摘要：气体钻井技术在四川盆地九龙山构造提高机械钻速方面发挥了巨大作用，但在侏罗系沙溪庙组沙二段底部出现井壁坍塌，转换成常规钻井后钻速较慢。为了提高该井段的机械钻速，从岩石可钻性与井壁稳定两方面进行了欠平衡钻井的可行性分析，结果表明：沙溪庙组沙一段与千佛岩组层段设计的欠平衡钻井液密度应控制在1.10～1.25g/cm3，才能确保欠平衡工况下井壁稳定；欠平衡钻井与常规钻井相比，其岩石可钻性系数更低，有利于明显地提高机械钻速；沙一段至珍珠冲组上部岩石井壁稳定，适宜开展欠平衡钻井提速试验；对存在大量砾石层的珍珠冲组下部，欠平衡钻井提速效果不明显，可采用其他钻井措施提高机械钻速。龙110井的现场试验表明，沙一段至马鞍山组层段开展欠平衡钻井，能有效地提高机械钻速，且与邻井龙104井的常规钻井相比，最高可达206%。所提出的欠平衡钻井提速模式，为广泛开展九龙山构造欠平衡钻井提速提供了经验和技术支持。
关键词：九龙山构造；气体钻井；侏罗纪；欠平衡钻井；机械钻速；可行性研究；四川盆地
四川盆地九龙山构造是中国石油未来开发的重点区块，蕴含丰富的天然气资源，目前已进入开发阶段。在中国石油开展提速的大环境下，九龙山构造钻井提速势在必行。目前，九龙山构造应用常规钻井技术井次较多，但机械钻速较慢，若要进一步改善钻井速度，提高勘探开发效率，则需要一项新的钻井技术来达到提速的目的。与常规钻井技术相比，欠平衡钻井能够减小“压持效应”，有效地提高钻头的破岩效率[1～2]。因此，欠平衡钻井技术可作为九龙山构造提高机械钻速的一种重要手段。要在九龙山构造成功开展欠平衡钻井，且达到安全快速钻进的目的，则须研究欠平衡钻井期间的钻井液安全密度窗口及预期达到机械钻速。因此，本文立足于测井、录井及钻井资料，重点分析不同层位的欠平衡钻井时的岩石可钻性系数，探讨欠平衡钻井提速的可行性，同时，对这些层位进行井壁稳定计算，确定合理的钻井液密度，防止井壁出现坍塌，最后通过现场试验进行验证，提出了一套九龙山欠平衡钻井提速模式。本研究为广泛开展九龙山欠平衡提速可提供经验和技术支持。地质特性及钻井概况
九龙山构造区域属于川北坳陷带中坝、九龙山北东向构造群，米仓山山前带南部。西北紧邻龙门山推覆构造带，北部为米仓山台缘隆起，东南与川中隆起带相邻。地层分层数据见表1。地层分层的数据表明，在于佛岩组与自流井组存在坚硬的砾岩层，其砾岩成分有石英、燧石和黄铁矿等，研磨性强，可钻性极差，将导致机械钻速急剧降低，以龙17井为例，在千佛岩组2932～3036m井段，进尺共104m，消耗钻头11只，平均单只钻头进尺仅为9.5m，平均机械钻速为0.85m/h。多个区块的钻井实践表明[3～6]，与其他钻井技术相比，气体钻井的提速效果异常明显。因此，九龙山构造开发前期，在沙溪庙组广泛开展气体钻井技术，但是气体钻井虽然机械钻速加快，但多口井却出现井壁坍塌，使井况更加复杂(表2)，且由气体钻井转换为常规钻井后，下部地层的机械钻速降低明显。若要在下部地层继续安全快速钻进，液体欠平衡钻井可作为一种重要手段。
2 欠平衡与常规钻井的岩石可钻性对比
岩石的可钻性反映了钻头破碎岩石的难易程度，且无论采用哪种钻井技术，岩石的可钻性都是影响机械钻速的关键因素。对九龙山构造而言，不同井段的岩石可钻性分析对有效地提高机械钻速至关重要。
国内外研究表明[7]，岩石的可钻性不仅与钻头类型、岩石性质等相关，还与围压有一定的关系。欠平衡钻井与常规钻井的岩石可钻性的差异就在于围压不同。至今，国内外预测岩石可钻性的较成熟的方法有几十种，其中，利用测井、录井资料预测已成为分析特定的油气田及地质条件下岩石可钻性的一种有效方法[5～7]。因此，本文利用这种预测方法对九龙山构造多个层位进行欠平衡钻井与常规钻井岩石的可钻性进行计算，并建立相应的岩石可钻性曲线(图1)，计算方法见本文参考文献[8]，以此探讨不同层位欠平衡钻井能否达到提速的目的。
根据地层分层显示，不同层位的岩石性质差异较大，岩石的可钻性影响也较大。以龙102井为例，在沙一段，地层压力系数为1.20～1.30，岩石主要是棕红、暗紫色砂质泥岩与浅灰、灰绿色细、中粒长石砂岩、长石石英砂岩互层，中部夹三层薄层蓝灰色石灰岩。在千佛岩组，地层压力系数与沙一段一致，岩石主要是绿灰色含长石石英砂岩、石英砂岩、绿灰或紫红色砂岩、泥岩韵律互层。岩石可钻性系数计算结果见图2。在珍珠冲组底部，地层压力系数为1.50～1.65，且存在大量的砾石层，岩石的可钻性系数与上部岩层存在不同，欠平衡钻井与常规钻井的岩石可钻性系数计算结果见图3。
