川东北地区深井钻井技术优选及适应性分析
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摘 要：近年川东北地区油气勘探开发进展巨大，发现普光、元坝、马路背及河坝等气田。根据该区目的层埋藏深度大，高温、高压、多套压力系数、裸眼段长、含硫化氢，导致钻井周期长、钻井事故复杂等特点、难点，优选气体钻井技术及多种破岩工具，形成川东北区域配套优快钻井技术，在应用中提速明显。
关键词：钻井技术;空气钻;深井;破岩工具;优选
1 川东北地区地层特性分析
川东北位于处于扬子板块的北缘，受米仓—大巴山构造带、川东高陡构造带及龙门山构造带控制，燕山期～喜马拉雅期为局部构造主要形成时期。地层特点描述如下：
①白垩系—剑门关组：主要岩性为细砂岩和泥质粉砂岩，偶夹粉砂质泥岩和泥岩。
②侏罗系—蓬莱镇组：上部岩性为粉砂岩和细砂岩，中部泥质粉砂岩和粉砂质泥岩、泥岩互层，下部粉砂质泥岩，偶夹细砂岩和粉砂岩;遂宁组：岩性主要为粉砂质泥岩和泥岩，偶夹细砂岩和粉砂岩;上沙溪庙组：上部主要岩性为粉砂质泥岩和泥岩，偶夹泥质粉砂岩、粉砂岩和细砂岩，下部岩性为泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩和泥岩呈不等厚互层，与下伏地层为整合接触;下沙溪庙组：主要岩性为泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩和与粉砂质泥岩、泥岩呈不等厚互层;千佛崖组：上段粉砂质泥岩，偶夹薄层状粉砂岩和细砂岩，中段是页岩和砂质泥岩，偶夹细砂岩，下段是泥质粉砂岩、粉砂质泥岩和细砂岩，与下伏地层呈整合接触;自流井组：分大安寨段、马鞍山段、东岳庙段及珍珠冲段四个岩性段，沉积相为湖泊沉积，标志层为介屑灰岩。
③三叠系—须家河组：细分为五个岩性段，须一、须三和须五段主要为泥岩，主要储集层须二、须四和须六段是砂岩;雷口坡组：细分四个岩性段，沉积相为海相潮汐沉积;嘉陵江组：细分五个岩性段，主要岩性灰岩、石膏岩，为浅海台地多次沉积轮回;飞仙关组：是普光气田主要储层，分四个岩性段，以灰岩和石膏岩为主。
④二叠系—长兴组：主要岩性为白云质灰岩和白云岩为主，是元坝气田主要储集层;大隆组：岩性以黑色硅质岩、硅质页岩和含硅质灰岩为主;吴家坪组：以灰岩为主，泥质、生屑和隧石含量较多;茅口组：主要为灰岩，表现为瘤状灰岩、灰岩和含生屑灰岩的互层;栖霞组：上部以生屑灰岩为主，下部主要为生屑灰岩夹砂屑灰岩，颜色较深;梁山组：为泥岩和粉砂岩呈不等厚互层，与下伏地层为平行不整合接触。
⑤志留系—韩家店组：主要为泥岩和砂屑灰岩;小河坝组：主要为泥岩、粉砂岩和生屑灰岩呈不等厚互层;龙马溪组：页岩气主力产层，主要为页岩和泥岩，偶夹粉砂质页岩和鲡粒灰岩。
⑥奥陶系—五峰组：主要为黑色泥页岩;宝塔组：层状灰岩;泥潭组：细砂岩、粉砂岩和泥岩，偶夹介屑灰岩。
⑦寒武系—陡坡寺组：上部主要以砂质白云岩、白云岩为主，下部为粉砂岩和泥页岩;龙王庙组：以白云岩为主，下部见白云质灰岩;沧浪铺组：以细砂岩为主，偶夹硅质细砂岩和含砾砂岩。
2 优快钻井技术适应性分析
2.1 气体钻井技术
气体钻井优缺点中优点是：当量密度0～0.05g/cm3时，井底压持效应大大降低，机械钻速提高;储层保护效果好;泥页岩的吸水膨胀引起的复杂减小;干法固井，中完期限减小;绿色环保效果好，岩屑清洁。气体钻井缺点：控制地层压力能力不足，高压、高产和有毒性储层不适用;无法应对应力垮塌地层;水侵环空不易处理;管柱受高速含砂气流冲刷，钻柱易刺漏;扭转和提拉动力大;井下易产生燃爆现象;事故处理手段少。分析认为气体钻井技术在川东北地区主要适于侏羅系和三叠系上统地层。
2005年在元坝和普光气田应用后，形成空气、氮气、泡沫、雾化等技术，2006-2009年施工106口井，累计进尺达24.59万米，包括21口泡沫、25口氮气钻井。普光气田应用时平均机械钻速空气比钻井液钻井高7.06倍，日进尺和单只钻头进尺最高440m和1551.12m/d，单只钻头平均进尺310.49m，为钻井液钻井3.26倍。泡沫钻井技术在元坝气田应用48井次，机械钻速4.82m/h是常规钻井4倍;空气钻井在二开应用83井次，机械钻速10.16m/h。
2.2 破岩工具
首先是破岩工具优选，在实际钻头选型时，主要影响因素包括：地层的完整性和均质性、机械力学性、井深、井底温度及地层造斜能力。现场应用原则：钻头类型选择根据地质、井眼尺寸、井眼轨迹要求、地层条件及钻井方式，还应参考邻井资料;若多种钻头都适用，则考虑安全性好、寿命长、机械钻速高及单只钻头进尺高的钻头;软～中硬均质地层中，应考虑安全可靠、机械钻速高的PDC钻头，PDC复合片直径较大，布齿应为中等或者低密度;软硬夹层多，地层破碎的钻头，应选择复合钻头;研磨性强地层应选用复合钻头或者孕镶钻头。
其次是应用情况，普光气田开发过程中，主要选用螺杆+PDC复合钻井技术、空气锤+牙轮气体钻井技术，机械转速得到较好提高。统计可知，空气钻井进尺为108671.71，空气锤占比53.69%，机械钻速提高55.63%，是牙轮钻头空气钻2.42倍。元坝气田主要采用涡轮+孕镶钻头钻井，进尺4311.05m，机械钻速为1.35m/h，钻井周期平均为118.55d。
综上所述，根据川东北地区地层岩性特点，确定该区一、二开使用空气钻井技术，对地层出水后，使用泡沫钻井+牙轮技术。自流井～须家河组地层，使用涡轮+孕镶钻头钻井和空气钻井技术。
参考文献：
[1]闰光庆.中国石化超深井钻井技术现状与发展建议[J].石油钻探技术，2013，41（2）：1-5.
[2]王朋飞.川东北深井超深井优快钻井关键技术研究[D].成都：西南石油大学，2017.
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