水平井常見事故復雜及預(yù)防處理

王強　張洪濤

摘要：水平井鉆井技術(shù)是當代油氣資源勘探開發(fā)的重大技術(shù)之一，水平井具有“少井高產(chǎn)”的突出特點。2009年底蘇里格氣田累計探明和基本探明地質(zhì)儲量達到2.27萬億立方米，其中探明儲量8715億立方米，成為國內(nèi)最大氣田，為規(guī)模應(yīng)用水平井開發(fā)提供了較好的資源基礎(chǔ)。但由于水平井施工工藝的特殊性，其事故與復雜問題與常規(guī)直井、定向井相比存在著較大差異，水平井事故復雜的影響因素很多，涉及到多個領(lǐng)域、多個學科，本文對其影響因素從地質(zhì)巖性到鉆井工藝方面進行了總結(jié)歸類，在前人研究的基礎(chǔ)上，把事故復雜因素分為了兩個方面：地質(zhì)因素和工程因素，并提出了對應(yīng)的預(yù)防及處理措施。

關(guān)鍵詞：蘇里格;水平井;事故復雜;地質(zhì)因素;工程因素;預(yù)防;處理

第1章 引言

1.1蘇里格水平井事故復雜研究現(xiàn)狀及意義

水平井具有井眼貫穿油氣層段長、單井產(chǎn)量高的優(yōu)點，同時也解決了某些特殊油藏采收率低的問題，因此得到廣泛重視，這極大地促進了此項技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。另外隨著現(xiàn)有油氣資源的開發(fā)趨于殆盡，我國的油氣資源正在逐漸向低滲、超薄、海洋、稠油方向發(fā)展。這為水平井鉆井技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供了有利的空間。2009年底蘇里格氣田累計探明和基本探明地質(zhì)儲量達到2.27萬億立方米，其中探明儲量8715億立方米，成為國內(nèi)最大氣田，為規(guī)模應(yīng)用水平井開發(fā)提供了較好的資源基礎(chǔ)。中國石油天然氣股份有限公司《關(guān)于進一步加強蘇里格氣田水平井開發(fā)工作的通知》要求，在相對富集區(qū)優(yōu)選的基礎(chǔ)上蹄選水平井開發(fā)面積1892平方公里，規(guī)劃部署水平井1459 口，建產(chǎn)能218億立方米，動用地質(zhì)儲量2682億立方米。在鉆井作業(yè)中，由于地質(zhì)因素和工程因素的共同作用，往往會發(fā)生許多井下復雜情況，甚至造成嚴重的井下事故，輕者耗費大量人力、財力和時間，重者將導致油氣資源的污染和浪費，甚至導致全井的報廢。據(jù)近幾年的蘇里格水平井鉆井資料分析，在鉆井過程中，處理井下復雜情況和鉆井事故時間占鉆井總時間的3%-8%。正確處理因地質(zhì)因素產(chǎn)生的井下復雜情況，避免或減少因決策失誤、處理不當而造成的井下事故是提高鉆井速度、縮短建井周期、降低鉆井成本的重要途徑，也是鉆井工程技術(shù)人員的主要任務(wù)和基本功。通過對蘇里格水平井的事故進行分析，尤其是改變鉆具結(jié)構(gòu)通井遇阻劃眼問題，對預(yù)防復雜情況發(fā)生，保障鉆井安全具有重要意義。

1.2本文主要的研究工作

1、針對蘇里格地區(qū)劉家溝組和石盒子組地層漏失問題，通過對典型發(fā)生井漏的蘇76-2-3H井和蘇25-36-8H井漏發(fā)生經(jīng)過及堵漏過程的分析，根據(jù)漏失程度不同，推薦采用不同的堵漏方式。為了預(yù)防在劉家溝組和石盒子組地層發(fā)生井漏，提出來針對性的鉆井液優(yōu)化方案及工程預(yù)防措施。

2、對于造斜井段的井壁失穩(wěn)、垮塌引發(fā)的中完通井事故復雜，通過對蘇東19-99H井、蘇76-6-2H井中完通井發(fā)生的劃眼事故復雜進行了詳細的分析，提出了中完通井事故預(yù)防及處理措施。

