容東潛山大漏失深層復(fù)雜地?zé)峋O(shè)計(jì)及實(shí)踐

葉永盛，高艷芳，謝 波，張 彬，鄧明毅，劉 華

（1.華北油田公司工程技術(shù)研究院，河北任丘062552；2.河北雄安華油清潔能源有限公司，河北任丘062552；3.渤海鉆探井下作業(yè)公司，河北任丘062552；4.西南石油大學(xué)，四川成都610000）

1 概述

容東地區(qū)地?zé)豳Y源豐富，潛山熱儲(chǔ)層以裂縫發(fā)育為主，儲(chǔ)層物性好，出水量大，水質(zhì)佳，熱儲(chǔ)層地層穩(wěn)定，回灌壓力小，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

潛山地層巖性主要以白云巖為主，部分層段含有紫紅色泥巖，地層壓力低，易漏失，上部地層主要以砂泥巖為主。該地區(qū)鉆井過程中，揭開潛山地層，及進(jìn)入潛山段均發(fā)生不同程度的漏失，其中單井最大漏失量超過4000m3，同時(shí)伴有泥巖垮塌的現(xiàn)象，鉆進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)極高[1]。

2 井筒設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)概況

設(shè)計(jì)井深3000m。井口出水溫度大于60℃，出水量達(dá)到200m3/h以上。

2.2 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

（1）調(diào)研周邊鄰井進(jìn)潛山后漏失嚴(yán)重，無法正常鉆進(jìn)。因此該地區(qū)內(nèi)的井在鉆進(jìn)潛山和在潛山內(nèi)鉆進(jìn)時(shí)，發(fā)生漏失的可能性非常大。且霧迷山井段固井，可能發(fā)生漏失。

（2）潛山裸眼井段較長(zhǎng)，下部地層含紅色、紫紅色泥巖夾薄層泥質(zhì)白云巖，可能會(huì)同時(shí)發(fā)生井漏、井垮，處理難度大。

（3）潛山地層含有易垮塌井段，完井設(shè)計(jì)需考慮。

2.3 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）一開主要目的是封固上段松軟地層、地表淡水層，安裝井口，保證表層套管具有足夠能力懸掛生產(chǎn)套管。

（2）二開主要目的是封固霧迷山以上地層，為霧迷山使用低密度鉆井液打下良好基礎(chǔ)。

（3）三開鉆達(dá)完鉆井深，下入套管和篩管復(fù)合管柱，采用油井水泥封住非儲(chǔ)層段環(huán)空[2-4]。井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)見表1。

風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案：鉆進(jìn)過程中存在垮塌，井漏等風(fēng)險(xiǎn)，若無法鉆進(jìn)時(shí)，啟用風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案：擴(kuò)眼后懸掛D244.5mm套管固井。四開用D215.9mm鉆頭鉆進(jìn)，懸掛D177.8mm篩管完井。

2.4 鉆井液設(shè)計(jì)

（1）一開表層平原組成巖性差，膠結(jié)較為疏松，易漏；大尺寸井眼鉆進(jìn)，鉆井液要充分滿足攜巖要求，設(shè)計(jì)膨潤(rùn)土鉆井液體系。清水100m3左右，單泵地面循環(huán)，在漏斗中加入燒堿、純堿，再加入膨潤(rùn)土，充分循環(huán)后，密度為1.03～1.05g/cm3，馬氏粘度大于30s，預(yù)水化后進(jìn)行一開。

（2）二開主要巖性為砂泥巖，考慮長(zhǎng)裸眼段砂泥巖可能發(fā)生井壁坍塌、虛厚泥餅阻卡等復(fù)雜，設(shè)計(jì)聚合物鉆井液體系。以黃原膠XC為抑制地層造漿、控制坂土含量上升；NPAN降濾失；改性植物油潤(rùn)滑劑，降低摩阻防卡[5]。

表1 井身結(jié)構(gòu)參數(shù)表

（3）三開潛山段地層，主要巖性為灰?guī)r、白云巖，地層壓力系數(shù)低，設(shè)計(jì)清水或低固相鉆井液。通過降低鉆井液密度，提高地層的攜巖能力，保障鉆井提速和安全鉆進(jìn)。儲(chǔ)備足夠清水，以備井漏發(fā)生時(shí)及時(shí)堵漏。鉆井液性能參數(shù)設(shè)計(jì)見表2。

