大塔場(chǎng)構(gòu)造遂寧組—須家河組鉆井技術(shù)難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

彭泉霖

(川慶鉆探工程有限公司川西鉆探公司，四川 成都 610051)

0　引言

隨著國(guó)內(nèi)外石油行業(yè)的不斷發(fā)展，為了維持石油行業(yè)繁榮與穩(wěn)定，必然需要不斷勘探與開(kāi)發(fā)新油、氣田。目前研究認(rèn)為，在大塔場(chǎng)構(gòu)造下部筇竹寺組黑色泥頁(yè)巖、燈影組暗色澡云巖具有厚度大、有機(jī)質(zhì)豐度高、類型好、成熟度高，烴源巖生氣強(qiáng)度大的特點(diǎn)。研究分析在大塔場(chǎng)構(gòu)造的鉆井技術(shù)難點(diǎn)，對(duì)中石油在川南地區(qū)的石油發(fā)展戰(zhàn)略具有重要意義。而大塔場(chǎng)構(gòu)造下部地層探明度低，上部地層地質(zhì)條件復(fù)雜，所以首先加大大塔場(chǎng)構(gòu)造上部地層的鉆井技術(shù)研究力度，才能為下部地層的勘探開(kāi)發(fā)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，從而大大促進(jìn)川南地區(qū)石油勘探與開(kāi)發(fā)進(jìn)程。

1　大塔場(chǎng)構(gòu)造概況

1.1　生、儲(chǔ)、蓋層組合分析

燈影組烴源巖包括筇竹寺組黑色泥頁(yè)巖、燈三段底部黑色泥巖、燈影組碳酸鹽巖、陡山沱組黑色泥巖，烴源條件充足；燈影組燈四、燈二段風(fēng)化及溶蝕作用形成的空洞縫是良好的儲(chǔ)層，而燈影組內(nèi)部致密的含有泥機(jī)質(zhì)層段對(duì)油氣具有良好的封堵作用，燈三段底部的致密泥巖、致密硅質(zhì)巖在區(qū)內(nèi)連續(xù)分布，亦可作為燈二段儲(chǔ)層的直接蓋層，寒武系筇竹寺組大套頁(yè)巖作為燈四段的直接蓋層，在區(qū)域上具有廣泛分布，生儲(chǔ)蓋組合良好。

1.2　鉆探現(xiàn)狀

大塔場(chǎng)構(gòu)造的鉆井工作始于1976年12月的塔5井鉆探，發(fā)現(xiàn)了大塔場(chǎng)沙一段氣藏。1995年大塔場(chǎng)地區(qū)部署了第一口開(kāi)發(fā)井，塔淺6-1井，并于1996年完鉆試氣獲工業(yè)氣流。2003年以后，該氣藏開(kāi)始實(shí)施滾動(dòng)勘探開(kāi)發(fā)，截止2014年12月31日，該氣藏完鉆井105口，已試氣99口，完鉆井成功率為78.1%。而對(duì)于更深部具有良好生、儲(chǔ)、蓋組合的震旦系—下古生界鉆探程度低，目前的正鉆井塔探1井，是大塔場(chǎng)構(gòu)造第一口以燈影組為目的層的預(yù)探井。

2　鉆井技術(shù)難點(diǎn)

在勘探大塔場(chǎng)構(gòu)造下部震旦系—下古生界過(guò)程中，上部地層沙溪廟—須家河組的復(fù)雜地質(zhì)條件與勘探開(kāi)發(fā)要求帶來(lái)了諸多技術(shù)難題。

(1)為了勘探下部地層的需要與保障井架基礎(chǔ)安全，要求?914.4 mm鉆頭開(kāi)眼，下?720 mm套管。如此大尺寸鉆頭開(kāi)眼，帶來(lái)了開(kāi)眼不正，起步井斜，鉆具憋跳嚴(yán)重，套管下放困難與固井難度大等技術(shù)難題。

(2)遂寧組—沙二段裂縫發(fā)育，易發(fā)生惡性井漏。根據(jù)塔1、4、5、18等井實(shí)鉆資料顯示，在該井段均發(fā)生連通深遠(yuǎn)的裂縫性漏失，平均漏失量達(dá)11000 m3以上。

