塔中地区大段火成岩配套钻井技术

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--中16井大尺寸井眼、超长裸眼段、火成岩配套钻井技术武新梁(中原石油勘探局钻井二公司70596钻井队)摘要:塔中地区油层埋藏较深，裸眼井段长,勘探目的层多,同一裸眼压力系统复杂,二叠系火成岩岩性研磨性强,且易发生坍塌掉块,引起卡钻.通过塔中西指区块中16井的钻探，成功摸索出了一套针对大尺寸井眼、超长裸眼段、火成岩地层的配套钻井技术，确保了井壁稳定和井下平安，提高了钻井速度。关键词:塔中地区长裸眼大井眼火成岩配套钻井技术固井技术作者简介:武新梁,男，汉族，1996年毕业于中原石油学校石油及天然气钻井专业,工程师,长期从事钻井一线技术管理工作,现任钻井二公司XX工程组70596钻井队工程师.一、概述中16井地处塔克拉玛干沙漠腹地，塔中21井北东0.771km，中11井北西13.188km，中1井约13km，距沙漠公路约163km。地表为第四纪松散砂层覆盖，砂层厚度变化大，形成条带状、蜂窝状沙丘、沙垄，高约10-100m，沙梁、沙川间隔分布，间宽500-1000m，植被罕见。隶属于塔克拉玛干沙漠腹地卡塔克1区块30号构造圈闭、卡1-1号岩溶圈闭高部位。是一口预探井,设计井深5750m，井型：直井。目的是建立地层层序，了解地层特征，探索卡1-1号岩溶圈闭储层发育规律及其物性特征，了解中1井西30号圈闭石炭系、泥盆系、志留系的含油气性，探索卡1-1号奥系岩溶圈闭油气性质和富集特征，验证地震波组属性和地震速度参数。由于早期火山活动频繁,使得塔克拉玛干沙漠腹地(塔中)地质情况异常复杂,构造复杂,断块较破碎,构造活动性强,火成岩发育,常常给钻井工作带来很多困难,主要有以下特点:(1)勘探程度低,地层岩性不清楚,井下不确定因素多,不利于钻头选型和钻井参数优选,难以提高机械钻速;(2)井较深,裸眼井段长,勘探目的层多,同一裸眼压力系统复杂,平安钻井难度大;(3)上部井段易阻卡,下部井段易垮塌,二叠系以下地层的火成岩、泥页岩的地层严重坍塌,导致井下复杂,给钻井、取芯、固井都带来很多困难;(4)奥系地层易漏、易喷,钻井液密度窗口极小,井漏性质千差万别,钻井工艺技术难度大.井号中16井设计井深(m)5750实际井深(m)5400井别预探井井型直井取芯100%井身质量合格..word.zl --一开设计(m)500实际(m)501.5二开设计(m)4060实际(m)4565〔电测领眼15m〕三开设计(m)5260实际(m)5260四开设计(m)5750实际(m)(正在四开钻进作业)一、二叠系地层岩性及钻井易出现的问题1.二叠系地层岩性(见表)层位地面埋深〔m〕厚度〔m〕岩性描述地层新生界第四系300300岩性为灰黄色粗砂夹浅灰黄色粉砂质粘土，未成岩。古近系—新近系〔E—N〕19901690上部以粗砂岩、含砾不等粒砂岩夹泥岩、砂质泥岩组成；下部以中～细砂岩为主，次为含砾不等粒砂岩，局部为砂砾岩，夹泥岩薄层。古近系岩性以砂岩为主夹粉砂质泥岩、泥岩薄层，局部见小砾岩。中生界白垩系2335345上部主要为一套红色薄～厚层状的泥质粉砂岩、泥岩、粉砂质泥岩不等厚互层；下部为浅灰色厚层～巨厚层的粉砂岩夹薄层状的红色泥岩、浅灰色泥质粉砂岩；底部为一巨厚层状的块状浅灰色细砂岩。与下伏三叠系呈不整合接触。三叠系哈拉哈塘组2625290第一旋回。岩性为粉～细砂岩、厚层状粉砂岩、中厚层状泥质粉砂岩及巨厚层状泥岩不等厚互层。阿克库勒组2792167第二旋回。岩性为巨厚层状粉～细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩及粉砂质泥岩、泥岩不等厚互层。柯吐尔组3020228第三旋回柯吐尔组。