超深井測(cè)井遇阻遇卡原因分析及解決對(duì)策

羅榮

（中國石化西北油田分公司工程監(jiān)督中心，新疆 輪臺(tái) 841600）

0 引 言

塔河油田奧陶系油藏是大型碳酸鹽巖巖溶縫洞型油藏，埋深基本在5450～6750m左右。由于油藏埋深較深，所鉆井都為超深井，平均井深達(dá)到6200m左右。目前，塔河油田超深井一般采用三開三完、四開四完結(jié)構(gòu)，部分穿鹽井采用五開五完結(jié)構(gòu)。由于單一開次裸眼段長（1800～5000m左右）、鉆遇地層多、存在多套地層壓力系統(tǒng)，導(dǎo)致部分區(qū)塊在開發(fā)過程中測(cè)井作業(yè)遇阻遇卡情況較嚴(yán)重。

根據(jù)相關(guān)資料[1]，目前國內(nèi)部分油田在分析測(cè)井遇阻遇卡原因及解決對(duì)策方面，主要從測(cè)井角度提出了一些認(rèn)識(shí)及方法?？紤]到測(cè)井施工的主體環(huán)境是鉆井井眼，為了提高測(cè)井一次成功率，最大程度減少測(cè)井遇阻遇卡情況的發(fā)生，本文從工程角度分析了塔河油田超深井測(cè)井遇阻遇卡的原因，并從細(xì)化井筒準(zhǔn)備（工程角度）、改進(jìn)和優(yōu)化測(cè)井施工工藝（測(cè)井角度）2個(gè)方面提出了相關(guān)技術(shù)對(duì)策，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，取得了較好的效果。

1 超深井測(cè)井遇阻遇卡類型及原因分析

1.1 電纜測(cè)井遇阻原因

1.1.1 井眼不規(guī)則

井眼不規(guī)則主要包括井眼縮徑、擴(kuò)徑、“大肚子”及“糖葫蘆”井眼等。目前，塔河油田主要采用PDC鉆頭鉆進(jìn)，鉆進(jìn)時(shí)機(jī)械鉆速快，導(dǎo)致井壁未充分修整，容易形成不規(guī)則井眼。三疊系、石炭系地層分散性黏土礦物和膨脹性黏土礦物含量高，而且水化膨脹能力和分散性都較強(qiáng)，一旦鉆井液中的自由水沿微裂縫進(jìn)入泥頁巖中，泥頁巖的水化膨脹和水化分散就不可避免，從而造成井壁坍塌，形成“大肚子”井眼。鉆井液的流變參數(shù)不合適、長時(shí)間沖刷井壁、長時(shí)間定點(diǎn)沖孔等，都會(huì)對(duì)井壁穩(wěn)定性造成影響，從而使井眼不規(guī)則，造成測(cè)井遇阻情況的發(fā)生[2]。通過統(tǒng)計(jì)近年來塔河油田發(fā)生的測(cè)井遇阻情況，有近一半是因?yàn)榫诓灰?guī)則引起的。

1.1.2 砂橋

在部分井徑擴(kuò)大段，由于循環(huán)過程中鉆井液在井徑擴(kuò)大段位置上返速較低，巖屑不能及時(shí)上返，滯留在大井眼內(nèi)，停止循環(huán)鉆井液后巖屑下沉聚集在小井眼處，會(huì)形成砂橋；如果在鉆進(jìn)過程中沒有按要求進(jìn)行短起下，鉆井液黏度高，不能有效沖刷井壁，巖屑攜帶不徹底，也會(huì)形成砂橋[3]；表層套管下得太少，松軟地層暴露太多，套管鞋下部的井徑太大，在平時(shí)循環(huán)時(shí)積存了不少巖屑，如果井內(nèi)壓力有波動(dòng)，這些沉砂失去了支持力，也會(huì)下滑而形成砂橋。由于砂橋位置井徑遠(yuǎn)小于鉆頭直徑，當(dāng)儀器串在下放至砂橋位置時(shí)會(huì)發(fā)生遇阻。

