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新疆油田呼圖壁儲氣庫鉆井技術(shù)實踐

文檔作者：吳濤文檔來源：中原石油工程公司西南分公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年09月22日
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上一篇：油田采油廢水回注技術(shù)分析

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2015年05月 | 187
新疆油田呼圖壁儲氣庫鉆井技術(shù)實踐
吳濤( 中原石油工程公司西南分公司， 河南 濮陽 457000)
摘要：呼圖壁儲氣庫是國家投資的國家資源儲備和能源建設(shè)的大型重點項目，主要用于季節(jié)調(diào)峰和戰(zhàn)略儲備。設(shè)計新鉆注采井30 口
( 其中直井26 口、水平井4 口)、監(jiān)測井5 口、污水回注井2 口。儲氣庫強注、強采，對固井質(zhì)量和井筒的完整性要求高。因此，呼圖壁儲
氣庫建設(shè)鉆完井施工技術(shù)要求有效控制各施工環(huán)節(jié)，采用先進(jìn)、適用、可靠性高的技術(shù)和裝備，以確保儲氣庫的安全、高效運行。在鉆
井施工中針對鉆井施工難點，通過優(yōu)選鉆頭、優(yōu)化鉆具組合和鉆井參數(shù)，優(yōu)選鉀基聚磺屏蔽鉆井液體系等工藝完成了HUk20、21、24、
25 井的施工任務(wù)，加快了儲氣庫鉆井速度、為國家能源儲備和能源建設(shè)做出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)，為施工同類型的井提供了成功的經(jīng)驗。
關(guān)鍵詞：呼圖壁儲氣庫；鉆井；鉀基聚磺屏蔽鉆井液
0 引言
呼圖壁儲氣庫是國家投資的國家資源儲備和能源建設(shè)的
大型重點項目，主要用于季節(jié)調(diào)峰和戰(zhàn)略儲備。呼圖壁儲氣庫
設(shè)計庫容量107 億立方米，工作氣量45.1 億立方米，運行壓力
18 ～34 兆帕，日均注氣量1550 萬立方米、季節(jié)調(diào)峰日均采氣
量1333 萬立方米，戰(zhàn)略調(diào)峰日均采氣量2789 萬立方米。設(shè)計新
鉆注采井30 口( 其中直井26 口、水平井4 口)、監(jiān)測井5 口、污水
回注井2 口。中原塔里木鉆井公司于2011 年、2012 年共計施工
完成了4 口井的施工任務(wù)，由于儲氣庫強注、強采，對固井質(zhì)量
和井筒的完整性要求高。在鉆井施工中針對鉆井施工難點，通
過優(yōu)選鉆頭、優(yōu)化鉆具組合和鉆井參數(shù)，優(yōu)選鉀基聚磺屏蔽鉆
井液體系等工藝安全、優(yōu)質(zhì)高效的完成了HUk20、21、24、25、
井的施工任務(wù)。由于HUK20 井施工進(jìn)度快、質(zhì)量優(yōu)，為全工區(qū)
所有施工井隊趟了河、引了路、在鉆井液技術(shù)工作和工程措施
上摸索出了好的經(jīng)驗、做出了榜樣，被甲方形象地稱為“呼圖
壁儲氣庫工區(qū)第一鉆”。HUK24 井全井事故復(fù)雜時效為零, 鉆
