谭 宾，许期聪，付 强

1 中国石油川庆钻探工程有限公司 2 中国石油川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院

0 引言

新疆博孜区块是塔里木油田增储上产的重点区块之一，但该区块上部地层存在巨厚砾石层，导致常规钻井机械钻速低、钻头耗用多、钻井周期长、钻井成本高等问题，砾石层钻井提速提效俨然成为了该区块快速勘探开发的巨大挑战之一［1］。因此，开展了空气钻井关键技术研究和试验，形成了适合新疆博孜区块砾石层的空气钻井配套工艺技术。

1 砾石层特性

新疆博孜区块第四系—苏维依组砾石层发育，最厚约6 000 m。纵向上，未成岩段以砂泥质胶结为主，胶结强度低；成岩段碳酸钙含量逐渐增大，灰质胶结为主，胶结程度变强［2］。通过研究发现，砾岩弹性模量较大，如库车组岩样弹性模量为38.2 ～ 52.7 GPa；抗压强度较高，如库车组岩样抗压强度为48.6 ～ 71.1 MPa。另外，砾岩岩石中砾石颗粒的硬度约为基质的2 ～ 4倍，这是钻井中限制机械钻速及造成井下等复杂的关键因素。

2 砾石层空气钻井关键技术

2. 1 砾石层失稳机理模拟分析技术

针对新疆博孜区块砾石地层的非均质性分布，采用离散元方法对库车组砾石层井壁失稳过程进行模拟［3］，以库车组砾石层为例，模拟在载荷条件下的井周破裂过程。

模拟计算结果如图1所示，从图1（a）中可以看出，裂缝首先在井壁附近形成，当井壁周围有砾石大颗粒时，张性裂缝在砾石大颗粒周围形成，之后在砾石颗粒周围大量聚集并伴随有少量的剪切缝，裂缝相互连通造成砾石颗粒的脱落。……