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1地質情況及技術難點
1.1鉆探目的
了解準噶爾盆地西部隆起哈山山前構造外來推覆體及前緣沖斷帶含油氣情況。
1.2預計鉆遇地層
預計本井鉆遇地層自上而下依次為白堊系、侏羅系八道灣組、石炭系、二疊系風城組。
1.3地層壓力
從鄰井實鉆情況來看，縱向上壓力分布為常壓—高壓系統，其中白堊系、侏羅系八道灣組地層壓力為正常壓力體系，壓力系數在0.98~1.01之間；鄰井風城1井二疊系風城組實測壓力系數高達1.72，實際使用鉆井液密度為1.70g/cm3，因此本井二疊系風城組有可能存在高壓甚至異常高壓。
1.4技術難點
（1）井眼質量控制難度大。山前構造地應力分布復雜，井眼失穩十分嚴重，主要表現為：上部八道灣組泥巖及煤層的縮徑坍塌、下部石炭系安山巖的掉塊，多套壓力系統共存容易造成漏、涌、卡等。
（2）機械鉆速低。地層埋藏深、巖石強度大、可鉆性差，而且石炭系地層巖性復雜多變，鉆頭選型困難，造成機械鉆速低。
（3）斷層面附近地層易破碎。石炭系地層存在2套大斷層，斷層面附近地層可能破碎，應加強封堵，防碰撞、掉塊，防漏失。
（4）固井質量難以保證。鄰井白堊系、侏羅系、石炭系地層鉆井過程中發生漏失，本井固井施工時易發生漏失；而且，風城組可能存在高壓層，油層套管固井過程中存在高壓防竄難題。
2鉆井工程優化設計
2.1井身結構設計
井身結構的優化設計是優化鉆井技術的核心，井身結構設計不僅關系到安全鉆井，而且對鉆井效益的提高有著特別重要的意義。針對復雜深探井，地下情況復雜多變，只能獲取有限的地層信息，在井身結構設計過程中，既要考慮鉆井安全，同時要兼顧鉆井成本。為確保鉆井成功率、順利鉆達目的層，在鄰井實鉆井身結構分析的基礎上，綜合考慮鄰井鉆遇的復雜情況和本井所鉆地層的特點，對井身結構進行優化，哈山3井身結構設計數據。導管下入508mm套管50m，用水泥漿封固（返至地面），封隔地表松散土層，建立井口，并為一開鉆進創造條件。一開使用444.5mm鉆頭鉆至551m，339.7mm表層套管下至550m，封過侏羅系八道灣組地層，水泥漿返至地面，其目的是封固上部稠油層，防止鉆下部地層時間長污染上部儲層。二開使用311.2mm鉆頭鉆至3802m，244.5mm技術套管下至3800m，封過石炭系地層，水泥返至地面。為下一開次揭示目的層和安全鉆井創造條件。三開使用215.9mm鉆頭鉆至設計井深完鉆，下入139.7mm油層尾管至井底，尾管懸掛位置3650m，水泥返至喇叭口。
2.2鉆具組合與鉆井方式的選擇
2.2.1鉆具組合的選擇
為保證井身質量，采用防斜打直技術，導管和一開設計塔式鉆具組合；二開、三開井段設計三套鉆具組合，即鐘擺鉆具、直螺桿鉆具和垂直鉆井鉆具，并設計0.75°單彎動力鉆具予以糾斜。為強化水力參數，提高井底和井眼凈化能力，盡量減少127mm內加厚鉆桿的使用量。二開311.2mm的井段全部設計139.7mm內平鉆桿，三開215.9mm的井段設計127mm鉆桿和139.7mm鉆桿組合，降低鉆桿內的能量消耗，提高井底可利用的水馬力和噴射速度，進而改善井底流場，增加水力清巖效果，排除巖屑清除不凈的死角和巖屑的重復切削。同時配合使用高效牙輪和孕鑲金剛石鉆頭，提高機械鉆速。
2.2.2鉆井方式的選擇
導管、一開和三開均設計常規衡鉆井方式。二開井段設計氣體鉆井方式。本井段主要是石炭系地層，地層巖性為安山巖、凝灰巖。具有埋藏深、巖石強度大、可鉆性差的特點，而且地層巖性復雜多變，鉆頭選型困難，若采用常規鉆井方式，很難提高機械鉆速。而從鄰井的電測成果來看，石炭系地層出水可能性不大，綜合解釋為干層，并且地層壓力系數低于1.20，不屬于超高壓地層，進行氣體鉆井施工具有可行性。所以為提高機械鉆速，縮短鉆井周期，二開石炭系井段設計氣體鉆井方式。
2.3鉆井液設計
2.3.1鉆井液體系設計
該井鉆井液的使用原則是有利于環境保護；有利于發現和保護油氣層；有利于地質資料錄?。挥欣诳焖巽@進和安全鉆井；有利于除油排氣；有利于復雜情況的預防和處理。該井鉆遇地層上部棕色泥巖易水化膨脹，造漿嚴重，砂巖膠結疏松、滲透性強，易形成厚泥餅造成阻卡，下部硬脆性泥巖易剝蝕掉塊；石炭系火山巖段易漏。本井較深，地層溫度高，鉆井液要保持抑制、防塌、抗高溫性能，同時要有良好的流變性，保證安全快速鉆進。根據本井鉆遇地層特點及鄰井施工情況，各開次鉆井液體系設計見表2。
