建深1井小井眼钻井技术.pdf

第 2 0卷第 1 期 江汉石 油科技 2 0 1 0年 3月 J -I A N G H A N P E T R O L E U M S C I E N C E A N D T E C H N O L O G Y V0 1 ． 2 O No ． 1 Ma r ． 2 01 0 建深 l井小井 眼钻 井技术 张正禄杨海平 江汉石油管理局钻井公司 摘要建深 1井是上扬子川东褶皱带石柱复向斜 中部建南深层构造第一 口区域探井， 五、 六 开小井眼钻进 ， 由于小井眼井段长、 下寒武 系覃家庙组盐层岩性复杂、 盐上长裸 眼井段地层承压能 力低等 因素， 小井眼钻井和 固井施工难度极大。本文通过总结小井眼钻头、 钻具组合、 泥浆、 固井以 及井下事故预防等技术， 对建南深层构造钻井具有一定的指导意义。 关键词小井眼盐层盐水泥浆、 提承压钻井 1 工程概况 建深 1 井是上扬子川东褶皱带石柱复向斜中部 建南深层构造主高点的一口区域探井， 直井， 主探下 寒武统石龙洞组、 上震旦统灯影组， 兼探志 留系、 奥 陶系、 中、 上寒武统， 设计井深 7 2 9 8 m 。由于下组合 地质情况复杂， 志留系、 下寒武系分别钻遇设计外高 压气层和岩性复杂 的厚盐 层 ， 钻至井 深 6 8 2 0 ． 3 5 m 完钻， 完钻层位 下寒武系覃家庙组。地质分层数据 表 见表 1 、 井身结构数据表 见表 2 。 由江汉石油管理局钻井公 司 7 0 1 3 0 J H队承钻 ， 2 0 0 6年 1月 2 6 日一 开 ， 2 0 0 7年 7月 6 日采用 I 1 6 5 ． 1 ii1／ ／1 钻头、 淡水聚磺泥浆五开， 1 O 月 9 E I 钻 至井深 6 3 2 6 ． 1 0 m， 地层 下寒武系覃家庙组， 由于 6 1 5 0 ． 0 0～ 6 3 2 6 ． 1 0 m井段意外钻遇岩性复杂的盐 表 1 建深 1井地质分层数据表 层， 井壁垮塌、 缩径严重， 井下情况复杂， 发生井下事 故后填井侧钻 ， 侧钻点 5 7 3 2 ． 0 0 m。1 2月 1 6日侧钻 至盐顶 6 1 5 1 ． 7 0 m， 停钻进行提承压作业 ， 至 2 0 0 8年 3月 2 9日提承压至堵漏浆 当量密度 1 ． 5 2循环不 漏， 采用密度 1 ． 4 6欠饱和聚磺盐水堵漏浆钻盐层， 4 第一作者简介 张正禄， 1 9 8 6年毕业于西南石油学院 钻井工程专业 ， 高级 工程师 。 第1 期 张正禄等 建深 1 井地质分层数据表 2 7 表 2 建深 1井井身结构数据表 月2 1日 钻至井深 6 3 4 2 ． O O m发生严重垮塌， 与侧钻 前采用淡水泥浆钻开时发生 的垮塌情况相同 ， 无法 安全钻进， 井身结构调整为 就此井深 6 3 4 2 m中完 ， 下人 1 4 6 ． 0 5 mm 1 4 9 ． 2 3 mm 尾 管 ， 六 开 采 用 l 1 7 ． 5 m m钻头钻进 ， 钻穿寒武系下统石龙洞组后 ， 如果 尚有能力 ， 则尽量 向下钻进 ， 力争钻达灯影组 ； 若施工困难， 则可提前裸眼完井。至7月 6日， 对盐 层井段采用牙轮钻头通井、 水力扩大器扩眼、 打低含 盐量稠浆封闭等措施 ， 井眼仍然不通 ， 不具备下套管 条件 ， 中完电测井深 6 2 2 5 m。