川西须家河组平落坝构造钻井地质特征及提速研究

符 攀　孟英峰　李 皋　王 良　刘 星　付 强

(1.西南石油大学油气藏地质及开发国家重点实验室， 成都 610500；

2.中石油云南销售昆明分公司， 昆明 650000；

3.中石油西南油气田分公司采气工程研究院， 四川 广汉 618300)



川西须家河组平落坝构造钻井地质特征及提速研究

符 攀1孟英峰1李 皋1王 良1刘 星2付 强3

(1.西南石油大学油气藏地质及开发国家重点实验室， 成都 610500；

2.中石油云南销售昆明分公司， 昆明 650000；

3.中石油西南油气田分公司采气工程研究院， 四川 广汉 618300)

摘要：针对川西须家河组气藏埋藏深、岩石致密、压力高，须二段储层基质物性差，非均质性强，须四段和须二段石英、砂岩含量高等因素所导致的地层研磨性强、可钻性差等问题，系统剖析其钻井的难点，并对其机械钻速现状进行分析。计算结果表明，严重的过平衡状态造成机械钻速大幅度降低；在近平衡、液体欠平衡条件下机械钻速提高不明显；使用气体欠平衡钻井井内液柱压力较低，对岩石产生围压较小，能显著提高机械钻速。

关键词：地质特征； 机械钻速； 提速潜力； 欠平衡钻井

平落坝潜伏构造从区域构造来说属于四川盆地川西中 — 新生界沉积坳陷带，龙门山山前断褶构造带的平落坝 — 灌口潜伏断褶构造亚带，向东与区域内的邛西潜伏构造正鞍相接。该地区具有断层较发育，构造背景好、沉积相特征明显、靠近烃源岩、储层发育、盖层有效等有利的成藏条件。从成藏条件及已开发气井都证实须家河组气藏具有广阔的开发前景。但是平落坝构造须二段储层基质物性差，表现出低孔、低渗、高含水、小喉道，非均质性强，并且须家河组产层埋藏深，喷、漏、塌、卡等井下复杂事故时有发生，特别是裂缝性气藏储层在横向上变化较大，往往同一井场2口井的地层特性都有很大差异。复杂的地质情况为钻井施工和设计带来了困难[1-3]。

1须家河组工程地质特征

1.1地层及岩石学特征

须家河组平落坝构造地层以砂岩和泥页岩为主。须五段和须六段岩性以黑色页岩和石英砂岩为主，并且页岩累计厚度较大、为良好烃源层；须四段和须二段是主要的含气层段，主要以石英砂岩为主，但须四段地层易出水，因此在钻井过程中应注意钻井液性能的优选；须一段的上亚段相当于小塘子组，主要为浅海陆棚相沉积，岩性为黑色页岩、砂质页岩与浅灰、灰色岩屑石英砂岩，底部常为乳白色纯石英砂岩。

1.2岩石渗流空间与物性特征

1.2.1砂岩和泥页岩渗流空间

须家河组砂岩储层在埋藏成岩过程中，主要经历了压实作用、压溶作用、胶结作用、溶蚀作用、交代作用和构造破裂作用。经成岩演化其原生孔隙大部分被破坏，仅剩少量原生粒间残余孔隙，主要以次生孔隙为主。

1.2.2岩石物性特征

平落坝构造须二段储层基质物性差，表现低孔、低渗、高含水、小喉道，非均质性强，但裂缝发育，属于裂缝 — 孔隙型储层。须二段储层的储集性受裂缝影响大，发育的裂缝系统能使孔隙度不高的储层具有较好的渗透性，裂缝是单井获得高产的主要因素。为更好地研究须家河组地层的岩石物性特征，应用压力脉冲渗透率测量装置，对须家河组地层泥页岩的孔隙度和渗透率进行测量。测量结果表明：泥页岩由于有大量层间缝的存在，在3 MPa围压下具有相对较高的孔隙度，并具有一定的渗透率。该类岩石的孔隙度和渗透率对孔隙压力的敏感性较强，在地层条件下孔隙度和渗透率会随孔隙压力的降低和压实作用的增强而大幅度下降。

1.3地层压力特征

完井测试压力和生产测试压力数据表明：须三段以上地层的地层压力系数大于1.2，属超压地层；须二和须一段地层压力系数大部分在0.8~1.2，但关井测试数据表明由于长期开采，须二段目前地层压力大部分已下降，压力系数已低于0.8，属于典型的低压层。

1.4储层敏感性特征

川西深层须家河组各气层储层应力敏感性均属中等，酸敏均较弱，碱敏总体表现为弱 — 中等；速敏在须五、须二段表现为弱 — 中等，在须四段表现为中等 — 强；水敏在须五、须四段表现为中等 — 强，在须二段表现为较弱；盐敏在须五段表现为强，须四、须二段表现为中偏强[4]。

