塔河油田碳酸鹽巖裸眼井段坍塌處理難點(diǎn)與對(duì)策

魏宏洋 睢芬中國(guó)石化西北油田分公司塔河采油二廠 新疆輪臺(tái) 841604

塔河油田奧陶系油藏屬于碳酸鹽巖縫洞型重質(zhì)稠油油藏，儲(chǔ)集層埋藏深度大于5500m，原油地面密度在0.90-1.08g/cm3之間，50℃運(yùn)動(dòng)粘度在250-12000mm2/s之間，地下運(yùn)動(dòng)粘度大于30mm2/s，地層水礦化度24*104mg/L。油藏儲(chǔ)集體以裂縫溶洞為主，儲(chǔ)集層的非均質(zhì)性很強(qiáng)，裸眼井段地層復(fù)雜，奧陶系頂部井壁穩(wěn)定性差，奧陶系上統(tǒng)桑塔木組（O3s）和石炭系巴楚組（C1b）交界處存在一小段泥巖或高含泥質(zhì)灰?guī)r，具有帶電性和親水性，容易引起泥頁巖體積膨脹、粘土顆粒分散和巖石強(qiáng)度下降，造成泥頁巖井段垮塌；油井隨著鉆井、酸壓、完井、注水、采油和措施作業(yè)后地層壓力會(huì)發(fā)生較大變化，將會(huì)破壞井內(nèi)的壓力平衡，無疑會(huì)引起井眼周圍巖石應(yīng)力的重新分布，這些重新分布的應(yīng)力可稱為延井眼的環(huán)向應(yīng)力、徑向應(yīng)力和軸向應(yīng)力，如果這些重新分布的應(yīng)力超過巖石的強(qiáng)度，或不能平衡原地層應(yīng)力時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致井壁失穩(wěn)，造成井壁坍塌，不僅影響油井的產(chǎn)能而且不利于打撈、測(cè)試、改層等各類工程作業(yè)。預(yù)防與處理該類情況迫在眉睫。

一、井壁坍塌現(xiàn)狀

塔河油田奧陶系碳酸鹽巖裸眼井段井壁坍塌不僅在鉆井中存在，而且在采油及后期措施作業(yè)中存在。在措施作業(yè)中30%-40%的復(fù)雜事故是由井壁坍塌引起。

以塔河采油二廠為例，根據(jù)近3年來的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（表2）在措施作業(yè)期間探底的井60%以上存在大于10m的砂埋，這些坍塌井中有70%以上采用裸眼酸壓完井方式完井。由于酸壓容易形成高角度裂縫，對(duì)上部薄弱裸眼井段造成傷害，通過井徑曲線證明存在高含泥巖和縫洞發(fā)育井段井徑放大，在酸壓作業(yè)中造成井壁垮塌，同時(shí)酸壓形成的人工裂縫溝通自然裂縫和縫洞，不規(guī)則的井壁巖石和高角度裂縫內(nèi)充填物容易塌填井筒。

二、處理井底坍塌的難點(diǎn)與對(duì)策

對(duì)于井底坍塌的井，結(jié)合前期鉆井、生產(chǎn)情況，分析地層儲(chǔ)集體特征，選擇適用的處理管柱組合和處理液性能尤為重要。

1.大規(guī)模儲(chǔ)集體，嚴(yán)重漏失井沖砂方法

碳酸鹽巖縫洞型油藏在鉆井期間經(jīng)常鉆遇放空漏失，有些井放空井段長(zhǎng)達(dá)10-20m之間，漏失泥漿量500m3以上，后期生產(chǎn)期間累計(jì)產(chǎn)液量高，地層虧空，對(duì)于這一類儲(chǔ)層比較發(fā)育的井若探底時(shí)發(fā)現(xiàn)井壁坍塌井底抬高，采用密度最低的清水正循環(huán)鉆沖或正沖反洗時(shí)仍然無法建立循環(huán)，則放棄將地層砂沖至地面的常規(guī)方法，而是在沖洗期間讓井筒處于漏失狀態(tài)，使地層砂隨鹽水漏至地層的孔洞中，露出產(chǎn)層，達(dá)到地質(zhì)目的。

例如：TH10319井沖砂酸化作業(yè)，該井鉆井期間在井段：6011-6070m漏失嚴(yán)重，累計(jì)漏失密度1.12g/cm3泥漿481m3，截止目前該井累計(jì)產(chǎn)液61889t，累計(jì)產(chǎn)油61006t，累計(jì)產(chǎn)水883t。上修后組下三牙輪+螺桿鉆組合進(jìn)行沖砂作業(yè)，探底6024m，高出原井底6070米46m，正循環(huán)鉆沖期間泵入鹽水380m3，出口返出40m3，漏失300m3，鉆沖進(jìn)尺46m，達(dá)到目的。

將井壁垮塌巖屑使用鉆頭破碎后使其隨沖砂液一起漏入底層孔洞中，適用于于漏失嚴(yán)重的大規(guī)?？p洞型油藏，操作中要求始終活動(dòng)管柱，沖砂速度不宜過快，每沖一根要求活動(dòng)復(fù)探一次。前提條件：砂粒直徑d＜井眼周圍孔洞直徑D。