图1表明，在常规钻井下，钻井液密度为1.40g/cm3，岩石的可钻性系数为3.96～4.1；在欠平衡钻井下，钻井液密度为1.10g/cm3，岩石的可钻性系数为3.71～3.86。常规钻井与欠平衡钻井的岩石可钻性系数相比，两者差值范围为0.25左右。图2表明，随着井深的增加，岩石的抗压强度增大，岩石的可钻性系数也相应增大，但欠平衡钻井的岩石可钻性仍低于常规钻井。图3表明，常规钻井下，砾石层的可钻性系数为8.2，即使采用欠平衡钻井，岩石的可钻性系数也较高，达到7.6。
龙102井的岩石可钻性系数剖面计算表明，在沙一段至珍珠冲组上部，无论常规钻井还是欠平衡钻井，其岩石可钻性系数不高，采用牙轮钻头都能有效地破碎岩石，但欠平衡钻井的岩石可钻性系数比常规钻井低2个百分点，合理设计钻井参数仍能有效地提高机械钻速；但是在珍珠冲组底部，欠平衡钻井的岩石可钻性系数为7.6，牙轮钻头破碎岩石的难度增大，说明即使围压降低不明显，也难以提高钻头破碎岩石的力度。因此，要在珍珠冲组底部提高机械钻速，则有必要采用其他钻井措施，如气体钻井技术或高效提速工具。
3 欠平衡钻井的可行性分析
要在九龙山构造安全开展欠平衡钻井，前提是必须满足井壁稳定条件。测井资料表明，沙一段至珍珠冲组井段多含有泥岩段。因此，有必要采用泥页岩水化模型分析坍塌压力剖面。为此，本文利用测井资料，采用加拿大STAB-WELL欠平衡钻井井壁稳定分析软件对不同层位进行井壁稳定计算。图4是沙一段的3种压力剖面。从图4中可以看出，该段破裂压力高，孔隙压力梯度为1.254g/cm3，最高坍塌压力梯度为1.094g/cm3，欠平衡设计的钻井液密度必须要高于最低坍塌压力梯度，设计的范围为1.10～1.25g/cm3。图5是千佛岩组层段的3种压力剖面，计算结果表明，该段最高坍塌压力梯度为1.10g/cm3，欠平衡设计的钻井液密度必须高于最低坍塌压力梯度，设计的范围为1.10～1.25g/cm3。
从沙一段与千佛岩组层段的井壁稳定计算可以看出，只要钻井液密度设计合理，可确保欠平衡钻井的井壁稳定安全，同时，也证明在九龙山构造开展液体欠平衡钻井技术在理论上是完全可行的。
4 试验结果对比
为了进一步说明欠平衡钻井的提速效果，将欠平衡钻井与邻井常规钻井的机械钻速进行对比，结果见表3。
从表3可以看出，在沙一段至马鞍山组层段，与常规钻井技术相比，欠平衡钻井能够明显提高机械钻速，其中，与龙104井对比，最高可达206%。
通过以上的分析及现场试验和效果对比，可建立一套九龙山构造欠平衡钻井提速模式，即沙一段至珍珠冲组上部，设计钻井液密度为1.10～1.25g/cm3，井壁稳定，且岩石可钻性系数不高，适宜开展欠平衡钻井提速，对存在大量砾石层的珍珠冲组下部井段，可采用其他钻井措施提高机械钻速。
5 结论
1) 沙一段与千佛岩组层段的最高坍塌压力梯度都处于1.10g/cm3附近，地层孔隙压力为1.254g/cm3。因此，设计的欠平衡钻井液密度应控制为1.10～1.25g/cm3，才能确保欠平衡工况下井壁稳定。
2) 欠平衡钻井与常规钻井相比，其岩石可钻性系数更低，有利于明显提高机械钻速；沙一段至珍珠冲组上部岩石可钻性系数在4.0附近，适宜开展欠平衡钻井提速；对存在大量砾石层的珍珠冲组下部，无论欠平衡钻井还是常规钻井，岩石可钻性都较高，且分布在7.5附近，欠平衡钻井提速效果不明显，可采用其他钻井措施提高机械钻速。
3) 龙110井的现场试验表明，沙一段至马鞍山组层段开展欠平衡钻井，能有效地提高机械钻速，且与邻井龙104井的常规钻井相比，最高可达206%。
4) 提出的欠平衡钻井提速模式，为广泛开展九龙山构造欠平衡钻井提速提供了宝贵的经验和技术支持。
参考文献
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[3] 魏武，许期聪，邓虎，等.气体钻井技术在七北101井的应用与研究[J].天然气工业，2005，25(9)：48-50.
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[6] 邹德永，陈永红.利用声波时差资料确定岩石可钻性的研究[J].石油钻采工艺，1996，18(6)：27-30.
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[8] 李士斌，阎铁，张艺伟.岩石可钻性级值模型及计算[J].大庆石油学院学报，2002，26(3)：26-28.
(本文作者：潘登1 邢景宝2 林然2 李顺2 1.川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院；2.西南石油大学)
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