摘 要：四川盆地乐山—龙女寺古隆起震旦系埋藏深度在5000～6000m，地层可钻性差、纵向上多产层多压力系统等复杂地质条件制约了钻井速度。针对钻井提速难点，重点从井身结构、钻头个性化设计及有机盐钻井液体系等方面进行了攻关研究与现场试验，初步形成了适应该地区的钻井提速技术模式：①优化井身结构，较传统井身结构缩短了大尺寸井眼长度，减少了作业时间，同时又能够满足完井与后期生产作业的要求。②个性化设计PDC钻头，应用效果表明较已完钻井机械钻速提高了31％～473％，在侏罗系沙溪庙组试验刚体PDC钻头平均机械钻速l6.57m／h，已接近空气钻进效果；在适合井段试验等壁厚长寿命螺杆配合PDC钻头复合钻进，机械钻速较常规转盘钻机械钻速提高44％。③配合使用有机盐低固相钻井液，抑制性较聚磺钻井液更强，亚微米粒子含量减少，实现了辅助提高机械钻速的效果，井壁较使用聚磺钻井液的更稳定。2012年完钻的6口深井平均机械钻速由l.69m／h提高到2.54m／h，平均钻井周期从302d缩短到189d，实现了该区震旦系超深井的安全快速钻井。
关键词：四川盆地 乐山 龙女寺古隆起 早古生代 震旦纪PDC钻头 等壁厚螺杆 有机盐钻井液 快速钻进
Fast drilling technology of ultra deep wells in the Sinian reservoirs in the Leshan-Longnfisi palaeohigh．Sichuan Basin
Abstract：The Sinian strata of Leshan-Longniisi palaeohigh in the Sichuan Basin are of 5，000～6，000m depth underground，where the drilling rate has been restricted by poor drillability of formations，multiple pay zones&multiple pressure systeITls，and other complex geological conditions．In view of this，scientific research and field trials were performed，focusing on the wellhorc siructure，specific design of a drill bit，and the innovative organic salt drilling fluid system，thus a fast drilling technology model was formed applicable to this region.a．the wellbore structure is optimized；compared with the conventional one，the length of the large size borehole is shortened and the operating time is reduced；additionally，the requirements for well completion and later-stage production are fulfilled．b．The PDC bit is particularly designed toincrease the penetration rate(ROP)by 31-473％；with thc rigid PDC bit．The average ROP in the Shaximiao Fm is up to 16.57m／h，close to the effect of air drilling；with the composite drilling of the PDC bit and the equal wall thickness screw rod with a long service life in proper well sections，the ROP is increased by 44％bigtler than that by the normal rotary drilling．c．With the use of organic salt and a low-solid content，the innovative fluid system has a much higher inhibitive capacity compared with the polysulfonate drilling fluid and the content of sub-micron particles is also decreased，thus the ROP is improved and the well wall is more stable than that when using the polysulfonate drilling fluid．With the above techniaues．the average ROP of 6 deep wells drilled and completed in this study area in 2012 was increased from l.69 to 2.54m／h，and the average drilling cycle was shortened from 302 to 189 days．