(3)自流井組—須家河組巖石可鉆性差。該層位細(xì)砂巖為主，巖性致密、硬度大、研磨性強(qiáng)、可鉆性差、機(jī)械鉆速低。以塔探1井為例，在該層位平均機(jī)械鉆速僅1.7 m/h。

3　主要應(yīng)對(duì)措施

3.1　大井眼鉆完井技術(shù)措施

大塔場(chǎng)構(gòu)造地質(zhì)情況復(fù)雜，為了安全勘探開(kāi)發(fā)下部燈影組需要，利用?914.4 mm鉆頭開(kāi)眼，下?720 mm套管封堵表層易竄漏井段。大尺寸井眼的鉆具剛性大，加之上部地層膠結(jié)疏松又含燧石層，鉆進(jìn)中出現(xiàn)攜砂困難、扭矩大、憋跳鉆等異?，F(xiàn)象，易造成開(kāi)眼不正、起步井斜、導(dǎo)管下不到位或不正、固井難度大等問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，主要采取的技術(shù)措施有：

(1)每鉆進(jìn)0.5 m校正方鉆桿垂直度，防止起步井斜；

(2)控制低鉆壓鉆進(jìn)，保證循環(huán)排量足夠，可加入減震器，防止憋跳嚴(yán)重；

(3)注意觀察方井、圓井、底座以及井場(chǎng)周邊，遇地表竄漏則用高粘坂土漿鉆進(jìn)，竄漏嚴(yán)重時(shí)先進(jìn)行人工井底搭橋后再車注水泥堵漏；

(4)下?720 mm套管時(shí)，需將多根?720 mm卷管焊接使用，應(yīng)保證焊接后的卷管筆直無(wú)彎曲。下套管過(guò)程中，應(yīng)使用鉛垂線或水平尺保證套管下正；

(5)由于?720 mm套管下到位后，缺少對(duì)應(yīng)工具，無(wú)法建立循環(huán)，因此固井過(guò)程中常通過(guò)正灌水泥漿，利用U形管原理使其自動(dòng)漲平以達(dá)到固井目的，這要求在?720 mm套管下端開(kāi)孔，防止沉砂堵塞通道，方便水泥漿流入環(huán)空。

3.2　井漏處理的技術(shù)措施

由于大塔場(chǎng)構(gòu)造遂寧組—沙二段裂縫發(fā)育，極易發(fā)生惡性井漏且迅速失返，通過(guò)塔1、4、5等井實(shí)鉆資料顯示，在該層位漏失量如表1所示。

表1　大塔場(chǎng)構(gòu)造部分井井漏數(shù)據(jù)

該層位的井漏問(wèn)題，已經(jīng)明顯成為了制約探勘下部地層與大塔場(chǎng)構(gòu)造鉆井提速的關(guān)鍵難點(diǎn)之一，針對(duì)該問(wèn)題，目前主要采取的技術(shù)措施及面臨的技術(shù)難點(diǎn)如下。

3.2.1氮?dú)忏@井技術(shù)及難點(diǎn)

氮?dú)忏@井具有鉆井液鉆井所不具備的諸多優(yōu)點(diǎn)。以氮?dú)鉃榻橘|(zhì)，一方面能大幅度提高鉆井機(jī)械鉆速，另一方面作為循環(huán)介質(zhì)的氮?dú)饷芏鹊?，?duì)井眼形成的壓力較低，能有效解決長(zhǎng)段復(fù)雜地層的井漏問(wèn)題，大幅度降低井漏復(fù)雜損失，加快鉆井工程進(jìn)度，提高油氣勘探效益。

塔探1井作為大塔場(chǎng)構(gòu)造第一口應(yīng)用氮?dú)忏@技術(shù)的井，在實(shí)鉆過(guò)程中仍會(huì)面臨諸多問(wèn)題及難點(diǎn)。

(1)地層出水。在氮?dú)忏@進(jìn)至井深522 m，層位沙二段時(shí)，發(fā)現(xiàn)地層出水，初始出水速度約為35 m3/h。由于鉆頭破碎的巖屑中的泥巖水化，出現(xiàn)抱團(tuán)現(xiàn)象，粘附在井壁及鉆具上，再加上氣體較液體而言，攜砂能力較弱，且管道軸線上的速度是最大的，向管壁逐漸減小，直到為零，因此地層出水后，出現(xiàn)攜砂困難現(xiàn)象。大量的巖屑滯留井內(nèi)，逐漸形成泥餅環(huán)，嚴(yán)重時(shí)甚至堵塞環(huán)空通道。

