小井眼复杂事故预防与处理

复杂事故现状复杂事故现状 大多数小井眼施工经验表明 小井眼施工由于环空间隙小 施工作业中普遍具有以下 特点 1 环空压差大 易发生井漏 2 泵压高 地面设备 钻具 钻头要求必须要有保证 3 起下钻激动压力大 易井漏 易溢流 4 排量受限 携砂困难 5 发生事故难处理 无法套铣 6 钻具尺寸小 柔性大 抗拉强度小 7 井眼轨迹控制困难 不易稳斜 8 完井作业困难 工序复杂 9 掉落物易硬卡 10 井控要求高 发生溢流上窜速度快 11 对钻井液质量要求高 以上问题一直制约着深井开窗侧钻井速度的提高 另外注水井的压力较高在生产中也 存在着很大隐患 因此一旦发生井下复杂或事故处理困难 处理周期长 井漏预防措施现状 井漏预防措施现状 首先对泥浆密度进行控制 提高泥浆密度时 控制下灰量 一般每循环周提高不大于 0 02 0 03 泥浆中加入足量的随钻堵漏剂 下钻或划眼时控制下放速度 开泵要缓慢 防 止压力激动造成井漏 卡钻预防措施现状 卡钻预防措施现状 首先 防止井口落物 任何作业井口始终装上刮泥板 防止落物硬卡 其次 钻进中 每半个单根要划眼一次 钻完每个单根划眼一次 钻遇砂岩发育段每钻进 2m 划眼一次 钻 时快时适当控制钻时 每 30 50 米短起下清砂 再次 钻具在裸眼段一般不得静止 特殊 情况下钻具静止时间不超过 2 分钟 并及时活动钻具 重点深井复杂事故处理情况案例 3 7 防漏与堵漏防漏与堵漏 造成井漏的直接原因是井筒液柱压力高于地层压力 因此防漏措施除用堵漏剂预漏外 主要是降低井筒液柱压力 井底当量循环压力包括钻井液静液柱压力和钻井液循环附加压 力 减小井底压力主要从这两方面着手 P当量 P静液 P循环附加 如果降低静液柱压力使用较低密度钻井液施工 则需要解决三个问题 1 井塌掉块 2 井壁缩径 3 平衡地层流体压力 现场施工中常采用比较高的钻井液密度 主要也是基 于这几个问题 对于软泥岩 盐岩类的井壁缩径 提高钻井液密度是一项有效和不可避免 的措施 但对于井壁掉块却不一定需要提高钻井液密度 我们 2004 年在二厂 四厂施工的 6 口井使用聚合铝配合无机 有机聚合物钻井液体系 很少出现掉块现象 完井电测井径 规则 而邻井常出现因掉块原因而加重的情况 解决地层流体压力过高的措施 不应首先依靠提高钻井液密度 而是尽量早的关停注 水井 中原油田经过二十多年的开采 许多区块油气压力己经不高 发生溢流 井涌常是 注水井引起的 因此 选用好钻井液体系 严格执行注水井关停泄压措施往往可以使用比较低的钻井 液密度 小井眼钻井不同于常规钻井的主要区别就是环空压耗远大于常规钻井 这也是当前小 井眼侧钻面临的主要问题 比较小井眼钻井与常规钻井的相关钻井参数 常规钻井 钻头尺寸 215 9mm 井深 3000 3300m 表层套管深度 300 350m 表层套 管尺寸 339 7mm 钻铤尺寸 158 75mm 钻铤长度 150 200m 喷嘴组合 8 13mm 16mm 排量 28 30L s 泵压 16 18MPa 开窗侧钻井 钻头尺寸 118mm 套管内径 124 3mm 开窗点 2000 2200m 侧钻长度 300 600m 井深 2300 2900m 泵压 14 20 MPa 排量 7 8L s 钻具组合 89mm 钻铤 100 130m 73 钻杆 转盘转速 70 85r min 据此推算 2500 3000m 的侧钻井 