長(zhǎng)裸眼深部膏鹽層鉆井工藝技術(shù)

趙樹(shù)清靳威郭升濤(.渤海鉆探第二鉆井工程分公司, 河北 廊坊 065000；.渤海鉆探第一固井工程分公司， 河北 廊坊 06550)

長(zhǎng)裸眼深部膏鹽層鉆井工藝技術(shù)

趙樹(shù)清1靳威2郭升濤1(1.渤海鉆探第二鉆井工程分公司, 河北 廊坊 065000；2.渤海鉆探第一固井工程分公司， 河北 廊坊 062550)

深層膏鹽在高溫高壓下呈塑性狀態(tài)，因上覆地層壓力而向低壓井眼蠕動(dòng)，常常引起卡鉆、埋鉆等工程事故。為減緩膏鹽層的蠕變速率，通常提高鉆井液密度，這樣很容易引起鹽上裸眼井段低壓地層破裂漏失，造成井下復(fù)雜或事故；同時(shí)也加大了滲透性地層井段的壓差，管串極易粘附；由于鹽層蠕變，套管安全下入存在很大風(fēng)險(xiǎn)，施工難度極大。本文以TK1130井為例，闡述了長(zhǎng)裸眼深部膏鹽層鉆井工藝技術(shù)。

長(zhǎng)裸眼；深部膏鹽層；塑性蠕變；鉆井難點(diǎn)與對(duì)策；實(shí)例

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(lèi)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(dòng)的主要能量來(lái)自于上覆地層壓力，其蠕變分三個(gè)階段：①初始蠕變：又稱(chēng)瞬態(tài)蠕變，開(kāi)始速率很高，隨后速率變緩。②次級(jí)蠕變：又稱(chēng)穩(wěn)態(tài)蠕變，蠕變速率恒定。③第三級(jí)蠕變：又稱(chēng)加速蠕變，巖體破壞斷裂。

1.3 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。④鹽的組分和成因。各種鹽類(lèi)在相同壓差下產(chǎn)生塑性變形的速率各不相同；在相同溫度下，NaCl的膨脹率高于KCl，膏鹽等復(fù)合鹽更易發(fā)生塑性變形。⑤鉆開(kāi)膏鹽層的時(shí)間。剛鉆開(kāi)時(shí)，作用于井壁的側(cè)壓力突然下降，膏鹽以較快的速率變形(瞬態(tài)蠕變)，之后井眼變形緩慢直至恒定(穩(wěn)態(tài)蠕變)，但裸露時(shí)間越長(zhǎng)，則縮徑程度越嚴(yán)重[1]。

2 鉆井難點(diǎn)與對(duì)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(guò)程中擠卡鉆頭，扭矩較大，易發(fā)生卡鉆事故。

②鉆開(kāi)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(zhǎng)，縮徑越嚴(yán)重。

③使用不飽和鹽水鉆井液體系，Cl-含量過(guò)低，井徑偏大，非均質(zhì)含膏塑性泥巖失去支撐而坍塌；Cl-含量過(guò)高，井眼縮徑嚴(yán)重，同時(shí)上部井眼鹽類(lèi)結(jié)晶，易造成井下復(fù)雜或事故。

④高密度鉆井液鉆進(jìn)，易發(fā)生鹽上裸眼地層漏失、鉆具或套管粘附。

⑤由于膏鹽層的穩(wěn)態(tài)蠕變，能否安全下入尾管難以確定。

2.2 鉆井對(duì)策

(1)井眼準(zhǔn)備。鹽上裸眼段先期承壓堵漏，達(dá)到穿鹽時(shí)鉆井液密度+循環(huán)環(huán)空壓耗+激動(dòng)壓力，提高鹽上裸眼段井壁承壓能力，同時(shí)降低砂巖、砂礫巖等地層的滲透性。