2.定容性儲(chǔ)集體，漏失井鉆沖砂方法

根據(jù)前期鉆井、酸壓完井和生產(chǎn)情況分析，部分井地層的儲(chǔ)集空間是一個(gè)封閉的定容性儲(chǔ)集體，對(duì)于這一類油井鉆沖砂時(shí)若無法建立循環(huán)，可像上述方法一樣將地層垮塌物體鉆磨碎后沖入地層，但是鹽水的漏失量必須根據(jù)地層空間大小定一個(gè)量，不能讓鹽水無限制的漏入地層，否則地層會(huì)很快發(fā)生油水置換，稠油上返，影響施工。若在限定的漏失量?jī)?nèi)未鉆沖到位，則考慮降低鹽水密度，或管柱組合上加撈杯。

3.可以建立完全循環(huán)井鉆沖砂方法

塔河油田油井深度在5500-6500m之間，常見的井身結(jié)構(gòu)為Φ177.8mm套管回接至井口或Φ244.5mm套管下至井口與Φ 177.8mm組合兩種，油套環(huán)空較大，且油井深。

將地層砂沖出地面的條件是：

式中 Vt—沖砂液上升速度，m/s

Vd—砂子的自由下沉速度，m/s

由上公式得出砂子上返至地面的最低速度：

從而求得沖砂所需的最低排量：

式中 Qmin—砂子上返至地面的最小排量，m3/h

F—砂子上返通道的截面積，m3

Vmin—砂子上返至地面的最低速度，m/s

在沖砂過程中，砂粒從井底上升到地面所需的時(shí)間為：

式中 h—井深，m

t—砂粒從井底上升至地面所需的時(shí)間，s

Vs—砂粒上升速度，m/s，Vs=Vt-Vd

從以上公式可知，泵排量、油套環(huán)空容積、環(huán)空上返速度和沖砂速度有很大關(guān)系，通常修井期間沖砂一般用鹽水，鹽水與清水?dāng)y砂能力差不多，所以用鹽水沖砂時(shí)油套環(huán)空的上返速度起著關(guān)鍵作用，如上返速度過低，砂帶不出井口，施工時(shí)就會(huì)造成砂埋管柱，引起事故，為了提高沖砂速度在套管尺寸固定的情況下，應(yīng)盡可能的提高泵的排量。另一方面可以適時(shí)考慮增加沖砂液的粘度，以降低砂子的自由下沉速度，如:鹽水中加入瓜膠。

4.丟手襯管工藝技術(shù)

許多井在后期生產(chǎn)中經(jīng)常重復(fù)發(fā)生井壁坍塌現(xiàn)象，例如：TH12249井完鉆井深6662m，兩次上修期間探底均有不同程度的砂埋，4月27日上修探底沖砂，處理至6660m，然后組下防砂襯管，管柱組合：Φ127mm套管2根+Φ127mm防砂管8根+Φ127mm套管8根+Φ127mm防砂管2根+Φ127mm套管8根+Φ127mm尾管丟手接頭+Φ73mm正扣鉆桿，下到位后正轉(zhuǎn)丟手起鉆，目前該井地層供液良好。

丟手襯管工藝技術(shù)為后期防治井壁坍塌提供了技術(shù)保障，完工后配合酸化施工，取得較好的效果，操作過程方便簡(jiǎn)單，并且能降低作業(yè)成本，目前已在十余口井使用。

三、認(rèn)識(shí)與建議

造成塔河油田縫洞型碳酸鹽巖油藏裸眼完井井壁坍塌的主要原因是巴楚組泥巖井段過長(zhǎng)，Φ177.8mm的套管未能全部封住泥巖井段；同時(shí)在酸壓等作業(yè)中容易造成地應(yīng)力破壞，引起巖石的脫落掉塊坍塌，在鉆井中縫洞型油藏常常鉆遇放空漏失井段，再加上地層液量產(chǎn)出虧空，在修井鉆沖砂時(shí)很難建立完全的循環(huán)，常常發(fā)生沉砂卡鉆復(fù)雜事故。故此提出以下建議：

1.沖砂作業(yè)前先結(jié)合前期鉆井及生產(chǎn)情況，分析油藏特征，選擇適用的沖砂方法及工具組合，漏失井沖砂速度不能太快，防止沉砂埋鉆。

2.沖砂作業(yè)過程中盡量采用穩(wěn)定性較好的泥漿，保持井壁穩(wěn)定、井眼清潔，或調(diào)配瓜膠增強(qiáng)攜砂能力，同時(shí)控制起下鉆速度，避免井眼的抽吸對(duì)井筒造成壓力激動(dòng)。

3.優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)，加深Φ177.8mm套管的封固深度，或采用Φ 127mm尾管完井，將整個(gè)高含泥巖和縫洞高度發(fā)育的灰?guī)r井段進(jìn)行封固。

4.對(duì)于頻繁發(fā)生井壁垮塌的井及時(shí)采用襯管對(duì)井底進(jìn)行支撐，避免重復(fù)垮塌，造成復(fù)雜情況。

[1]趙普春，鄧洪軍.塔河油田碳酸鹽巖裸眼段坍塌現(xiàn)狀及認(rèn)識(shí)[J].中外能源，2006，6（4）：31-37.

[2]劉玉石.底層坍塌壓力及井壁穩(wěn)定對(duì)策研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，23（14）：2421-2423.

[3]王世潔.林江.梁尚斌.塔河油田碳酸鹽巖深層稠油油藏開發(fā)實(shí)踐[C].北京：中國(guó)石化出版社，2005年，第1版.