循环当量密度比静液密度可提高 0 20g cm3以上 而 同等井深的常规钻井 钻井液循环当量密度比静液密度提高值只有 0 02 0 04g cm3左右 因此尽可能的降低环空压耗是防止侧钻井井漏的一项重要措施 环空压耗大也有其正面作用 为最大限度地采用较低密度钻井液提供了保障 环空压耗大也有其正面作用 为最大限度地采用较低密度钻井液提供了保障 常规钻 井中为防止井喷 常把密度控制在设计上限 而小井眼即使使用设计下限的密度 在循环 时因为环空压耗大也可以有效的平衡地层压力 停泵后发现井口有溢流再加大排量 边循 环边逐步加重 可以使密度使用的更准确 更有针对性 甚至可以采用钻进时使用低密度 起钻时用高密度打封闭压井 下钻到底循环正常后 再降低钻井液密度的措施来防止井漏 或泵压过高 在胡状区块曾经采用过这一措施解决高密度钻时慢 低密度地层出水的问题 取得了良好的效果 当然这是以熟悉地层情况 能保证井控为前提的 环空压耗的影响因素很多 计算公式多而繁杂 一个比较简单的经验计算公式是 P 0 1275L 0 8V1 8Pv0 2 Do Di 1 2 式中 P 环空压耗 L 井深 密度 V 环空返速 Pv 塑性粘度 Do 井径 Di 钻具外径 该公式虽不能准确计算小井眼钻井的环空压耗 但可以反映出降低环空压耗的主要途 经 由公式可见 与 P 成正比关系 因此不能随便提高密度 而通过减小排量 降低 流速 以控制循环压耗 虽然是最有效的手段 但考虑到携砂问题 一般在小井眼施工中 排量要求至少不 8L s 至少不 7L s 以此排量钻井对于清洗井眼 防止卡钻 提高钻速 都有很多好处 在浅井阶段比较有利 但对于易漏失井和较深的开窗侧钻井则会带来泵压 过高或井漏的问题 不仅增加了井漏的风险 而且设备难以承受 限制了深井侧钻的开展 如文 13 侧 99 井 侧钻井段 3028 3436m 漏斗粘度 85s 密度 1 80 g cm3 排量 5 0 5 5L s 完钻泵压达 26 28MPa 在开窗侧钻施工中 我们发现当钻井液 Fv 50 70s Gel 1 3 3 9Pa 时 使用 5 6L s 的排量 甚至 4 5L s 的排量钻井 携砂都可以满 足要求 文 95 侧 39 井 文 51 侧 41 井和濮 3 侧 26 井井深近 2900 米 泵压 14MPa 左右 以此推算 井深 3200 3300 米时 泵压将40 mPa S 而虽然混过两次原油 摩阻仍有 5 6t 通过使用除砂器和离 心机 结合其他措施 塑性粘度可以控制在 32 35 mPa S 摩阻也得到了改善 3 复杂事故预防与处理的技术调研情况 井漏分析与预防 井漏的一种解释是与岩性有关 在深部套管开窗侧钻作业时 井漏仍是当前的主要矛 盾之一 处理井漏一般都相关产生井涌 井喷 井壁垮塌及压差卡钻等一系列复杂情况 发生井漏的两个条件 一是有足够大的岩层缝隙 应大于钻井液中最大固相颗粒的粒 径 二是有比地层孔隙压力大的井眼液柱压力 小井眼侧钻井在这两方面都存在都比常规 井更易发生井漏的因素 因为老井眼经多年的采油或注水 在井筒周围产层油气压力会下 降 且油井生产过程中地层填充物被长期冲蚀运移 岩层渗透性增加 因而使侧钻井在地 质条件上即存在着比常规井更大的井漏可能 但与之相比 井眼液柱压力是引起小井眼侧 钻井漏失频繁发生的更为重要的一个因素 因为小井眼钻井的钻井液循环环空压耗远大于 常规钻井 使得钻井液循环当量密度大幅增加 对于 