第2章 劉家溝組和石盒子組地層漏失的預(yù)防和處理

2.1劉家溝組地層漏失問題

劉家溝地層屬于中生界三疊系地層，巖性為灰紫色、灰綠色、暗紅色細-粗砂巖及紫紅色、棕紅色砂質(zhì)泥巖含灰質(zhì)結(jié)核，底部含細爍巖。該地層地層壓力低，可鉆性差，底部爍巖很容易漏失，嚴重時泥獎只進不出，給鉆井工作帶來很大的風險。蘇76-2-3H井鉆進至2838米時發(fā)現(xiàn)井漏（泥漿性能：密度1.16g/cm³，粘度44s，失水5.5ml，泥餅0.6mm，含沙0.3%，初切2.0，終切5.0，PH值9.5），漏速為1方/小時，采取了隨鉆堵漏的方式繼續(xù)鉆進，鉆進至2969米，漏速增加至1.8方/小時，由于即將進入的石千峰和石盒子地層容易出現(xiàn)垮塌，目前鉆井液密度不能滿足正常施工，采取停止鉆進進行堵漏。先后進行了兩次常規(guī)堵漏作業(yè)，但是效果不佳，堵漏完成后繼續(xù)鉆進過程中漏速由滲漏逐漸增加至2方/小時，堵漏不成功。第三次采用了光鉆桿打水泥塞的方式進行堵漏，事故解除。

2.2劉家溝組地層漏失的預(yù)防及處理

由于劉家溝地層易漏，鉆進過程中必須將鉆井液密度控制在1.06g/cm³以下，粘度控制在30-32s之間。提前在4號或5號罐內(nèi)配15-20m³的坂土漿（1.05g/cm³＼ 30-32s），再向里面加入1-2%的堵漏材料（主要是單封），以便在出現(xiàn)少量漏失的情況下能及時將堵漏劑打入井內(nèi)進行堵漏。為了預(yù)防井下出現(xiàn)大漏情況，井上必須儲備足夠的堵漏和配漿材料。鉆進中認真坐崗，密切觀察液面變化情況、井口返出鉆井液流量;及時測量時發(fā)現(xiàn)鉆井液性能變化，及時采取相應(yīng)措施。如果施工過程中發(fā)生了井漏，穿完劉家溝地層后，必須先進行堵漏作業(yè)。鉆開漏層后要根據(jù)井漏的實際情況制定相應(yīng)的措施。漏速小可以滿足鉆進的話，可以鉆穿漏層后再進行堵漏，漏速大滿足不了正常鉆進，要先進行堵漏將漏速降到能夠滿足鉆進后，再鉆穿漏層進行堵漏，如常規(guī)堵漏效果不佳可采用關(guān)閉防噴器向漏層擠水泥的方式進行堵漏。

2.3石盒子組含氣砂巖地層漏失問題

石盒子組地層屬于古生界二疊系地層，巖性主要為灰色泥巖、灰白色砂巖、白色含氣砂巖，由于含氣砂巖地層可鉆性好、膠結(jié)破碎疏松、承壓能力過低，該地區(qū)已完成井曾多次在該層位發(fā)生過嚴重井漏，具有明顯的區(qū)域性漏失特點，屬于區(qū)域性地層漏失。25-36-8H井鉆進至井深3278米時突然發(fā)生井漏，井口鉆井液失返，鉆遇層位為石盒子組含氣砂巖地層，鉆井液性能：密度1.16g/cm³，粘度56s，失水2.4ml，泥餅0.4mm，含砂0.3%，初切2.0，終切5.0，PH 9。井漏發(fā)生后立即降低排量向井內(nèi)打入堵漏泥漿20方，起出300m鉆具進行加壓循環(huán)，之后采取降低排量、隨鉆堵漏的方式進行鉆進，漏速0.8方/小時，直至中完。

2.4石盒子組含氣砂巖地層漏失的預(yù)防及處理

由于石盒子組氣層發(fā)育良好，砂巖膠結(jié)疏松、承壓能力低，極易發(fā)生漏失。鉆進過程中鉆井液密度應(yīng)保持在設(shè)計的下限，降低排量，同時應(yīng)增強鉆井液的防塌、抑制能力。提前在4號或5號罐內(nèi)配20m³的堵漏泥漿，以便在出現(xiàn)少量漏失的情況下能及時將堵漏泥漿打入井內(nèi)進行堵漏。發(fā)生井漏后，應(yīng)立即降低排量，采取隨鉆堵漏的方式進行鉆進，減少氣層浸泡時間。蘇25-36-8H井正是在井漏后采取了降低排量至24L/S（正常排量32L/S）、隨鉆堵漏的方式鉆進至中完，中完通井、下套管、固井作業(yè)均順利完成。

