印樹明,秦 濤

(1.中國石油大學(xué)勝利學(xué)院 油氣工程學(xué)院,山東 東營 257061; 2.中石化勝利石油工程有限公司 鉆井工藝研究院,山東 東營 257017)

董703井位于新疆維吾爾自治區(qū)阜康市北偏西40 km。董701井井口方位21°，距離8 252 m。該井設(shè)計井別為評價井，井型為直井，設(shè)計井深4 300 m，實(shí)鉆井深4 300 m，完鉆層位為西山窯組，建井周期46.58 d。

1 地質(zhì)及工程簡況

1.1 地質(zhì)簡況

董703井自上而下分別鉆遇新近系、古近系、東溝組、勝金口組、呼圖壁組、清水河組、頭屯河組和西山窯組。勝金口組及以上地層主要為泥巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖不等厚互層。呼圖壁組上部以泥巖為主,夾粉砂巖,中部砂巖膠結(jié)物中含有石膏,下部為泥巖與粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、灰質(zhì)砂巖不等厚互層。清水河組中上部為泥巖夾泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、灰質(zhì)粉砂巖等,底部為厚層狀砂巖、含礫砂巖、泥礫巖。頭屯河組中上部以泥巖夾粉砂巖為主,下部為泥巖與泥質(zhì)砂巖、粉砂巖不等厚互層。西山窯組上部主要以泥巖為主夾粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖。

1.2 工程簡況

董703井一開使用Φ444.5 mm鉆頭鉆至井深101.5 m,Φ339.7 mm套管下深101.1 m;二開使用Φ311.2 mm鉆頭鉆至井深2 082 m,Φ244.5 mm套管下深2 080.15 m;三開使用Φ215.9 mm鉆頭鉆至井深4 300 m完鉆。

2 鉆井液技術(shù)對策研究

2.1 鉆井復(fù)雜地層分析

(1)上部新近系、古近系泥巖含量較高,機(jī)械鉆速快,環(huán)空鉆屑濃度高,易縮徑,必須保證鉆井液具有很強(qiáng)的抑制能力和井壁沖刷能力,有效提高井徑擴(kuò)大率,確保起下鉆順利。

(2)東溝組和勝金口組井段鉆井液性能仍以低黏低切為主,強(qiáng)化鉆井液較強(qiáng)的抑制性,使用好固控設(shè)備,保持鉆井液清潔,井壁干凈,提高上部地層的機(jī)械鉆速,并為泥漿下步轉(zhuǎn)型打好基礎(chǔ)。

(3)呼圖壁組和清水河組井段砂泥巖互層,硬脆性泥巖膠結(jié)疏松,鉆頭剝蝕加之水化分散,易產(chǎn)生掉塊,造成井壁不規(guī)則,因此,鉆井液需在進(jìn)入呼圖壁組前開始轉(zhuǎn)型,調(diào)整鉆井液中膨潤土的含量至合適范圍;降低鉆井液失水;提高鉆井液的抑制性能,按設(shè)計提高鉆井液密度確保足夠的液柱壓力,從力學(xué)角度穩(wěn)定井壁。

(4)白堊系地層處于斷裂破碎帶,坍塌壓力較高,應(yīng)隨井深增加適當(dāng)提高比重平衡地層壓力,同時確保封堵防塌劑的加量,注意防坍塌、防卡。

(5)頭屯河組是主要目的層段,該井段砂質(zhì)泥巖巖性硬脆,膠結(jié)性差,且發(fā)育有微裂縫,極易產(chǎn)生掉塊,難以破碎和攜帶,對井下施工造成困難。鉆井液應(yīng)重點(diǎn)強(qiáng)化封堵和高溫攜帶能力;加入井壁穩(wěn)定劑、超細(xì)碳酸鈣等封堵材料,提高井壁的穩(wěn)定性。

(6)完鉆后應(yīng)充分循環(huán),保證井眼干凈,根據(jù)情況配制封井漿,確保電測、取心及下套管順利。

2.2 鄰井復(fù)雜情況分析

董2井二開鉆至古近系井深1 381.99 m出現(xiàn)鉆具掛卡現(xiàn)象,表現(xiàn)為上提鉆具困難,上提時大鉤負(fù)荷比正常值偏大(最大超過正常的17%,約多出120 t),并反復(fù)出現(xiàn)非正常現(xiàn)象。分析為該井段地層成巖性差,泥巖出現(xiàn)縮徑及鉆具扶正器影響,導(dǎo)致起鉆掛卡。

