郭家軒，張 旭，胡志興

（河北省煤田地質局第二地質隊，河北邢臺054001）

1 概述

井礦鹽是陸地上的鹽類物質被地表水或地下水攜帶而積聚于內(nèi)陸盆地，在炎熱干旱、蒸發(fā)量大于水體補給量的條件下，盆地內(nèi)含鹽的水體不斷蒸發(fā)、濃縮，沉積為巨大的鹽類礦床。水平對接井在鹽井作業(yè)中被廣泛采用，具有產(chǎn)量大、投產(chǎn)快、開采成本低和開采周期長等優(yōu)點［1］，但開采過程中也時常發(fā)生井堵。

一般處理井組堵塞常用的方法有壓井、通井、水平井側鉆開窗重新對接已有溶腔［2］。對于原有通道徹底堵死的情況，重新開窗二次對接原溶腔是最有效的方法，大部分堵塞井組通過該方法獲得了“重生”。但對于老直井（目標井）無法與自身老溶腔連通，老水平井若開窗側鉆二次水平連通老溶腔也無法形成有效U形通道的情況，應避開老溶腔，重新建立新溶腔。河北寧晉石鹽田Y 2-Y4井組修井過程中，就存在老溶腔無法再利用的情況，此時老溶腔成為井組二次對接的“累贅”。在Y 2-Y 4井組首次采用了水平井-直井井型互換的方法，成功二次連通，使老井組“復活”。

2 老井組情況

2.1 Y2-Y4井組井身結構及軌跡數(shù)據(jù)

Y 2-Y 4老井組井身結構見表1，第一次連通數(shù)據(jù)情況見表2、圖1和圖2。

表1 Y2-Y4井組井身結構Table 1 Structure of Well Set Y 2-Y4

表2 Y2、Y4井組軌跡數(shù)據(jù)Table 2 Trajectory data of well Y 2 and Y 4

井組連通初期，兩井下入中心管及安裝采鹵井口，首先保證井組通道持續(xù)注水出鹵，并將井內(nèi)泥漿全部頂替出井，待注水量逐漸增大，注水壓力也隨之逐漸降低，采注循環(huán)穩(wěn)定下來后，將注水和采鹵管線與制鹽車間對應管線切換連接，成功將整個井組循環(huán)采鹵系統(tǒng)交由制鹽車間管理，車間正常采鹵生產(chǎn)。

圖1 Y2-Y4老井組連通水平圖Fig.1 Connection plan view of existing Well Set Y 2-Y 4

圖2 Y2-Y4老井組垂直圖Fig.2 Vertical view of existing Well Set Y 2-Y4

2.2 施工主要設備

井組施工投入的設備情況見表3。

表3 Y2-Y4井組施工設備Table 3 Drilling equipment for Well Set Y 2-Y4

2.3 鉆頭選取及鉆具組合

一開直井段選用牙輪鉆頭，適合大鉆壓、大泵量、快速鉆進，從而提高鉆效，縮短工期。

二開直井段選用PDC鉆頭，該鉆頭適合軟到中硬度巖層，能適應高轉速、低鉆壓的鉆進工況，且使用壽命長，能減少起下鉆次數(shù)以縮短工期［3］。但進入定向增斜段后，由于PDC鉆頭特有的切削機理，鉆進過程中會出現(xiàn)嚴重的托壓，不僅影響造斜率也影響工期，因此鉆至造斜點時應起鉆更換牙輪鉆頭。

水平段多采用PDC鉆頭，可以有效地運移鉆屑，清洗鉆頭，防止鉆頭泥包，提高機械鉆速，其螺旋保徑設計、軌道布齒設計、緩沖塊設計能保證鉆頭抗回旋性能［4］。

Y 4井采用的鉆具組合如表4所示（Y 2井鉆具組合大致相同，不再贅述）。

表4 Y4井鉆具組合Table 4 Drilling stem for Well Y4

3 老井組堵塞原因分析和修井過程

3.1 通道堵塞及原因預測

Y 2-Y 4井組正常采鹵一段時間后，返鹵量逐漸變得較小，注水壓力逐漸增高，井組通道堵塞。

分析井組通道堵塞原因主要有如下幾個方面。

（1）井口管道和井筒套管內(nèi)可溶鹽析出結晶堵塞。因出鹵方向是自井底至井口，地溫不斷降低，在鹵水通過返鹵井上升至地面的過程中，隨著地溫逐漸降低，鹽溶解度逐漸降低，很容易形成晶體析出附著在管道閥門不光滑部位或變徑處，附著或沉積在管道內(nèi)壁，產(chǎn)生堆積，縮小甚至堵塞流動通道引起鹽結晶堵井［7］。

