油氣地質(zhì)調(diào)查井鉆井技術(shù)問題與對策

汲廣帥

摘 要：能源礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查作為中國地質(zhì)調(diào)查的重要工作之一，對于發(fā)展國家經(jīng)濟具備重要的引領(lǐng)和推動作用。然而，現(xiàn)有的油氣地質(zhì)調(diào)查井多采用機械巖心鉆探工藝，該工藝通常應(yīng)用于固體礦場資源勘查，在油氣地質(zhì)調(diào)查井鉆井過程中還存在諸多問題，面臨巨大的工程風(fēng)險，亟須得到重視和解決。本文針對油氣地質(zhì)調(diào)查井和機械巖心鉆探工藝特點，重點研究油氣地質(zhì)調(diào)查井鉆井工程所面臨的技術(shù)難點及相應(yīng)解決方案。

關(guān)鍵詞：油氣地質(zhì)調(diào)查井;鉆井技術(shù);問題與對策

引言

地質(zhì)調(diào)查井是開展地質(zhì)調(diào)查工作的重要手段，主要以獲取地層層序、烴源巖特征、含油氣性特征等為目的，為盆地油氣成藏特征研究提供依據(jù)，并可形成一套適用于研究區(qū)的油氣地質(zhì)調(diào)查鉆探技術(shù)體系，為油氣基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查提供服務(wù)。地質(zhì)調(diào)查井以小口徑機械巖心鉆探施工為主，井深一般不超過2500m，井身結(jié)構(gòu)一般為直井，全孔取心。

1.鉆井施工技術(shù)

1.1鉆井質(zhì)量及技術(shù)要求

鉆井涉及鉆前工程、鉆探施工、錄井、測井、井場恢復(fù)及資料提交等工序，采用三開井身結(jié)構(gòu)，同步開展錄井、測井、固井等項目。井身質(zhì)量、水平位移范圍，按《鉆井井身質(zhì)量控制規(guī)范》（SY/T5088—2017）執(zhí)行。

全井井斜<5°，水平位移<80m，全角變化率<205730m。

1.2完鉆層位及原則

（1）完鉆層位：寒武系猴家山組，鳳山組。（2）完鉆原則：鉆達目的層并鉆達設(shè)計井深，完成地質(zhì)調(diào)查井的各項任務(wù)。

1.3鉆井設(shè)備及主要機具

根據(jù)鉆探目的、地質(zhì)條件、施工環(huán)境、鉆探工藝，并充分考慮鉆機負荷及井控配套要求，選用了XY8B鉆機、BW320/12型泥漿泵、TA70/27m鉆塔、S95繩索取心鉆具、2ZF-15-21型防噴器。采用當?shù)剞r(nóng)用電作為動力電。

1.4井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

考慮到上部第四系、新近系松散地層較厚，結(jié)構(gòu)松軟，易垮塌，下部石灰?guī)r地層巖溶、溶洞發(fā)育，施工難度大，隱患多，施工采用三開結(jié)構(gòu)，預(yù)留一級口徑，以防下部出現(xiàn)異常情況。

1.5鉆進工藝及鉆頭使用

綜合考慮地層條件、巖石硬度等因素，主要采用硬質(zhì)合金及金剛石鉆頭，金剛石鉆頭以胎體硬度HRC20-40，唇面形式為同心尖齒、階梯齒為主，備用PDC取心鉆頭及三牙輪鉆頭。

1.6鉆井液性能

鉆井液與護壁技術(shù)的優(yōu)劣是影響鉆探成敗的關(guān)鍵因素，根據(jù)對鉆遇地層巖性特征、巖屑返排速率、井壁穩(wěn)定性等分析，確定了鉆井液配方體系。一開和二開鉆遇地層為第四系和新近系，巖性主要為粘土、亞粘土、礫卵石及流沙層等，巖層松散，弱固結(jié)，成巖性差，易失水縮徑。同時，鉆頭開孔直徑相對較大，在鉆進過程中，要充分考慮井眼凈化、井壁穩(wěn)定、降低鉆井液濾失量、控斜、防漏等問題。為此一開、二開鉆井液體系配方為：膨潤土10%-15%+CMC0.1%-0.5%+KHm（腐殖酸鉀）2%-4%（或NaHm）;主要性能指標：密度1.10-1.15g/cm3，漏斗粘度25-40s，濾失量<15mL/30min。三開鉆遇地層為寒武系地層，巖性以石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、頁巖及花崗巖為主，且寒武系下部可能存在巖溶及裂隙，巖心破碎，可鉆性差，鉆進過程中也可能鉆遇氣層、斷層破碎帶等異常地層，發(fā)生粘卡事故，故使用低固相高分子聚合物類鉆井液，適當加入潤滑劑，密度：1.05-1.08g/cm3，漏斗粘度：20-30s，濾失量<7-10mL/30min，PH值：8.5-9。同時為有效保護儲層，在滿足鉆井施工、保證安全的前提下，盡可能降低鉆井液粘度、密度、固相含量和濾失量;避免造成粘鉆事故，以達到防塌、防漏、防噴、防卡目的。

