對(duì)塔河油田井眼凈化和井壁穩(wěn)定的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

汪 露, 王 鵬， 王偉志， 鄧小衛(wèi)， 楊中強(qiáng)， 黨 緒

(中石化西北油田分公司石油工程監(jiān)督中心)

一、井身結(jié)構(gòu)與地層特點(diǎn)

塔河油田鉆遇地層主要為第四系、第三系、白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系、石炭系、泥盆系、志留系、奧陶系、寒武系等，第四系至白堊系地層(9.5～4 500 m)砂巖滲透性好，且鉆時(shí)快；侏羅系至奧陶系上統(tǒng)地層(4 500～6 500 m)存在不同程度的擴(kuò)徑，主要因井壁失穩(wěn)引起阻卡；二疊系漏失壓力集中在1.30～1.32 g/cm3，防塌鉆井液選用密度為1.30～1.32 g/cm3，易漏失；側(cè)鉆一開井小井眼、短半徑定向，形成巖屑床引起阻卡[1]。塔河油田主體區(qū)塊井身結(jié)構(gòu)主要以側(cè)鉆一開、三開長(zhǎng)裸眼井、四開、五開專打?qū)７恹}下井為主，其中?444.5 mm井眼主要集中在五開井，?149.7 mm井眼主要集中在側(cè)鉆一開井；井壁失穩(wěn)主要以三開長(zhǎng)裸眼井為主。

二、存在的主要難點(diǎn)

1.井眼凈化

(1)?444.5 mm大井眼凈化，因井眼尺寸和鉆井液泵排量(80～60 L/s)限制，環(huán)空返速0.5～0.6 m/s，采用適當(dāng)高粘切攜砂，造成井壁粘附大量巖屑，造成起下鉆阻卡嚴(yán)重(起鉆1 000 m，用時(shí)2 d，均為倒劃眼起出)，甚至卡鉆。

(2)?149.7 mm小井眼增斜段井眼凈化，?149.7 mm小井眼多為短半徑水平井，受泵壓限制，排量較低，易在40°～70°井斜段形成巖屑床，引起托壓和起下鉆遇阻卡。

(3)復(fù)雜情況下井眼凈化，塔河油田三疊系、石炭系、志留系個(gè)別井段井徑擴(kuò)大率最高達(dá)100%～150%，深部井段鉆進(jìn)過程中排量30～20 L/s，因排量和井徑擴(kuò)大的原因，影響正常鉆進(jìn)攜砂和剝落掉塊的帶出，引起阻卡，TP35-2井處理此類復(fù)雜高達(dá)25 d。

2.井壁穩(wěn)定

(1)易水化分散、中等膨脹地層井壁穩(wěn)定，徐加放等人研究證實(shí)在塔河油田三疊系阿克庫勒組、石炭系卡拉沙依組存在易水化分散、中等膨脹泥巖[2]。鉆進(jìn)過程中振動(dòng)篩返出泥巖“較軟”，且易產(chǎn)生鉆頭泥包，“軟”泥巖段平均井徑擴(kuò)大率為30%，易形成“糖葫蘆”井眼，在該層位電測(cè)遇阻卡較多。

(2)不易水化膨脹分散地層井壁穩(wěn)定，張靈軍等人研究表明塔河油田三疊系阿克庫勒組和柯吐爾組、石炭系卡拉沙依組、志留系柯坪塔格組存在不易水化膨脹分散泥巖[3]。鉆進(jìn)過程中振動(dòng)篩返出泥巖較“硬和脆”，易產(chǎn)生剝落掉塊，硬脆性泥頁巖平均井徑擴(kuò)大率為50%，易造成起下鉆掛卡、井壁失穩(wěn)卡鉆、井眼凈化較差。

(3)井漏引起的井壁失穩(wěn)，三開制井二開長(zhǎng)裸眼井段，設(shè)計(jì)要求進(jìn)入一間房組4 m中完，奧陶系上統(tǒng)地層可能存在大的裂縫，接近二開中完時(shí)，井底易產(chǎn)生漏失，引起液面迅速下降，懸重上升，造成井壁失穩(wěn)卡鉆，大量鉆具被埋，井筒無法處理。

