銀參4井鉆井設計與施工

張 慧，于承朋，夏廣強，李文飛

(勝利石油工程公司鉆井工藝研究院，山東 東營 257097)

1 地質(zhì)情況

銀參4井是中石化在銀川地區(qū)的第一口參數(shù)井，構造位置位于銀川盆地東部斷階帶平羅南反向斷塊，主要目的層位古近系清水營組，主探清水營組烴源巖發(fā)育情況。

1965、1969、1970年長慶石油勘探局先后在平羅、吳忠和銀川之北的蘆花臺的3個局部構造上鉆探了銀參1、2、3三口井，其中銀參3(蘆花臺)最深，達3543.94 m。1978年，在銀川以北又開展了地震勘探，完成6次覆蓋剖面10條，共計195 km。

1995年長慶石油勘探局完成橫穿該區(qū)和鄂爾多斯盆地的數(shù)字地震勘探，在銀川盆地及西緣長度約106.5 km。1999年寧夏地質(zhì)調(diào)查院先后完成DR－Y1和DR－Y3兩口地熱井的鉆探，井深約3000 m。

通過前期各項勘探工作的實施和綜合研究，對銀川盆地的基本形態(tài)、構造格局和基底埋深、邊界斷層以及地層等方面取得了一定的認識。但是，限于資料的占有情況及品質(zhì)等問題，盆地內(nèi)的生烴能力仍未解決。因此，目前制約勘探的關鍵問題在于烴源巖的落實情況。

本井的地層層序預計情況見表1。

表1 銀參4井鉆遇地層預計

本井地層壓力預測情況見圖1。

地質(zhì)預計潛在的鉆井風險因素:

圖1 銀參4井地層壓力預測剖面

(1)紅柳溝組和清水營組地層，防井斜;

(2)本井大段紅色泥巖段地層，防縮徑卡鉆;

(3)可能存在異常高壓。根據(jù)地震換算層速度，結合鄰井進行壓力預測，得到在清水營組3924～4324 m可能存在異常高壓，最大壓力系數(shù)1.438，預計巖性為暗色泥巖。

(4)前古近系地層，地層巖性有可能為碳酸鹽巖，有嚴重漏失鉆井液的風險。

2 鉆井工程設計

2.1 井身結構設計

銀參4井周圍鄰井較少，最近的一口探井銀參1井由于鉆探時間較早，可以借鑒的資料極少。本井井身結構設計主要是根據(jù)本井地質(zhì)提供的壓力預測情況進行，地質(zhì)預測在3924～4324 m可能存在異常高壓，最大壓力系數(shù)1.438，其下的古近系地層存在大的漏失鉆井液風險，是本井進行井身結構設計的主要關鍵點和必封點之一。

井身結構設計的基本思路和原則是:

圖2為銀參4井井身結構示意圖。

圖2 銀參4井井身結構示意

2.2 鉆具組合設計

本井推薦鉆具組合見表2。

2.3 鉆井液設計

本井鉆井液的使用原則是有利于環(huán)境保護;有利于發(fā)現(xiàn)和保護油氣層;有利于地質(zhì)資料錄取;有利于快速鉆進和安全鉆井;有利于除油排氣;有利于復雜情況的預防和處理。

根據(jù)鉆遇地層特點及有限的鄰井資料情況，該井鉆遇上部地層泥巖易水化膨脹，造漿嚴重，砂巖膠結疏松、滲透性強，易形成厚泥餅造成阻卡，下部地層硬脆性泥巖易剝蝕掉塊;前古近系地層易漏。本井較深，下部地層溫度高，鉆井液既要保持抑制、防塌、抗高溫性能，同時更要有良好的流變性，保證安全快速鉆進。儲層段保持低失水，有效保護油氣層。