岩性为巨厚层红色泥岩、巨厚层—中厚层状灰色粉砂岩，底部粉砂岩。古沙井子组砂泥岩段3398378上二叠统〔P2..word.zl --生界二叠系〕上砂泥岩段，岩性主要为巨厚层的泥岩夹中厚～薄层状细砂岩、粉砂岩、细砂岩、粗砂岩及小砾岩与薄～厚层状泥岩不等厚互层；下二叠统〔Pl〕火成岩段，火成岩段厚1127m。上部岩性为巨厚层凝灰岩、凝灰质粉砂岩，泥岩与凝灰岩不等厚互层；下部为厚层玄武岩夹凝灰岩。库普库火成岩段45251127孜满组沙泥岩段4595701.钻井中容易出现的问题1、本井段钻遇第三系、白垩系、三叠系、二叠系、石碳系,钻遇地层较多,主要岩性为沙泥岩互层,含砾砂岩和大段火成岩,岩性软硬交织,极易井斜.2、本井段500.62m～4550m,裸眼长达4049.38m,井眼大、泵压高、返速低、携砂困难.3、三叠系地层造浆严重,泥岩极易吸水膨胀,存在井眼缩径现象,起下钻遇阻卡.4、二叠系地层火成岩段较长且不稳定,容易掉块和坍塌,引起卡钻.火成岩段3398～4550m,长达1152m.二、超深井大尺寸井眼配套钻井技术塔中地区的井都比拟深,受井身构造的限制,大尺寸井眼段较长,如中16井Φ311.2mm井段为500.62m～4550m,段长4049.38m,在钻井过程中,对于保证上部井段的井身质量,提高大井眼长裸眼段的钻井速度方面做了大量的工作,也收到了比拟好的效果.(一)防斜打直技术措施塔中地区钻具组合,早期使用满眼组合,此种组合方位变化小,闭合位移大,降斜困难,目前根本不用.通过试验单稳定器的钟摆钻具组合根本防止了满眼钻具组合带来的问题.1.钻具组合优选Φ311.15mm钻头+Φ228.6mm钻铤2根+Φ311.15mm稳定器+Φ203.2mm钻铤6根+Φ177.8mm钻铤9根+Φ127mm钻杆2.使用钟摆钻具组合的配套技术措施(1)上部井段控制钻压,提高转盘转速,以低钻压、高转速、大排量提高钻井速度;(2)进展单点跟踪测斜,及时控制井眼轨迹,防止由于上部井斜带来井底位移和全角变化率的超标;(3)在第三系和三叠系井段使用PDC钻头时,更要控制钻压和提高转速;根据我公司在塔中地区的钻井经历,推荐钻头使用选型:2600米以前使用GA114牙轮钻头,因为上部井段可钻性强,可很好的利用高压喷射钻井,充分发挥钻头水功率,地层中含有局部不同粒度的砾岩,不适用PDC钻头.第三系下部和三叠系地层以砂岩为主,可钻性较好,适合PDC钻头,尤其是川石产Φ311.15mmSP535EPDC,采用适当的钻井参数,参加适量的清洁剂,防止PDC泥包.二叠系火成岩地层中凝灰岩段使用江汉产HJ517系列,机械钻速较高,在玄武岩段,由于岩性较硬,掉块较多,地层跳钻蹩钻严重,下入HJ537系列,可有效的抑制跳钻现象,防止钻头早期破坏,增加单只钻头进尺,提高机械钻速.(二)超深井大尺寸长裸眼钻井技术1、中16井主要技术指标：（1）成功钻穿大段火成岩。火成岩厚度达1152m，如此后的火成岩罕见。..word.zl --（1）Φ311.15㎜井眼裸眼段长达4065m，创钻井史上新指标。（2）成功探索出塔中火成岩段最优施工方案，单只HJ537钻头纯钻时间148h，进尺高达156.5m，创出了121/4″牙轮钻头在火成岩段使用新的记录。(4)在岩性为硬度极大的玄武岩井段首次取芯成功,取芯收获率达100%.(5)大尺寸井眼机械钻速创塔中区块最高记录。(6)二开在大尺寸井眼成功推广运用高钙盐防塌钻井液体系,井径扩大率仅为8.09%.(7)仅用31小时顺利下入411根技术套管，中完作业顺利，固井质量优良．2、主要钻井技术措施(1)优选钻头:首先使用GA114牙轮钻头3只,因为上部井段可钻性强,可很好的利用高压喷射钻井,充分发挥钻头水功率,地层中含有局部不同粒度的砾岩,不适用PDC钻头.