2须家河组钻井难点分析

2.1构造复杂，非均质性强，可钻性差

平落坝潜伏构造具有断层较发育、构造背景好、沉积相特征明显、靠近烃源岩、储层发育、盖层有效等有利的成藏条件。平落坝主要储集层为须二段，以浅灰色细 — 中粒长石石英砂岩、岩屑长石砂岩为主，次为长石岩屑砂岩、岩屑砂岩和长石砂岩夹少量薄层黑色泥页岩、碳质条纹，其中砂岩层厚占须二段总厚的89%以上。储层基质物性差，表现为低孔、低渗、高含水、小喉道，非均质性强，但裂缝发育，属于裂缝 — 孔隙型储层。须二段的裂缝主要以张性、张扭性缝为主，且多数为张开缝和半充填缝。裂缝的发育程度是气井获得高产的主要因素。岩石物性和裂缝发育程度受多种因素制约，造成了须二段储层的非均质性。

平落坝气田须二气藏无明确的气水界面，目前气藏产地层水是由于气藏在开发过程中形成较大的压降漏斗，导致外围的地层水沿高渗带窜入气藏内而造成的。

2.2井漏问题严重

平落坝构造中已钻井在录井、测井、中途测试、试油施工过程中基本正常，但在钻井过程中在表层的灌口组和夹关组发生井漏。有些井井漏比较严重，如PL012-2井在灌口组(井段13.07 — 21.00 m)漏失清水179 m3，在夹关组(井段55.70 — 88.00 m)漏失清水783 m3；在蓬莱镇组(井段772.95 — 780.00 m)漏失密度为1.13 gcm3，黏度为41 mPa·s的充气钻井液102.50 m3等等。该井在须三段底部(井段3 405.63 — 3 425.84 m)因裂缝比较发育而连通了须二段，在钻井过程中发生恶性井漏。处理过程中关井套压为14.5～21.6 MPa，放喷出口点火焰高5～10 m，判断为纯气，漏失钻井液、堵漏桥浆约800 m3且井漏失返无法压井，造成该井处理困难而不得不非常规完井后接管线试生产。整个平落坝地区须五 — 须三段地层压力系数比须二段气层高，因此在钻进须二段顶部时易发生井漏。

3川西须家河组机械钻速现状分析

针对川西须家河组机械钻速慢的问题，对影响因素进行分析。L1井钻进过程中，在3 300 — 4 000 m钻进中，机械钻速仅为0.7~0.8 mh，钻井液密度为1.61~1.65 gcm3，全井平均机械钻速1.27 mh。P005-1井钻进过程中，随着井深的增加，机械钻速下降。当钻至3 000 m时机械钻速显著下降到2.0 mh以下，在后来的钻进中平均机械钻速一直在1.1~1.7 mh，在3 450 — 3 662.45 m时机械钻速为1.37~1.38 mh，在3 662 — 3 970 m时采用聚磺钻井液的机械钻速在1.07~1.11 mh。L1井和P005-1井机械钻速剖面如图1所示。

图1　L1井和P005-1井机械钻速剖面

从图1可以看出采用常规钻井方式钻进时，在2 700 m以下钻进中机械钻速明显下降，分析其主要原因为：进入须家河组地层压力逐渐加大，钻井液密度增加，所钻岩石性质主要为砂岩和页岩，或者砂岩页岩交替出现。在井深逐渐增加的情况下，岩石的可钻性较差，高围压情况下，岩石的强度增加、硬度增加、塑性增加，可钻性变差，使用高密度钻井液使产生的压持效应明显加大。此外钻进工艺与钻井参数选择不合理成为影响机械钻速的主要因素。

相比较而言P005-1机械钻速快于L1井，主要是因为P005-1井地层压力系数小于L1井，而且在钻进过程中使用的钻井液密度较小，在1.0~1.2 gcm3之间，而在L1井使用的钻井液密度较高，在压力系数较高的地层甚至达到1.8 gcm3，严重的过平衡状态造成了机械钻速大幅度降低。

4欠平衡与气体钻井提速潜力分析

一直以来，人们都把由于液柱压力增加而导致钻速降低的原因，简单地归结为“压持效应”，但是，机械钻速降低的主要原因还在于液柱压力的增加，使得井底岩石的强度和塑性大大增强。

Bourgoyne等人对大量试验数据，以零压差时的钻速作标准化处理后指出，压差与钻速之间的关系在半对数纸上可以直线表示[5]，其关系式为：

(1)