（2）地層蠕動、地震等地質活動引發(fā)的夾層坍塌。在長期的采鹵建腔生產(chǎn)活動中，由于鹽巖層純度低，夾層多，而夾層的存在會導致腔壁變形不協(xié)調，蠕變速率不一致，因此可能會在交界面發(fā)生剪切破壞，從而產(chǎn)生較多的裂隙，造成坍塌。同時，井下復雜的地質活動，也會造成夾層坍塌，如地震、溶腔采空區(qū)頂板懸露、鹽層蠕動等一系列誘因，會引發(fā)夾層坍塌［8］。夾層坍塌同時會導致套管擠毀錯斷、中心管變形、坍塌夾層沉渣涌入通道，從而導致U形通道堵塞。

（3）套管損壞導致的通道堵塞。套管腐蝕是現(xiàn)有鹽井存在的普遍問題，穿孔漏失、強度降低、管體變形、開口錯位等是套管腐蝕后的主要表現(xiàn)［9］。鹽井套管和中心管使用的鋼材料，在鹵水中極易被腐蝕，腐蝕形式包括酸腐蝕、電化學腐蝕和氧化腐蝕等。在偏酸性鹵水中，酸性物質與鋼材料發(fā)生反應，pH值越低，腐蝕速率越大。以及上文提到的地層運動、夾層坍塌所引起的套管損壞的連鎖反應。

3.2 Y 2井通井解堵作業(yè)

老井組發(fā)生堵塞初期，采鹵車間首先采用調整注水量的方法，以便將堵塞的通道再次溶通，該方法未能奏效。后采用倒井反注的方法也無法再次建立有效循環(huán)。隨后又使用柱塞泵在井口進行壓裂解堵，最高壓力至26 MPa，持續(xù)打/憋壓數(shù)天未能解堵，最終井組通道徹底堵塞。

在采鹵車間采用地面手段均無法使老井組再次連通的情況下，決定對Y2井進行通井修井作業(yè)。

3.2.1 通井修井施工過程

（1）修井車通井。先使用XJ350型修井車進行通井作業(yè)，使用?60 mm配水管通井，始終無法通井至井底。通至井深2580 m左右遇阻，采用加大排量、活動鉆具等措施未能通至井底，隨后修井車撤場，配水管通井作業(yè)結束。

（2）通井修井作業(yè)。下鉆具（此次未攜帶鉆頭）通井至1610 m遇阻，同時憋泵無法建立循環(huán)，提鉆發(fā)現(xiàn)鉆具內(nèi)砂堵。

（3）第一次鉆掃。下入兩翼刮刀鉆頭，本次下鉆至2273 m遇阻，開始沖掃孔，期間返出大量砂樣。沖掃至2476.72 m，發(fā)生井噴，且井噴后井口一直有鹵水涌出，共返出鹵水約500 m3。提鉆后發(fā)現(xiàn)下部鉆桿被巖粉堵死。

（4）第二次鉆掃。本次下鉆至2395 m遇阻，較上次井噴砂面上漲81.72 m，沖掃至2803 m，沖掃阻力變大，且鉆機出現(xiàn)憋鉆現(xiàn)象，提鉆后發(fā)現(xiàn)鉆頭有臺階狀損傷，且期間返出大量巖粉。

（5）第三次鉆掃。本次下鉆至2745 m遇阻，較上次砂面上漲58 m，期間活動鉆具，開泵沖掃出巖粉10余m3，鉆頭堵塞。

（6）第四次鉆掃。本次下鉆在2680 m處遇阻，較上次砂面上漲65 m，沖掃至2784 m遇阻無進尺，提鉆后發(fā)現(xiàn)鉆頭磨損嚴重，在此期間，返砂量很大，達到0.375 m3/h，巖性主要是泥巖碎屑。

（7）第五次鉆掃。本次下入?108 mm銑錐，下鉆到2717 m處遇阻，較上次砂面上漲67 m，沖掃至2794 m，憋泵嚴重，且沖掃進尺慢，提鉆檢查鉆具，期間返砂量較大。

（8）第六次鉆掃。本次下入四翼刮刀鉆頭，在2727 m處遇阻，較上次砂面上漲67 m，后繼續(xù)沖掃，鉆掃至2810 m時發(fā)生井涌，出水7～8 m3，出砂約5 m3，鹵水呈黑色且粘稠。此次鉆掃順利通過2803 m卡點，當下至2835 m時遇阻，探底沖掃至2848.7 m，起鉆后發(fā)現(xiàn)鉆具斷裂，井底“落魚”60 m。

