新疆吉木薩爾縣準(zhǔn)頁4井鉆探施工技術(shù)

熊虎林， 張 飛

(新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第九地質(zhì)大隊，新疆 烏魯木齊 830009)

1 工程概況

準(zhǔn)頁4井是新疆準(zhǔn)噶爾盆地南緣重點遠(yuǎn)景區(qū)頁巖氣調(diào)查評價項目中的一口鉆井，為2016年度新疆國土資源廳下達(dá)的中央返還兩權(quán)價款項目。井位布設(shè)于新疆吉木薩爾縣泉子街鎮(zhèn)北約2 km，交通便利。

2 地質(zhì)概況

區(qū)內(nèi)地層主要包括第四系全新統(tǒng)、上新統(tǒng)昌吉河群(N2ch)、中—上三疊統(tǒng)小泉溝群(T2-3xq)、燒房溝組(T1s)、韭菜園組(T1j)、梧桐溝組(P3w)、泉子街組(P3q)、蘆草溝組(P2l)；其中以蘆草溝組黑色炭質(zhì)泥頁巖夾油頁巖為主要目的層。準(zhǔn)頁4井實際揭露地層情況見表1。

表1 準(zhǔn)頁4井實際揭露地層情況

3 主要工作量及技術(shù)要求

(1)實施鉆井1口，設(shè)計井深3300.00 m，完鉆口徑215.9 mm。

(2)取心。對蘆草溝組目的層采用常規(guī)取心方法，巖心收獲率>90%(如果巖心采取率未達(dá)到要求，必須補(bǔ)做井壁取心)，密閉率要求達(dá)到80%以上，巖心直徑>100 mm。

(3)井身質(zhì)量要求參照執(zhí)行《石油鉆井井身質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督及驗收規(guī)范》(Q/SY 66—2003)，全井井斜≯6°，井底水平位移≯120 m，井徑擴(kuò)大率<25%。

(4)綜合錄井。包括巖屑錄井、巖心錄井、鉆時錄井、地化錄井、鉆井液錄井、氣測錄井、熒光錄井等，以及巖心、巖屑伽馬及元素掃描，現(xiàn)場頁巖氣含氣量解吸等。

(5)地球物理測井。包括常規(guī)測井、特殊測井(元素ECS俘獲、FMI成像、核磁共振、多極子陣列聲波)以及固井質(zhì)量測井等。

(6)固井及完井。表層套管水泥返至地面，技術(shù)套管水泥返至地面，生產(chǎn)套管水泥返至燒房溝組上部。固井質(zhì)量測井評價在合格及以上。完井按油氣壓裂測試要求完井。

(7)井場平整、道路修理和鉆后井場恢復(fù)等。

4 施工難點

(1)第四系礫石層掉塊。第四系堆積物松散，成分主要為礫石層夾砂層，礫徑大，地層成巖性差，容易發(fā)生井漏，井斜控制難度大，且泥漿護(hù)壁困難，易超徑，易發(fā)生掉塊卡鉆事故。

(2)超長裸眼井段泥漿護(hù)壁。第三次開鉆后，?215.9 mm口徑裸眼井段長達(dá)1883.84 m，需要合理選擇泥漿體系實時優(yōu)化泥漿性能，在保持井壁穩(wěn)定同時兼顧保護(hù)目的層。

(3)井漏。據(jù)臨井資料，泉子街組(P3q)砂礫巖裂隙發(fā)育，鉆井漏失風(fēng)險較大。

5 鉆探施工

5.1 鉆探設(shè)備

選用了ZJ-50型石油鉆機(jī)，其技術(shù)指標(biāo)滿足頁巖氣參數(shù)井設(shè)計井深和完鉆口徑的要求。鉆機(jī)及附屬設(shè)備見表2。

5.2 井身結(jié)構(gòu)

依據(jù)鉆井工作區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造特征及已完工的鄰近鉆井施工情況，本井設(shè)計三開井身結(jié)構(gòu)[2]，實際完鉆井深結(jié)構(gòu)如圖1所示。

一開使用?444.5 mm鉆頭開孔，鉆穿第四系后，下入?339.7 mm套管361.76 m。固井采用了插入法固井工藝，鉆井液返至地面，封隔上部松散易塌

表2 鉆機(jī)型號及主要設(shè)備

圖1 井身結(jié)構(gòu)及套管程序

地層，為井口控制和后續(xù)安全鉆井創(chuàng)造條件。

二開使用?311.2 mm鉆頭，鉆至燒房溝組下段后，下入?244.5 mm套管1555.66 m。采用技術(shù)套管固井方案，水泥漿返至355.00 m，封隔破碎易漏失地層，從而確保下部目的泥頁巖層段的取心、完井作業(yè)，亦有利于油氣儲層的保護(hù)。