Key words：Sichuan Basin，Leshan-Longnnsi palaeohigh，Sinian，Lower Paleozoic，PDC bit，equal wall thickness screw rod，organic salt mud，fast drilling
四川盆地乐山—龙女寺古隆起自1964年发现威远震旦系气藏之后，以灯影组为主要目的层，在四川盆地外围钻探了强1、会l、宁l和宁2等4口井，因地表出露地层较老，保存条件差而产水。后来在高石梯磨溪构造东部钻探了女基井，证实了高石梯磨溪的构造存在，并在灯四段中获得了工业气流。2010年加快了四川盆地下古生界震旦系勘探，在高石梯构造上部署了风险探井——高石1井，该井于2010年8月20日开钻，2011年6月17日完钻，完钻井深5841m，完钻层位陡山沱组。2011年7月12日测试获大气，震旦系油气勘探取得重大进展。但高石1井钻井周期长达302d，平均机械钻速仅1.69m／h，急需探索将近年来的钻井新技术[1-2]集成应用到该地区以提高钻井速度。2012年围绕钻头个性化没计与改进、提高钻头使用时间及减少井下复杂事故时间进行科研攻关和6口井现场试验，钻井提速取得明显效果。
1 钻井提速难点
四川盆地深井—超深井钻井提速一直是制约天然气勘探开发的难题，气体欠平衡钻井、PDC钻头的应用一定程度提高了深井钻井速度，但还不能满足国家经济发展对天然气勘探开发的形势和要求。而四川中部地区的乐山 龙女寺古隆起储层埋藏深，垂直井深超过5000m，钻遇地层类型多，岩性复杂，提高钻井速度遇到以下4个方面的工程地质难点。
1．1 纵向上多产层，多压力系统特征
该区块上部大安寨组、须家河组、雷口坡组、嘉陵江组等地层属区域产层，嘉二段—嘉一段地层压力系数达到2.00，下部飞仙关组—灯影组气测显示频繁，灯影组地层压力系数仅为l.10，地层压力系数纵向上相差较大，多产层和多压力系统增加了钻井作业的施工难度。
1．2 上部地层稳定性差，出水出油，气体钻井提速工艺难以实施
上部凉高山组、自流井组地层稳定性差，钻井过程中易发生井壁垮塌，高石1井在自流井组一须家河组井段平均井径扩大率14％，最大扩大率39％；地层水分布缺乏规律性，高石l、磨溪8、高石2井在沙溪庙组空气钻井遇地层水，被迫转为雾化钻井或欠平衡钻井；高石2井、磨溪8井在大安寨组均钻遇地层出油，钻井液密度提高至l.50～1.70g／cm3。
1．3 多层段岩石可钻性差，机械钻速低
海相地层占全井进尺的57％(约3000m)，岩石强度高，硅质含量重，部分层段含燧石结核和角砾云岩，机械钻速极低，高科1井、高石l井各地层平均机械钻速统计如图1所示，不能采用气体钻提速的陆相碎屑岩地层的平均机械钻速小于2.50m／h，严重影响了全井钻井速度。
1．4 高温、高压、高含硫
磨溪、高石梯构造的灯影组温度最高达到l70℃，荷包场构造灯影组温度最高可达l85℃对井下仪器、工具、钻井液和水泥浆的抗高温性能要求高。高石梯、磨溪构造最高地层压力达到90MPa。雷口坡组—震旦系地层均含硫化氢。
2 快速钻井技术
围绕乐山—龙女寺古隆起震旦系深井超深井钻井提速，通过近2年的技术攻关，通过优化井身结构，把优选的高效PDC钻头和等壁厚长寿命螺杆复合钻井等一批成熟技术进行配套试验与推广应用，钻井指标明显提高，初步形成了适宜于震旦系深井的钻井捉速技术模式。
2．1 井身结构优化
2．1．1已钻井井身结构分析
通过对高石梯 磨溪构造已钻井井身结构进行分析，已钻大多数井在大尺寸Æ444.50mm井眼段可超过1000m，见图2中的高石l井，常规钻井液钻进速度慢，耗时长；为开展气体钻井提速试验，第一轮磨溪8井等将Æ339.7mm套管下深l006m(图2)，但高石2井、磨溪8井在实施气体钻井过程中因为地层出水、出油，难以发挥气体钻井提速优势，井身结构不能满足钻井提速的需要(图1、2)。
2．1．2井身结构优化
第二轮井的井身结构设计以地层3个压力剖面为依据，在充分分析地质条件后，对Æ339.7mm表层套管下深进行了合理调整至500～600m(图2中的磨溪11井)，缩短了Æ444.5mm井眼段进尺300～500m，确保Æ311.2mm井眼在钻遇气层后具备一定的井控能力，实施后的施工周期同比节约了6～7d。
针对部分区块雷口坡组存在异常高压的情况优化设计了非常规井身结构[1]。图3为标准尺寸与非常规尺寸优化井身结构示意图。
2．2 PDC钻头个性化设计与应用
通过已钻井测井资料建立岩石可钻性剖面(图4)，联合国际知名钻头厂家进行攻关，针对不同层位地层特性对钻头进行个性化设计[2-4]，以“先导性试验、反馈改进、扩大试验、优选、固化”为思路，经过两轮井的现场试验，对PDC钻头选型应用进行滚动评价发现钻头使用中的问题，做到一只一总结，一层一总结，一井一总结，一批一总结，从4个方面优化与改进了FX55D钻头设计(图5)。
1)增加中心部位切削齿数量提高钻头修复能力。
2)切削齿背斜角从15°、20°、25°、30°改变为l5°、15°、20°、25°，增强肩部齿攻击能力。
3)5个标准喷嘴更改为7个小喷嘴，增强井眼清洁能力。
4)更换Æ13mm后排齿，减少后排齿暴露。