另外，由于參考資料較少，地層巖性和壓力與地質(zhì)方面的預計可能出入較大，為提前做好防漏、防噴、防卡、防塌應急措施，適當考慮了鉆井液材料的應急儲備。

表2 銀參4井鉆具組合推薦

鉆井液體系選擇如表3所示。

表3 銀參4井鉆井液體系設計

2.4 固井設計

2.4.1 本井固井的技術難點

(1)二開套管封固段長，水泥量大，地層易漏，施工難度大;

(2)三開高溫高壓尾管固井，存在壓穩(wěn)難題。

2.4.2 本井固井的技術措施與對策

(1)二開采用雙密度水泥漿體系固井;上部采用低密度漂珠水泥漿體系。

(2)三開采用抗高溫水泥漿體系固井，隔離液采用加重隔離液。

本井固井設計如表4所示。

表4 銀參4井固井基本參數(shù)設計

3 鉆井施工

3.1 一開井段(10.21～537.03 m)

一開鉆遇的地層主要為第四系，完鉆井深541 m，平均機械鉆速39.09 m/h，套管規(guī)格及下深為:339.7 mm ×9.65 mm ×537.03 m。

在一開鉆進中地層膠結疏松，上部地層易垮塌，鉆進過程中主要防止地層坍塌及確保井眼打直，保證井身質(zhì)量，提高機械鉆速，縮短施工周期，降低施工隱患，為下部施工提供良好的施工環(huán)境。具體技術措施如下。

(3)由于地層疏松，膠結能力差，為了保證井下安全，時刻做好防漏、防塌工作。修理設備后恢復鉆進時要按照排量由小到大，注意井口返漿情況，避免因開泵過急導致憋漏地層，造成井下復雜;接單根后開泵都遵從多次掛合，保證井下安全。

(4)鉆進中因機械鉆速快，嚴格遵守快速鉆進期間技術措施，開泵嚴格落實“早開晚?！?，延長循環(huán)時間，防止井眼內(nèi)巖屑下沉堆積，造成沉砂卡鉆。

(5)為保證下套管順利，在下套管前搞好短起下，起鉆后要及時灌好泥漿，保證井眼內(nèi)泥漿液面高度與井口持平，防止地層垮塌。

3.2 二開井段(537.03～2491.17 m)

本井段主要鉆遇干河溝組、紅柳溝組和清水營組的上部地層，完鉆井深2491.17 m，機械鉆速為26.55 m/h，套管規(guī)格:244.5 mm ×11.99 mm ×2490.82 m。

在二開施工過程中重點做好防坍塌、防憋跳鉆、防泥巖段的縮徑，同時要注意清水營組防斜打直。根據(jù)設計要求及地層巖性變化。二開鉆進中，制定了合理的技術措施，安全、高效地完成了鉆進、取心、下套管及固井電測作業(yè)。

(1)為了保證二開井身質(zhì)量，防止井斜超標，為后期三開施工提供良好的上部井身軌跡，采用直螺桿配合塔式鉆具組合:311.1 mm PDC鉆頭+203 mm直螺桿+203 mm鉆鋌6根+177.8 mm鉆鋌8根+127 mm鉆桿。

(2)為控制井斜，防止井斜超標，在確保下部鉆具組合出套管鞋進入新井眼后，再加壓鉆進。

(3)在下部鉆具組合出套管鞋進入新地層后，為防斜打直，制定了嚴格的鉆進參數(shù):在上部地層即干河溝組及紅柳溝組地層，由于地層巖性基本為砂巖，地層可鉆性強，采用雙泵大排量小鉆壓均勻送鉆鉆進，鉆進排量54 L/s，鉆壓控制在40 kN以內(nèi)，確保了上部打直;鉆進至2076 m后，巖性逐漸由灰色中砂巖變成棕紅色泥巖，地層可鉆性變差，且根據(jù)地質(zhì)設計二維LINE608地震剖面圖得出清水營組整個井段地層傾角在9°～10°保持不變，為了提高機械鉆速，并結合下部鉆具的臨界彎曲壓力，鉆壓調(diào)整至40～60 kN，最大不超過80 kN，并且保證均勻送鉆，防止猛蹾、猛剎。

