深部膏鹽層鉆井工藝技術(shù)

【摘 要】膏鹽類物質(zhì)在淺層或地表以固體形式存在，而深部高溫高壓下呈塑性狀態(tài)，在上覆地層壓力作用下向低壓區(qū)蠕動。鉆井作業(yè)形成的井眼內(nèi)，鉆井液液柱壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于上覆地層壓力，膏鹽向井內(nèi)蠕變使得井徑縮小，鉆井施工中如何解決好深部膏鹽層的鉆井難題，是所有鉆井工作者共同的愿望。

【關(guān)鍵詞】膏鹽層 蠕變 鉆井 工藝

在深部膏鹽層鉆井過程中，由于膏鹽層的塑性蠕變和非均質(zhì)性、含鹽泥巖的垮塌等地質(zhì)因素，常常引起卡鉆、埋鉆、套管擠毀等工程事故，施工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)極大，本文將從膏鹽層蠕變特性、鉆井難點(diǎn)與對策等方面重點(diǎn)介紹工藝研究。

1 膏鹽層蠕變特性

（1）膏鹽層化學(xué)成分。膏鹽層主要化學(xué)成分是氯化鈉，夾雜石膏、軟泥巖等物質(zhì)，鹽類易溶解，軟泥巖膨脹縮徑。

（2）膏鹽層蠕變特性。深部膏鹽層蠕動的主要能量來自于上覆地層壓力，其蠕變分三個(gè)階段：①初始蠕變：又稱瞬態(tài)蠕變，開始速率很高，隨后速率變緩；②次級蠕變：又稱穩(wěn)態(tài)蠕變，蠕變速率恒定。③第三級蠕變：又稱加速蠕變，巖體破壞斷裂。

（3）影響膏鹽層蠕變速率的主要因素。①井溫：鹽巖層的蠕變隨溫度的升高而急劇增大。②井深：塑性變形隨其埋藏深度的增加而加劇。③鉆井液密度：變形速率隨鉆井液密度增加而下降。

2 鉆井難點(diǎn)與對策

2.1 主要難點(diǎn)

（1）深部膏鹽層初始蠕變速率很大，鉆進(jìn)過程中擠卡鉆頭，扭矩較大，易發(fā)生卡鉆事故；（2）鉆開的井眼內(nèi)，膏鹽層以穩(wěn)態(tài)蠕變的速率使得井徑縮小，時(shí)間越長，縮徑越嚴(yán)重。

（3）使用不飽和鹽水泥漿，CL-含量過低，井徑偏大；（4）高密度鉆井液鉆進(jìn)，易發(fā)生井下漏失、鉆具粘附。

2.2 鉆井對策

2.2.1準(zhǔn)備工作

（1）施工前檢查好地面設(shè)備，特別是動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、提升系統(tǒng)等，確保鹽層鉆進(jìn)時(shí)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）入井鉆具經(jīng)過嚴(yán)格探傷檢查，避免鉆具事故；盡量準(zhǔn)備較長的方鉆桿，鉆進(jìn)時(shí)預(yù)留部分方余，以備處理井下復(fù)雜或事故。

（3）井眼準(zhǔn)備。如鹽層上部存在低壓層，應(yīng)先期承壓堵漏。

（4）儲備足夠的加重材料、堵漏材料、潤滑劑等。

（5）儲備一定量同密度的淡水泥漿，穿鹽一旦發(fā)生卡鉆，立即打入井內(nèi)，以利于解卡。

2.2.2鉆進(jìn)措施

（1）穿鹽過程中，將CL-含量控制在合適范圍，使用欠飽和鹽水泥漿溶蝕部分蠕變鹽巖。

（2）簡化鉆具結(jié)構(gòu)，采用光鉆鋌塔式鉆具帶隨鉆震擊器，以利于防卡和解卡；下井鉆頭選用帶有保徑齒的高效牙輪鉆頭。

（3）盡可能提高鉆井排量，增強(qiáng)鉆井液對井壁的沖刷，減輕井眼的縮小。

（4）鉆開塑性地層后其初始蠕變速率很高，因此應(yīng)調(diào)整鉆井參數(shù)，嚴(yán)格控制鉆時(shí)。

3 實(shí)鉆情況

3.1 施工方案

某井是蘇北盆地淮安中斷陷一口資料井，完井井深2800m。

（1）三開前對井場入井鉆具包括鉆鋌、加重鉆桿、各種配合接頭、井口工具等進(jìn)行全面探傷，對井場設(shè)施進(jìn)行認(rèn)真檢查與保養(yǎng)。