然后下入川石产Φ311.15mmSP535EPDC钻头,二叠系火成岩地层中凝灰岩段使用江汉产HJ517系列,玄武岩段下入HJ537系列.(2)加强测斜,根据井下情况每钻进100～200m用单点测斜仪测斜一次.(3)加强短起下钻,每钻进100m-150m或24h短程起下钻拉井壁一次.(4)下钻遇阻不超过50KN,否那么划眼通过,制止下压吨位过大,以防止卡钻和堵水眼.起钻挂卡第一次不超过100KN,必须放脱后才能逐步加大吨位上提.(5)每只钻头入井后,要及时并仔细观察每一阶段的钻井参数值(悬重、开泵悬重、空转扭矩、加压扭矩、排量、泵压及进尺情况),并填好钻台钻进值班记录表,以便分析井下情况.(6)正常钻进时限定扭矩300mA以下,控制好鳖钻和转盘倒车,及时调整钻进参数,防止跳钻严重,早期使钻头失效.钻井参数:钻压60～240KN;转速60～110r/min;排量48～55L/S,勤检查各参数表并及时校正,保证仪表灵敏好用.(7)遇复杂井段如玄武岩井段,每钻进0.5m～2m要套划眼一次或屡次,以破碎玄武岩大型掉块及时清理井底,防止掉块堆积造成更大的复杂.(8)井下需循环时,严防在井底或定点循环,转动与上下活动配合使用,上下活动的幅度大于3m.(9)钻头入井到底,轻拨慢转试探井底,小心磨合牙轮,钻进坚持井底不稳定不打钻,判断不明就起钻,下钻遇阻坚持以上提为主,起钻遇卡坚持以下放为主,坚决杜绝将钻具压死或提死,火成岩段处理卡钻相当困难.(10)防蹩:火成岩段钻进或划眼,扭矩限定在300mA以下,以减轻频繁交变的扭矩对钻头及钻具产生的疲劳损害.同时,起下钻时仔细检查钻具磨损情况、丝扣密封情况,工程师经常考虑钻具的疲劳探伤和接头的更换.(11)防卡:进入火成岩后,起下钻要求平稳慢速起下钻,遇阻卡控制在50～100KN以,防止机械碰撞将井壁弄垮,遇阻以上下活动配合开泵疏通为主,防止硬提硬压造成卡钻.(12)井口防掉:加强钻具检查和探伤,及时用好井口盖板,切实盖严井口;检查使用好井口工具,更换井口工具配件要离开井口;提升短节、吊卡、卡瓦、平安卡瓦等工具按规程使用,严防钻具落井.(13)防漏:钻井液密度1.39g/cm3..word.zl --,相对设计密度来说有点偏高,起下钻要求平稳操作,防止冲动压力过高将上部地层压漏;3500m以后下钻时采用分段下钻顶通循环.（三）火成岩高钙盐防塌钻井液技术(1)概述井壁稳定一直以来就是钻井平安的一个重要因素,它关系到测井成功率、固井质量等多个方面,是衡量工程质量的重要指标之一,本井采用高钙盐钻井液体系,强化化学封堵,尽量提高封固质量,增大平安钻井液密度窗口,通过对钙离子的调节合理控制钻井液的流变性,有效的抑制了井下的不稳定因素,在进入易塌易卡井段前100m,参加足够的护壁剂、无荧光封堵剂、降失水剂、防塌剂和大量的润滑剂,控制中压失水小于4ml,减轻钻井液滤液对地层的浸泡程度,使钻井液性能符合设计要求,保持钻井液有适宜的密度以使液柱压力能平衡地层坍塌压力.尤其是在火成岩井段,提高钻井液密度至1.39g/cm3,提高液柱支撑井壁的能力,提高钻井液粘度、切力以提高钻井液携砂能力.(2)性能维护1.加足抗钙处理剂,控制钻井液的漏失量,使其具有一定的液相粘度,增大滤液渗入地层的阻力,强化防塌效果,严格控制泥浆的流变性和泥饼质量;2.日常钻井液维护中,以K-PAM等聚合物为主,配制成1～1.5%浓度的胶液,同时在配制好的胶液中参加1～1.5%以上CaCL2,以充分发挥Ca2+、K+的防塌成效;3.高钙盐体系的抑制能力强,膨润土的容限量高,利用这一特征可以使用适宜坂土含量的钻井液体系,有利于提高泥饼对微裂隙的封堵效率,增强体系的物理防塌作用;4.进入二叠系火成岩段,钻进时有坍塌掉块产生,这主要是井压力小于地层坍塌应力,适当提高钻井液密度,从而提高井壁外压差,到达防塌效果;5.