董7井鉆至頭屯河組起下鉆過程中經(jīng)常多點(diǎn)阻卡[1-2],開泵下探遇阻點(diǎn)固定,劃眼過程中頻繁憋停轉(zhuǎn)盤,同時返出大量掉塊。三開鉆進(jìn)4 366 m時,接單根上提鉆具過程掛卡,掛卡點(diǎn)憋轉(zhuǎn)盤,憋泵現(xiàn)象嚴(yán)重。判斷為掉塊較多未能帶出,接單根停泵后掉塊下沉憋轉(zhuǎn)盤、憋泵。

董801井鉆至4 007 m準(zhǔn)備接單根時,突然出現(xiàn)憋泵現(xiàn)象,轉(zhuǎn)盤倒轉(zhuǎn),再提至離轉(zhuǎn)盤9 m處無法上提,判斷井眼有較大的硬掉塊卡住鉆頭。下放開泵后,循環(huán)時未能帶出大掉塊,多次嘗試上提30～40 t,未能成功。

董6井鉆進(jìn)至井深4 618.95 m發(fā)生卡鉆，層位為侏羅系頭屯河組，上提最大170 t，鉆具上下活動不開，震擊器上擊20余次無效，現(xiàn)場判斷卡鉆原因為地層垮塌。

董11井鉆至齊古組井深4 000 m左右時掉塊變大變多，嚴(yán)重時有大掉塊下落憋扶正器，憋停轉(zhuǎn)盤，接單根轉(zhuǎn)盤倒轉(zhuǎn)。在化學(xué)和力學(xué)方面對鉆井液進(jìn)行處理，掉塊減少，憋轉(zhuǎn)盤現(xiàn)象得到有效控制。

董702井鉆進(jìn)至3 820 m接單根時出現(xiàn)類似董801井的情況,上提接單根掛卡嚴(yán)重,之后鉆進(jìn)中多次出現(xiàn)接單根時上提遇阻,倒劃眼的情況。起下鉆時常出現(xiàn)大段遇阻劃眼情況,且劃眼期間扭矩較大。判斷為鉆井液性能不能滿足攜帶要求導(dǎo)致掉塊積聚在鉆頭和扶正器處造成阻卡。

本井施工過程中對比分析鄰井復(fù)雜情況及原因[3-6],有針對性提前擬定預(yù)防措施,為全井順利施工提供了保障。

2.3 分段鉆井液體系及配方

(1)一開井段(0～101.5 m)預(yù)水化膨潤土漿?；九浞?(8%～10%)膨潤土+(0.3%～0.5%)燒堿+(0.2%～0.3%)純堿+(0.1%～0.2%)生物聚合物XC。

(2)二開井段(101.50～2 082.00 m)聚合物鉆井液體系?；九浞?(3%～4%)膨潤土+(0.3%～0.5%)聚丙烯酰胺PAM+(0.3%～0.5%)低黏聚陰離子纖維素LV-PAC+(0.3%～0.5%)銨鹽+(0.3%～0.5%)抗溫抗鹽鈣降濾失劑JZC-1。

(3)三開井段(2 082.00～4 300.00 m)強(qiáng)抑制聚合物封堵防塌鉆井液體系?；九浞?(6%～8%)膨潤土+(0.3%～0.5%)聚丙烯酰胺PAM+(0.5%～0.8%)氨基聚醇+(1%～2%)無水聚合醇+(0.5%～1%)低黏聚陰離子纖維素LV-PAC+(0.5%～1%)抗溫抗鹽鈣降濾失劑JZC-1+(2%～3%)磺甲基酚醛樹脂SMP-1+(2%～3%)抗鹽抗鈣聚合物降濾失劑JZA-1+(2%～3%)井壁穩(wěn)定劑HQ-1+(2%～3%)超細(xì)碳酸鈣+(1%～2%)褐煤樹脂SPNH+(0.5%～1%)硅氟降黏劑+(2%～3%)白油潤滑劑。

2.4 分段鉆井液維護(hù)處理措施

2.4.1 一開井段(0～101.50 m)

(1)一開(0～101.5 m)鉆遇表層新近系主要為流沙層,滲透性強(qiáng),鉆井液損耗量大,配制10%預(yù)水化膨潤土漿200 m3,用生物聚合物XC調(diào)整黏度在40～60 mPa·s之間,保持鉆井液有一定的懸浮能力。

(2)開鉆后逐漸補(bǔ)充0.1～0.2%鉆井液用生物聚合物XC對膨潤土漿進(jìn)行護(hù)膠。

(3)鉆進(jìn)時使用好固控設(shè)備,調(diào)試離心機(jī)為二開做準(zhǔn)備,保證各級固控設(shè)備狀態(tài)良好。

(4)鉆完進(jìn)尺后大排量循環(huán)洗井,適當(dāng)提高黏度封井,保證下套管順利。

2.4.2 二開井段(101.50～2 082.00 m)