针对建深 1井 中完作 业遇到的困难 ， 中石化专家们现场指导工作时决定 套管至少下至 6 1 5 0 m以下 ， 六开 1 1 6 ra m钻头要确 保钻穿盐膏层 ， 争取揭开石龙洞组 ， 为该 区块后续勘 探开发提供地质 、 工程资料和经验。7月 1 5日组合 尾管下至井深 6 2 1 7 ． 2 7 m遇阻 ， 开泵 冲划无效果 ， 采 用双密度盐水水泥浆体系， 固井质量合格 。7月 2 6 日q b 1 9 3 ． 7 ra m尾 管 回接、 固井完。2 0 0 8年 8月 1 7 日采用 中1 1 7 ． 5 m m钻头六开 ， 1 0月 1 7日钻至井深 6 8 2 0 ． 3 5 m， 1 1 7 ． 5 m m小井眼进尺 6 0 3 ． 1 2 m， 达到小 钻具强度的极限， 发生断钻具事故后完钻 。 2 主要技术难点 2 ． 1 盐上裸眼井段长。 承压能力低 ， 提承压困难 五开采用 1 6 5 ． 1 m m钻头钻进， 盐上裸眼井段 4 8 8 7 ． 7 0～ 6 1 5 0 ． O O m， 段 长 1 2 6 3 ． 3 0 m， 所 钻地层 为 奥陶系、 寒武系上 统三游洞组 ～中统覃 家庙组 。泥 浆密度 1 ． 1 7～1 ． 2 1 g ／ e ra ， 5 5 7 9 6 0 2 2 ． 4 7 m井段一 直渗漏 ， 随着井深 的增加 ， 覃家庙组地层承压能力越 来越低 ， 钻至井深 6 0 2 2 ． 4 7 m， 8次进行漏浆 提承压 作业 ， 承压能力当量密度 1 ． 2 4 。 2 ． 2 覃家庙组盐层厚、 岩性复杂、 埋藏深 。 盐层井段 缩径、 垮塌严重 下寒武系覃家庙组从井深 6 1 5 0 m开始见盐层， 至井深 6 7 4 4 m， 间断 出现 岩 性 复 杂 的盐 层 ， 段 长 5 9 4 m。井段 6 3 1 7 ． 7 2 6 3 2 6 ． 1 O m取心表 明， 该盐层 由复合盐膏层 、 纯盐层 、 软泥岩 骨架 与 白云岩交 互地层组成， 盐层岩性复杂， 由于埋藏深， 井温达 1 5 0 C， 盐在高温高压条件下溶解 、 蠕变， 靠盐填充或 盐膏支撑的自云岩失去支撑而垮塌， 六开饱和盐水 泥浆密度 2 ． 0 5 g ／ c m ， 盐层缩径、 垮塌情况仍然严 重 。 2 ． 3 小钻具强度低 7 3 m m、 8 8 ． 9 m m、 中1 O 1 ． 6 m m钻杆强度低 ， 深 井段盐层小井 眼钻进 ， 地面难以准确、 及时判断井下 情况 ， 易发生断钻具。六开采用高密度饱和盐水泥 浆无法克服岩性复杂盐层的缩径 、 垮塌 ， 钻进过程 中 井下情况复杂 ， 蹩钻、 挂卡情况严重 ， 中l 0 1 ． 6 m m小 钻杆负荷已接近极限强度， 井深6 7 0 0 m后每趟钻探 伤都有 3～ 5根非标加重钻杆损坏 ， 钻至井深 6 8 2 0 ． 3 5 m， 8 8 ． 9 m m非标加重钻杆探伤后钻进 4 h 1 5 m i n 公扣发生断裂 。 2 ． 4 小井眼泵压高、 排量低 六开钻至井深 6 7 3 8 m， 由于井下情况复杂 ， 泥浆 密度 2 ． 0 5 g ／ c m ， 由于泵压高， 排量降至 3 ． 5 1 ／ s ， 泵 压仍然高达 2 5 MP a 。 2 ． 5 小 井 眼井控风 险大 覃家庙组盐层底界不确定 ， 采用高密度泥浆钻 人低压层石龙洞组 ， 发生先漏后 喷 的可能性很 大。 