(4)在取心后擴劃眼期間，采用輕壓慢轉(zhuǎn)吊打，保證鉆頭受力盡量平穩(wěn)，提高擴眼效果，并分段擴劃眼，擴劃眼2～3 m后上提下放活動鉆具，保證井眼暢通無阻，消除臺階面，之后再進行擴眼作業(yè)。該井因在擴劃眼期間沒有采用該方法造成擴眼后井斜增大，為后期造成了不利影響，降低了機械鉆速。該井就是在二開取心后由于原井眼(311.1 mm)與取心鉆頭直徑(203 mm)相差過大，再加上擴眼時未分段擴劃眼，造成了擴眼時存在臺階面，導致了井斜后期逐漸增大。

(5)由于二開上部地層鉆時快，為了確保井下安全，防止沉砂卡鉆，嚴格落實快速鉆進技術措施:早開泵晚停泵，提高鉆進排量，進尺快時，鉆完單根擴劃一遍井眼，延長循環(huán)時間;提高鉆井液循環(huán)能力，充分利用現(xiàn)有固控設備，凈化固相含量;加強設備檢查，防止因設備造成循環(huán)中斷;每鉆進200～300 m，短起下鉆一次;保護并使用好鉆頭，防止井下落物，送鉆均勻，遇夾層尤其是礫石時輕壓鉆進，防止鉆頭先期損壞。

(6)因上部地層巖性為砂巖，膠結疏松，為防止鉆屑糊井壁，造成小井眼，起下鉆遇阻，堅持大排量，雙循環(huán)鉆進，控制泥漿中的固相含量，清洗井眼。

(7)落實防卡措施:施工中保證指重表靈敏好用，提示懸重與鉆具的實際重力相符;停鉆或設備檢修時，盡量大幅度上下活動鉆具;起鉆前處理好鉆井液，大排量循環(huán)洗井;井深超2500 m時下鉆要分段頂通;起下鉆遇阻卡時，不可硬拔或強壓，應注意多次上提下放活動，實在不行應開泵頂通，循環(huán)正常后，再繼續(xù)下鉆作業(yè);在起下鉆中注意套管鞋處顯示，防止起下鉆速度過快造成套管鞋處水泥環(huán)脫落，造成卡鉆;加強下井鉆具的檢查、清洗，防止鉆具事故的發(fā)生。

(8)二開完鉆后，要嚴格進行通井作業(yè)，并循環(huán)處理泥漿性能，確保井眼暢通，井壁穩(wěn)定，防止井眼坍塌、縮徑，造成后期電測及下套管遇阻卡。起鉆前泥漿性能為:密度1.17 g/cm3，粘度55 s，失水量5 mL/30 min，動切力 7 Pa，靜切力 7/15 Pa，pH 值 10。

3.3 三開井段(2491.17～4124.23 m)

本井段主要鉆遇清水營組中下部地層。由于在三開未鉆遇預測的異常高壓儲層，因此，根據(jù)井身結構設計原則，三開直接鉆至設計完井井深。在三開鉆進中為了保證井身質(zhì)量，在鉆進中一直采用了降斜鉆具組合;在三開作業(yè)中面對出現(xiàn)的井下坍塌掉塊、地層流體侵入泥漿、鉆遇鹽膏層、井漏等復雜情況，及時采取了合適的處理措施，確保了井下安全。

(1)由于地層因素及地層傾角的原因，因此在三開中采取了鐘擺鉆具+偏心接頭的鉆具組合，并配合合理的鉆進參數(shù)進行輕壓吊打，始終保證該井井斜及井底位移控制在設計范圍之內(nèi)。在鉆進中發(fā)現(xiàn)由于井斜原因限制了常規(guī)鉆具組合的鉆井機械鉆速，通過使用動力鉆具配合高轉(zhuǎn)速低鉆壓吊打的措施，發(fā)現(xiàn)降低井斜的效果非常明顯，有效地保證了鉆井速度。