二開鉆新近系、古近系、東溝組、勝金口組，該井段以灰褐色泥巖、棕紅色泥巖、紫紅色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、砂質(zhì)泥巖為主，泥巖含量較高，機(jī)械鉆速快，環(huán)空鉆屑濃度高，易縮徑。

(1)將一開鉆井液大部分回收,按照設(shè)計要求配備密度1.35 g/cm3的壓井液190 m3。井筒內(nèi)鉆井液加入濃度0.2%～0.3%PAM膠液稀釋至黏度40 mPa·s左右二開,待鉆鋌出套管鞋后用稀膠液逐漸將黏度降至35 mPa·s左右。

(2)上部地層應(yīng)保持較低的黏切和足夠的排量,加強(qiáng)鉆井液對井壁的沖刷,有效提高井徑擴(kuò)大率,預(yù)防起下鉆阻卡。

(3)使用好固控設(shè)備,鉆進(jìn)時保證離心機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),降低鉆井液中劣質(zhì)固相含量,保持鉆井液清潔,提高上部地層的機(jī)械鉆速。

(4)鉆進(jìn)過程中,按照(0.1%～0.3%)聚丙烯酰胺干粉+(0.3%～0.5%)銨鹽+(0.2%～0.3%)燒堿配備稀膠液維護(hù)泥漿量,保持鉆井液較強(qiáng)的抑制性能。

(5)因二開采用雙泵,排量大導(dǎo)致振動篩跑漿,泥漿消耗較大,為補(bǔ)充膨潤土含量,需定期混入預(yù)水化稠膨潤土漿,混入前加入LV-PAC對膨潤土漿進(jìn)行護(hù)膠,控制鉆井液中膨潤土含量30～40 g/L。

(6)快速鉆進(jìn)期間,鉆井液黏度控制在35～40 mPa·s左右,密度控制在1.10 g/cm3左右,失水適當(dāng)放開。

(7)鉆至井深930 m短起下后循環(huán),振動篩返出一些直徑1～2 cm左右硬脆性泥巖掉塊;鉆進(jìn)至1 200 m左右,振動篩又出現(xiàn)較多直徑1～2 cm的黃褐色硬脆性泥巖掉塊,為保證井下安全,用LV-PAC逐漸將中壓失水降至10 mL左右。

(8)完鉆前150 m左右,提高鉆井液黏度至40 mPa·s左右,加入(0.3%～0.5%)LV-PAC,控制中壓失水至約8 mL完鉆,完鉆后大排量充分循環(huán),井眼干凈后短起至套管鞋,下鉆循環(huán)后用HV-CMC封井起鉆,下套管,固井順利。

2.4.3 三開井段(2 082.00～4 300.00 m)

三開鉆遇勝金口組、呼圖壁組、清水河組、頭屯河組和西山窯組地層，頭屯河組是主要目的層段，砂質(zhì)泥巖膠結(jié)性差，巖性硬脆，且發(fā)育有微裂縫，極易產(chǎn)生掉塊，難以破碎和攜帶，對井下施工造成困難，因此，防塌護(hù)壁是該井段工作的重點(diǎn)。

(1)三開開鉆前按設(shè)計要求儲備密度1.70 g/cm3的壓井液180 m3。開鉆后繼續(xù)保持鉆井液較低的黏切鉆進(jìn)至井深2 700 m左右,鉆進(jìn)過程中逐步加大鉆井液中抑制劑的含量,保持鉆井液強(qiáng)抑制性,為下步泥漿轉(zhuǎn)型打好基礎(chǔ)。

(2)參考鄰井資料,鉆至呼圖壁組坍塌掉塊現(xiàn)象頻繁,因此在鉆至呼圖壁組前鉆井液開始轉(zhuǎn)型,首先調(diào)整鉆井液中膨潤土含量至50～60 g/L,加入(1%～2%)褐煤類降失水劑調(diào)節(jié)鉆井液流型,進(jìn)一步加入(2%～3%)磺甲基酚醛樹脂SMP-1和(2%～3%)抗鹽抗鈣聚合物降濾失劑JZA-1逐漸控制鉆井液失水小于4 mL。并按設(shè)計要求調(diào)整鉆井液密度。

(3)進(jìn)入清水河組,一次性加入(2%～3%)井壁穩(wěn)定劑HQ-1、(2%～3%)超細(xì)碳酸鈣和(1%～2%)無水聚合醇,提高鉆井液的封堵能力,按設(shè)計逐漸提高鉆井液密度,保持井眼力學(xué)穩(wěn)定,利用鉆井液液柱壓力徑向支撐穩(wěn)定井壁,綜合達(dá)到鉆井液的封堵防塌目的。