（9）打撈“落魚”。下入公錐打撈“落魚”，下鉆至2727 m遇阻，較上次砂面上漲121.7 m，沖掃至2738 m遇阻再無進尺，后起鉆。

3.2.2 本次通井修井失敗原因分析

地質運動、溶腔擴大導致薄夾層懸露等從而使夾層坍塌產(chǎn)生的細碎沉渣以及鹽層溶解過程中留下的不溶物質增多；含氣量較多地層因溶腔擴展溶解裸露后釋放其中高壓氣體，使得套管內(nèi)外壓力差很大；以上2種因素綜合作用下，使得沉渣不斷融入套管內(nèi)，其反映出的現(xiàn)象是：多次鉆掃沖砂后，砂面仍不斷上漲；一旦套管通道與溶腔存在通道，瞬間壓力差又會導致井噴及砂涌再次堵塞套管與溶腔之間的通道，使得原有U形通道一直無法實現(xiàn)再次連通，堵塞模型分析見圖3。對Y 2井套管內(nèi)的通井工作以失敗告終［10］。

圖3 Y2井（直井）堵塞模型Fig.3 Blockage model of Well Y 2(vertical well)

3.3 Y 2井開窗側鉆建立新軌跡（避老腔建新腔）

3.3.1 開窗側鉆方案及施工

在Y 2井套管內(nèi)通井作業(yè)未能建立有效通道，實現(xiàn)老井組溶腔再利用的情況下，商議決定對Y 2井進行開窗側鉆重新建立新腔的方案。該方案技術難點及關鍵節(jié)點為：（1）順利開窗且窗口可以保證? 152.4 mm鉆頭通過；（2）側鉆防碰［11］；（3）避開“葫蘆狀”老溶腔；（4）按照設計軌跡鉆進至靶點；（5）成功坐掛尾管且保證固井質量；（6）有效建立新溶腔。

井隊先后進行刮削套管作業(yè)，在井深2635 m處下入橋塞并成功坐封，同時下入斜向器坐封于井深2576 m處，下入?153 mm銑錐鉆頭成功開窗后定向鉆進至井深2707.4 m處［12］，發(fā)生井噴，此時Y 2井新軌跡距離Y 2老井套管約有10 m的空間距離，同時老井組生產(chǎn)采鹵溶腔通道垂深2841 m，井噴點垂深差距約136 m。

Y 2井繼續(xù)沿用水平井設計開窗側鉆建立新軌跡的方案失敗。

3.3.2 本次施工失敗原因分析

鹽層厚度在100 m以上的水平對接鹽井井組，其主生產(chǎn)期基本在豎直溶腔內(nèi)進行，豎直溶腔形狀受采區(qū)的夾層厚度和水不溶物含量等礦石特性影響，同時夾層坍塌及套管與井壁環(huán)空水泥環(huán)脫落導致溶腔不斷上竄，從而形成以直井為中心多個“鍋底”狀不規(guī)則圓柱形溶腔（葫蘆狀）［13］，其模型見圖4。此時，直井開窗側鉆后無法避開老溶腔上竄形成的空腔體，導致井噴，致使Y 2直井小角度開窗側鉆避開老腔建立新腔的方案失敗。

圖4 “葫蘆狀”溶腔模型Fig.4 “Gourd”cavity model

4 井組井型互換實現(xiàn)井組“復活”

4.1 井型互換方案

在Y 2井通井方案無法處理直井套管內(nèi)沉渣面上漲問題和Y 2井開窗側鉆小角度位移無法有效避開老腔的前提下，研究決定采用老井組井型互換（Y 2直井改為水平井，Y 4水平井改為直井）的方案，旨在徹底拋棄并遠離Y 2井底的老溶腔，最大程度利用老井價值，重新建立軌跡和新溶腔，以達到老井組再利用的目的。這是老井組井型互換方法在本區(qū)塊的首次應用。

本區(qū)塊首次采用直井開窗側鉆后定向雙增軌跡曲線（直-增-穩(wěn)-增-平）的實鉆軌跡，旨在利用大角度井斜走大位移以達到最大程度避開老溶腔上竄形成的“葫蘆狀”溶腔的目的，對于設計軌道需繞腔的復雜井，要與地質、礦藏開發(fā)工程師對已開采形成溶腔進行分析計算，實鉆軌跡需安全繞腔，才能實現(xiàn)對剩余礦藏有效開采［14］。同時其軌跡曲線又要滿足水平對接鹽井組中定向水平井的軌跡要求，包括防碰、“狗腿”度、裸眼長度及水平段長度等定向軌跡技術指標，表5、表6、圖5、圖6為新老井的軸跡數(shù)據(jù)。