表2 鉆井液性能參數(shù)表

2.5 難點(diǎn)技術(shù)對(duì)策

（1）為避免二開揭開潛山時(shí)發(fā)生的漏失，首先是卡準(zhǔn)潛山界面?？?zhǔn)潛山界面的措施有：

①進(jìn)入設(shè)計(jì)潛山面50m前，加密砂樣的錄??；

②錄井技術(shù)人員及地質(zhì)人員現(xiàn)場(chǎng)共同討論，確認(rèn)進(jìn)山的深度；

③按照錄井隊(duì)的現(xiàn)場(chǎng)要求，由監(jiān)理指令鉆井隊(duì)停止鉆進(jìn)，進(jìn)行循環(huán)觀察，直到滿足地質(zhì)要求為止。如果判定未進(jìn)潛山，繼續(xù)鉆進(jìn)，循環(huán)觀察，直到確認(rèn)進(jìn)入潛山。

（2）注水井在潛山內(nèi)鉆進(jìn)時(shí)發(fā)生漏失，不能堵漏，①漏速較小，能建立循環(huán)，采用邊漏邊鉆方式繼續(xù)鉆進(jìn)；②若不能建立循環(huán)，可采用充氣鉆井、泡沫鉆井液、氣舉反循環(huán)等成熟技術(shù)進(jìn)行鉆進(jìn)；③以上措施無效時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況現(xiàn)場(chǎng)論證是否可采用邊漏邊鉆。

采水井在非儲(chǔ)層段鉆進(jìn)時(shí)發(fā)生漏失，可進(jìn)行堵漏，用復(fù)合堵漏劑堵漏，若橋堵堵漏措施無效，打水泥塞堵漏。而高于莊組漏失時(shí)，可采用注水井潛山內(nèi)鉆進(jìn)措施。

（3）為了防止采水井潛山內(nèi)固井時(shí)水泥漿發(fā)生漏失，一方面采用防漏水泥漿體系，或采用超低密度水泥漿體系。

若評(píng)估上述措施仍無法解決固井漏失時(shí)，可采用套管串上帶封隔器進(jìn)行地層封固，不進(jìn)行固井作業(yè)。完井管串為：懸掛器+套管若干根+封隔器+套管串+封隔器+套管若干根+篩管。

（4）為防止楊莊組紫紅色泥巖段發(fā)生垮塌，應(yīng)加足防塌劑。在上部潛山不漏前提下可適當(dāng)增加鉆井液密度防垮。

（5）霧迷山井漏、楊莊組垮塌，無法鉆進(jìn)時(shí)，建議啟用應(yīng)急預(yù)案。

2.6 完井設(shè)計(jì)

地?zé)峋耐昃椒ㄖ饕新阊鄯ā⒁r管（篩管和濾水管）法和射孔法三類。裸眼成井適用的條件是地層堅(jiān)實(shí)，不垮塌、不掉塊。在碳酸鹽巖熱儲(chǔ)層段常采用裸眼成井方法。射孔成井是采油中最常用的方法，但地?zé)峋玫妮^少，增加固井、射孔成本。篩管和濾水管成井是在松散、易垮塌巖層中常采用的成井方法。

采水層位屬于碳酸鹽巖儲(chǔ)層，但考慮存在出現(xiàn)裸眼段垮塌的問題現(xiàn)象，因此，設(shè)計(jì)采用篩管完井方式。

2.7 抽水試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了確定地?zé)峋膶?shí)際生產(chǎn)水量，評(píng)價(jià)含水層的富水性，推斷和計(jì)算地?zé)峋淖畲笥克浚谕昃淳Y(jié)束后，進(jìn)行抽水試驗(yàn)來確定產(chǎn)能。

抽水試驗(yàn)應(yīng)在洗井達(dá)到水清砂凈后，經(jīng)準(zhǔn)確測(cè)定井口穩(wěn)定水頭壓力后進(jìn)行。抽水試驗(yàn)必須做三個(gè)落程，求得相應(yīng)的井口涌水量和水溫資料。抽水試驗(yàn)最大一次降壓的延續(xù)時(shí)間不少于48h，其它兩個(gè)落程的穩(wěn)定時(shí)間分別為8h及16h。每個(gè)降深段的穩(wěn)定抽水時(shí)間均大于24h，抽水試驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)立即測(cè)定恢復(fù)水位。

3 施工情況及處理工藝技術(shù)

3.1 施工井概況

該地區(qū)施工的容東熱5-1井，實(shí)際井深2548m，定向井，最大井斜31.98°。設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)為三開，后期發(fā)生鉆具卡鉆復(fù)雜情況，采用爆破松扣技術(shù)措施，成功解卡，最后注水泥下斜向器側(cè)鉆完井，實(shí)際井身結(jié)構(gòu)為四開。