1.7井斜控制

全井共進行了36次井斜測量，克服了巖層節(jié)理裂隙發(fā)育，地層傾角大，頂角易朝一個方向增大等特點，通過轉(zhuǎn)速、鉆壓來控制頂角變化，穩(wěn)壓鉆進，從而有效地控制了鉆井的頂角，完鉆實測頂角4.56°，終孔水平偏距53.93m，滿足合同要求及地質(zhì)設(shè)計目的。

1.8巖心編錄

小口徑油氣地質(zhì)調(diào)查井對巖心采取率有較高的要求，為提高巖心采取率和鉆井效率，采用繩索取心鉆進工藝。自356.46m開始取心，總進尺1443.82m，巖心長1370.18m（670.78-678.94m僅撈取巖屑），取心率95.37%，巖心采取率高，編錄及時、準確，完全滿足設(shè)計要求。

2.施工中遇到的問題及改進措施

2.1表層取心

一開鉆井時采用單管取心工藝，井段長，起下鉆時間多，輔助時間長，且由于巖性松軟，粘土質(zhì)成分較多，泥漿造漿嚴重，失水量大，孔內(nèi)縮徑嚴重，致使鉆井效率低，反復(fù)擴孔。為此，在擴孔時對泥漿性能進行了調(diào)整，加人腐殖酸鉀1250KG，提高了泥漿PH值，循環(huán)凈化除砂，全井徹底循環(huán)更換，降低濾失量及含沙量，提高了鉆井效率。

2.2鉆頭優(yōu)選

根據(jù)鉆遇地層巖性軟硬變化快、溶洞、裂隙發(fā)育等問題，先后采用PDC、金剛石HRC15-40等多種鉆頭進行嘗試，影響了鉆井效率。為此，在對鉆頭性能充分分析的基礎(chǔ)上，經(jīng)過反復(fù)實驗，最終確定在進人穩(wěn)定巖層后采用HRC1520金剛石取心鉆頭，直至完鉆。

2.3變徑鉆具組合

為解決上部井段因環(huán)空過大引起的泥漿流速降低、巖屑沉淀問題，確保施工安全、減少鉆井周期，經(jīng)分析采用了倒塔式鉆具組合工藝。鉆具組合方式：Φ100mm金剛石取心鉆頭+Φ100.4mm金剛石擴孔器+Φ91mm鉆具+Φ100.5mm金剛石擴孔器+Φ91mm繩索取心鉆桿1116m+Φ114mm繩索取心鉆桿670.50m+主動鉆桿。采用本鉆具組合方式，三開在井深1000m以后，鉆機正常施工，取心效果良好，鉆進效率保持30m/d左右的進尺，未發(fā)生任何井內(nèi)事故，同時，解決了上部鉆具因高速旋轉(zhuǎn)而造成的脫扣、斷裂問題。

2.4粘卡處理

在孔深1116.97m，鉆機離合器發(fā)生故障，在檢修的過程中，發(fā)生了鉆具吸附粘鉆事故，提下困難，強力提拔孔內(nèi)鉆桿數(shù)次，最大提升力達320KN，仍無效。經(jīng)分析研究后決定實施堿浴解卡。配置堿水共3m3，共加入NaOH250kg，比例為8%，經(jīng)充分溶解后，通過泥漿泵注循環(huán)至孔內(nèi)。注人堿水后，再泵人鉆井液7m3，將堿水壓人環(huán)空，靜置分解泥皮，靜置時間1.5h，期間每15min循環(huán)泥漿5min。次日解卡成功。

2.5內(nèi)管遇卡

施工中頻繁遇到取心內(nèi)管遇卡致使取心絞車鋼絲繩拉斷問題，造成多次起鉆檢查鉆具現(xiàn)象。如在井深900m左右，由于操作不當致使雜物進入內(nèi)管，造成鋼絲繩拉斷，不得不起鉆檢查。通過分析，找出原因：（1）取心筒內(nèi)管磨損嚴重;（2）絞車鋼絲繩拉力不夠;（3）雜物堵塞;（4）巖心破碎采用的解決方法：檢查更換內(nèi)管總成，更換取心絞車鋼絲繩。施工中，上提內(nèi)管要穩(wěn)，認真檢查人井鉆具，人井鉆具及時通徑，同時，割心前充分循環(huán)泥漿一周，徹底清理井底巖粉。

結(jié)語

鉆井通過優(yōu)選鉆頭、優(yōu)化鉆具組合、鉆進參數(shù)等解決了該區(qū)施工中取心內(nèi)管遇阻、易粘鉆、卡鉆、井斜大等難題，順利完成了各項目的任務(wù)，可為后期該施工相關(guān)類型提供經(jīng)驗和借鑒，同時，獲取了鉆井、錄井、測井及巖心資料，為評價該區(qū)油氣資源潛力提供了資料支撐。

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