三開使用?215.9 mm鉆頭，穿至目的層蘆草溝組上段，完鉆井深3439.50 m。下入鋼級為P110，?139.7 mm生產(chǎn)套管固井，固井水泥漿上返至1550.00 m。

優(yōu)化施工工藝技術(shù)，提高頂替效率以確保封固質(zhì)量，按照既定固井方案固井，采用聲波變密度檢測，固井質(zhì)量合格，達(dá)到設(shè)計要求。

5.3 鉆具組合及鉆井工藝參數(shù)

5.3.1 鉆具組合

根據(jù)井身結(jié)構(gòu)及地層特征選取鉆具組合方案，以塔式鉆具組合為主，轉(zhuǎn)盤處采用?133 mm方鉆桿傳動。各開次鉆具組合見表3。

5.3.2 全面鉆進(jìn)工藝參數(shù)

依據(jù)多年施工經(jīng)驗和鄰區(qū)已完鉆井所鉆遇的地層情況，原則上在第四系較軟地層鉆進(jìn)，采用高轉(zhuǎn)速、大泵量和適當(dāng)?shù)膲毫Γ辉趫杂驳难心バ詮?qiáng)的巖層鉆進(jìn)，則采用大鉆壓和適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速和泵量；在裂隙發(fā)育的破碎巖層和研磨性強(qiáng)的巖層鉆進(jìn)，則采用小鉆壓、中低轉(zhuǎn)速和適當(dāng)?shù)谋昧縖3]。第三次開鉆后隨著鉆井深度增加，為保證井內(nèi)安全，則要限制轉(zhuǎn)速和鉆壓。鉆進(jìn)工藝參數(shù)見表4。

表3 各開次鉆具組合

表4 全面鉆進(jìn)工藝參數(shù)

施工過程中嚴(yán)格控制好井內(nèi)壓力平衡，起鉆時必須采取鉆井液回灌措施，并根據(jù)本次所遇地層的實際情況，控制起下鉆的速度，防止井內(nèi)壓力失衡造成井壁坍塌。

5.3.3 取心技術(shù)措施

(1)取心工具必須嚴(yán)格檢查、丈量、計算、選配。組裝鉆具后，調(diào)整好間隙。其它輔助工具配套齊全。

(2)下鉆時操作平穩(wěn)，嚴(yán)禁猛剎、猛放。遇阻不得超過30 kN，不得劃眼強(qiáng)下。下鉆距井底3～5 m，開泵循環(huán)，沖洗取心內(nèi)筒及井眼。

(3)循環(huán)正常后，緩慢下放鉆具到井底試轉(zhuǎn)，輕壓慢轉(zhuǎn)后，樹心鉆進(jìn)0.3～0.5 m，再逐漸調(diào)整到最佳取心鉆進(jìn)參數(shù)。

(4)鉆進(jìn)中，不停泵、不停轉(zhuǎn)盤、不上提鉆具、不溜鉆、不頓鉆，盡量減少憋跳鉆。時刻注意鉆壓、泵壓及轉(zhuǎn)盤負(fù)荷的變化，認(rèn)真觀察、分析鉆進(jìn)中的相關(guān)情況，發(fā)現(xiàn)異常及時壓井、割心起鉆。

(5)鉆井裸眼段長，嚴(yán)格控制起下鉆速度，減小壓力激動，確保井壁穩(wěn)定，不具備安全起下鉆條件時不起鉆[5]。取心井段：2753.24～3439.50 m；取心工具為常規(guī)川8-4取心筒，取心鉆具組合為：?215.9 mm取心鉆頭(表鑲金剛石/復(fù)合片)+川8-4取心筒+?172 mm螺桿+?177.8 mm鉆鋌+?159 mm鉆鋌+?127 mm鉆桿，取心鉆進(jìn)參數(shù)為：取心正常鉆壓30～80 kN、樹心鉆壓10～20 kN，轉(zhuǎn)速190～260 r/min，排量20～28 L/s。

5.4 鉆井液

5.4.1 鉆井液管理原則

(1)井壁穩(wěn)定技術(shù)方面。為減少固相對潤滑性的影響，盡量按設(shè)計下限施工，當(dāng)出現(xiàn)其他復(fù)雜情況，不限定密度指標(biāo)上限，現(xiàn)場工程師按現(xiàn)場施工情況調(diào)整。保證鉆井液中處理劑含量滿足設(shè)計施工要求，加強(qiáng)鉆井液抑制地層水化膨脹和分散能力[6]。