3.2 鉆具組合確定

（1）一開地層主要以膠結(jié)疏松的砂巖及松軟的泥巖為主，地層松軟，采用塔式鉆具組合，合理加壓，均勻送鉆，注重防斜打直，嚴(yán)格控制井斜角不超過1°，確保泵室段的井身質(zhì)量。?660mm鉆頭鉆深405m，下入?508mm套管至392.69m，鋼級(jí)為J55，壁厚為12.7mm。

鉆具組合：?660mm鉆頭+托盤+?228.6mm NDc×1根+?228.6mmLDc×8根+?127mmDp。

（2）二開采用增斜鉆具組合，下入鉆具前調(diào)整好方位。采用多點(diǎn)測(cè)斜儀測(cè)斜。?444.5mm鉆頭鉆深980.8m，?339.7mm套管下至980.69m，鋼級(jí)為J55，壁厚為9.65mm。

鉆具組合：?444.5mm鉆頭+托盤+?228.6mm NDc×1根+?228.6mmLDc×2根+?203.6mmLDc×3根 +?177.8mmLDc×9 根 +?127mmWDp×15 根 +?165mm 隨 鉆 震 擊 器 +?127mmWDp×6 根 +?127mmDp。

（3）三開采用PDC+螺桿復(fù)合鉆具組合，利用MWD隨鉆測(cè)斜實(shí)時(shí)調(diào)整軌跡，精確中靶，同時(shí)配合PDC鉆頭鉆井提速。?241.3mm鉆頭鉆深1832m，?177.8mm套管下至1596m，鋼級(jí)為P110，壁厚為9.19mm。

鉆具組合：?241.3m鉆頭+?197mm單彎螺桿鉆具（1°）+鉆具浮閥+?165mmNDc×2根+?165mm LDc×10根+?127mmWDp×15根+隨鉆震擊器+?127mmWDp×6根+?127mm鉆桿。

（4）側(cè)鉆井段采用?152.4mm鉆頭鉆深2548m，? 127mm套管下至2132m，鋼級(jí)為P110，壁厚為9.19mm。

鉆具組合：?152.4mm鉆頭+?120mm單彎螺桿鉆具（1°）+鉆具浮閥+?120.7mmNDc×2根+?120.7mm Dc×10根+?88.9mmWDp×15根+?121mm隨鉆震擊器+?88.9mmWDp×6根+?88.9mmDp×1000m+?127mm Dp。

3.3 鉆進(jìn)工藝技術(shù)

3.3.1 鉆井液正循環(huán)鉆井工藝

與油氣井類似，大部分地?zé)峋壳爸饕捎谜h(huán)鉆井工藝。根據(jù)鉆井液設(shè)計(jì)的要求，一開采用常規(guī)膨潤(rùn)土鉆井液體系，二開砂泥巖地層采用聚合物鉆井液體系，抑制泥巖造漿，控制失水，穩(wěn)定井壁，提高攜巖效率，保證井下施工安全。該井鉆頭主要以PDC為主，牙輪鉆頭為輔，有利于鉆井提速。

3.3.2 清水強(qiáng)鉆工藝

鉆遇到潛山地層，巖性主要以白云巖為主，存在裂縫漏失。由于漏失量較大，漏失快，難以快速配漿，采用清水作為鉆井液，邊漏邊打，既省成本，又能快速補(bǔ)充鉆井液。唯一的難點(diǎn)就是巖屑難以返出到地面，懸浮在井筒中，容易造成井下復(fù)雜。

3.3.3 堵漏工藝

該井三開鉆進(jìn)至982m發(fā)生井漏失返情況，一開始采用常規(guī)堵漏工藝，先后注入堵漏漿100m3，仍然井漏失返；接著下入光鉆桿，配置大果殼堵漏漿，井口未見返出；最后采用水泥堵漏，注入水泥30m3，循環(huán)過程中依舊井漏失返，說明本井地層裂縫發(fā)育明顯，難以依靠常規(guī)手段進(jìn)行有效封堵。

3.3.4 泡沫鉆井工藝

泡沫鉆井工藝采用泡沫流體作為鉆井液，主要功能是減輕井內(nèi)的液柱壓力，同時(shí)泡沫的攜巖能力比一般的水基鉆井液要強(qiáng)，鉆遇大尺寸的裂縫時(shí)，泡沫會(huì)在壓力下進(jìn)入裂縫空間，封堵空隙和裂縫，在填充完成后會(huì)極大地減少漏失量。