（2）穿鹽前鉆井液CL-含量調(diào)整在100000～110000mg/l范圍內(nèi)，鉆進(jìn)時(shí)控制在140000～160000mg/l。

（3）鉆具結(jié)構(gòu)：φ215.9mmPDC鉆頭+φ165mm無磁鉆鋌+φ165mm螺旋鉆鋌+柔性長軸+震擊器+φ127mm加重鉆桿+φ127mm斜坡鉆桿。

（4）鹽層鉆進(jìn)控制鉆時(shí)在10～15min，以鉆時(shí)控制鉆壓。

（5）第一次鉆進(jìn)鹽層10m左右，循環(huán)鉆井液兩周，起至技套內(nèi)，停4h～5h后下鉆，鹽層段緩慢下探，如無阻卡顯示，該時(shí)間為安全時(shí)間。

3.2 擴(kuò)眼措施

擴(kuò)徑工具采用長城鉆探工程院所出產(chǎn)的水力擴(kuò)孔器，最大擴(kuò)徑尺寸273mm。其工作原理為：開泵后鉆井液流經(jīng)活塞上的噴嘴，產(chǎn)生一定的壓降，從而推動活塞下行，活塞上的支撐裝置支撐三個(gè)擴(kuò)眼刀翼外張，當(dāng)擴(kuò)眼刀翼達(dá)到最大外張位置時(shí)，可進(jìn)行擴(kuò)眼鉆進(jìn)作業(yè)；作業(yè)完畢后，停泵壓降消失，活塞在彈簧的反力作用下復(fù)位，擴(kuò)眼刀翼收回到刀槽內(nèi)。

（1）擴(kuò)進(jìn)參數(shù)：鹽膏層：鉆壓5～15KN，轉(zhuǎn)速50～60rpm，排量22～25l/s；泥巖段：鉆壓20～30KN，轉(zhuǎn)速50～70rpm，排量22～25l/s。

（2）工具入井前對其嚴(yán)格檢查并進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)排量至少達(dá)到22l/s，排量穩(wěn)定后記錄工具自身壓降，一般為2～4Mpa，達(dá)到要求后連接鉆具入井。

（3）下鉆操作要求平穩(wěn)，嚴(yán)格控制下鉆速度，尤其是工具入轉(zhuǎn)盤、喇叭口、封井器及特殊井段，以防造成工具損壞、套管損傷或其它更為嚴(yán)重的鉆井事故發(fā)生。

3.3 測井、下套管安全時(shí)間測定

為保證測井、下套管安全，在進(jìn)行施工前必須進(jìn)行拉井壁、通井、測膏鹽層蠕變速度，并根據(jù)蠕變速度調(diào)整鉆井液比重及通井?dāng)U眼的時(shí)間和次數(shù)。

4 結(jié)論與認(rèn)識

（1）深部膏鹽層在高溫高壓下呈塑性狀態(tài)，在地層上覆壓力作用下向低壓區(qū)蠕動。鉆井形成的井眼內(nèi)液柱壓力遠(yuǎn)小于地層上覆壓力，鹽層蠕變嚴(yán)重；正確認(rèn)識膏鹽蠕變規(guī)律，制定切實(shí)可行的技術(shù)措施，可有效解決膏鹽層鉆井難題。

（2）使用欠飽和鹽水鉆井液，通過溶蝕作用，減輕鹽層段縮徑；盡可能提高鉆井液密度，以抵抗膏鹽及軟泥巖的塑性流動。

（3）通過計(jì)算下套管安全時(shí)間，確定能否進(jìn)行下套管作業(yè)。采取降低CL-含量和提高鉆井液密度，可延長下套管安全時(shí)間。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳應(yīng)凱等.深部鹽膏層安全鉆井技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向研究.天然氣工業(yè)，2004；24（2）.

[2]孟偉.鉆井配套技術(shù)在川東北的應(yīng)用與實(shí)踐[M].北京：地質(zhì)出版社，2007.

[3]膏鹽層鉆井技術(shù)規(guī)程.石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（SY） SY/T6709-2008[S].

[4]李偉廷.元壩1井超深井鉆井技術(shù)研究與應(yīng)用[J].石油天然氣學(xué)報(bào)，2009（02）.

作者簡介：李海偉（1986—），男，助理工程師，2010年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）資源勘查工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事鹽穴儲氣庫鉆井、井下作業(yè)工程管理工作。