第3章 造斜段井壁穩(wěn)定技術(shù)

蘇里格水平井的造斜井段在石千峰組及石盒子組，巖性主要以脆性泥巖為主，由于地質(zhì)原因及井眼軌跡設(shè)計共同作用的原因，在該井段極易發(fā)生井壁失穩(wěn)現(xiàn)象，由于井壁失穩(wěn)導致泥巖垮塌，進而造成中完通井遇阻劃眼，嚴重的導致坍塌卡鉆及技術(shù)套管下入困難，甚至出現(xiàn)填眼側(cè)鉆的復雜事故。造斜段井壁失穩(wěn)問題已成為制約蘇里格水平井鉆井提速的瓶頸。

3.3造斜段井壁失穩(wěn)的預(yù)防及處理

3.3.1造斜段井壁失穩(wěn)機理

1、地質(zhì)因素

石千峰和石盒子組地層巖性為大段紅褐色泥巖，灰色泥巖，及小段砂巖，主要以硬脆性泥巖地層為主。泥頁巖是典型的沉積巖，層理極其發(fā)育，并且還存在微裂縫，在該層位造斜鉆進過程中，隨著井斜的增加，濾液在壓力作用下會沿微裂縫不斷進入泥頁巖中，造成泥頁巖的膨脹壓越來越大，加劇了層理和微裂縫的發(fā)展，經(jīng)過一段時間張合后沿層理和微裂縫而崩裂、坍塌。這類破碎性地層一般為薄層，常分布在氣層頂部的蓋層，一旦遇阻劃眼，會越劃越復雜，泵壓升高，扭矩增大，并由于掉塊不能順利返出而導致其上部井段也出現(xiàn)阻卡。部分井大斜度井段單層砂巖和泥巖較薄，砂巖泥巖頻繁交互，砂泥巖之間尤其是不同泥巖之間的粘土礦物組分和性質(zhì)各不相同，因此容易形成不規(guī)則井眼;砂巖泥巖頻繁交互造成砂泥巖交界面多，同時交界面膠結(jié)疏松，相鄰巖層性質(zhì)差異大，井眼容易形成多個臺階。以上原因極易造成起下鉆時阻卡劃眼。

2、工程因素

井壁失穩(wěn)的另一個主要原因是現(xiàn)場施工人員的操作造成的結(jié)果，現(xiàn)場為維持硬脆性泥巖井壁穩(wěn)定，盲目提高鉆井密度，導致鉆井液性能不穩(wěn)定，不能很好地支撐井壁，造成造斜增斜段先期井壁剝落，無法形成致密泥餅，為后期施工埋下了隱患;由于造斜段巖石可鉆性差、研磨性強，鉆井時間長，增加了鉆井液侵泡地層時間，加大了泥巖層段井壁失穩(wěn)的可能性;在造斜增斜井段鉆進過程中，隨著井斜角的增加，下部鉆具與下井壁接觸，發(fā)生摩擦，鉆進時以及起下鉆引起的激動壓力，都能造成井壁失穩(wěn)，發(fā)生井壁坍塌掉塊現(xiàn)象;中完通井過程中，由于鉆具組合的改變造成鉆具剛性變化容易破壞井壁的泥餅，造成井壁失穩(wěn)。

3.3.2造斜段井壁失穩(wěn)的預(yù)防及處理

1、控制造斜段井眼軌跡

二開上直段鉆完后，定向技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)所鉆井實際情況進行合理的造斜剖面設(shè)計，造斜鉆進過程中應(yīng)摸清地層造斜率，確保井眼軌跡的圓滑，避免出現(xiàn)狗腿度過大的井段給后期施工帶來困難。工程技術(shù)人員應(yīng)嚴格執(zhí)行技術(shù)劃眼，滑動鉆進的井段必須進行兩到三遍的技術(shù)劃眼，對滑動鉆進時形成臺階進行破壞，減少事故復雜發(fā)生的可能性。