三、井眼凈化對(duì)策

1. ?444.5 mm大井眼凈化對(duì)策

筆者從已鉆井實(shí)鉆情況出發(fā)，歸納總結(jié)4井次井眼凈化情況。其中TK1135與TK1136為鄰井，TP190和TH12562為鄰井，見表1、表2。

表1 4口井鉆井液性能和體系

表2 4口井鉆井液環(huán)空流態(tài)和井眼凈化效果

從表1、表2可以得出：①TH12562井采用抑制性較強(qiáng)、失水最低的KCl聚合物體系，起鉆遇阻卡嚴(yán)重，對(duì)比臨井，可以排除井壁縮徑造成起下鉆掛卡，其掛卡的主要原因?yàn)榫谖綆r屑形成縮徑；②TK1135、TP190井鉆井液環(huán)空流態(tài)為紊流(流態(tài)指數(shù)Z值大于808)，沖刷井壁能力強(qiáng)，井眼凈化好。平板型層流在近井壁地帶易造成巖屑吸附在井壁上(TH12562和TK1136)，引起起鉆嚴(yán)重遇阻卡；③TK1135和TP190測(cè)井曲線表明平均井徑擴(kuò)大率5%，因此紊流沖刷不會(huì)引起塔河油田大尺寸井眼井壁失穩(wěn)。

綜上，在大尺寸井眼中，應(yīng)盡可能增大排量(80～65 L/s)，采用較低粘切，形成紊流沖刷，更有利于井眼凈化。

2. ?149.7 mm小井眼增斜段井眼凈化對(duì)策

筆者所負(fù)責(zé)區(qū)塊TP144XCH井，原井是一口五段制斜井，井身軌跡剖面為直-增-穩(wěn)-降-直，最大井斜28°，老井側(cè)鉆選在吊直段，井身軌跡十分復(fù)雜，選取其為試驗(yàn)井，實(shí)鉆過程中出現(xiàn)兩次托壓后，均采取低粘切段塞紊流洗井，托壓解除，最終降低井漿粘切，順利完鉆。表3是TP144XCH井漿、段塞洗井的環(huán)空水利參數(shù)、井眼凈化效果。

表3 TP144XCH井漿、段塞洗井的環(huán)空水利參數(shù)、井眼凈化效果

實(shí)踐證明，低粘切鉆井液形成紊流更有利于破壞和防止小井眼增斜段巖屑床的形成。

3.復(fù)雜情況下井眼凈化對(duì)策

深部地層個(gè)別井段井徑擴(kuò)大率100%以上或者井下出現(xiàn)垮塌，此時(shí)井漿、低密度稠漿、攜砂纖維只能帶出細(xì)碎顆粒，不能將剝落掉塊甚至正常打鉆產(chǎn)生的巖屑帶出，開泵時(shí)，巖屑上返至“大肚子”井段時(shí)，不斷的轉(zhuǎn)動(dòng)和滑落，停泵時(shí)下沉，引起井下復(fù)雜。針對(duì)此類復(fù)雜，在實(shí)踐過程中總結(jié)出以下兩點(diǎn)行之有效的處理方法：

(1)小排量、小鉆壓劃眼，下鉆過程中遇阻，采取小排量(排量較大時(shí)，巖屑上返至“大肚子”井段)或者干劃，控制鉆壓10 kN，重點(diǎn)關(guān)注扭矩變化，每劃眼1～2 m，上提方鉆桿6～7 m，原排量循環(huán)洗井，沖刷鉆頭，如此反復(fù)直到下鉆正常，將剝落掉塊劃碎劃小，到底后采取稠漿攜砂，循環(huán)洗井2周以上，能帶出大量細(xì)碎顆粒。

預(yù)探井TY1X井三開中完電測(cè)遇阻2次，分析砂橋和井底沉砂引起遇阻卡，反復(fù)通井、稠漿和纖維攜砂不見明顯效果，用時(shí)15 d。采取此項(xiàng)措施以后，井筒處理干凈，電測(cè)和下套管順利到底。該方法已經(jīng)成功運(yùn)用十余井次，縮短了復(fù)雜異常處理時(shí)間。