井周期111.67 天, 比設(shè)計周期131 天節(jié)約19.33 天, 全井平均
機械鉆速4.71m/h, 在全工區(qū)第一輪施工的5 口井中全井平均
機械鉆速最高，施工進(jìn)度最快，節(jié)約鉆井周期最多, 成為呼圖
壁儲氣庫率先打成第二口注采井的鉆井施工隊伍, 受到甲方
高度評價，并對HUK24 井的泥漿技術(shù)工作給與了高度肯定，成
為呼圖壁儲氣庫又一精品工程。
1 呼圖壁儲氣庫地層及巖性特征
呼圖壁氣田位于準(zhǔn)噶爾盆地北天山山前坳陷第三排構(gòu)造
帶的東端呼圖壁背斜。整體構(gòu)造形態(tài)為近東西向展布的長軸斷
背斜，東西長約20km，南北寬約3.5km。呼圖壁斷裂將背斜切
割為上、下盤兩個斷背斜。
該區(qū)主要發(fā)育有4 條近東西向南傾的逆斷裂，從下到上斷
面傾角逐漸增大，最深部斷裂斷面平緩，幾乎順侏羅系煤層滑
脫，只在侏羅系～白堊系內(nèi)發(fā)育；最上部斷裂斷面陡傾，斷開
層系(J ～N)。
2 一開施工措施
2.1 一開井段：0～300m
地層：第四系(Q) 主要巖性為：灰色砂礫巖、砂質(zhì)小礫巖
為主夾褐灰色泥巖；
2.2 鉆井難點
(1) 表層鉆進(jìn)時井眼尺寸大，鉆井液返速低、鉆井液中固相
含量高，易發(fā)生沉砂掉塊卡鉆或蹩漏地層。
(2) 表層為砂礫石層，易發(fā)生表層竄漏、垮塌及卡鉆。
(3) 大尺寸套管下入困難，固井竄槽和漏失則對后期安全
鉆井造成影響，保證固井質(zhì)量有一定難度。
2.3 本井段鄰井復(fù)雜分析
HU001 在42m 發(fā)生井漏，HU2008 在28.18m 發(fā)生井漏。
鉆具組合與鉆井參數(shù)
Φ660.4mm 鉆頭+Φ241.3mm 鉆鋌3 根+Φ228.6mm 鉆
鋌6 根+Φ203.2mm 鉆鋌9 根+Φ177.8mm 鉆鋌9 根+Φ127mm
加重鉆桿+Φ127mm 鉆桿。
鉆進(jìn)參數(shù):
領(lǐng)眼: 鉆壓：10 ～40KN, 排量：單泵(35 ～38L/S)，轉(zhuǎn)速：
40 ～60RPM, 領(lǐng)眼鉆進(jìn)50 米。
正眼: 鉆壓：逐漸加壓至40 ～120KN，排量：雙泵
(60 ～70L/S)，轉(zhuǎn)速80-100RPM。
2.4 施工措施
(1) 表層領(lǐng)眼鉆進(jìn)30m，采用低轉(zhuǎn)速(50r/min)、小鉆壓
(15 ～30kN)、低排量(35l/s) 吊打，控制參數(shù)保證領(lǐng)眼打直。
30m 前，小排量、低鉆壓，高坂含、高粘切，保持井口鉆井液液面
(2) 表層鉆進(jìn)30m 后，排量逐漸提高到65l/s，轉(zhuǎn)速逐漸提
高到120r/min。
(3) 采用鋼齒鉆頭，保護好鉆頭，堅持勤劃眼，若蹩跳嚴(yán)重
鉆遇較大礫石應(yīng)降低轉(zhuǎn)速，磨碎通過。
(4) 每鉆完一根單根上下劃眼2 次修好井壁再接單根，接
單根要迅速，防止堵水眼蹩泵。
(5) 嚴(yán)禁鉆頭在導(dǎo)管鞋附近劃眼或洗井，同時，避免長時間
在同一位置洗井，重點防止導(dǎo)管處發(fā)生井漏, 竄槽與復(fù)雜情況。
(6) 表層可鉆性好，單根鉆進(jìn)速度控制在30min，防止巖屑
濃度大而蹩漏地層。
(7) 在井深150m 測單點一次；表層進(jìn)尺鉆完，洗井一周，