由于小井眼环空问隙小 ， 少量溢流进入井筒也会在 井筒中形成较长的气柱， 严重危及井控安全， 加上排 量小 ， 迟到时间长 ， 溢流不易被早期发现 ， 溢流处理 难度大。 2 ． 6小并眼中完作业难度大 五开井 段下入 1 4 6 ． 1 O m m 1 4 9 ． 2 3 m m 组合 尾 管， 环空间隙只有7 ． 9 m m。盐上井段经过长时问堵 2 8 江汉石油科技 第2 0卷 漏提承压 ， 下套管前采用不同钢度钻具通井 7次， 每 次均需要长井段划眼 ， 最长划眼井段 9 0 0 m， 通井 时 间长达 1 6 d ， 其中， 模拟通井破坏井壁堵漏层， 发生 失返性漏失一次， 漏失泥浆 2 1 7 m 。 。五开采用低密 度欠饱和盐水泥浆钻盐层 ， 盐层段缩径、 垮塌严重， 经验证 ， 6 2 1 8～6 2 3 1 m井 段井 眼畅通 时间仅 3 ． 5 h ， 采用反复通井、 水力扩眼、 降低泥浆含盐量、 打高密 度饱和盐水稠浆封闭等措施， 井眼仍然不畅通， 电测 至 6 2 2 5 m遇阻， 套管下至 6 2 1 7 ． 2 7 m遇阻 ， 采用双密 度防气窜防漏盐水水泥浆体系， 固井质量合格。 3 主要技术措施 3 ． 1 优化钻具组合 石龙洞组为本井主探 目的层之一， 预测地层压 力系数 1 ． 0 8 1 ． 1 2 ， 属低压地层， 采用高密度泥浆 钻穿覃家庙组后， 石龙洞组发生漏失 的可能性很大， 钻具组合应满足防喷、 堵漏、 处理 下事故 复杂等要 求， 使用 1 0 1 ． 6 ra m钻杆以增加钻具强度。 五开钻具 1 6 5 ． 1 mm H A 6 1 7 G 止 回阀 1 2 0 ． 7 m mD C x l 2根 中 8 8 ． 9 m mH WD P x 3根 随钻震击器 8 8 ． 9 mm H WD P 8根 8 8 ． 9 mm D P1 3 4根 1 0 1 ． 6 m m D P x 1 3 5根 1 2 7 m m D P ； 六 开钻 具 1 1 7 ． 5 m mY C 5 1 7 止 回阀 中8 8 ． 9 m m HWD P x 1 9根 7 3 m m D P9 8根 旁 通 阀 7 3 m m D P x 8 1 根 1 0 1 ． 6 m mD P 。 3 ． 2 优选钻头 五开奥 陶 系下统 分 乡 组 以上 灰岩 地层 适 合 P D C钻头， 如 ， 成都 D E E P公司 1 6 5 ． 1 m m D M 3 6 5 ， 单只进尺 1 5 8 ． 6 0 m， 机械钻 速 1 ． 4 4 m ／ h ， 奥陶系下统南津关组 、 寒武系中统三游 洞组 ， 灰岩夹研磨性强的粉砂岩， 主要选用 H J 6 1 7 G 三牙轮钻头。寒武系 中统覃家庙组灰岩地层 ， 适合 P D C钻头， 盐上井段使用 P D C钻头以提高钻井速 度， 如， 选用美国R E E D公司 1 6 5 ． 1 m m D X l 1 1 ， 单只 进尺 1 8 3 ． 1 2 m， 机 械钻速 2 ． 0 6 m ／ h ； 盐层井段使 用 H J 6 1 7三牙轮钻头以防盐卡。 六开选用江钻 1 1 7 ． 5 m mY C 5 1 7单牙轮钻头 ， 根 据建深 1 井超深井段高密度泥浆钻进的特点， 江钻 对流道作防冲蚀处理， 水眼由 1 6 m m 2增大到 0 衄 ， 较好地满足了钻井要求， 单只 Y C 5 1 7 钻头进尺 1 1 4 ． 