提高清河油田中深井施工速度優(yōu)化鉆井液技術(shù)

王鵬

摘 要：清河油田是我們公司主要施工區(qū)，該地區(qū)上部地層松軟，有流沙層和大粒礫巖，沙河街地層含有大量疏松砂巖、泥巖，易坍塌掉塊。施工時(shí)，常出現(xiàn)井塌、劃眼、完井時(shí)電測(cè)成功率低，電測(cè)卡儀器穿芯等復(fù)雜情況，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)卡鉆事故。為了今后在該類井施工中既保證井下安全、井身質(zhì)量?jī)?yōu)良，又能提高鉆井速度，縮短施工周期，通過對(duì)該區(qū)塊復(fù)雜情況及處理情況的總結(jié)分析，以及對(duì)地層巖性特點(diǎn)的分析研究，結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)，通過優(yōu)選鉆井液體系及工程參數(shù)，確定了較為有效處理措施，減少了井下復(fù)雜情況的發(fā)生，加快了鉆井速度，使鉆井周期明顯縮短，提高生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：清河油田；鉆井液；井下復(fù)雜

1背景介紹

清河油田是我們公司主要施工區(qū)。近年我公司在清河油田施工中深井，該地區(qū)上部地層松軟，有流沙層和大粒礫巖，沙河街地層含有大量疏松砂巖、泥巖，易坍塌掉塊。施工時(shí)，常出現(xiàn)井塌、劃眼、完井時(shí)電測(cè)成功率低，電測(cè)卡儀器穿芯等復(fù)雜情況，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)卡鉆事故。該區(qū)塊井斜一般都大于50度，斜井段約1800米，摩阻大，鉆井液攜巖困難，嚴(yán)重制約了勘探鉆井事業(yè)的發(fā)展。為了今后在該類井施工中既保證井下安全、井身質(zhì)量?jī)?yōu)良，又能提高鉆井速度，縮短施工周期，今年我們通過對(duì)該區(qū)塊復(fù)雜情況及處理情況的總結(jié)分析，以及對(duì)地層巖性特點(diǎn)的分析研究，通過優(yōu)選鉆井液體系及工程參數(shù)，確定了較為有效處理措施，減少了井下復(fù)雜情況的發(fā)生，加快了鉆井速度，使鉆井周期明顯縮短，提高生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。

2方案實(shí)施與運(yùn)行情況

2.1井眼軌跡控制主要措施。上部地層加好擴(kuò)大器，優(yōu)選鉆進(jìn)參數(shù)，合理運(yùn)用鉆具結(jié)構(gòu)，把上部地層打成開放式井眼，為后期施工的加重防糊工作打好基礎(chǔ)。由于φ165mm單彎動(dòng)力鉆具經(jīng)常出現(xiàn)“脫褲子”現(xiàn)象，更換為φ172mm單彎動(dòng)力鉆具，減少復(fù)雜情況的發(fā)生。定向井段由原來的柔性鉆具結(jié)構(gòu)改換為剛性較強(qiáng)的鉆具結(jié)構(gòu)即由原來的5柱加重鉆桿改換為6根165.1mm鉆鋌。動(dòng)力鉆具上接φ212mm螺旋擴(kuò)大器，通過加入φ212mm螺旋擴(kuò)大器增加下部鉆具穩(wěn)定性，基本保持穩(wěn)斜或微增，避免頻繁扭方位或糾斜滑動(dòng)鉆進(jìn)，導(dǎo)致狗腿角變化較大，導(dǎo)致井身軌跡不平滑。

2.1.1井眼軌跡控制關(guān)鍵技術(shù)。井眼軌跡控制的關(guān)鍵技術(shù)是選擇合理的鉆具組合。我們二開直井段選用的鉆具組合：φ215.9mm鉆頭+φ177.8mm鉆鋌×2根+φ214mm螺旋扶正器+φ177.8mm鉆鋌×9根+φ165.1mm無磁鉆鋌+φ127mm鉆桿300m+φ212mm螺旋擴(kuò)大器+φ127mm鉆桿。此鉆具組合能有效保證直井段打直，井眼軌跡優(yōu)化。

2.1.2調(diào)節(jié)單彎動(dòng)力鉆具度數(shù)，增強(qiáng)鉆具結(jié)構(gòu)剛性

調(diào)節(jié)單彎動(dòng)力鉆具的度數(shù)，增斜段單彎動(dòng)力鉆具度數(shù)由原來的1.5度降為1.25度，而且使用剛性較強(qiáng)的鉆具結(jié)構(gòu)，即由原來的5柱加重鉆桿改換為6根165.1mm鉆鋌。在滿足井身軌跡控制的同時(shí)，避免出現(xiàn)較大狗腿度，確保井眼軌跡圓滑， 降低摩阻和扭矩，為后期施工打好基礎(chǔ)；配合好定向人員，杜絕定點(diǎn)循環(huán)，重點(diǎn)提示進(jìn)入沙二段以后，嚴(yán)禁定點(diǎn)循環(huán)，防止 “大肚子”和“狗腿子”井眼發(fā)生。定向以后，及時(shí)搞好短起下，要及時(shí)搞好短起下，每100-150米搞一次，避免巖屑床的形成。配合好定向人員，搞好井身軌跡，杜絕定點(diǎn)循環(huán)，防止“大肚子”和“狗腿子”井眼發(fā)生。定向增斜段鉆具組合：φ215.9mm牙輪鉆頭+φ172mm1.25度單彎動(dòng)力鉆具+φ165.1mm無磁鉆鋌+φ165.1mm鉆鋌×6根+φ127mm鉆桿300m+φ212mm螺旋擴(kuò)大器+φ127mm鉆桿。