投測單點，起鉆。
(8) 下套管前下原鉆具通井一次( 帶Φ660mm 扶正器)，阻
理論 · 實踐
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卡不得大于5t，順暢后，再下套管, 確保下表套作業(yè)順利。
(9) 使用好振動篩和除砂器，保證振動篩使用率達(dá)到
100%, 除砂器使用率達(dá)到80% 控制固相含量, 以確保井壁穩(wěn)
定和下套管作業(yè)的順利。
(10) 表層進(jìn)尺鉆完，洗井兩周，測單點，起鉆；起鉆做到連
續(xù)灌泥漿, 特別是提至鉆鋌, 要保證環(huán)空始終泥漿充滿，維護
井壁穩(wěn)定。
2.5 鉆井液措施
(1) 采用坂土-CMC 鉆井液體系，保持鉆井液較高的坂含、
粘切。
(2) 鉆井液配方：8% ～10% 坂土+0.4%Na2CO3+0.4%
CMC( 中)+ 重晶石，預(yù)水化24h，加入CMC( 中) 及其它處理劑，
充分溶解攪拌均勻后加重至1.15g/cm3。
(3) 控制一開鉆井液性能達(dá)到：高坂含( ≥8%)，合理的密
度(1.15 ～1.20g/cm3)，適當(dāng)?shù)恼城?FV ≥80s)，注意防漏、防
竄、防卡，確保安全鉆井。
(4) 正常鉆進(jìn)中鉆井液的維護以水化好的坂土漿、CMC
膠液為主，以細(xì)水長流的方式加入；必要時加入NPAN 調(diào)整
流變性。
(5) 鉆至200m 時逐步上提密度至1.20g/cm3。
(6) 使用好固控設(shè)備，鉆進(jìn)中要求振動篩開動率與除砂器、
除泥器有效運轉(zhuǎn)時率分別達(dá)100%。
3 二開施工措施
二開井段：300 ～2530m。
地層：第四系(Q)、獨山子組(N2d)、塔西河組(N1t)、沙灣組
(N1s) 主要巖性為：獨山子組N2d(450 ～1805) ：上部為灰色砂
礫巖、泥質(zhì)小礫巖與淺棕色泥巖及含礫泥巖不等厚互層，下部
為砂泥巖不等厚互層。
塔西河組N1t(1805 ～2210): 棕褐色、灰綠色泥巖、粉砂質(zhì)
泥巖夾薄層棕色粉砂巖及泥質(zhì)砂巖。
沙灣組N1s(2210 ～2505): 灰白色不等粒砂巖、含礫泥質(zhì)
不等粒砂巖及砂質(zhì)泥巖不等厚互層。
4 三開施工措施
三開井段：2530 ～3380m，
地層：安集海組(E2-3a) ；上部為灰綠、淺灰綠、棕色泥巖
為主，夾細(xì)粉砂巖，中下部為棕、綠灰色粉砂質(zhì)泥巖與砂巖不等
厚互層。
4.1 鉆井難點
(1) 安集海河組地層粘土礦物含量49% ～94%，混層比
40% ～75% 易造漿，極易水化分散膨脹，造成縮徑和坍塌。
(2) 高密度鉆井液抑制及流變性控制問題。
(3) 山前構(gòu)造地應(yīng)力引起井壁失穩(wěn)造成井下遇阻遇卡。
(4) 地層垮塌后，大塊巖屑較多，鉆進(jìn)扭矩會比較大，對鉆
具和入井工具有比較大的磨損，易導(dǎo)致斷鉆具。
4.2 本井段鄰井復(fù)雜分析
卡鉆主要是HU2003 在2830m、HU002 在3350m、3358m
發(fā)生卡鉆。
4.3 鉆具組合與鉆井參數(shù)
Φ311.2mm 鉆頭+Φ228.6mm 鉆鋌2 根+Φ310mm 穩(wěn)定
器+Φ228.6mm 鉆鋌4 根+Φ203.2mm 鉆鋌9 根+Φ177.8mm