0 0 m， 纯钻时间4 9 h ， 机械钻速2 ． 3 5 m ／ h。 3 ． 3 堵漏提承压技术 五开盐 上井 段 使 用 了 K S Y、 复 合堵 漏 材料 、 H A L L S 、 H A L L S 固化剂、 刚性颗粒等堵漏提承压技术 ， 采用静止蹩压或节流循环提承压方法， 复合堵漏浆 节流循环提承压能力至当量密度 1 ． 6 7 ， 但因复合堵 漏剂中的核桃壳、 纤维状堵漏剂等果壳类堵漏剂在 1 5 0 o C 高温下稳定性很差， 起不到长时间的封堵效 果 ； 采用刚性颗粒循环 提承压 ， 保 持堵漏材料浓度 7 ％ ， 能满足当量密度 1 ． 5 2动态循环不漏。 3 ． 4 泥浆体系及性能维护 五开 由于盐上井段承压能力低 ， 采用密度 1 ． 4 6 g ／ c m 聚磺欠饱和盐水堵漏浆钻盐层， 维护含盐量 2 6 0 0 0 0～ 2 8 0 0 0 0 m g ／ 1 ， 刚性颗粒浓度 3％～ 5 ％。六 开采用 1 ． 8 0 ～ 2 ． 0 5 c m 。 高密度聚磺饱和盐水堵漏 泥浆钻进 ， 维护含盐量不少于 3 0 5 0 0 0 ra g ／ 1 ， 刚性颗 粒浓度 3～ 5 ％。 3 ． 5 井喷及井下故障预防主要措施 3 ． 5 ． 1防断钻具主要 措施 简化钻具结构， 原则上不使用扶正器； 使用全新 钻杆或一级钻杆， 每趟钻纯钻时间控制不超过 1 2 h ， 每趟钻对钻铤、 配合接头、 加重钻杆等现场探伤； 在 钻井液中加入足量防卡润滑剂 ， 同时控制钻井液失 水量不大于 4 ． 5 m l 。由经验丰富的司钻操作刹把 ， 并密切关注钻井参数 的变化情况 ， 如扭矩、 泵压发生 变化 ， 起钻检查。 3 ． 5 ． 2防盐卡技术措施 盐层井段使用牙轮钻头钻进 ， 尽可能采用高密 度饱和盐水泥浆钻进， 钻进中及时补充盐； 遇快钻时 或盐层严格执行划眼规定 ， 坚持进 “ 一退二 ” 原则 ， 每钻进 0 ． 1 m上提划眼 ， 每钻进 1 2 h短起钻验证上 部盐层蠕动速率 ， 及时进行短起下钻。 3 ． 5 ． 3 防漏防喷技术措施 按川东北新标准配置、 安装井控装置 ， 在钻具中 加入箭型止回阀， 确保井控装置安全可靠。将钻时 加快、 全烃升高、 液面增加、 密度降低、 泵压降低这五 种溢流显示列为重点监测对象 ， 液面记 录时间间隔 调整为 5 m i n 。在钻井液 中加入一定浓度堵漏材料， 避免恶性漏失。严格控制起下钻速度 ， 防止过大的 抽汲压力和激动压力。由于小井眼环空间隙小、 起 钻抽汲对井底压力影响大， 因此每次起钻前都应该 进行短程起下钻， 以检查井底是否平稳。一旦发现 溢流显示 ， 停泵观察。一旦关井 ， 既使没有观察到立 压和套压 ， 也不能全开节流阀循环。应该适量控制 第 1 期 张正禄等 建深 1井地质分层数据表 2 9- 1 ～ 3 MP a的井 口回压进行循环 ， 同时 以每周 0 ． 0 2 g ／ c m 的速度提高钻井液密度 ， 直至井底完全压稳 。 3 ． 6固井施工技术措施 下套管前采用不同刚度的钻具组合认真通井、 模拟通井 ， 确保盐上井段 畅通； 下套管前除去泥浆 中 颗粒较大的堵漏材料 ， 同时在井浆 中加入足量防卡 润滑剂 。