式中：Vm— 钻速；

V0 — 零压差时的钻速；

ph— 井内液柱压力；

pp— 地层孔隙压力；

m— 与岩性有关的常数。

应用公式(1)对川西须家河组欠平衡条件下提速潜力进行预测。图2和图3分别为L000-1井和P005-1井进入须家河组后在不同条件下，机械钻速预测剖面。

图2　L000-1井不同钻井条件下机械钻速预测对比

图3　P005-1井不同钻井条件下机械钻速预测对比

图2和图3的实际机械钻速曲线为录井资料提供的数据。由于L000-1井进入须家河组后地层压力系数较高，使用的泥浆密度一般在1.5 gcm3以上，造成井内液柱压力较大，岩石可钻性变得极差，实钻机械钻速一般在1.0 mh左右。从图中可以看出采用不同的钻井方式能使机械钻速不同程度地得到提高：使用近平衡钻进，泥浆密度与地层压力系数相当时，对机械钻速预测结果显示机械钻速略微提高；使用液体欠平衡钻进，当泥浆密度调整到1.1~1.3 gcm3之间时，则机械钻速可提高到2.0 mh左右；使用气体欠平衡钻进，井内压力控制在1.5 MPa时，预测结果显示机械钻速显著提高，一般在6~8 mh。在P005-1井的预测中呈现出相近趋势，但是由于平落坝构造地层压力系数较低一般在1.25 gcm3左右，使用泥浆液体密度一般在1.3 gcm3左右，井内液柱压力较低，对岩石产生的围压较小，因此机械钻速相对较高。

5结语

(1)须家河组平落坝构造地层以砂岩和泥页岩为主，局部发育裂缝。该构造地层砂岩胶结致密，可钻性级值高，属于中硬 — 硬地层；泥页岩成分以伊利石为主，属硬脆性泥页岩，可钻性较差。

(2)岩石物性和裂缝发育程度受多种因素制约，造成了须二段储层的非均质性。过平衡钻井面临低钻速和井漏2大主要问题。

(3)使用高密度钻井液使产生的压持效应加大和液柱压力的增加是川西须家河组机械钻速慢的主要原因。使用气体欠平衡钻井可以显著提高机械钻速。

参考文献

[1] 杨志彬,张国东,黄建林,等.川西新场地区须家河组工程地质特征及优快钻井对策研究[J].石油天然气学报,2009,30(6):278-281.

[2] 原梅香,杜文全,杨志彬.川西坳陷致密碎屑岩钻井故障及对策[J].中外能源,2008,13(2):30-33.

[3] 刘伟,李丽,吴建忠,等.川西地区须家河组致密气藏钻井提速新思路[J].天然气技术,2009,3(2):34-36.

[4] 黄辉,谭明文,张绍彬,等.川西深层须家河组气藏压裂改造难点和工艺技术对策[J].钻采工艺,2004,27(5):27-30.

[5] Bourgoyne A T, Young F S. A Multiple Regression Approach to Optimal Drilling and Abnormal Pressure Detection[J]. Society of Petroleum Engineers Journal, 1974, 14(4): 371-384.

Study on Engineering Geological Characteristics and Fast Drilling Methods

of Xujiahe Formation Pingluoba Structure in West Area of Sichuan Basin

FUPan1MENGYingfeng1LIGao1WANGLiang1LIUXing2FUQiang3

(1.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Southwest Petroleum University,

Chengdu 610500, China; 2.Petrochina Yunnan Marketing Company Kunming Branch,

Kunming 650000, China; 3.Gas Production Engineering Research Institute,

Southwest Oil and Gas Field Company, Guanghan Sichuan 618300, China)

Abstract:Xujiahe gas reservoir in the west of Sichuan basin has been buried deep and has dense rock and high pressure and poor matrix property in the 2nd member with low porosity and permeability, high content of quartz and sandstone in the 4th and 2nd member, lead to strong abrasive property and poor drillability. In this paper, it systematically analyzed the drilling difficulties and the current situation of the rate of penetration. The results show that the serious overbalance state significantly reduced the rate of penetration. Under the condition of near balance and liquid under balance, the rate of penetration did not receive obvious improvement. At the state of fluid injection with low pressure in gas underbalanced wells, it can increase the rate of penetration significantly with less confining pressure on rock.

Key words:geological characteristicts; rate of penetration; potential of enhancing drilling speed; underbalanced drilling

文献标识码：A

文章编号：1673-1980(2015)03-0063-04

中图分类号：TE249

作者简介：符攀(1988 — )，男，成都人，西南石油大学在读硕士研究生，研究方向为油气井工程。

基金项目：国家科技重大专项“低渗气藏复杂地层高效钻井关键技术”(2011ZX05022-005)

收稿日期：2014-08-09