鉆鋌9 根+Φ177.8mm 隨鉆震擊器+Φ177.8mm 鉆鋌1 根
+Φ127mm 加重鉆桿9 根+Φ127mm 鉆桿。
鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓40KN，轉(zhuǎn)速：40RPM，排量：30L/S。
領(lǐng)眼: 控制鉆壓40KN 以內(nèi)吊打50 米，再逐漸加壓至正
常鉆壓。
正眼: 鉆壓：40 ～140KN，轉(zhuǎn)速：90 ～100RPM，排量：
30 ～40L/S。
4.4 施工措施
(1) 采用不帶扶正器的鉆具組合鉆水泥塞和套管附件，并
鉆入新地層50m，保證三開鉆具組合上的扶正器全在裸眼內(nèi)。
鉆套管附件時，鉆壓20-40kN，轉(zhuǎn)速60r/min ；鉆入新地層50m
左右后起鉆換PDC 鉆具組合鉆進(jìn)。
(2) 根據(jù)地層、巖性、鉆時、扭矩等參數(shù)變化調(diào)整鉆壓和轉(zhuǎn)
數(shù)，防止PDC 鉆頭先期損壞；操作上要求送鉆均勻，精心操作。
(3) 受山前構(gòu)造的影響，形成非均質(zhì)、高地應(yīng)力地層，地層
壓力不穩(wěn)定，鉆完一個單根后應(yīng)上提劃眼不少于2 遍，通過劃
眼消除井眼在應(yīng)力情況下的縮徑現(xiàn)象。
(4) 為防止垮塌卡鉆，提高鉆井液的封堵性，減少地層垮
塌, 控制起下鉆速度，減少壓力波動, 接單根與起鉆前充分
洗井。
(5) 起下鉆過程中如有遇阻嚴(yán)格按照技術(shù)措施進(jìn)行操作，
每鉆進(jìn)100m 或24h 進(jìn)行短提，反復(fù)修井壁或劃眼，直到暢通無
阻再下到井底繼續(xù)鉆進(jìn)( 現(xiàn)場備倒劃眼工具一套)。
(6) 保證固控設(shè)備運轉(zhuǎn)良好。鉆進(jìn)過程中，充分利用好固控
設(shè)備，尤其加強除砂器的使用工作。
(7) 根據(jù)地層情況分析，三開安集海河組厚度達(dá)824m，屬
于該井施工中風(fēng)險最大的井段，減少復(fù)雜事故發(fā)生率，提高生
產(chǎn)時率也是提高鉆井周期的有效手段。要求每趟提鉆對鉆具進(jìn)
行嚴(yán)格的檢查，中和點附近鉆鋌每趟鉆進(jìn)行倒換，入井工具定
期更換探傷，嚴(yán)防鉆具事故。
(8) 加強鉆具管理，防斷鉆具，嚴(yán)格控制鉆具、接頭等入井
時間；遇到鉆具蹩跳時控制鉆具轉(zhuǎn)速與鉆壓，減少鉆具蹩跳；
嚴(yán)格鉆具的質(zhì)量檢驗，及時對鉆具進(jìn)行探傷檢查，起鉆時加強
對絲扣的檢查；加強對泵壓監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)短路循環(huán)立即分析
原因，及時起鉆檢查。
(9) 三開每鉆進(jìn)150 ～200m，單點測斜一次。
(10) 鉆進(jìn)過程中處理好軟硬交接面，鉆進(jìn)由于復(fù)雜地應(yīng)力
作用使本井區(qū)安集海河組實際使用鉆井液密度大大高于地層
孔隙壓力，同時造成大量的井壁坍塌及阻卡頻繁。同時山前構(gòu)
造存在地應(yīng)力異常，對井壁穩(wěn)定性有較大的影響。實鉆中應(yīng)根