(2)鉆進(jìn)措施。

①使用欠飽和鹽水鉆井液體系，將Cl-含量控制在合適范圍，溶蝕部分蠕變鹽巖；調(diào)整好鉆井液性能，保證鉆井液的攜巖和懸?guī)r；盡可能提高鉆井液密度，以抵抗膏鹽及軟泥巖的塑性蠕動(dòng)。

②鹽層段夾雜膏泥巖、泥巖、石膏等巖性，鉆時(shí)相對(duì)鹽層較高。一般穿鹽前首先接觸的是膏泥巖，鉆速較慢，如發(fā)現(xiàn)鉆時(shí)有增快的趨勢(shì)，立即上提鉆具，“進(jìn)一退二”。

③鉆開(kāi)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)下尾管措施。

①采用擴(kuò)孔器對(duì)膏鹽層段進(jìn)行擴(kuò)徑。

②根據(jù)間隔不少于24h井徑測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，計(jì)算出該條件下的地層蠕變速率，從而計(jì)算出尾管安全下入時(shí)間。若計(jì)算出的時(shí)間偏小，可考慮提高鉆井液密度、降低Cl-含量，擴(kuò)眼后重測(cè)地層蠕變速率，計(jì)算尾管安全下入時(shí)間，直到能安全下入尾管為止。

③通井前作好一切下尾管準(zhǔn)備工作，盡可能縮短下尾管作業(yè)時(shí)間，保證尾管安全下入。

3 TK1130井實(shí)鉆情況

TK1130是塔河油田的一口長(zhǎng)裸眼穿鹽井，鹽層厚度136.33m，埋藏深度5128.67～5265m。二開(kāi)φ339.7mm技套下至3197.79m，穿鹽前采用φ311.15mm鉆頭鉆進(jìn)至鹽頂5128.67m，經(jīng)承壓堵漏、鹽層鉆進(jìn)、擴(kuò)眼作業(yè)，井深5285m下入φ265.1mm＋φ244.5mm復(fù)合尾管，后下入φ244.5mm套管回接至井口。

3.1 承壓堵漏。目的在于提高鹽上裸眼段井壁承壓能力，以確保高密度鉆井液施工時(shí)鹽上裸眼段井壁穩(wěn)定。

(1)鹽上裸眼段地層巖性。

(2)承壓要求。采用1.67g/cm3的鉆井液穿鹽時(shí)上部裸眼井段穩(wěn)定，按設(shè)計(jì)裸眼井壁承壓≥1.67+環(huán)空壓耗+開(kāi)泵或下放鉆具激動(dòng)壓力，鹽頂當(dāng)量密度≥1.73g/cm3。

(3)堵漏漿成分顆粒配比。

①二疊系至雙峰灰?guī)r：井漿+3%果殼+4%SQD-98(中粗)+4%SQD-98(細(xì))+ 1%鋸末+2%棉子殼+2%云母+4% DF-1+4%CXD-2。

②侏羅系至二疊系底：井漿+4%果殼+4%SQD-98(粗)+4%SQD-98(細(xì))+4%DF-1 +2%棉子殼+4%CXD-2+2%云母。

③套管鞋至侏羅系：井漿+3%果殼+5%SQD-98(細(xì))+5%SQD-98(粗)+2%云母+2%DF-1 +4%CXD-2+2%鋸末+1%棉子殼。

(4)工藝技術(shù)。

①下入光鉆桿，將鉆井液密度提至1.50g/cm3。②將堵漏漿替漿到位(保證技套內(nèi)堵漏漿不少于35m3)，起鉆至預(yù)計(jì)堵漏漿頂部，關(guān)半封閘板。

③首次承壓井口回壓值不超過(guò)當(dāng)量密度1.61g/cm3，如提前破裂漏失，則以破裂壓力為準(zhǔn)靜止憋壓，根據(jù)實(shí)際情況間隔30～60min加壓一次，保持一定壓差，幅度值為0.5～1.0MPa，直至達(dá)到預(yù)定承壓值。

④達(dá)到設(shè)計(jì)承壓值后靜止憋壓8～10h，自然降壓至當(dāng)量密度1.65g/cm3后，采用節(jié)流閥每1h放壓 0.5～1MPa，直至井口回壓為0。