(2)高密度、高粘切鉆井液段塞攜砂，當(dāng)井下出現(xiàn)嚴(yán)重垮塌，運(yùn)用常規(guī)攜砂手段不能將巖屑或者掉塊攜帶出來時(shí)，根據(jù)井況采用高密度(2.5 g/cm3)、高粘切段塞攜砂效果較好，巖屑密度一般為2.5 g/cm3左右，在高密度段塞中處于懸浮狀態(tài)。具體操作步驟是：根據(jù)裸眼段最低地層破裂壓力計(jì)算允許的高密度鉆井液量(一般取該值50%)；采用井漿，用鐵礦粉加重至2.5 g/cm3；降低排量(正常鉆進(jìn)排量的1/3～2/3)循環(huán)攜砂，循環(huán)時(shí)活動(dòng)鉆具；用專用罐收集返出的高密度鉆井液。BT4井用高密度、高粘切攜帶出的大量掉塊，掉塊最大尺寸為15 cm×10 cm×20 mm(處理復(fù)雜，未帶扶正器和鉆鋌)，在國(guó)內(nèi)深井實(shí)屬罕見。

四、井壁穩(wěn)定對(duì)策

1. 三開制長(zhǎng)裸眼井段井壁失穩(wěn)對(duì)策

張靈軍和朱寬亮等人研究證實(shí)塔河油田長(zhǎng)裸眼井段存在“軟”泥巖和硬脆性泥頁，硬脆性泥頁巖地層主要以增強(qiáng)封堵性能為主[4-6]，軟泥巖地層主要以增強(qiáng)抑制和封堵為主[7-8]，因此井壁失穩(wěn)的對(duì)策是：嚴(yán)封堵、強(qiáng)抑制、低失水、合理密度、兼顧流變性和造壁性協(xié)調(diào)統(tǒng)一?，F(xiàn)場(chǎng)使用的聚磺鉆井液，其失水、流變性和造壁性基本不存在問題，主要是抑制性能和封堵性能不足?，F(xiàn)場(chǎng)常用鉆井液配方如下：3%膨潤(rùn)土+0.2%NaOH+0.3%KPAM+1%DS302+2%SMP-2+2%SPNH+0.5%PAC-LV+1%潤(rùn)滑劑+2%QS-2+1%FT-1+1%YK-H+重晶石。

1.1 增強(qiáng)抑制性能

若以抑制膨脹為主，應(yīng)選用小分子類抑制劑，張志財(cái)?shù)热搜芯勘砻?%KCl+0.5%聚胺抑制膨脹效果較好[9-10]；若以抑制分散為主，應(yīng)選用大分子包被抑制劑；在井漿基礎(chǔ)上，試驗(yàn)選用的包被抑制劑組合為1#：0.3%FA367+5%KCl+0.5%聚胺，選取三疊系阿克庫勒組(軟泥巖)巖樣進(jìn)行泥巖分散和膨脹性評(píng)價(jià)，結(jié)果見表4。

表4 泥巖分散性和膨脹性評(píng)價(jià)

由表4可知，在井漿基礎(chǔ)上加入0.3%FA367+5%KCl+0.5%聚胺，能提高三疊系軟泥巖段巖屑回收率14%，膨脹率降低4%。有較好的抑制效果。

1.2 強(qiáng)化封堵性能

高軟點(diǎn)乳化瀝青在合適的溫度下，能軟化變形，其粒徑集中在1～20 μm，在深井防塌效果較好；聚合醇在高溫下和地層鹽水作用，具有“濁點(diǎn)”封堵效應(yīng)，其分子量為5 000～10 000，可以嵌入泥頁巖微裂隙中；在井漿基礎(chǔ)上，試驗(yàn)選用的封堵劑組合為2#：1%RHJ-3+1%聚合醇。測(cè)試鉆井液的砂床封堵效果。選取砂床粒徑為0.45～0.90 mm和0.28～0.45 mm，試驗(yàn)溫度為120℃，壓差3.5 MPa，分別測(cè)定井漿和加入2#封堵劑配方后砂床濾失，結(jié)果見圖1。

