開鉆進(jìn)多次發(fā)生溢流、井漏、卡鉆、側(cè)鉆，在地層承壓能力受限情況下多次實(shí)施承壓堵漏改造也未能見效。

地層承壓能力受限而形成窄密度窗口時(shí)，往往存在井漏、溢漏同存的風(fēng)險(xiǎn)，除宜配套精細(xì)控壓鉆井、隨鉆堵漏、密度可視化隨鉆跟蹤等技術(shù)措施外，還需不定點(diǎn)監(jiān)測(cè)地層承壓能力，即每鉆進(jìn)一定進(jìn)尺監(jiān)測(cè)一次地層承壓能力。

3.8 合理提密控制氣侵—中途求產(chǎn)測(cè)試后壓力系數(shù)降低的啟示

在W11-1等井進(jìn)行中途測(cè)試后，產(chǎn)液量不高，均出現(xiàn)所用鉆井液密度降低情況，測(cè)試前密度的提升與全烴顯示相關(guān)，說明因氣侵過大而提高了鉆井液密度。應(yīng)綜合考慮防氣侵措施，合理提升鉆井液密度，使三開套管下得更深,減少密度波動(dòng)，防止發(fā)生井漏，避免誤判。

4 結(jié)論與建議

融合設(shè)計(jì)是將井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)統(tǒng)一進(jìn)行考慮，是一種解決復(fù)雜地質(zhì)和工程問題的全面優(yōu)化的系統(tǒng)方法，充分考慮配套技術(shù)措施和管理對(duì)井身結(jié)構(gòu)的影響；這種融合具有多向性，涉及時(shí)空、地質(zhì)、工程、技術(shù)、監(jiān)督和管理多個(gè)方面，是貫穿鉆前設(shè)計(jì)、鉆進(jìn)施工設(shè)計(jì)、鉆后完井和開采及二次開發(fā)整個(gè)全壽命使用周期中的時(shí)空融合。通過分析柴達(dá)木盆地?zé)N源和儲(chǔ)層地質(zhì)特點(diǎn)、鉆井難點(diǎn)和典型復(fù)雜深井案例，突破只以必封點(diǎn)和雙壓力剖面為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而創(chuàng)新提出的多向融合設(shè)計(jì)理念（圖2），就是要達(dá)到技術(shù)與管理的融合、地質(zhì)與工程的融合、井身結(jié)構(gòu)與鉆井工藝的融合、鉆前與鉆中鉆后全壽命周期的融合，對(duì)此提出了一些策略性考慮，有些關(guān)鍵點(diǎn)在進(jìn)行多向融合設(shè)計(jì)時(shí)值得強(qiáng)調(diào)。

圖2 井身結(jié)構(gòu)多向融合設(shè)計(jì)示意圖

1）技術(shù)與管理的融合有助于標(biāo)準(zhǔn)井建設(shè)和控制滾動(dòng)節(jié)奏，確保先期完成的井取全取準(zhǔn)各項(xiàng)地質(zhì)和測(cè)井資料，為后續(xù)井減少風(fēng)險(xiǎn)建立學(xué)習(xí)曲線，提供井身結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化、簡(jiǎn)化依據(jù)，體現(xiàn)井身結(jié)構(gòu)的井別層次性和優(yōu)化痕跡。

2）提高技術(shù)套管下深比，可減小油層套管下入難度，降低終完井段的鉆井風(fēng)險(xiǎn)，確保井身結(jié)構(gòu)的完整性。

3）充分研判烴源巖、儲(chǔ)層和深部地層情況，考慮當(dāng)期地質(zhì)加深風(fēng)險(xiǎn)和遠(yuǎn)期深部近源勘探需求、基巖勘探的潛力，變靜態(tài)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為動(dòng)態(tài)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)井身結(jié)構(gòu)的地質(zhì)與工程一體化全壽命周期融合設(shè)計(jì)。

4）英中地區(qū)因鹽上、鹽間、鹽下表現(xiàn)出不同的地層壓力系數(shù)，封鹽頂、封鹽底很關(guān)鍵；鹽間油組與鹽下油組壓力系數(shù)不一致，鹽下油組壓力系數(shù)也有差別，鹽間、鹽下多套油組情形不適于儲(chǔ)層專打，高低壓油組宜分開完井。

5）應(yīng)探索高壓鹽水層的預(yù)測(cè)、監(jiān)測(cè)技術(shù)。實(shí)施鉆前、鉆中、鉆后全程配套應(yīng)對(duì)高壓鹽水層的技術(shù)對(duì)策，自始至終堅(jiān)持壓穩(wěn)原理，有利于設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)。

6）存在窄密度窗口、溢漏同存問題時(shí)，需減小鉆井液密度波動(dòng)，井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮配套精細(xì)控壓鉆井。

7）當(dāng)?shù)貙涌紫秹毫εc上覆地層壓力間密度窗口窄時(shí)，地層孔隙壓力與地層破裂壓力間的密度窗口也會(huì)窄，通過承壓堵漏來提高地層承壓能力存在其局限性，也宜配套精細(xì)控壓鉆井，并在鉆遇下部高壓地層前設(shè)計(jì)套管及時(shí)封隔。

8）全烴顯示好時(shí)，應(yīng)控壓循環(huán)排氣，合理調(diào)整鉆井液性能，不要一氣侵就單方面過大提高鉆井液密度或進(jìn)行中途求產(chǎn)測(cè)試，宜探索隨鉆暫堵防氣侵的可行性，盡量減少密度波動(dòng)，防止發(fā)生井漏和測(cè)試過程中的井眼坍塌、鹽卡鹽堵等復(fù)雜故障，避免誤判而提前下套管，影響地質(zhì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的完整性。

9）鉆井監(jiān)督可強(qiáng)化過程控制，及時(shí)進(jìn)行密度可視化隨鉆跟蹤，有助于嚴(yán)把設(shè)計(jì)執(zhí)行關(guān)，按設(shè)計(jì)深度下套管，確保井身結(jié)構(gòu)的安全性和完整性，特別是鉆進(jìn)到位需加深時(shí)應(yīng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，防范和削減井身結(jié)構(gòu)變動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。