(2)井壁垮塌。塔探1井氮?dú)忏@實(shí)鉆資料顯示，地層出水后，沙溪廟雖為陸相沉積，但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間地層水浸泡后仍然較為穩(wěn)定，反觀是淺湖相和河湖相沉積的涼高山與自流井組巖石水敏性強(qiáng)，在遇到地層出水后，泥頁(yè)巖發(fā)生水化膨脹，井壁失穩(wěn)，發(fā)生井壁坍塌，導(dǎo)致鉆具憋跳嚴(yán)重，最后造成垮塌卡鉆，被迫放棄氮?dú)忏@進(jìn)。

3.2.2清水強(qiáng)鉆技術(shù)及難點(diǎn)

在大塔場(chǎng)構(gòu)造遂寧組—沙二段發(fā)生井漏，多為無(wú)法建立循環(huán)的惡性井漏，清水強(qiáng)鉆技術(shù)是處理該類井漏既有效又經(jīng)濟(jì)的方法之一。但必須具備前提條件：一是井眼穩(wěn)定，能經(jīng)受住鉆井液或清水長(zhǎng)時(shí)間浸泡而不垮塌；二是已鉆或需鉆井段無(wú)油氣進(jìn)入井筒；三是鉆頭破碎的巖屑能全部進(jìn)入漏層。

塔1、4、5、18、1H-1、1H-2等井，在發(fā)生惡性井漏后，采取清水強(qiáng)鉆技術(shù)，成功鉆達(dá)目的井深，對(duì)以后該區(qū)塊鉆完井技術(shù)具有一定的指導(dǎo)意義，但在實(shí)鉆及以后鉆井過(guò)程中，仍然會(huì)存在一些困難。

(1)涼高山—自流井組巖性水敏性強(qiáng)，清水強(qiáng)鉆易失穩(wěn)。目前清水強(qiáng)鉆成功井中，均鉆進(jìn)至沙溪廟底完鉆，而為了勘探更深地層油氣，要求鉆進(jìn)至雷口坡頂，必然會(huì)鉆遇涼高山—自流井組強(qiáng)水敏性的泥、頁(yè)巖，垮塌卡鉆風(fēng)險(xiǎn)高。

(2)沙溪廟組空隙發(fā)育，井控風(fēng)險(xiǎn)高。沙溪廟組作為前期大塔場(chǎng)構(gòu)造油氣開(kāi)采主產(chǎn)層，在清水強(qiáng)鉆過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)生氣侵、溢流甚至井噴，大大增加了采取清水強(qiáng)鉆技術(shù)的井控風(fēng)險(xiǎn)。

(3)部分井存在漏水不漏砂現(xiàn)象。塔探1井在充氮?dú)忏@進(jìn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)漏層漏砂效果不理想，無(wú)法進(jìn)行充氮?dú)鈴?qiáng)鉆，被迫對(duì)漏層堵漏，轉(zhuǎn)為鉆井液鉆進(jìn)。

3.2.3聚合物凝膠水泥堵漏技術(shù)及難點(diǎn)

凝膠堵漏技術(shù)原理是聚合物凝膠在水溶液中，大分子主鏈或側(cè)鏈與高價(jià)金屬離子通過(guò)化學(xué)鍵相互聯(lián)接，形成類似網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有很高的粘彈性。當(dāng)凝膠流體流動(dòng)時(shí)，流體結(jié)構(gòu)層面間，特別是與流通通道壁間會(huì)產(chǎn)生很高的粘性阻力，使得流動(dòng)阻力迅速增加，壓差及漏速迅速減小，即便是在流通通道尺寸大，壁粗糙度小的情況下，也容易發(fā)生滯留從而充滿漏失空間。然而純粹的聚合物凝膠力學(xué)強(qiáng)度相對(duì)較低，往往需要配合水泥漿或橋漿實(shí)施復(fù)合堵漏，即通過(guò)凝膠排走地層流體占據(jù)漏層附近空間，阻隔橋漿或水泥漿與地層流體接觸，從而防止了橋漿或水泥漿被地層流體稀釋，為其在漏層停留、及時(shí)堆積、凝結(jié)固化或形成“架橋”創(chuàng)造條件。