三開潛山地層堵漏未見效果后，決定降低鉆井液密度，嘗試使用泡沫鉆井液鉆井工藝技術(shù)，邊漏邊打。后續(xù)2次采用泡沫鉆井液鉆進(jìn)[6]，密度為0.89～0.90g/cm3之間，效果不太明顯。

3.3.5 邊漏邊鉆工藝配合稠漿攜砂工藝

多次嘗試后效果不佳，恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)低固相鉆井液體系鉆進(jìn)。由于邊漏邊鉆，巖屑難以返到地面，懸浮在井筒中，鉆頭重復(fù)破碎，機(jī)械鉆速緩慢，進(jìn)尺少，決定間斷配置稠漿攜砂，利用鉆井液漏失的特點(diǎn)將鉆頭附近的巖屑帶至漏層，效果顯著，順利鉆至1832m，通過漏失層段[7-8]。

3.4 卡鉆復(fù)雜情理工藝

3.4.1 充氣鉆井工藝

該井在1689～1690m之間起下鉆、短起下工況下多次遇阻，前期鉆頭劃眼順利通過，后期未見明顯效果，且風(fēng)險(xiǎn)增加，嘗試采用充氣鉆井工藝技術(shù)，出口有返出，后續(xù)逐漸失返，攜砂能力有限，后續(xù)放棄使用。

3.4.2 撈砂筒隨鉆鉆進(jìn)工藝

采用稠漿劃眼的施工模式，劃眼處理12次，處理至1267m，收效不明顯，井內(nèi)砂子不能返出也未進(jìn)入地層，地層吸砂能力有限。

決定采用撈砂筒隨鉆鉆進(jìn)工藝，加工16m撈杯配合直徑更細(xì)的鉆具進(jìn)行撈砂作業(yè)。隨著處理井段加深，井內(nèi)砂子減少，井下部分井段情況改善。最后撈砂至1460m。起鉆更換鉆頭進(jìn)行劃眼作業(yè)。然后下鉆通井過程中（劃眼井段1687～1696m）發(fā)生卡鉆。經(jīng)活動(dòng)鉆具、間斷開泵頂通、地下震擊器震擊等處理手段均未解卡。爆炸松扣，成功解卡。

3.5 洗井工藝

為了最大限度獲取地?zé)崴?，破壞和洗去井壁泥餅，達(dá)到出水量和水溫設(shè)計(jì)要求。在進(jìn)行抽水試驗(yàn)之前首先要進(jìn)行沖孔換漿（就是用清水替換井筒中的泥漿）和洗井工作。

地?zé)峋淳畬?shí)踐中，洗井工藝流程只有幾種洗井方法組合在一起使用，才能形成一個(gè)完整的洗井作業(yè)程序。每個(gè)程序水泵抽水洗井結(jié)束獲得準(zhǔn)確的水量和水溫結(jié)果，為制定下一個(gè)洗井程序或進(jìn)入抽水試驗(yàn)階段提供依據(jù)。

容東安置區(qū)霧迷山組、高于莊組地層裂縫、孔洞發(fā)育，屬于基巖裂縫型地層，推薦采用噴射洗井+酸化洗井（酸壓洗井）+氣舉洗井的洗井方法。

3.6 抽水試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

在容東安置區(qū)完成潛山霧迷山組、高于莊組現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)。

霧迷山組抽水試驗(yàn)采用雙電泵機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行試水，靜水位93.03m，雙泵運(yùn)行動(dòng)水位穩(wěn)定在151.2m，最大降深58.17m，穩(wěn)定排量6000m3/d。

高于莊組抽水試驗(yàn)在177.8mm套管內(nèi)下入現(xiàn)有潛油電泵試水，靜水位189.61m，運(yùn)行穩(wěn)定動(dòng)水位238.38m，累計(jì)最大降深73.36m，折算排量979m3/d。

4 結(jié)論

該井是容東地區(qū)井下工況最復(fù)雜的一口地?zé)峋?。鉆井過程中采取泡沫鉆井、氣體鉆井、撈砂筒鉆井等多種工藝技術(shù)，攻克潛山長(zhǎng)裸眼井段安全鉆井技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)安全鉆穿霧迷山嚴(yán)重漏失坍塌井段，順利鉆至太古屆變質(zhì)巖完鉆。該井的順利完井，為容東地區(qū)地?zé)豳Y源的開發(fā)提供了最新的技術(shù)資料，為華北地區(qū)潛山地?zé)峋氖┕ぬ峁┝藢氋F的經(jīng)驗(yàn)。