1.1.3 鉆井液黏度過高

塔河油田大部分井在中完或完鉆電測(cè)前，鉆井隊(duì)會(huì)在循環(huán)后用高黏度鉆井液將裸眼段進(jìn)行封閉，目的是利用其懸浮能力強(qiáng)的特點(diǎn)防止出現(xiàn)掉塊或沉砂沉入井底造成測(cè)井儀器無法下至井底。但如果鉆井液黏度過高或是抗高溫性能不好，會(huì)使儀器下至高黏度鉆井液頂界面時(shí)出現(xiàn)遇阻情況，主要表現(xiàn)為下放速度非常緩慢，俗稱軟遇阻。2010年工區(qū)施工的YQA井完鉆綜合測(cè)井，該井四開測(cè)量井段為7008～7125m，在測(cè)井前，鉆井隊(duì)用漏斗黏度90s的高黏度鉆井液將6400～7125m井段進(jìn)行了封閉，在測(cè)井作業(yè)時(shí)，儀器下至6400m發(fā)生遇阻，向下活動(dòng)了近1h，儀器僅僅下行了2m。這類情況還會(huì)出現(xiàn)在套管聲幅測(cè)井施工時(shí)，在掃塞時(shí)，如果鉆井液未及時(shí)進(jìn)行抗鈣化處理，會(huì)使鉆井液黏度升高，在測(cè)井作業(yè)時(shí)，也容易出現(xiàn)測(cè)井遇阻。

1.1.4 泥餅質(zhì)量差

泥餅質(zhì)量差的最直接表現(xiàn)就是泥餅厚，潤滑性差[4]。測(cè)井儀器在下放時(shí)，首先接觸的就是泥餅，泥餅質(zhì)量差、虛泥餅厚就增加了測(cè)井遇阻的可能性。

1.1.5 井內(nèi)出稠油

塔河油田10區(qū)、12區(qū)主要為稠油油藏，50℃原油黏度為4000～1200000mPa·s，膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量平均高達(dá)45%，在井筒流動(dòng)過程中，隨著溫度的降低，原油黏度成幾倍幾十倍增加，一般在3000m左右逐漸失去流動(dòng)性[5]。在鉆進(jìn)過程中，如果地層出稠油，且上返速度較快，會(huì)使測(cè)井儀器在上部井段因原油黏度過高而發(fā)生遇阻。

1.2 鉆具輸送測(cè)井遇阻

在鉆具輸送測(cè)井時(shí)，為了保證儀器串安全，當(dāng)作用在儀器串上的遇阻張力超過2t時(shí)就要停止下放；當(dāng)井眼軌跡不好或是井壁存在臺(tái)階時(shí)，如果儀器串需要通過該位置的下壓張力超過2t，就會(huì)造成測(cè)井遇阻。這也是塔河油田超深井測(cè)井作業(yè)造成鉆具輸送測(cè)井遇阻的主要原因。

1.3 電纜測(cè)井遇卡原因

電纜或儀器吸附卡原因。在塔河油田，一般三開結(jié)構(gòu)的二開裸眼井段長達(dá)4300～5000m、四開結(jié)構(gòu)的三開裸眼井段長達(dá)1800～2200m。中間穿過侏羅系、三疊系、石炭系等多個(gè)地層組段，并且不同組段間壓力系統(tǒng)不一致。這兩開次在測(cè)井時(shí)鉆井液密度一般為1.32～1.35g／cm3，但三疊系以上地層的壓力系數(shù)僅為1.08～1.17g／cm3，鉆井液液柱與地層之間存在很大的壓力差，在測(cè)井作業(yè)過程中容易發(fā)生電纜或儀器吸附卡。統(tǒng)計(jì)2004年以來塔河油田發(fā)生的測(cè)井故障，有65.9%是因?yàn)閴翰畲蠖l(fā)的電纜或儀器吸附卡（見表1）。

表1 某區(qū)3口遇卡井壓差情況

掉塊卡原因。通過分析近年來工區(qū)發(fā)生的掉塊卡測(cè)井事故，其原因主要包括2個(gè)方面：套管口水泥環(huán)脫落造成掉塊卡；三疊系、石炭系泥頁巖膨脹超壓造成掉塊，從而卡住測(cè)井儀器。

鍵槽卡原因。在斜井或井眼彎曲的井中進(jìn)行測(cè)井施工，電纜一直沿一個(gè)軌跡運(yùn)動(dòng)，就很容易在井壁上勒出鍵槽，由于魚雷或儀器馬籠頭比電纜直徑大不能進(jìn)入鍵槽而造成遇卡。在塔河油田這種情況主要發(fā)生在大斜度井或五段制“S”型井電纜測(cè)井施工中。

1.4 鉆具輸送測(cè)井遇卡

塔河油田僅發(fā)生過一起在鉆具輸送測(cè)井過程中遇卡的情況，其主要原因是鉆井液液柱與地層之間壓力差過大，在接卸鉆具時(shí)發(fā)生了遇卡。

2 解決對(duì)策

2.1 測(cè)井前的井筒準(zhǔn)備

2.1.1 通井措施

針對(duì)PDC鉆頭機(jī)械鉆速快、井壁修整不充分的情況，要求鉆井隊(duì)在中完或完鉆后，將PDC鉆頭起出更換為三牙輪鉆頭進(jìn)行通井；在通井過程中，使用的鉆具組合剛性強(qiáng)度應(yīng)不小于正常鉆進(jìn)時(shí)的剛性強(qiáng)度，一些復(fù)雜井況還必須使用雙扶正器進(jìn)行通井處理。在通井過程中，必須進(jìn)行一趟起至套管口的長起下，有效清除井壁吸附的巖屑，充分將井壁處理規(guī)則。