改善钻井液润滑性能作为防止钻具阻卡的重点,具体做法是定期在钻井液中参加一定量的无荧光润滑剂RH-99D,保持井浆中RH-99D含量在2%左右,钻井液Kf≤0.10;6.井温到达90°C以上,要严格控制钻井液的高温高压失水量,防止砂岩的厚泥饼造成起下钻阻卡.四、固井技术1、固井难点分析1)封固段长，地层承压能力较低，易漏失，为保证水泥浆返到设计高度而不发生漏失，是本次固井作业的一个难点。2)封固段长，水泥环柱上下温差大，如何保证水泥环的凝固质量是本次固井作业的又一难点。3)由于管及环空容积较大，受条件限制不易到达紊流，很难到达良好的顶替效率。2、提高/确保固井质量的技术措施1)为确保固井施工平安，力保在固井中不漏失，满足水泥浆返到设计要求，该井采用双凝水泥浆体系，一级领浆为高强低密度水泥浆，尾浆为常规高密度水泥浆，二级采用高强低密度水泥浆体系，确保施工平安顺利。2)提前做好水泥浆打样复查工作，确保施工平安。3)固井前大排量循环洗井，对井壁稳定性进展考验，替泥浆时那么采用钻进时的排量顶替。..word.zl --3、入井套管、固井工具及主要附件数据套管生产厂家钢级壁厚〔mm〕扣型入井井段〔m〕日本P110B11.99偏梯0～4547.59固井附件生产厂家型号扣型入井位置(m)浮鞋9-5/8″长圆4547.59～4548.01浮箍9-5/8″长圆4524.59～4524.89弹性扶正器9-5/8″入井数量2刚性扶正器9-5/8″入井数量4双级箍9-5/8″偏梯2502.02～2503.224、固井材料消耗固井材料型号/类型生产厂家实际用量t备注水泥G级阿克180减轻材料硅藻土/漂珠/微硅等80前置液助剂SNC中原固井工程处2湿混油井水泥外加剂减阻剂G401中原固井工程处3.6干混降失水剂G306中原固井工程处3.0干混缓凝剂G204中原固井工程处/湿混早强剂G202、G203中原固井工程处3.6干混消泡剂G603中原固井工程处1.8湿混5、水泥浆性能水泥浆配方实验工程一级领浆一级尾浆二级密度，g/cm31.601.881.61API失水，ml1164894稠化时间，min390实验条件升温时间60min×温度75℃×压力50Mpa225实验条件升温时间60min×温度75℃×压力50Mpa325实验条件升温时间50min×温度75℃×压力50Mpa抗压强度，MPa18.6实验条件温度100℃×压力20.7MPa×养护时间48h21.7实验条件温度100℃×压力20.7MPa×养护时间48h17.2实验条件温度80℃×压力20.7MPa×养护时间48h析水，ml0.20.52.06、中16井固井质量优良.五、认识与体会..word.zl --1.通过塔中西指区块中16井的钻探,对于钻具组合的选择有了进一步的认识,Φ311.15mm井眼使用钟摆钻具可以有效地控制井身质量,钻遇特别复杂的井段去掉钻具稳定器有利于保证井下平安和便于处理复杂事故.1.在钻井过程中不断地总结经历,摸索了一套钻头选型方案和钻头使用措施,有利于提高机械钻速和减少钻头事故.对于钻遇特殊地层如火成岩,钻头的选择和使用很关键,对于牙轮钻头的使用时间要留一定的余地,钻进火成岩掉块较多,蹩钻严重,钻头的使用难以判断准确,容易引起掉牙轮事故.2.中16井Φ311.15mm井眼500.62m～4550m,裸眼长达4049.38m,火成岩段3398～4550m,长达1152m.如此长的裸眼段和如此长的火成岩段,钻井史上罕见,如何保证长裸眼段的井下平安,确保火成岩井段的井壁稳定,有待于进一步摸索.3.提高超深井大井眼钻井速度与保证深井段的井下平安,钻井液的类型与处理非常重要,在能够做好地质资料录取的前提下,应加大对于钻井液的研究,并提高地质预告的准确性,钻井过程中充分做好钻井液处理方案,使复杂情况降至最低,从而加快西部勘探进程...word.zl