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據(jù)現(xiàn)場情況合理調(diào)整鉆井液密度。
(11) 三開裸眼段提下鉆、短長提操作規(guī)定必須司鉆操作。
提鉆速度應(yīng)控制在鉆機低速，下鉆速度控制在90 秒/ 柱。
5 四開井段
直井(3380 ～3600/3640m)。
四開所鉆地層主要是紫泥泉子組(E1-2z、 E1-2z3)。紫泥
泉子組地層中上部為棕色泥巖、砂質(zhì)泥巖與含礫不等粒砂巖及
細(xì)砂巖互層，底部為含礫不等粒砂巖、泥質(zhì)細(xì)砂巖夾泥巖及砂
質(zhì)泥巖。
5.1 鉆井難點
(1) 滋泥泉子組地層粘土礦物含量30% ～80%，混層比
40%-60%，易水化分散膨脹，造成縮徑和坍塌，局部微裂縫發(fā)
育易漏。
(2) 可鉆性差，鉆頭選型難度大，提高鉆井速度難度大。
(3) 本井段鄰井復(fù)雜分析: 井漏主要是HU2004 在3710m、
HU2 在3498m、3551m 發(fā)生漏失。
5.2 鉆具組合與鉆井參數(shù)
Φ215.9mm 鉆頭+Φ158.8mm 鉆鋌2 根+Φ215mm
穩(wěn)定器+Φ158.8mm 鉆鋌19 根+Φ158.8mm 隨鉆震擊器
+Φ158.8mm 鉆鋌3 根+Φ127mm 鉆桿
鉆壓：20 ～60KN，轉(zhuǎn)速：50 ～60RPM，排量：25 ～30L/S。
5.3 施工措施
(1) 四開加強鉆頭選型( 包括使用個性化鉆頭) 減少起下
鉆次數(shù)，以較高的行程鉆速來提高機械鉆速；強化鉆井參數(shù)提
高鉆井速度。
(2) 針對鍵槽卡鉆風(fēng)險，加強防斜措施，防止井斜急劇變
化；
(3) 降低開泵激動壓力。每次下鉆到底或中途開泵時，首
先啟動轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)動鉆具，破壞鉆井液結(jié)構(gòu)力，而后小排量建立循
環(huán)，待鉆井液返出后，再逐級增大到正常排量。防止憋泵產(chǎn)生過
大的激動壓力造成井漏。
(4) 針對發(fā)生漏失的風(fēng)險，配足堵漏材料。
(5) 四開鉆進(jìn)應(yīng)堅持一短一長的短程提下鉆制度，每鉆進(jìn)
50 ～80m 和24 小時必須短程起下鉆一次，保證起下鉆暢通。下
鉆遇阻堅持劃眼，提鉆遇卡不得硬提，可采取開泵倒劃眼或反
復(fù)活動鉆具等措施提出鉆具，阻卡井段反復(fù)劃眼，確保阻卡井
段暢通后方可繼續(xù)鉆進(jìn)。
5.4 鉆井液措施
5.4.1 四開泥漿體系應(yīng)用及措施
四開在紫泥泉子組地層即目的層中鉆進(jìn)，井底溫度81℃，
針對四開地層的特點四開應(yīng)用鉀基聚磺雙膜屏蔽暫堵鉆井完
井液體系鉆進(jìn)，在配漿和維護上采取多聚少磺、強化封堵、保護
產(chǎn)層的處理原則，達(dá)到即能滿足井底溫度要求，保持鉆井液在
此溫度下具有良好的抗溫抑制性，又能防漏、防塌，提高產(chǎn)層承
壓能力，保護產(chǎn)層的目的。
5.4.2 鉆井液性能的維護與處理
(1) 開動固控設(shè)備清除三開鉆井液中的無用固相，按設(shè)計
配方要求調(diào)整鉆井完井液性能達(dá)到設(shè)計要求后方可四開。
(2) 根據(jù)地質(zhì)設(shè)計提供原始地層壓力系數(shù)為0.96，目前地
