超深井安全提速提产地质工程一体化关键技术

超深井安全提速提产地质工程一体化关键技术
发布时间：2022-04-06T06:39:09.770Z 来源：《城镇建设》2021年11月32期作者：杨松林
[导读] 我国是一个能源大国，现阶段，塔里木盆地库车坳陷白垩系砂岩气藏
杨松林
身份证号：37012619870829****
摘要：我国是一个能源大国，现阶段，塔里木盆地库车坳陷白垩系砂岩气藏效益开发面临着超深、高温、高压、高应力等挑战，亟待解决巨厚高抗钻砾石层和复合盐层的钻井安全提速，以及极低的基质孔隙度和渗透率储层的改造提高产量这两大难题。

为此，在系统梳理钻完井工程问题与地质因素之间的关联性基础上，建立了相应的地质和地质力学三维模型，形成了超深井安全提速提产地质工程一体化关键技术。

关键词：超深气井；地质力学；地质工程一体化；提速；提高产量
引言
随着世界发展对石油资源的需求量越来越大，石油资源的开采量不断下降，石油资源的开采难度不断上升，因此深井、超深井的固井技术变得十分重要。

1固井难点及技术措施
双探6井是某油气田分公司在某盆地双鱼石—河湾场构造布置的一口风险探井。

该井采用 241．3mm钻头钻至7833m中完，上层
273．05mm套管鞋井深为3648m，中完钻井液密度1．98g/cm3，裸眼段平均井径扩大率为3．8%，最大井斜角为65．6°。

采用 177．
8mm+ 184．15mm复合悬挂尾管封固3248～7833m井段，固井作业存在以下难点:裸眼封固段长4585m，水泥浆一次性上返难度大;安全密度窗口窄(1．98～2．03g/cm3)，压稳和防漏矛盾突出;油气显示活跃(气侵2个，气测异常3个)，其中飞二段(6799～6800m)、茅口组(7605～7606m)油气显示活跃，防窜难度大;井漏分布广，嘉四段、嘉三段、飞四段、飞一段、茅口组均有分布，其中嘉三段(5909．83～5913．34m)、茅口组(7781．15～7781．20m)为主漏层，固井施工时井漏风险大;井底静止温度146℃，封固段顶部静止温度72℃，上下温差高达74℃;油基钻井液与水泥浆相容性差，冲洗效率不易保障，影响界面胶结质量。

针对以上固井难点，通过精细控压平衡法固井工艺设计，提出了尾管下送到位后，固井施工前借助精细控压设备分两步将钻井液密度由1．98g/cm3降低至1．91g/cm3，降低固井施工井漏风险。

设计兼具防漏防窜效果的浆柱结构，采用三凝防窜大温差水泥浆体系，设计密度1．98g/cm3的领浆封固3248～3800m井段，密度1．98g/cm3的中间浆封固3800～6400m井段，密度1．92g/cm3的尾浆封固6400～7833m井段，利用强度发展快的尾浆封固主气层，降低窜气风险。

采用高效驱油型抗污染冲洗隔离液，提高对油基钻井液的冲洗效率，保证了固井施工安全和固井质量。

采用固井软件模拟、优化固井施工参数等配套技术措施，攻克了窄密度窗口下长封固段水泥浆一次性上返难、封固段顶部水泥浆强度发展慢等技术难题。

2超深层地质工程一体化关键技术
2.1复杂构造三维地应力场建模技术
针对构造带盐下叠瓦状储层交错叠置发育的特征，本研究中采用逆向有限元法建立三维地应力场模型。

首先通过建立全层系地质几何模型，在对点云数据抽稀、局部加密以及切割等预处理的基础上，以建立满足地应力模拟的连续、规则层面为目标，采用逆向有限元工程建模的思路，克服了连片地应力建模中逆断层与重复地层建模的技术难题，准确地搭建了断层与地层的复杂交切关系。

其次，采用X—Y双向差异迭代的方法，对部分起伏大、跨度大的长条连体背斜迭代扫描，进一步提高逆向有限元建模精度；通过有限元模型与地质点云计算分析，调整局部单元的建模误差。