表5 Y4井開窗側鉆變直井實鉆軌跡Table 5 Actual drilling trajectory in changing Well Y 4 into a vertical well through window milling

表6 Y2井大位移避老腔雙增軌跡Table 6 Double-build tr ajector y of Well Y2 with large displacement to by-pass the existing caver n

4.2 施工工序

除軌跡設計外，施工工序基本與傳統(tǒng)水平對接鹽井組施工工序相同。

4.2.1 Y 4井開窗側鉆改直井施工

（1）Y 4井刮管作業(yè)后，于井深2652 m處開窗，采用常規(guī)開窗鉆具組合。

鉆具組合：?153 mm銑錐鉆頭+?120 mm鉆鋌+?89 mm鉆桿，帶1～2單根鉆鋌，以防止鉆具柔性懸垂打碰到下方Y 4井技術套管。

（2）定向鉆進至2769 m，要求終孔井斜＜5°，以便后期對接儀器下入及建腔鉆具安全。

定向鉆具組合：?152 mmPDC鉆頭+?120 mm單彎螺桿+?120 mm無磁鉆鋌+?89 mm加重鉆桿40 m+?89 mm鉆桿。

（3）終孔后，提鉆時需最后一次丈量鉆具，并結合歷史數(shù)據(jù)和隨鉆伽馬數(shù)據(jù)，修正對接靶點。根據(jù)Y 4井隨鉆伽馬值以及巖屑錄井綜合數(shù)據(jù)，確定要封固的夾層頂板，下入?139.7 mm無接箍尾套管固井候凝72 h。

后下入?108 mm鉆頭掃水泥至原井底。掃水泥鉆具組合：?108 mm鉆頭+?73 mm鉆桿+?89 mm鉆桿。

（4）掃通水泥后，原鉆具定期使用飽和泥漿在井底循環(huán)，保證井筒通暢，并根據(jù)Y 2井施工進度，更換淡水建槽（合理規(guī)劃建槽時間）。建槽完成后，待Y 2井鉆進至靶點前80～100 m時，Y 4井下入強磁對接儀器。連通后下入配水管，連接井口裝置，將井組交由制鹽車間，井隊撤場。

4.2.2 Y 2井開窗側鉆改水平井施工

（1）Y 2井刮管、開窗、側鉆等施工工藝和鉆具組合選配與Y 4井開窗側鉆施工相同，不再贅述。

（2）定向段前期使用大度數(shù)彎螺桿以滿足前期高造斜率，同時注意套管防碰，并在之前井噴處保證50 m以上位移，進入穩(wěn)斜段后更換小度數(shù)螺桿穩(wěn)斜鉆進，二次增斜應提前試定向，分析預測之后造斜率是否滿足待鉆要求，同時注意“狗腿”度問題，以防出現(xiàn)鉆具阻力大以及影響后期下尾管的順利送入。

（3）距離靶點80～100 m井深時，起鉆下入強磁接頭，并根據(jù)強磁對接儀器修正參數(shù)鉆進［15］，直至連通。

（4）井組連通后，下?60 mm配水管，連接井口裝置，將井組交由制鹽車間，井隊撤場。

圖5 井型互換后水平軌跡Fig.5 Hor izontal trajector y after well type switch

圖6 井型互換后垂直軌跡Fig.6 Vertical trajectory after well type switch

5 修井效果

本次修井所采用的“井型互換”方法，成功實現(xiàn)老井組的再利用，鹵水濃度及流量均達到了采鹵生產(chǎn)的要求。

6 結語

鹽井堵塞一直是鹽田開采最常見的問題，其堵塞可由多方面因素導致，對于某些井組存在特殊性的問題，不能照搬理論與傳統(tǒng)經(jīng)驗，治理方法要“對癥下藥”。

在本次鹽井修井過程中，采用了井組井型互換、優(yōu)化鉆具組合、完善施工體系等方法，達到了修井采鹵的目的。油氣田開發(fā)領域的大斜度繞障技術在鹽田對接井鉆修井施工中取得了成效。

本次修井施工的成功經(jīng)驗也為之后的鹽井組修治提供了一種新的方法。