(2)固控技術(shù)方面。四級固控，振動篩、除砂器可利用率達(dá)到100%，除泥器、離心機(jī)保證隨時可用。

(3)油層保護(hù)技術(shù)方面采用屏蔽暫堵技術(shù)，減小固液相對儲層的傷害。

(4)鉆井液大型處理前必須進(jìn)行小型試驗鉆井液處理劑必須選用合格的產(chǎn)品。

5.4.2 鉆井液配制及維護(hù)管理

鉆井液主要以不漏、壓穩(wěn)地層流體、維持井壁穩(wěn)定為原則進(jìn)行配制[4]。各開次鉆井液性能見表5。

(1)一開鉆進(jìn)時充分利用固控設(shè)備清除鉆屑，以0.3%～0.5%NH4HPAN水溶液調(diào)整粘切。中完后充分洗井，調(diào)整好鉆井液性能，確保下表套、固井施工順利。

(2)二開鉆固井水泥塞時，可加入適量純堿以清除Ca2+，防止造成污染。隨著井深逐步加深，應(yīng)對泥漿實施護(hù)膠，各種處理劑含量應(yīng)逐漸向設(shè)計配方的上限靠攏，以期實現(xiàn)泥漿的抑制性，防塌性及失水造壁性，控制地層造漿和吸水膨脹，確保井眼穩(wěn)定暢通。

(3)三開后隨著井深的增加，按照1.5%的比例加入高效潤滑劑RH-1，減小鉆井液的摩阻系數(shù)，提高鉆井的潤滑防卡能力。

表5 各開次鉆井液配方及性能

(4)井漿加重時，除嚴(yán)格控制泥漿膨潤土含量和總固相含量外，護(hù)膠劑和潤滑劑的加量應(yīng)向設(shè)計配方的上限靠攏，并同時使用好降粘劑，調(diào)節(jié)和控制好流變性能，以防止發(fā)生卡鉆事故。

(5)日常維護(hù)以MAN101、MAN104、XY-27、JT-888、FA-367、CMC-HV、NPAN配置成膠液，以細(xì)水長流的方式維護(hù)鉆井液性能，以避免泥漿性能波動過大。

5.5 井斜控制

鉆具結(jié)構(gòu)必須符合設(shè)計要求，及時測斜，用測斜數(shù)據(jù)指導(dǎo)鉆井施工，確保井身質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求。

(1)表層開鉆打方鉆桿時，每鉆進(jìn)3～5 m用水平尺校正方鉆桿，確保開直井口。

(2)新鉆頭下井，以設(shè)計鉆壓下限鉆進(jìn)，當(dāng)穩(wěn)定器全部進(jìn)入新井眼后再以正常鉆壓鉆進(jìn)。

(3)鉆進(jìn)中注意防斜，按要求每100～150 m測斜一次。鉆進(jìn)按規(guī)定要求進(jìn)行測斜，若井斜角在2°～2.5°之間以及經(jīng)預(yù)測完鉆點井底水平位移超過設(shè)計值時，要進(jìn)行糾斜鉆進(jìn)，并每鉆進(jìn)20～30 m測斜一次。

(4)有增斜趨勢并井斜可能超出設(shè)計要求的情況下，采用鐘擺鉆具進(jìn)行糾斜，如鐘擺鉆具達(dá)不到控制井斜效果，采用螺桿鉆具進(jìn)行糾斜。

5.6 井控

參照中國石油天然氣集團(tuán)公司《石油與天然氣鉆井井控規(guī)定》(中油工程字【2006】247號)組織實施井控工作。

準(zhǔn)頁4井施工歷時158 d，完鉆井深3439.50 m，最大井斜3.43°(3425 m)，井底閉合位移24 m，平均井徑擴(kuò)大率不大于20%。錄井工作中，鉆時錄井工程量3439個、巖屑1713件、全井累計進(jìn)行鉆井液性能測試545次；固井質(zhì)量合格；取心20回次，平均取心收獲率95.3%。各項技術(shù)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求。

6 主要技術(shù)措施及應(yīng)用效果

6.1 第四系礫石層鉆進(jìn)

一開井徑大，鉆遇卵礫石層礫徑大、膠結(jié)差，井壁易失穩(wěn)，易垮塌，泥漿護(hù)壁困難。

施工中使用高膨潤土含量的聚合物鉆井液鉆進(jìn)，防止由于粘切過低，造成表層竄漏和鉆屑攜帶困難等問題。維護(hù)過程中，使用聚合物膠液配合CMC-HV進(jìn)行處理。通過調(diào)節(jié)聚合物濃度有效地防止了地層不穩(wěn)及鉆屑攜帶困難的問題。