(2)在鉆進過程中，從2610 m后由于為了發(fā)揮偏心接頭的作用，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速極高(100～110 r/min)，對井壁拍打作用強，再加上上部存在極易破碎巖層，多次出現(xiàn)了扭矩突然增大，上提下放遇阻的現(xiàn)象，且從振動篩返出巖屑中發(fā)現(xiàn)有顆粒較大的掉快，再加上上部取心井段中存在易破碎的地層，且三開只鉆進120 m即發(fā)生井塌征兆，因此為了保證井壁穩(wěn)定，防止井下出現(xiàn)卡鉆事故，決定降低轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速至60～70 r/min，并提高泥漿密度、粘度，降低失水量，提高泥漿的封堵防塌性能。

(3)由于該井后期鉆進中泥漿密度、粘度及切力較高等，造成了泵壓較高，為了保證設備正常運轉(zhuǎn)及井下安全，排量偏低，為了防止因清洗井壁不干凈造成上部井眼泥餅虛厚及縮徑情況，定期2～3天進行一次短起下，修整井壁。

(4)該井發(fā)生地層流體侵入及井壁坍塌現(xiàn)象后，采取了合理的技術措施成功處理了復雜，保證了井下安全。具體措施如下。

①結合上部地層存在易破碎巖性及地層流體侵入造成泥漿性能不穩(wěn)定情況，并根據(jù)施工現(xiàn)場各項技術參數(shù)，工程方面降低轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速至60～70 r/min，減輕鉆具對地層的破壞作用。

②根據(jù)處理地層流體侵入基本方法，分3次對泥漿進行提密度，提高正壓差作用，抑制地層流體的侵入。又由于針對該井上部存在易破碎地層、水敏性強等因素，應適當提高粘度和切力，盡量減少濾失量，提高泥漿封堵防塌效果。

③泥漿處于循環(huán)狀態(tài)對井壁的沖刷作用會一定程度上保證井壁穩(wěn)定，攜帶剝落的泥餅或巖石，因此應盡量保持井內(nèi)循環(huán)時間。

④發(fā)生井塌時往往在鉆具與井眼的環(huán)空中存在大量掉塊，因此在開泵時不宜過猛，應先小排量開通，待泵壓正常后再逐漸增加排量，中間不可停泵。如果小排量頂不通，井口不返泥漿，證明是地層漏失，不可繼續(xù)擠入，一般經(jīng)驗數(shù)據(jù)是漏失量不可超過5 m3。

⑤由于該井在二開后期(取心后劃眼鉆井)井斜逐漸增大，最大增至6.313°，為了保證井身質(zhì)量，防止井斜超標，在鉆進過程中采取了每100 m測斜一次，監(jiān)控井斜變化，保證井斜不超過理論計算值。通過幾次時間統(tǒng)計，探管下行到底通過泵壓上升0.5 MPa左右，上行速度為132 m/min。

⑥由于泥漿性能不穩(wěn)定，井壁穩(wěn)定性變差再加上泥巖易破碎，在起鉆前循環(huán)測斜時發(fā)生了下放遇阻，泵壓隨著下放逐漸升高，活動數(shù)次后無果，采用了用鉆桿卡瓦轉(zhuǎn)動下放消除遇阻段，振動篩處掉塊多，多為上部井壁脫落棕紅色泥巖。為了保證井下安全，起鉆前必須先處理好井下掉塊，清洗井眼，但是經(jīng)過長時間循環(huán)活動后，掉塊仍未減少，證明井眼已發(fā)生坍塌，最終決定提高密度至1.35 g/cm3，維護泥漿性能穩(wěn)定，并適當提高粘切，增加泥漿攜帶巖屑能力。處理后泥漿性能為:密度1.35 g/cm3，粘度52 s，失水量 5.8 mL/30 min，塑性粘度 22 mPa·s，動切力9 Pa，靜切力8.5/19 Pa，pH值10。