由于大塔場(chǎng)構(gòu)造遂寧組—沙二段裂縫通道過(guò)大，凝膠進(jìn)入地層后被嚴(yán)重稀釋，后置水泥漿與地層水接觸，漏層附近水泥漿被嚴(yán)重污染，未能完全凝固，塔探1井先后通過(guò)4次凝膠水泥堵漏，逐步成功封堵住漏層，基本解決了井漏失返問(wèn)題，后通過(guò)橋漿堵漏，順利封堵住了漏層。實(shí)踐表明，凝膠水泥堵漏技術(shù)能有效封堵大塔場(chǎng)構(gòu)造遂寧組—沙二段裂縫，為下步鉆井施工提供了可靠保障，但由于裂縫發(fā)育，一次堵漏成功較為困難。

3.2.4大塔場(chǎng)構(gòu)造沙溪廟組堵漏技術(shù)

針對(duì)大塔場(chǎng)構(gòu)造沙溪廟組惡性井漏問(wèn)題，通過(guò)分析該區(qū)塊實(shí)鉆井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，認(rèn)為單一的氮?dú)忏@或清水強(qiáng)鉆并不能滿足鉆井需求，必須有效封堵漏層才能安全順利進(jìn)行下步作業(yè)，并提出了以下幾點(diǎn)技術(shù)措施來(lái)解決井漏問(wèn)題。

(1)沙溪廟組井壁較為穩(wěn)定，而涼高山及自流井組巖性水敏性強(qiáng)，易失穩(wěn)垮塌，可采取氮?dú)忏@或清水強(qiáng)鉆鉆進(jìn)至沙溪廟底，充分暴露地層裂縫后，進(jìn)行凝膠水泥堵漏施工，再轉(zhuǎn)鉆井液體系鉆進(jìn)。

(2)凝膠水泥堵漏施工過(guò)程中，可嘗試加大凝膠量或在凝膠中加入纖維狀材料或剛性顆粒，以提高凝膠的封堵性能，增加一次性封堵成功率。

3.3　鉆頭優(yōu)選

大塔場(chǎng)構(gòu)造自流井組—須家河組地層巖性以粉砂巖、頁(yè)巖為主，巖性致密、硬度高、可鉆性差，該層位鉆進(jìn)存在單只鉆頭進(jìn)尺少、機(jī)械鉆速低等難題。大塔1井、塔探1井在該層位鉆進(jìn)鉆頭使用情況如表2所示。

針對(duì)大塔場(chǎng)構(gòu)造巖性特點(diǎn)，根據(jù)不同類型鉆頭的使用情況、測(cè)錄井等基礎(chǔ)資料，利用最優(yōu)化理論推薦在大塔場(chǎng)構(gòu)造自流井組—須家河組采用復(fù)合鉆頭。其較三牙輪鉆頭、PDC鉆頭單只鉆頭進(jìn)尺分別提高了404%、269%，平均機(jī)械鉆速分別提高了106%、53.8%。大大提高了機(jī)械鉆速，減少了起下鉆趟數(shù)，實(shí)現(xiàn)了在該區(qū)塊自流井—須家河組的優(yōu)快鉆進(jìn)。

表2　大塔1井、塔探1井鉆頭使用情況

4　結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)通過(guò)分析大塔場(chǎng)構(gòu)造鉆完井資料，明確了遂寧組—須家河組鉆井技術(shù)難點(diǎn)，同時(shí)提出了相應(yīng)技術(shù)措施。

(2)沙溪廟組井漏問(wèn)題嚴(yán)重，建議采取氮?dú)忏@或清水強(qiáng)鉆鉆進(jìn)至沙溪廟底，充分暴露地層裂縫后，利用凝膠水泥堵漏措施，同時(shí)加大凝膠量或在凝膠中加入纖維狀材料或剛性顆粒，以提高凝膠的封堵性能，增加一次性封堵成功率。

(3)在自流井組—須家河組鉆進(jìn)過(guò)程中，復(fù)合鉆頭在單只鉆頭使用壽命及機(jī)械鉆速方面均取得較好效果，建議進(jìn)一步推廣。

(4)在解決大塔場(chǎng)構(gòu)造鉆井技術(shù)難題時(shí)，要綜合考慮多種因素，并結(jié)合本區(qū)塊的特點(diǎn)，制定合理有效的技術(shù)措施。