(4)頭屯河組沙質(zhì)泥巖周期性掉塊,從3 700 m以后定期推稠塞,確保掉塊及時帶出,清潔井底,保證井下安全。

(5)工程上堅持每打完一個單根都來回劃兩遍,保證井眼暢通。每次起鉆時,鉆具和井壁機(jī)械碰撞,會加劇井壁失穩(wěn),故每次起鉆前都需封井,封井漿中加大瀝青和抗溫降失水劑的加量,保證每趟鉆的順利到底。

(6)鉆至下部地層逐漸加大JZC-1、SMP-1、JZA-1等抗高溫材料的加量,并隨井深的增加適當(dāng)進(jìn)行補(bǔ)充,保證了泥漿的抗溫性及穩(wěn)定性,高溫高壓失水控制在12 mL以內(nèi)。

(7)下步地層不易造漿,應(yīng)定期補(bǔ)充預(yù)水化膨潤土漿和超細(xì)碳酸鈣,控制鉆井液中膨潤土含量60 g/L左右,提高鉆井液的封堵能力。超細(xì)碳酸鈣可以在配制重漿時加入,和石粉一起水化好后在提密度過程中混入井漿,以免直接加入井漿造成性能波動和糊井眼情況。

(8)鉆至設(shè)計井深后,充分循環(huán)將鉆屑攜帶干凈后,短起下保證井眼暢通,同時測后效,確保起鉆前鉆井液密度能夠平衡井底高壓層。電測前,替入用1%固體潤滑劑、1%白油潤滑劑、1%SMP-1和1%低熒光磺化瀝青配制的封井漿封裸眼段,電測三趟均順利到底。經(jīng)過電測過程長時間靜止,電測完下鉆通井時仍直接下到底,未見任何遇阻顯示。

3 分段鉆井液性能

各井段鉆井液性能控制見表1中所示。

表1 董703井各井段鉆井液性能

4 電測分析

電測始終是該區(qū)塊易出復(fù)雜事故的環(huán)節(jié),近年完成的董701井,董8井,董801井等均發(fā)生電測卡儀器穿心打撈的情況,而董6井,董7井等電測均發(fā)生多次遇阻通井情況,電測時間少則一周,多則十幾天,而本井電測三趟均一次成功,僅用時20 h。

本井三開電測平均井徑241.76 mm,井徑擴(kuò)大率為11.98%,總體井徑較規(guī)則,無大規(guī)模糖葫蘆井眼情況,較鄰井董1井、董2井、董3井、董6井等井相同層位井徑小,井身質(zhì)量好。井徑數(shù)據(jù)見表2。

表2 三開井徑測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計

由表2可知,井徑超過250 mm大井眼段主要有兩段:一段是在呼圖壁組和清水河組3 050 ～3 500 m之間,另一段在頭屯河組4 000～4 100 m之間。原因為這兩段地層處于斷裂破碎帶,坍塌壓力較高,但為發(fā)現(xiàn)與保護(hù)油氣層,甲方要求無特殊情況時鉆井液密度執(zhí)行設(shè)計下限,鉆井液密度受到限制,無法充分平衡地層壓力,導(dǎo)致井眼擴(kuò)大率較大。

本井電測較順利原因判斷為電測前通井及封井措施得當(dāng),本井完鉆后換牙輪鉆頭加常規(guī)鉆具通井,充分循環(huán)至井眼干凈,起鉆前配封井漿封整個裸眼段,封井漿中加入的SMP-1保證了電測過程中鉆井液的抗溫性能;瀝青提高了封井漿的封堵能力,保證電測過程中的護(hù)壁作用;固體潤滑劑和白油潤滑劑保證了封井漿的潤滑性能,防止電測儀器起下過程中與井壁產(chǎn)生掛卡現(xiàn)象。

5 結(jié) 論

(1)通過使用聚合物鉆井液體系和強(qiáng)抑制聚合物封堵防塌鉆井液體系,保證了工程施工的順利進(jìn)行。全井機(jī)械鉆速為9.17 m/h,創(chuàng)造了該區(qū)塊的最快紀(jì)錄,完井周期大大縮短。

(2)鉆井液密度應(yīng)根據(jù)地層坍塌應(yīng)力變化及時調(diào)整。白堊系中下部及侏羅系上部地層處于斷裂破碎帶,坍塌壓力較高,應(yīng)隨井深增加適當(dāng)提高比重平衡地層壓力。

(3)本井二開和三開上部地層鉆進(jìn)時采取措施適當(dāng)促進(jìn)黏土分散,起到了較好的效果。

(4)下部地層補(bǔ)充SMP-1、JZA-1等樹脂類藥品降高溫高壓失水效果較好,但降中壓失水效果不理想。