2、合理控制鉆井液性能

鉆井液密度低導致井壁巖石發(fā)生剪切破壞而坍塌掉塊，若井內(nèi)鉆井液密度較小，不能對井壁提供足夠的支撐，將使井壁巖石所受的應(yīng)力超過其本身的強度產(chǎn)生剪切破壞而造成井壁坍塌。造斜增斜段伴隨著鉆井液改型開始，合理的鉆井液轉(zhuǎn)型是后期定向段井壁穩(wěn)定工作的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。盲目的提密度并不能有效地穩(wěn)定井壁，定向鉆進施工的前48小時內(nèi)，鉆井液處理的關(guān)鍵在于快速的調(diào)節(jié)鉆井液性能，提高鉆井液的粘切，降低失水，在井壁形成薄而致密的泥餅，提高地層的承壓能力，才能緩慢的提高鉆井液密度。減少泥漿中自由水進入井壁，降低泥頁巖的水化程填加合理的防塌材料，鉆井液中保證防塌劑的比例，有效地做到化學防塌，嚴格控制鉆井液含砂量，鉆井液含砂量高，形成的濾餅厚且松，膠結(jié)性差，易發(fā)生縮徑，起鉆拔活塞，造成井眼坍塌。

3、優(yōu)化中完通井鉆具組合

不同通井鉆具組合，其剛性不同，直接表現(xiàn)在起下鉆過程中摩阻的大小，尤其在水平井造斜入窗井段，表現(xiàn)更為明顯。眾所周知，剛性大的鉆具組合，則鉆具摩阻較大。因此，根據(jù)現(xiàn)場實鉆，運用WELLPLAN專業(yè)軟件，計算各種常用的通井鉆具組合，分析其摩阻大小。通井的目的，主要是修整井壁，使巖屑床處于安全范圍之內(nèi)。所以一般情況下，通井鉆具應(yīng)采用完鉆時原鉆具或者盡可能接近原鉆具的剛性。自2011年開始中完通井鉆具組合不斷進行改進，目前常用的通井鉆具組合有以下三種。

3.1第一套鉆具組合（蘇25-32-14H）

215.9mm牙輪+127mm加重鉆桿*1根+210mm扶正器+127mm加重鉆桿*2根（18.6m）+127mm鉆桿*72根（687.6m）+127mm加重鉆桿*21根（195.3m）+127mm鉆桿

3.3第三套鉆具組合（蘇76-4-19H）

215.9mm牙輪+208mm穩(wěn)定器+127mm加重鉆桿*2柱（55.8m）+127mm鉆桿*20柱（570.0m）+127mm加重鉆桿*5柱（139.5m）+127mm鉆桿

3.4應(yīng)用小結(jié)

通井的目的，主要是修整井壁，而不能修改井眼軌跡。修整井眼的主要部件是鉆頭和穩(wěn)定器。最佳的通井鉆具則是充分發(fā)揮鉆頭和穩(wěn)定器的作用，同時該鉆具在起下鉆過程中摩阻最小。根據(jù)常用通井鉆具組合受力分析，第一套通井鉆具起下鉆摩阻較小，同時穩(wěn)定器離鉆頭有一根鉆桿之遠，比緊挨鉆頭修整井壁要好。因為穩(wěn)定器近鉆頭，其弧線較短，近乎直線，且鉆頭尺寸又大于穩(wěn)定器，因此穩(wěn)定器修整井壁的效果不太好;而相隔一根鉆桿則有所變化，其弦高的增加，導致穩(wěn)定器緊貼井壁，從而達到修整井壁的目的。為了保險起見，穩(wěn)定器應(yīng)選用欠尺寸的穩(wěn)定器，根據(jù)已完鉆井通井經(jīng)驗，建議采用直徑208mm的穩(wěn)定器。

第4章 結(jié)論

通過在蘇里格地區(qū)三年多的水平井施工，經(jīng)過不懈的努力，不斷的總結(jié)經(jīng)驗、教訓，對蘇里格地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地層特點有了比較深入的了解。對復雜情況的影響因素、發(fā)生規(guī)律和處理方法有了更完整的理解和掌握，采用的水平井鉆井工藝技術(shù)逐步成熟，井漏、井塌、劃眼等復雜情況大幅度減少，水平井施工事故復雜率大幅下降。同時，水平井施工速度大幅提高。

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