通过试验与优化改进PDC钻头，逐步优选出适应各层位的PDC钻头型号(图6)，机械钻速和单只钻头进尺大幅度提高，第二批正钻井在沙溪庙地层试验刚体PDC钻头取得新进展，平均机械钻速由传统胎体PDC钻头7.24m／h提高到16.27m／h(表1)，已接近空气钻进效果。
2．3 螺杆钻具优选
钻井提速技术已经广泛应用PDC钻头+螺杆钻具的复合钻井模式[2]，螺杆的使用增加了井底钻头转速从而大幅提高钻井速度。但常规螺杆钻具在大尺寸井段的扭矩不足，随着井底温度升高也会对螺杆定子橡胶产生影响[5-6]，通过对不同井眼尺寸的螺杆钻具应用试验效果进行分析，推荐了螺杆钻具应用的参数要求(表2)，从而更好地与PDC钻头使用时间匹配：
1)在Æ311.2mm井眼通过增加螺杆级数来满足扭矩要求，在此基础上选用5～6头螺杆进一步提高钻头转速，提高钻头破岩能量。
2)长寿命螺杆钻具具有单级密封压力高、转速低、扭矩大、曲率半径小、使用寿命长、耐高温和使用更加安全可靠等技术优势，适合在常规生产井、深井、斜井和定向井中使用，在凉高山组—珍珠冲组，雷口坡组—长兴组以及龙潭组等深部井段地层试验等壁厚长寿命螺杆配合PDC钻头复合钻进，结果较常规转盘钻机械钻速提高44％，由于螺杆使用寿命长达300h，减少了起下钻趟数，有效节约了钻井时间。
2．4 优质钻井液研究与应用
针对上部地层井壁失稳，膏盐污染，下部地层高温高压及保护储层需求，开展了有机盐钻井液钻的流变性能、抗温性能、抗膏盐污染能力[7-8]评价实验。
有机盐钻井液是通过在传统钻井液体系中加入有机盐抑制剂W2提高钻井液抑制能力，其抑制能力优于钾聚磺钻井液体系，能够降低井径扩大率，减少因井壁水化膨胀而引起的井下复杂。沙溪庙组—须家河组地层岩性以泥页岩为主，泥页岩水化易产生钻头泥包而影响钻进效率[9]，要求钻井液具有强抑制性，考虑到雷口坡组以下层段地层压力较高，而有机盐体系可以有效降低高密度钻井液的固相含量。
2．4．1有机盐聚合物低固相钻井液
加入抑制能力较强的有机盐抑制剂W2进行钻井液抑制性对比实验(图7)，配方为2％～3％膨润土浆+0.4％～0.6％NaOH+0.1％～0.2％KPAM+0.1％～0.2％FA367+1％～2％DJS+0.2％～0.3％BP-F+3％～4％RLC-101+4％～5％PHD+20％～30％W2+2％～4％CaCO3(600目)。
通过实验数据可知，岩屑膨胀量小，说明该钻井液相比聚合物低固相钻井液具有更强的泥页岩抑制能力。
加入有机盐加重剂W3提高钻井液密度，不增加钻井液中同相含量，可以配置不同密度的钻井液，其配方如下：
2％膨润土浆+0.6％～l.2％NaOH+0.1％～0.2％KPAM+0.1％～0.2％FA367+1％～2％DJS+3％～4％RLC-l01+4％～5％PHD+4％～6％NSMC+4％～6％SMP-2+4％～6％RSTF+10％～15％W2+20％～30％W3+3％～4％CaCO3(600目)+0.5％～0.8％CaO+BaSO4
表3为有机盐聚磺低同相与聚磺钻井液性能比较数据，采用有机盐加重剂配制的有机盐聚磺低固相钻井液，与单独采用重晶石加重配制的聚磺钻井液配相比，其流变性更好，固相含量更低，有利于改善钻头研磨岩石的井底工作环境，提高机械钻速。
2．4．2有机盐聚合物低固相钻井液应用效果
有机盐钻井液体系在高石2井、高石6井、磨溪8井、磨溪9井、磨溪l0井的Æ311.2mm井段和Æ215.9mm井段现场应用。表4为高石2、高石6、磨溪8、磨溪9、磨溪l0井Æ311.2mm井段应用有机盐钻井液的平均井径对比数据，转换为有机盐体系后的滚动回收率均提高，机械钻速明显提高，平均井径扩大率明显降低(表4)，高石2井等井由于上部气体钻形成的大井径，造成井径扩大率偏高。
现场应用效果表明，以“有机盐”为代表的优质钻井液明显抑制了井眼垮塌，实现电测一次成功率100％，为减少事故复杂率，缩短钻井周期提供了有力的技术支撑。
2．5 钻井提速效果
2012年，西南油气田在乐山—龙女寺古隆起以震旦系为目的层应用快速钻井配套技术完钻6口井，全面实现了7.5个台月钻成一口井的目标，平均机械钻速从提速前的l.69m／h提高到2.54m／h，增幅51.19％，平均钻井周期从302d缩短到189d，减少了ll3d。
6口完钻井平均事故复杂综合时效为1.85％，比高石l井下降4.15％。单只钻头进尺提高，起下钻时间减少，纯钻时效提高，实现了震旦系超深复杂井的安全钻井。
3 认识和建议
1)形成的优化井身结构较传统井身结构缩短了大尺寸井眼长度，减少了作业时间，同时满足完井与后期生产作业的要求。
2)以个性化设计PDC钻头为主的特色钻头技术有效提高了机械钻速，在适合井段配合等壁厚长寿命直螺杆能显著减少起下钻时间，提高钻井效率，但需针对深部硅质含量大、岩石硬度高、研磨性强地层加大个性化钻头研制和试验力度。
3)地层出水出油与井壁易垮塌制约了气体钻井和液相欠平衡钻井技术的应用，建议针对下部存在喷漏同层实施精细控压钻井，以实现窄密度安全窗口井段的安全钻进。
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本文作者：郑述权 张帆 钟广荣 张果
作者单位：中国石油川庆钻探工程公司钻采工程技术研究院
中国石油川庆钻探工程公司川东钻探公司
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