科产融创|驯服超深层神秘的“破坏力”

近日，顺北807井经过65天施工，钻至7800米安全完钻，较设计周期提前8天。西北油田根据地应力预测技术分析成果，科学优化该井井身结构，有效防控了超深井的井下作业风险，钻井进度提升11%。

中国石化“深地一号”顺北油气田的超深断控型油气藏埋深达7300至1万米，在世界上衡量钻井难度的13项指标中，塔里木盆地就有7项名列第一。西北油田推进地质工程一体化，追溯设计超深井源头，组建地应力团队，历经5年攻关，从零开始建设超深层地应力参数库，构建超深井上覆地层风险评价体系，支撑超深井的钻井周期平均从290天缩短到120天，为超深井安全作业保驾护航。

“地质力学是制约我们进军深地的关键难题，初期地层压力预测与实钻情况吻合率只有60%，超深井作业出现卡钻问题，我们团队只能连夜赶过去‘救火’。经过我们深入研究，发现了超深井的‘隐形杀手’——地应力。”勘探开发研究院副院长韩俊说。

地应力是地下岩石天然承受的挤压应力，在顺北超深层最大水平主应力超过190兆帕，每平方厘米岩石表面要承受190公斤的挤压力，相当于一元硬币扛起两个成年人的挤压。当钻头钻开井筒，岩石原有受力平衡被打破，井壁周围应力重新剧烈分布，没有根据预测压力值搭配相应密度的钻井液，就会导致井筒挤压变形、井壁垮塌掉块，从而发生卡钻、漏失的故障，对超深井作业形成巨大的安全隐患。

2021年，西北油田勘探开发研究院地球物理研究所成立地应力研究组，从零开始搭建超深层地应力参数库。研究组梳理顺北地区数百口钻进的实钻情况，从大量的测井曲线、岩心数据、施工日志中寻找各地层的安全风险，开启了超深地层地应力攻关。

“二叠系火山岩像‘硬馒头’，裂缝发育规律杂乱，容易形成井漏；志留系断裂带像‘碎玻璃’，应力分布散乱，容易引发井筒垮塌；桑塔木组高压盐水层像‘高压水囊’，一旦钻破就会引发井涌。我们将行业里的共性难题，逐一排查研究，避免新井再次‘犯错’。”研究组组长黄超说。

研究组牵头建立的上覆地层风险评价体系正式投用，给每口待开钻的超深井提前做“全身体检”，针对复杂井定制专属防控方案，泥浆安全窗口精准到0.05g/cm³的精度，高于行业常规水平，精准锁定地层承压临界区间，从源头前置防控井壁垮塌、钻井漏失风险，筑牢超深井钻井安全防线。

顺北4-1、6-1号次级断裂带是卡钻“重灾区”，曾经接连3口井在目的层卡钻，钻头最长在井下卡堵12天。研究组把30多口已钻井的数据汇总，逐帧比对实钻轨迹和应力数据，揪出了背后的“捣蛋鬼”。研究组因地制宜，反复进行物理模拟推演应力演化，创新形成井周三维地应力模拟技术，把井周几公里范围内的应力分布刻画到米级，相当于给钻头装上高精度导航，设计预定轨迹，让在钻头主动绕开应力集中的“雷区”。

“因为顺北超深断控油气藏属于‘栅状’储集体，像巨大的栅栏立在断裂带中。我们的技术能让井眼方向和最大主应力保持最优夹角，既不让井壁垮塌，还能让钻头最大程度穿过超深储层，提高超深井产能。”黄超说。

研究组创新三维地应力精细刻画、裂缝发育规律识别技术，先后解决了超深层钻井轨迹不合理、储层钻遇率低等10多个现场难题，获得石化联合会科技进步奖1项、新技术推广应用奖2项，通过科产融创将研究落实到深地产业。