下套管时严格控制下放速度 ， 水泥浆采用 双凝双密度防漏防气窜水泥浆体系， 加大冲洗液、 先 导浆用量 ， 在套管悬挂器 以上设计 1 5 0 2 0 0 m水泥 塞， 确保重叠段的封固质量； 注水泥时采用水泥浆过 渡罐 ， 保证密度均匀稳定 ； 采用膨胀防漏 防气窜水泥 浆体系 ， 确定合理 的水泥浆稠化时间。 4 取得的成功经验 建深 1井 中1 6 5 ． 1 m m、 1 1 7 ． 5 ram小井 眼段长 累计 1 8 3 2 ． 6 5 m， 其中， 1 1 7 ． 5 m m小井眼段长 6 0 3 ． 1 2 m， 是 目前眼南方海相该尺 寸井眼进尺最 多的井。 取得了以下成功经验 1 对 建南 深层构造下寒 武 系覃 家庙组 盐层 厚 、 岩性复杂 、 埋藏深等特性有 了充分 了解 ， 必须采 用超高密度饱 和盐水泥浆钻盐层 ， 并做到快抒 决封 ， 才能有效抑制盐层和软泥岩在高温高压环境 中蠕动 速度快 ， 保证盐下井段钻井施工安全。 2 对建南深层构造小井 眼钻具组合优化 、 钻 头选型、 提承压 、 泥浆体系及井下故障预防等初步形 成 了成熟的配套技术 。 5 存在的问题及建议 5 ． 1 存在的问题 建深 1 井小井 眼施工存在的问题有 以下 3个 1 小井 眼井段 长， 小钴具抗拉、 抗扭 强度低 ， 小钻具的超负荷使用， 最终将不可避免地发生钻具 事故 ； 2 在高密度泥浆条件下， 小井眼循环压耗大， 泵压高， 排量小， 无法保证井下安全； 3 7 3 mm钻杆水 眼小， 加入钻具 止 回阀后 ， 流体过流面积更小 ， 易刺 断钻具 ， 也不 利于压井工 作。 5 ． 2建 议 1 建南深层构造盐层要实行快打快封外 ， 小 井眼段长应充分考虑钻具的抗拉 、 抗扭强度和循环 压耗 ， 中1 1 7 ． 5 mm小井眼段长应控制在 4 0 0 m以内。 2 1 1 7 ． 5 ram 小 井 眼， 钻 具 止 回阀 安放 在 7 3 mm钻杆上部 ， 8 8 ． 9 m m钻杆下部 。 编辑胡素梅 中国正式 实施 新型能源页岩 气开发 国土资源部近日在重庆市綦江县启动了首个页岩气资源勘查项目。这标志着继美国 和加拿大之后 ， 中国正式开始这一新型能源页岩气资源的勘探开发。 据悉 ， 在国家能源勘探战略上 ， 国土资源部高度关注页岩气资源开发利用 。2 0 0 4年 ， 国土资源部油气资源战略研究 中心、 中国地质大学 北京 即开始 了页岩气资源 的研究工 作 。经过比对湖南、 四川等 8省市成矿条件后 ， 认为重庆市渝南、 东南地区广为分布下寒 武 、 下志留、 中二叠三套地层 ， 不少地方有形成大规模页岩气的可能。其 中重庆綦 江、 万 盛、 南川、 武隆、 彭水、 秀山和巫溪等区县是页岩气资源最有利的成矿区带， 因此被确定为 首批实地勘查工作 目标 区。 页岩气是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中， 以吸附或游离状态为主要存在方 式聚集的天然气。作为新能源之一， 这既是常规能源天然气的潜在替代能源， 也是清洁环 保能源。 页岩气资源开发在美国和加拿大已经起步。中国主要盆地和地 区页岩气资源量约为 1 5～ 3 0 1 0 e m ， 与美国2 8 ． 3 x 1 0 c m 大致相当， 经济价值巨大。 文乔摘编