再次，通过在有限元模型中虚置几何层面，灵活实现地应力模型网格细化与粗化，建立叠置推覆体地应力网格连片模型。

最后，结合井点地应力大小、方向，确定模型的边界载荷约束条件，实现大变形地质体全层系地应力场建模。

2.2固井技术
（1）CemCRETE固井技术。

有效解决了压力异常带来的固井问题，该技术是在混凝土水泥浆技术的基础上研究开发的，通过水泥及外掺料颗粒直径分布的不断优化，利用颗粒级配原理，选择三种直径不同的颗粒，增加单位体积内固相颗粒数量，实现水泥浆水灰比的下降，保障水泥石抗压能力，达到水泥石空隙度及渗透率下降的目的。

（2）泡沫固井技术。

最近的几年中我们深入地研究了机械注氮泡沫水泥浆固井技术工作，同时研究和完善了配套的计算机控制系统、外加剂、配套现场施工工艺技术等。

泡沫水泥浆主要的组成包括氮气、稳泡剂、水泥浆处理剂、净浆等，净浆由各种外加剂混个水配制而成，现场由水泥车进行施工，氮气通过氮气泵注入到净浆中，根据现场水泥浆密度由计算机自动控制注入氮量。

2.3配套工艺技术
结合三凝防窜大温差水泥浆体系、高效驱油型抗污染冲洗隔离液技术及精细控压配套工艺技术，采取如下配套技术措施:(1)本开次钻井期间漏失严重，漏层分布广，最大漏速24m3/h，通过地层承压试验，推算地层漏失当量密度为2．03g/cm3。

为了降低井漏风险，采取的配套工艺技术措施:①套管下送到位后，先小排量顶通，之后逐渐提排量循环钻井液，结合精细控压设备，将全井钻井液密度由1．98g/cm3逐渐降低至1．91g/cm3；②优化浆柱结构，设计领浆、中间浆密度1．98g/cm3，尾浆密度1．92g/cm3，高效驱油型抗污染冲洗隔离液密度1．93g/cm3。

(2)本开次裸眼段油气显示活跃，在钻井期间全烃峰值高达89．54%，兼顾气层压稳和漏层防漏浆柱结构设计困难。

为了压稳地层，采取的配套工艺技术措施:①固井施工前，大排量循环洗井不低于两个循环周，充分排净后效，确保固井施工前有效压稳气层;②尾浆采用稠化时间短、强度发展快，“以快制气”的措施，从而封固显示活跃的气层;③固井结束后，采取憋压候凝的方式，补偿因水泥浆水化失重而降低的静液柱压力。

2.4可钻性评估技术
岩石可钻性是评价地层难钻程度的客观指标，是地质分层和钻头选型的重要依据。

通常，在可钻性实验测定基础上，测量岩石强度参数，建立可钻性与岩石强度参数的关系，而岩石力学参数的评估与地层纵波、横波、密度有直接关系，从而建立可钻性与岩石物理参数的关系，获取可钻性连续剖面。

通过钻速模拟模型，将钻压、钻头转速、钻头尺寸及钻头磨损率结合起来，模拟与实际钻速相吻合的最佳方案；根据实际钻头参数（切齿密度、刀翼数、切齿齿径）与可钻性等建立关系，结合钻头磨损率、地层研磨性，优选出适合该区块的最优
钻头，从而达到提高钻进效率的目的。

结语
1）系统梳理了塔里木盆地库车坳陷复杂构造背景下，地质工程一体化实施的必要性和实施方案，地质工程一体化有效协调了地质研究与工程实施之间的协同工作，将“地质研究服务工程”与“工程实现地质目的”有机统一，使得钻前的工程方案设计更具科学性，随钻中工程参数调整更具定量化依据。

2）系统总结了超深复杂构造背景下地质工程一体化实施的关键技术，以地质研究为基础，以地质力学为桥梁，包含复杂构造全地层全信息的三维地质力学建模、多套压力系统的准确预测、复杂地层井壁稳定性分析、井轨道优化、岩石可钻性、天然裂缝及其活动性、可压裂性评价、天然裂缝与人工缝网交互模拟等，上述囊括了油气田地质力学几乎所有内容，通过技术的实施，有效支撑地质工程一体化在钻井安全提速和改造提产应用。

参考文献
[1]何满潮,谢和平,彭苏萍,等.深部开采岩体力学研究[J].岩石力学与工程学报,2005,24(16):2803-2813.
[2]付加胜,李根生.液动冲击钻井技术发展与应用现状[J].石油机械,2014(6).。