層壓力系數(shù)為0.47，結(jié)合鄰井資料，該井段鉆井完井液密度設(shè)
計為1.07 ～1.24g/cm3 ；鉆進(jìn)中嚴(yán)格控制好鉆井完井液密度，
預(yù)防井漏的發(fā)生。
(3) 鉆進(jìn)過程中應(yīng)根據(jù)井下實際鉆井情況和鉆井完井液性
能，將所需加入的處理劑按比例配成膠液以細(xì)水長流的方法補
充維護鉆井完井液，要做到勤維護，避免鉆井完井液性能波動
過大。現(xiàn)場加入膠凝劑ZL 應(yīng)以膠液形式緩慢加入，防止鉆井液
粘切升幅過大。控制鉆井完井液API 濾失量不大于4ml，HTHP
濾失量不大于10ml。
(4) 該井段加足天然瀝青粉( 陽離子乳化瀝青、PHT) 和
RSTF(SMP、SPNH、RSTF-2)，調(diào)整好鉆井液對地層的封堵膠
結(jié)能力，保證井眼穩(wěn)定。該井段鉆進(jìn)時，保證鉆井液中KCl 濃度
達(dá)到5% ～7%，天然瀝青粉 ( 陽離子乳化瀝青、PHT) 濃度達(dá)到
8%。
(5) 通過K+、Ca2+ 的復(fù)配使用強化鉆井液對鉆屑的抑制
作用。鉆進(jìn)中 K+ 濃度達(dá)到25000mg/l 以上，Ca2+ 濃度控制在
500 ～600mg/l 之間。
(6) 按設(shè)計要求在鉆井完井液中加入2%QCX-1、
1%WC-1、2% 油溶性暫堵劑和0.2%ABSN，并保持天然瀝青
粉 ( 陽離子乳化瀝青、PHT)、JYW-1、CMJ-2 的濃度分別達(dá)
到8%、1%、2%，以形成致密高強度的“屏蔽環(huán)”，保護好油氣層。
(7) 保證四級固控設(shè)備運轉(zhuǎn)良好，固控設(shè)備有效開動率應(yīng)
保證鉆井液固相控制要求。
6 結(jié)語
古近系安集海河組地層泥巖極易水化分散，地層巖性較破
碎，導(dǎo)致井壁發(fā)生剝落、掉塊而最后散塌，鉆井中表現(xiàn)為井塌、
劃眼頻繁甚至卡鉆。實鉆過程中加密短起，保證井眼暢通。
該井鉆遇地層縱向上存在著二套壓力系統(tǒng)。沙灣組以上
地層壓力較低；安集海河組地層壓力急劇上升為異常高壓，同
時山前構(gòu)造存在地應(yīng)力異常，對全井的井壁穩(wěn)定性有一定的影
響。實鉆中應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況合理、及時調(diào)整鉆井液密度。
針對呼圖壁儲氣庫鉆井技術(shù)難點，通過4 口井鉆井技術(shù)研
究與應(yīng)用總結(jié)出了一套適合該區(qū)塊安全、優(yōu)質(zhì)、高效鉆井技術(shù)，
優(yōu)選出適合本區(qū)塊使用的的鉆頭型號，提高了機械鉆速，加快
了儲氣庫建設(shè)速度，為國家能源建設(shè)做出了一定的貢獻(xiàn)。
通過優(yōu)選鉆井液體系和合理的鉆井液性能，有力的保證了
鉆井施工的安全，特別是三開安繼海河，防垮塌、防掉塊、防卡
使用效果明顯。
在保證井下安全的情況下可以嘗試采用螺桿動力鉆具，以
進(jìn)一步提高機械鉆速，加快鉆井速度。
作者簡介：吳濤，2005年畢業(yè)于華東石油大學(xué)鉆井工程專業(yè)、助
理工程師。

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