工程上緊密配合，使用高粘切鉆井液大排量鉆進(jìn)，中完后注入防卡鉆井液，保證了起下鉆和下表層套管的順利進(jìn)行。

6.2 三開超長裸眼井段施工

三開井段?215.9 mm口徑裸眼井段長達(dá)1883.84 m(1555.66～3439.50 m)，鉆井液維護(hù)處理重點是防卡、防漏及保護(hù)氣層。因此，井段中將二開強(qiáng)抑制聚磺鉆井液體系轉(zhuǎn)化為低傷害低摩阻聚磺鉆井液，從而有效地保護(hù)氣層。將API失水控制在設(shè)計范圍內(nèi)，增加濾液粘度，及時補(bǔ)充CMC-HV和KPAM。將兩者的濃度達(dá)到0.6%以上。防止托壓和降低摩阻，減小鉆具回轉(zhuǎn)阻力。保證在起下鉆順暢。在固控方面為了保護(hù)油氣層，將振動篩、除砂器和離心機(jī)的使用率達(dá)到純鉆時間的100%。減少鉆井液中的固相含量對油氣層的傷害程度。工程上堅持多短起下鉆，提高鉆井速度，縮短鉆井液對油氣層的浸泡時間。

三開鉆進(jìn)過程中，泥漿性能完全滿足施工要求，鉆井得以順利完鉆。

6.3 典型井漏及其處理措施

準(zhǔn)頁4井鉆井過程中，出現(xiàn)20 m3以上較嚴(yán)重漏失情況4次，輕微漏失18次。對典型漏失情況及處理措施介紹如下。

鉆遇地層為泉子街組砂巖，分析為中細(xì)裂縫性漏失，經(jīng)討論決定采用橋漿堵漏。2909.60 m處井漏，平均漏速9 m3/h。漏失密度1.26 g/cm3、粘度59 s泥漿12.6 m3。鉆遇地層為蘆草溝組砂巖，分析為中細(xì)裂縫性漏失，經(jīng)討論決定采用橋漿堵漏[7-8]。注15%橋漿10 m3，橋漿配方：8%復(fù)合堵漏劑+5%隨鉆堵漏劑 +2%膨脹堵漏劑。關(guān)井?dāng)D入6 m3憋壓1.7 MPa降至1.4 MPa，20 min后擠入泥漿4 m3憋壓1.2 MPa，循環(huán)候堵，泥漿池液面未下降，堵漏成功。

2910.55 m發(fā)生井漏，平均漏速7 m3/h。漏失密度1.26 g/cm3、粘度67 s泥漿8.5 m3。注20%橋漿11 m3，橋漿配方：10%復(fù)合堵漏劑+8%隨鉆堵漏劑 +2%膨脹堵漏劑。關(guān)井?dāng)D入5 m3憋壓1.2 MPa不降，20 min后擠入泥漿3.5 m3憋壓1.2 MPa不降。循環(huán)候堵，泥漿少量滲漏，30 min后漏失量增大。繼續(xù)配制濃度28%的橋漿堵漏。注入橋漿12 m3，頂橋漿過程中井口少量返漿，漏失泥漿22.7 m3。起鉆140 m未出橋漿面，發(fā)現(xiàn)環(huán)空被橋漿堵塞，開泵循環(huán)排出環(huán)空橋漿，漏失泥漿23 m3。起鉆至套管內(nèi)配制補(bǔ)充泥漿。下鉆分段循環(huán)泥漿調(diào)整性能，下至井底循環(huán)不漏，恢復(fù)鉆進(jìn)。

7 經(jīng)驗和體會

(1)泥漿性能的保持，應(yīng)以維護(hù)為主，處理為輔的方式進(jìn)行。各種粉狀處理劑均應(yīng)配成不同濃度膠液連續(xù)均勻加入；其它處理劑則應(yīng)嚴(yán)格按泥漿循環(huán)周連續(xù)均勻加入，避免因泥漿性能大幅波動而造成井下情況復(fù)雜化。

(2)該地區(qū)山前河床礫石層機(jī)械鉆速低，鉆頭使用壽命短，鉆井施工建議選用鉆具組合：?444.5 mm 515鑲齒牙輪鉆頭+2LZ244直螺桿+?177.8 mm鉆鋌8根+?127 mm鉆桿，采用吊打方式鉆進(jìn)，同時配合大排量高壓輔助破巖和清洗井底，提速增效。完鉆后采用?444 mm螺旋扶正器通井，修復(fù)不平整井壁，使表層套管順利下入。

(3)進(jìn)入二疊系施工，泉子街組以下地層為硬脆性泥巖，層理發(fā)育，井漏頻繁，漏失量大，鑒于地層復(fù)雜，建議在使用暫堵鉆井液的同時，簡化鉆具結(jié)構(gòu)，采用常規(guī)鉆具結(jié)構(gòu)鉆進(jìn)，當(dāng)井下情況允許可以嘗試采用MD高效牙輪(或PDC)+直螺桿鉆具組合提速提效。鉆進(jìn)中，應(yīng)充分利用固控設(shè)備，及時清除劣質(zhì)固相。嚴(yán)格控制井漿坂土含量，預(yù)留泥漿加重空間。

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