圖1 砂床封堵性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由圖1可知，在加入井漿加入1%RHJ-3+1%聚合醇后，0.45～0.90 mm和0.28～0.45 mm砂床濾失分別降低了50%和40%，封堵效果較好。

綜上，優(yōu)化后的鉀胺基聚磺防塌鉆井液配方為：3%膨潤(rùn)土+0.2%NaOH+0.3%KPAM+0.3%FA367+5%KCl+1%DS302+2.5%SMP-2+2.5%SPNH+1%PAC-LV+1%潤(rùn)滑劑+2%QS-2+1%FT-1+1%YK-H+0.5%聚胺+1%RHJ-3+1%聚合醇+重晶石(加入KCl和聚胺后，適當(dāng)增加了部分抗鹽護(hù)膠材料加量)，鉆井液性能為密度：1.27 g/cm3；漏斗黏度：55 s；中壓失水：4 mL；動(dòng)切力：6 Pa；塑性黏度：22 mPa·s；靜切力：2/6 Pa；高溫高壓失水：12 mL/120℃；固相含量：10%；膨潤(rùn)土含量：30 kg/m3；濾餅?zāi)ψ柘禂?shù)：0.052 4；pH：9；CL-：24 000 mg/L。

該體系成功運(yùn)用在塔河油田10區(qū)和12區(qū)兩口長(zhǎng)裸眼井，對(duì)比鄰井，防塌鉆井液密度從1.32 g/cm3降至1.27 g/cm3，二開長(zhǎng)裸眼井段平均井徑擴(kuò)大率降低5%，三疊系、石炭系、志留系平均井徑擴(kuò)大率降低15%，機(jī)械鉆速較鄰近提高12%，且二疊系無漏失，取得了較好的防塌和防漏效果。

2. 井漏引起的井壁失穩(wěn)對(duì)策

井漏引起的井壁失穩(wěn)，多為失返性漏失，且環(huán)空不見液面，伴隨鉆具懸重上升。此類復(fù)雜，其根本原因在于環(huán)空液柱壓力下降，如何保持環(huán)空液面最為重要，保持鉆井液灌入速度大于漏失速度，可以維持一定的液面高度，可以一定程度上避免整個(gè)井筒出現(xiàn)垮塌。表5是失返性漏失井現(xiàn)場(chǎng)采取的措施和效果。

表5 失返性漏失井采取的措施和效果

從表5可以看出，采用大泵連續(xù)灌漿和強(qiáng)行起鉆的措施可以最大程度上減少經(jīng)濟(jì)損失。以 TK7238井為例，其采取大泵連續(xù)灌漿的措施，起鉆過程中能夠灌滿井筒，分析原因?yàn)?，漏失鉆井液和井底垮塌堵塞漏失通道。

五、結(jié)論

(1)?444.5 mm大井眼應(yīng)當(dāng)以適當(dāng)?shù)驼城?漏斗黏度：40～42 s；動(dòng)切力：2～3 Pa；塑性黏度：10～12 mPa·s)、大排量(80～65 L/s)形成紊流進(jìn)行攜巖；?149.7 mm小井眼增斜段應(yīng)當(dāng)以適當(dāng)?shù)驼城?漏斗黏度：40～45 s；動(dòng)切力：2～3 Pa；塑性黏度：10～15 mPa·s)、大排量(20～15 L/s)形成紊流進(jìn)行攜巖，并結(jié)合短起下和鉆具旋轉(zhuǎn)，破壞巖屑床，提高井眼凈化效率。

(2)復(fù)雜井況下，采取高密度(2.5 g/cm3)、高粘切鉆井液段塞攜砂或者小排量(0～5 L/s)、小鉆壓(10 kN)劃眼的方式做好井眼凈化，效果較好。

(3)采用鉀胺基聚磺防塌鉆井液，在封堵、抑制、失水控制較好的前提下，塔河油田主體區(qū)塊10區(qū)、12區(qū)防塌鉆井液密度可從1.32 g/cm3降至1.27 g/cm3。

(4)因井漏引起液面迅速降低、鉆具懸重上升時(shí)，存在井壁失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)用泥漿泵向環(huán)空大排量連續(xù)灌漿，并立即起鉆至安全井段。