2.1.3加入螺旋擴(kuò)大器增加下部鉆具穩(wěn)定性。通過加入φ212mm螺旋擴(kuò)大器增加下部鉆具穩(wěn)定性，基本保持穩(wěn)斜或微增，避免頻繁扭方位或糾斜滑動(dòng)鉆進(jìn)，導(dǎo)致狗腿角變化較大，井身軌跡不圓滑。穩(wěn)斜段通過調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)控制井斜，“少滑動(dòng)，多復(fù)合”，提高復(fù)合鉆進(jìn)比例，實(shí)現(xiàn)位移的有效延伸。穩(wěn)斜段鉆具組合：φ215.9mmPDC鉆頭+φ172mm1.25度單彎動(dòng)力鉆具+φ212mm螺旋擴(kuò)大器+127mm無磁承壓鉆桿+5柱加重鉆桿+φ127mm鉆桿300m+φ212mm螺旋擴(kuò)大器+φ127mm鉆桿。鉆井參數(shù)由定向人員與技術(shù)員根據(jù)鉆具組合和實(shí)際情況來定。

2.2優(yōu)選和改進(jìn)高效PDC鉆頭技術(shù)。

2.2.1 優(yōu)選目標(biāo)。提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期。同時(shí)減少產(chǎn)層浸泡時(shí)間，避免泥頁巖縮頸，保障井壁穩(wěn)定。

2.2.2 改進(jìn)方法。從鉆頭的切削元件、切削角度和齒的布局等方面進(jìn)行改進(jìn)5刀翼PDC鉆頭，保證鉆頭在破巖過程中較小扭矩和快速吃入地層，又能迅速排屑，保證鉆頭快速鉆進(jìn)，提高機(jī)械鉆速。改進(jìn)后5刀翼PDC鉆頭定向鉆進(jìn)時(shí)具有保徑短、定向工具面穩(wěn)定、側(cè)向能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)具有切削能力強(qiáng)、扭矩小、鉆速快的優(yōu)點(diǎn)。水平段使用特制5FPDC鉆頭，雙排切削結(jié)構(gòu)，適用于研磨性較強(qiáng)地層，能延長鉆頭使用壽命，增加單只進(jìn)尺；大排屑槽，減少重復(fù)破碎，提高機(jī)械鉆速同時(shí)延長鉆頭壽命；優(yōu)化水力布局，為鉆頭提供較好水力覆蓋。

2.3優(yōu)選鉆井液體系

2.3.1 上部地層鉆井液體系

二開時(shí)采用大循環(huán)清水鉆進(jìn)，并按照0.3%～0.5%的高濃度配制聚丙烯酰胺（分子量為300～500萬）膠液加入大循環(huán)池中，以絮凝沉淀鉆屑；同時(shí)為保證鉆頭鉆出的巖屑不在井眼中過多的細(xì)分散，因此，聚丙烯酰胺膠液一定要分為兩路加入，即一部分直接從振動(dòng)篩出口加到循環(huán)池中，另一部分從泥漿泵上水口加入。這樣做的好處為，即可保證鉆頭破碎的巖屑不過多分散，又可保證鉆屑返至地面后能被立即沉淀。當(dāng)鉆至井深約1000～1100m后改小循環(huán)，固控設(shè)備全部開啟：振動(dòng)篩采用100目篩布，配合除砂器、并采用處理量為60m??3的離心機(jī)，同時(shí)繼續(xù)加入聚丙烯酰胺膠液并輔以大量清水，嚴(yán)格控制鉆井液中的劣質(zhì)固相含量，維持鉆井液膨潤土含量在（30～45）g/L。隨著井深的增加振動(dòng)篩應(yīng)采用120目以上的篩布. 鉆井液應(yīng)遵循“三低一適當(dāng)”的原則，即：低粘、低切、低固含、適當(dāng)?shù)闹袎菏ú荒苓^早降低中壓失水）。黏度控制在30～40 s，加入適量的改性銨鹽，調(diào)整鉆井液流型，配合大排量的水力作用，將上部形成“開放式井眼”為下部地層施工做好防糊準(zhǔn)備，以利于提高鉆速。在上部地層鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)盡量避免加入SJ-1、CMC或NaOH、Na2CO3等藥品，因?yàn)檫@些藥品的加入，一是SJ-1、CMC能提高鉆井液濾液粘度；二是NaOH、Na2CO3能促進(jìn)地層中粘土細(xì)分散，過早的造漿。這些因素對(duì)鉆井液稠度系數(shù)有影響，容易使鉆屑粘附在井壁上，加上鉆具旋轉(zhuǎn)帶來的壓實(shí)作用，不利于井眼的清潔，易造成糊井眼現(xiàn)象。