如果在通井過程中，鉆具有阻卡顯示，應(yīng)上下活動(dòng)鉆具對(duì)阻卡顯示井段進(jìn)行處理，修整井壁。

2.1.2 鉆井液性能調(diào)整

（1）調(diào)整鉆井液失水，提高泥餅質(zhì)量。對(duì)于超深井，泥餅質(zhì)量的好壞和鉆井液失水性能密切相關(guān)。根據(jù)近年來的施工情況來看，在四開結(jié)構(gòu)的三開和三開結(jié)構(gòu)的二開井段測(cè)井前，鉆井液的API失水小于4mL，HTHP失水小于11mL，可以有效提高泥餅質(zhì)量。

（2）在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)盡可能降低鉆井液密度。由于設(shè)計(jì)鉆井液密度為區(qū)間值，為了起到防塌作用，鉆井隊(duì)往往使用設(shè)計(jì)上限，從而增大了液柱和地層的壓差，也潛在增加了測(cè)井施工風(fēng)險(xiǎn)。因此，鉆井隊(duì)可在鉆開易塌地層前，鉆井液密度使用設(shè)計(jì)上限，在測(cè)井前井筒準(zhǔn)備時(shí)，可以在做好防塌工作后在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)盡可能降低鉆井液密度[4]。

（3）加入適量潤滑劑，降低泥餅粘附系數(shù)。測(cè)井前可在循環(huán)過程中加入適量固體或液體潤滑劑，改善潤滑性[4]。

（4）不用或少用高黏度鉆井液對(duì)裸眼井段進(jìn)行封閉。在碳酸鹽巖完井測(cè)井前，由于地層致密，應(yīng)不使用高黏度鉆井液對(duì)裸眼井段進(jìn)行封閉。在碎屑巖井段測(cè)井前，如果鉆井過程中未發(fā)生掉塊，可以不使用高黏度鉆井液對(duì)裸眼井段進(jìn)行封閉；如果鉆井過程中發(fā)現(xiàn)部分井段存在掉塊嚴(yán)重的問題，則可以在該井段封一些防塌劑，再在井底注入200m左右的高黏度鉆井液（比正常黏度高15s左右）即可[4]。

2.1.3 鉆井液循環(huán)

鉆井液循環(huán)的核心目的是通過循環(huán)調(diào)整鉆井液性能，達(dá)到降低固相含量，維持井壁穩(wěn)定的效果。針對(duì)超深井的特點(diǎn)，可采取以下3種方式進(jìn)行循環(huán)：①裸眼井循環(huán)排量不小于正常鉆進(jìn)時(shí)的排量，循環(huán)時(shí)間達(dá)到實(shí)測(cè)循環(huán)周期2倍以上，振動(dòng)篩上無巖屑返出后起鉆；②套管井循環(huán)排量不小于掃塞時(shí)的排量；③7in＊＊非法定計(jì)量單位，1ft＝12in＝0.3048m，下同以上尺寸套管循環(huán)時(shí)間達(dá)到實(shí)測(cè)循環(huán)周期2倍以上，7in及以下尺寸套管循環(huán)時(shí)間達(dá)到實(shí)測(cè)循環(huán)周期3倍以上，振動(dòng)篩上無水泥塊和固井附件碎屑返出后起鉆。在循環(huán)過程中，固控設(shè)備使用率要達(dá)到100%，保證有效清除劣質(zhì)固相。

2.2 改進(jìn)和完善測(cè)井工藝

2.2.1 對(duì)井況作出合理的判斷和分析

井筒環(huán)境是能否完成測(cè)井作業(yè)的前提，所以對(duì)井況進(jìn)行分析，作出合理判斷才能保證測(cè)井過程的順利。目前，塔河油田以企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)形式對(duì)測(cè)井前的井筒準(zhǔn)備和必須達(dá)到的條件進(jìn)行了要求。測(cè)井作業(yè)前，要詳細(xì)了解井況是否滿足了測(cè)井條件，不滿足要求必須要求鉆井隊(duì)重新進(jìn)行處理；如果滿足了測(cè)井條件，再根據(jù)測(cè)井項(xiàng)目制定詳細(xì)的施工方案；根據(jù)第1趟施工情況和井徑、張力曲線分析判斷井況后再進(jìn)行下一步作業(yè)。

2.2.2 使用井下和地面2套張力系統(tǒng)