(5)在三開中前期，由于井下復雜，掉塊多、地層流體侵入使得泥漿性能不穩(wěn)定，對泥漿進行了處理，且泥漿體系為聚磺鉆井液體系，前期因失水大濾餅厚，摩阻大，對泥漿進行處理時加入了大量重晶石粉等固體藥品而未加潤滑劑，導致了在鉆具靜止期間極易發(fā)生粘卡。為了防止粘吸卡鉆，及時通過上提活動消除粘卡嚴重后果的發(fā)生，并及時對泥漿進行處理，提高其潤滑性能。

(6)由于井眼不規(guī)則，地層造漿能力強，泥漿粘切大，密度高，固相含量高，極易造成粘卡，因此在鉆進中時刻注意鉆具處于活動狀態(tài)，尤其是在取心中不能活動鉆具時，必須控制好鉆時，防止鉆時慢，鉆具靜止造成粘卡等嚴重后果。

(7)該井在鉆進至井深3464 m是發(fā)現(xiàn)鹽膏侵跡象，泥漿性能有變化，鉆進至3488 m，為了防止因可能存在鹽膏層縮徑，造成井下卡鉆事故，進行了短起下檢驗所鉆地層是否存在縮徑現(xiàn)象。鉆進至3570 m后發(fā)現(xiàn)鹽膏層侵嚴重，通過取心確認是鉆遇了大段鹽膏層后及時進行泥漿轉(zhuǎn)型，更換為欠飽和鹽水鉆井液體系。

(8)在鉆至清水營組下部地層時，因鉆遇大段灰色泥巖，并伴隨有石英成分，造成鉆時較慢。對鉆頭進行了選型，在此階段共計更換鉆頭5個，鉆頭分別為江漢牙輪鉆頭MD537X及HJ447G各一只，固邦P6264M一只，鉆井院PQ5263S兩只(其中有一只為異型齒鉆頭)。

(9)從井深3835.48 m開始由于地層原因存在泥巖裂縫，經(jīng)常出現(xiàn)漏失，為了保證井下安全，當漏失速度大時及時進行靜止堵漏及承壓堵漏相結合的方法進行堵漏，效果明顯，但是大大延長了鉆井周期。

4 認識與建議

(1)4開次的井身結構設計，能很好地滿足本區(qū)鉆井安全的需要，可根據(jù)下部鉆探情況，若無復雜或異常高壓，可以減少一個開次的鉆井，實施三開井身結構。

(2)本區(qū)適宜采用直螺桿配合防斜鉆具輕壓吊打，既保證了井身質(zhì)量，又大大提高了鉆井速度。建議在鄰區(qū)或者同區(qū)的鉆井設計中大力推薦該鉆具組合。干河溝組及紅柳溝組地層主要是砂巖，地層可鉆性高，鉆壓控制在40 kN以內(nèi)，保證了鉆井速度和井身質(zhì)量;到棕紅色泥巖時，地層可鉆性變差，采用了40～60 kN的鉆壓來提高鉆速，總體上取得了比較好的效果，值得鄰井借鑒。

(3)本井易坍塌井段較長，在易坍塌的井段及干河溝組砂礫層段采用大排量沖洗井眼，增加攜砂效果，要落實好通井作業(yè)，開泵循環(huán)要防止憋壓。

(4)本井下部清水營組地層，存在大段膏鹽層，不適用聚(磺)有機胺防塌鉆井液體系，適用欠飽和鹽水鉆井液體系，亦可嘗試采用根據(jù)同離子效應防膏鹽侵的硫酸鉀聚合物鉆井液體系。

(5)本井下部地層造漿能力強，泥漿粘切大，密度高，固相含量高，極易發(fā)生粘卡，施工中為了防止粘吸卡鉆，及時通過上提活動消除粘卡嚴重后果的發(fā)生，并及時對泥漿進行處理，提高其潤滑性能。建議在鉆井液中加入一定比例的HGS中空玻璃微球，通過物理滾珠作用降低粘卡鉆具的風險。

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