2.3.2 斜井段上部鉆井液體系

斜井段進(jìn)入東營組底部后，應(yīng)選用聚合物（潤滑）防塌鉆井液體系：嚴(yán)格控制膨潤土含量，應(yīng)及時(shí)調(diào)整好鉆井液流型和控制鉆井液中壓濾失量：一般鉆井液中按照鉆井液總量加入0.1%Na2CO3+0.4%NaOH+1%（WFL-1）+（3～5）%褐煤+1%油基潤滑劑+0.3%PAM，調(diào)整鉆井液漏斗粘度40s左右，塑性粘度10～15mpa·s之間，動(dòng)切力5～7pa之間，中壓失水不大于5ml，從而保證鉆井液具有良好的潤滑防卡、攜砂、防塌性能。

2.3.3 斜井段下部鉆井液體系

斜井段下部段選用鋁胺基潤滑鉆井液體系：進(jìn)入沙二段轉(zhuǎn)換為鋁胺聚合物鉆井液體系，按井漿總量加入0.5～0.7%PAM+2%改性瀝青+2～3%磺化酚醛樹脂+0.5～1% SF-1+1～1.5%AP-1+0.5～1%鋁基聚合物+1.5%磺酸鹽共聚物?？刂沏@井液濾失量小于4ml。隨著井身的增加每班把上述處理劑配成膠液維護(hù)必須達(dá)到設(shè)計(jì)含量。及時(shí)加入潤滑材料，隨著井深和密度的增加摩阻也越來越大，調(diào)整鉆井液保持良好的流動(dòng)性，加入固體潤滑劑配合極壓潤滑劑保持鉆井液摩阻系數(shù)小于0.1。

2.4優(yōu)化完井技術(shù)提高電測(cè)成功率

完鉆前30—50m，先將鉆井液進(jìn)行調(diào)整，改變其流動(dòng)性，充分洗井，鉆完設(shè)計(jì)井深后，大排量循環(huán)洗井至振動(dòng)篩基本無砂子返出，然后進(jìn)行短起下鉆通井。短起下的一般原則是：①起出新井眼②短起至正常井段③短起至直井段④時(shí)間允許盡量多起⑤井下有顯示要進(jìn)行多次短起下，直至正常。

通過短起下，一則可以把井壁粘附的砂子通劃下來，以利于循環(huán)時(shí)帶出，保證井眼干凈、暢通；二則破壞巖屑床，通過增加鉆井液的靜止時(shí)間，利用鉆井液的觸變性，將原來井眼內(nèi)帶不出的砂子帶出井眼。電測(cè)封井：電測(cè)前循環(huán)洗井時(shí)，應(yīng)遵循低粘洗井、高粘封井的原則進(jìn)行。在低粘（低于鉆進(jìn)過程中5～10s）循環(huán)洗凈后，可提高全井粘度（高于完鉆時(shí)5-10s左右），增加鉆井液懸浮能力。振動(dòng)篩無砂子后加入玻璃微珠、固體潤滑劑，封斜井段，這樣減少電測(cè)儀器與井壁直接接觸的機(jī)會(huì)。正式起鉆前干通6-8柱鉆桿，這樣保證了電測(cè)成功率。

3實(shí)施效果

3.1施工完成井情況。今年完成萊10-斜101等4口井，施工順利，無任何復(fù)雜情況的發(fā)生，平均井深3047.5米，電測(cè)成功率均為100%，平均機(jī)械鉆速從17.21米/小時(shí)，提高至22.29米/小時(shí)。

3.2技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益與推廣應(yīng)用前景

鋁胺聚合物鉆井液具有優(yōu)良的頁巖抑制性、抗污染能力、熱穩(wěn)定性好，而且無毒環(huán)保，是對(duì)付強(qiáng)水敏地層、軟泥鹽層、鹽膏層等復(fù)雜地層優(yōu)良的鉆井完井液體系。通過該技術(shù)的運(yùn)用，能有效的控制地層粘土顆粒的水化分散，頁巖抑制性強(qiáng)、能有效的降低泥餅滲透率，封堵巖石空隙，加強(qiáng)了井壁的穩(wěn)定能力.避免復(fù)雜情況及事故的發(fā)生，極大地提高機(jī)械鉆速，增加經(jīng)濟(jì)效益。通過采取以上措施，今年完成萊10-斜101等4口井，施工順利，無任何復(fù)雜情況的發(fā)生，平均井深3047.5米，電測(cè)成功率均為100%，平均機(jī)械鉆速從17.21米/小時(shí)，提高至22.29米/小時(shí)。同時(shí)，由于施工順利，施工速度加快對(duì)節(jié)約其它鉆井用材料，保護(hù)油氣層均有良好效果，綜合經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益十分顯著，具有很好的推廣應(yīng)用前景。