2.3.2鉆井液維護技術措施
導管及一開鉆遇地層白堊系、侏羅系、石炭系頂，地層成巖性差，松散，易垮塌，防坍塌卡鉆；白堊系、八道灣組防止井壁坍塌、縮徑卡鉆及井漏。一開施工時機械鉆速快，環空鉆屑濃度高，該井段鉆井液必須具有很強的懸浮攜帶能力和穩定井壁能力。二開石炭系地層火成巖易憋跳鉆、易漏失。因此，要求鉆井液必須具有較強的封堵能力，確保其造壁性和良好的流變性，從而保證井壁穩定，防滲漏。設計二開使用氣體鉆井，若氣體鉆井鉆完進尺或無法繼續實施，則轉化為抑制性聚合物封堵防塌鉆井液體系。開鉆前準備一定數量的預水化膨潤土漿，開鉆后補充新配的聚合物膠液，及時調整鉆井液性能。注意加強鉆井液的抑制性，選擇抑制性較強的具有良好配伍性的處理劑增強鉆井液體系的抑制性能，利用固控設備及時清除鉆屑。上部地層應保持適當的粘切、足夠的排量，提高大井眼的攜帶能力，首先保證鉆進時形成的較大鉆屑攜帶充分，同時維護良好的鉆井液流動性來沖刷虛泥餅。鉆進中可適當控制鉆井液API失水，充分利用鉆頭水馬力破巖能力，提高機械鉆速。加足聚合物抑制劑同時加足降濾失劑，根據實際情況加入潤滑劑，確保鉆井液具有良好的潤滑性，防止鉆頭泥包或卡鉆。采用隨鉆封堵技術，滲漏嚴重時加入隨鉆堵漏劑或雙膜承壓劑；易漏地層，鉆井液中應根據情況添加隨鉆堵漏劑、雙膜承壓劑，提高地層承壓能力，防止地層應力坍塌。三開二疊系地層穩定性差，防剝蝕、碰撞掉塊、坍塌和漏失。下部地層溫度較高，因此，需要提高鉆井液的高溫穩定性能。二疊系可能鉆遇高壓層，注意防噴。因此三開鉆井設計聚磺封堵防塌鉆井液體系。嚴格控制膨潤土含量，動速比0.4左右，防止粘切過高造成壓力激動以及粘切過低沖刷井壁，固相含量低同時控制濾失量。三開井段預計有高壓層，應根據實際情況及時調整鉆井液密度，控制API失水，提高鉆井液濾液粘度，減少濾液對地層的滲透。添加液體潤滑劑或固體潤滑劑，防止因密度高，孔隙壓力低造成粘卡。同時提高封堵類處理劑用量，鉆井液中應保持1%~3%隨鉆堵漏劑，根據情況添加超細碳酸鈣、非滲透類處理劑，進一步提高地層承壓能力。井底溫度較高，根據井溫情況及時補充磺化類材料、抗高溫降濾失劑、高溫穩定劑等抗高溫處理劑。下部地層鉆進調整API失水控制在3mL以內，高溫高壓失水控制在10mL以內，加入無水聚合醇，做好油氣層保護工作。
2.4固井設計
2.4.1水泥漿體系設計
針對二開長封固段固井易漏難題，采取漂珠低密度水泥漿體系，雙級固井方式。三開為防止高壓氣竄，采用防氣竄水泥漿體系，并加入塑性纖維，防漏堵漏同時提高水泥石的韌性。
2.4.2主要技術措施
（1）為保證套管居中度，提高固井質量，施工設計根據實際井況合理設計套管扶正器，確保管鞋以上100m、目的層等井段套管居中度大于67%。
（2）技術套管采用雙級固井方式，雙級箍的安放位置依據油氣水層及漏失層位置決定，并盡可能地安放在井眼規則、地層巖性較致密的井段?，F場施工中，要注意加強工具入井前檢驗，對于杜絕工具在井下出現問題至關重要。
（3）油層尾管固井，為防止固井過程中發生漏失，固井前必須保證井眼穩定，必要時進行承壓堵漏；并采用低粘高切隔離液，紊流頂替，控制水泥漿體系API失水<100mL、析水<1.4%、n>0.6，稠化時間應控制在施工基礎上附加60~90min，呈“直角”稠化，從而有效控制水泥漿竄槽問題。
3結論
（1）詳盡可行的鉆井工程設計方案是解決哈山3井井眼易失穩、機械鉆速低、固井難度大等技術難點的重要技術支撐，也是實現安全優質鉆井的前提。
（2）鉆具組合和鉆井方式的優化選擇對施工中提高機械鉆速、縮短鉆井周期起到了非常關鍵的作用。本井氣體鉆井和PDC鉆頭+扭沖工具等提速提效技術保障了該井的順利實施，并通過本井的應用形成了哈山區塊火成巖地層提速提效配套技術，為保證西部新區勘探開發進度奠定了基礎。
（3）現場施工結果表明，根據地層特點合理地調整鉆井液性能，能夠有效保障鉆井液具有良好的攜巖、抑制、封堵性能，確保井壁穩定，取得了良好的應用效果。
作者：楊衍云 張蕾 單位：勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院鉆井工程設計研究所