使用井下和地面2套張力系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生遇阻情況后，可以根據(jù)井下張力的變化第一時(shí)間作出判斷，避免多下入電纜造成打紐。當(dāng)發(fā)生上測(cè)遇卡情況后，可以根據(jù)井下張力和地面張力的變化情況迅速判斷遇卡類型和卡點(diǎn)部位，及時(shí)采取合理的解卡措施，避免演變?yōu)闇y(cè)井事故。

2.2.3 優(yōu)化測(cè)井作業(yè)方式

斜井和水平井施工，根據(jù)井況優(yōu)化測(cè)井作業(yè)方式可以有效減少測(cè)井遇阻遇卡情況的發(fā)生。根據(jù)塔河油田超深井測(cè)井作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，可根據(jù)相關(guān)原則確定測(cè)井作業(yè)方式：在碎屑巖地層斜井中，最大井斜超過20°應(yīng)使用鉆具輸送測(cè)井；如果為五段制“S”型軌跡，則不論最大井斜多少，都應(yīng)使用鉆具輸送測(cè)井。在碳酸鹽巖地層斜井中，考慮到地層巖性致密，可以直接使用電纜進(jìn)行測(cè)量。如果因?yàn)榫圮壽E不好造成鉆具輸送測(cè)井遇阻，且通過通井無法處理，可改用泵出式測(cè)井工藝進(jìn)行作業(yè)。

2.2.4 復(fù)雜井況模擬測(cè)井試驗(yàn)

如果前期在鉆井過程中，井下情況比較復(fù)雜的需采用鉆具輸送進(jìn)行測(cè)井時(shí)，通井過程中還應(yīng)該模擬鉆具輸送測(cè)井，即在接卸鉆具時(shí)保持和輸送測(cè)井時(shí)一樣的停留時(shí)間，如果鉆具不發(fā)生粘卡和其他復(fù)雜情況，才能進(jìn)行測(cè)井作業(yè)。

2.2.5 改變儀器串連接結(jié)構(gòu)

改變儀器串的連接結(jié)構(gòu)，可以在一定程度上預(yù)防或避免遇阻遇卡情況的發(fā)生。結(jié)合塔河油田超深井測(cè)井作業(yè)情況，主要有4種方式：

（1）如果因井壁不規(guī)則造成測(cè)井遇阻，可以在儀器串底部增加一個(gè)橡膠導(dǎo)錐，利于儀器下放；根據(jù)井況將入井儀器串變短，使之更容易通過遇阻井段；在儀器串中間加裝1～2支柔性短節(jié)，使儀器串在井內(nèi)更加靈活；將三臂井徑改為帶推靠臂的井徑儀器，減少儀器串和井壁的硬接觸。

（2）根據(jù)井眼情況選擇合適的扶正器，如在一些泥餅質(zhì)量不好的井眼不適合使用橡膠扶正器，應(yīng)該使用燈籠體扶正器或是直接去掉扶正器。

（3）在硬地層或套管井內(nèi)出現(xiàn)軟遇阻，可以采取對(duì)儀器串加重的方式進(jìn)行施工。

（4）對(duì)有鍵槽卡可能的井段，在施工時(shí)可以在馬籠頭下部安裝1個(gè)三臂燈籠體扶正器，減小馬籠頭頂部進(jìn)入鍵槽的幾率。

測(cè)井遇阻遇卡情況的發(fā)生，往往是鉆井參數(shù)、鉆井液性能綜合導(dǎo)致的結(jié)果，其原因不是單一的，在改變儀器串連接結(jié)構(gòu)時(shí)沒有固定的模式，可以根據(jù)實(shí)際選擇以上一項(xiàng)或多項(xiàng)進(jìn)行嘗試。

3 應(yīng)用效果

塔河油田從2009年9月份開始進(jìn)行測(cè)井前井眼準(zhǔn)備，并改進(jìn)完善了超深井測(cè)井工藝。在測(cè)井工作量逐年增加的情況下，工區(qū)測(cè)井遇阻遇卡情況得到有效控制，累計(jì)節(jié)約施工時(shí)效近6000h（見表2）。

表2 2009～2011年測(cè)井遇阻卡情況統(tǒng)計(jì)

4 結(jié) 論

（1）減少測(cè)井遇阻遇卡的核心是抓好鉆井過程的控制。如果鉆進(jìn)過程中井眼（泥餅厚度大、擴(kuò)徑嚴(yán)重、井斜方位變化大等）一旦形成，單靠測(cè)井前的一趟通井有時(shí)很難改善井眼性能。

（2）科學(xué)合理改變儀器串連接方式，可以在井況不易改善的情況下取得意想不到的效果，但前提是必須保證儀器串和電纜的安全。

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