⑤篩除堵漏劑關(guān)井承壓，檢查堵漏效果。鹽頂當(dāng)量密度1.73gcm3的井口回壓30min壓降不超過(guò)0.5MPa，如達(dá)不到要求重新承壓堵漏。

(5)實(shí)鉆情況。TK1130井經(jīng)兩次承壓堵漏，達(dá)到了穿鹽要求。鹽層作業(yè)中分別在5148.99m鹽層鉆進(jìn)、5250.19m鹽底鉆進(jìn)、5285m鹽下泥巖鉆進(jìn)、5283.92m鹽下泥巖擴(kuò)孔時(shí)發(fā)生不同程度的漏失，均按以上操作堵漏成功。

3.2 鹽層鉆進(jìn)

(1)施工方案與措施

①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，鉆井液密度提高到1.62g/cm3。

②鉆具結(jié)構(gòu)：φ311.15mmPDC+φ203.2mmDC×89.86 m+φ203.2mm隨鉆震擊器×6.54m+φ203.2mmDC×18.13 m+φ139.7mmDP。

③通過(guò)控制扭矩和鉆時(shí)，達(dá)到鹽層安全鉆進(jìn)。

(2)實(shí)鉆情況

鹽層鉆進(jìn)曾發(fā)生三次膏泥巖或泥巖裂縫性漏失，均及時(shí)安全起出鹽層井段；起下鉆均未出現(xiàn)阻卡現(xiàn)象；采用了PDC鉆頭穿鹽，扭矩較大但機(jī)速較快，機(jī)速達(dá)到4.54m/h。

3.3 鹽層擴(kuò)眼

使用YK311-365液壓式PDC擴(kuò)孔器，對(duì)膏鹽層及以下井段進(jìn)行擴(kuò)眼。擴(kuò)眼過(guò)程中，控制鉆壓與扭矩，送鉆均勻；同時(shí)對(duì)扭矩變化較大的井段反復(fù)擴(kuò)劃直到通暢。

3.4 下尾管作業(yè)

TK1130井鹽層擴(kuò)孔測(cè)井完畢后，按24h間隔測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算：蠕變速率最大5.37mm/h，井深5152.2m，井徑由413.64mm縮至284.84mm；井深5202.6m由377.55mm縮至280.75mm，為最小井徑；鹽層段平均蠕變速率1.65mm/h。尾管安全下入時(shí)間只有18.6h。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)深部膏鹽層在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(dòng)。正確認(rèn)識(shí)膏鹽層蠕變規(guī)律，制定科學(xué)的技術(shù)措施，可有效解決膏鹽層鉆井難題。

(2)長(zhǎng)裸眼穿鹽施工，鹽上裸眼層段承壓堵漏是關(guān)鍵，目的在于提高鹽上裸眼段井壁承壓能力。

(3)使用欠飽和鹽水鉆井液，通過(guò)溶蝕作用，減輕鹽層段縮徑；同時(shí)盡可能提高鉆井液密度，以抵抗膏鹽及軟泥巖的塑性蠕動(dòng)。

(4)通過(guò)間隔24h兩次測(cè)井井徑數(shù)據(jù)計(jì)算下尾管安全時(shí)間，確定能否進(jìn)行下尾管作業(yè)，因此必須確保電測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤，同時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)鉆情況合理分析井下?tīng)顩r，正確處置。

[1]鄢捷年.鉆井液工藝學(xué)[M].東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2013:357-372.

[2]鄭述全，胡衛(wèi)東，歐云東.長(zhǎng)裸眼多壓力系統(tǒng)卡鉆事故處理工藝技術(shù)應(yīng)用[J].鉆采工藝，2007.30(5):139-141.

趙樹(shù)清(1973-)，男，高工，副總工程師，1997年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院鉆井工程專(zhuān)業(yè)，主要從事鉆井工藝技術(shù)研究與管理工作。