51 2 套管开窗侧钻井 当钻井深度为 2500 3000m 时 立压可达 20 23MPa 根据前面的计算公式 可算得钻井液循环当量密度比静液密度提高 0 25g cm3 以上 而同等井深的常规钻井 钻井液循环当量密度比静液密度提高值只有 0 02 0 04g cm3 左右 因此 51 2 套管开窗侧钻井发生井漏时的钻井液密度要比常规井小 很多 由于井筒容积很小 地层流体侵入后引起的液柱压力下降较常规井更为迅速 这些就 对一次井控工作提出了更为严格的要求 一般都会参照同区块常规井使用较之更高的钻井 液密度 甚至有 宁漏勿涌 的思想 这样就造成了侧钻井井漏几率的进一步升高 但小 井眼如若发生井漏后引起卡钻 处理手段与配套工具不完善 处理不当就会造成井眼报废 防漏与防涌的协调成为小井眼钻井的重点 正常情况下 为了满足井控要求 应以裸眼井段的最高地层压力当量钻井液密度为基 准 再增加一个附加值作为钻井液密度 该附加值油水井为 0 05 0 10g cm3 气井为 0 07 0 15g cm3 而小井眼侧钻井的钻井液循环环空压耗即可产生大于 0 25g cm3 的当量 密度 因此钻进时 保持钻井液密度不高于钻井液设计密度下限 或与地层压力系数相近 就既能够在一定程度上减少井漏的发生 利于快速钻进 又可以满足井控要求 不至于压 力失控 利用小井眼侧钻井环空压耗高的特点 使用较低密度的钻井液 在一定程度上可以解 决防漏与防喷工作的矛盾 现已被作为了一项重要防漏措施 在各个油田多口易漏侧钻井 上得到成功应用 对于高压区块 油气层活跃地层 地质情况不明或地下压力系统已乱的井则应保证充 分的钻井液密度 高度重视防喷工作 对于漏失严重或层系压力系数相差悬殊的区块 可 做先期堵漏或随钻堵漏等防漏工作 建立和完善孔隙性漏失 裂缝及压裂裂缝性漏失等漏失类型的理论模式 判断并确定 漏层位置的计算方法 另一方面 完善不同性质井漏的防漏治漏新技术 针对 上喷下漏 复杂情况 下入打孔管 打孔管与尾管串之间装上一个盲板短节 用于承受馆内液柱压力 盲板短节之上装上两个管外封隔器 用于封隔两个不同的压力系 统 承受环空中上部水泥浆及钻井液液柱压力 这对于完成 上喷下漏 井眼的固井施工 是可行的 卡钻原因分析和预防技术 卡钻的原因分析 造成卡钻的原因很多 大致有 井斜大的侧钻井段 狗腿度较大 使井壁与钻具之间的摩阻增大 易造成粘附卡钻 堵漏时替入井内的钻井液性能较差 滤饼质量较差 钻具活动不及时造成的卡钻等 卡钻的预防技术 调整好井筒内钻井液的性能 储备足够的钻井液 堵漏材料及 石粉 再采取全裸眼井段浸泡解卡剂的措施进行解卡 3 4 事故预防与处理技术 3 4 1 井漏的分析与预防 发生井漏必须具备两个条件 一是有足够大的岩层缝隙 应大于钻井液中最大固相颗 粒的粒径 二是有比地层孔隙压力大的井眼液柱压力 小井眼侧钻井在这两方面都存在都 比常规井更易发生井漏的因素 正常情况下 为了满足井控要求 应以裸眼井段的最高地层压力当量钻井液密度为基 准 再增加一个附加值作为钻井液密度 该附加值油水井为 0 05 0 10g cm3 气井为 0 07 0 15g cm3 而小井眼侧钻井的钻井液循环环空压耗即可产生大于 0 25g cm3 的当量 密度 因此钻进时 保持钻井液密度不高于钻井液设计密度下限 或与地层压力系数相近 就既能够在一定程度上减少井漏的发生 利于快速钻进 又可以满足井控要求 不至于压 力失控 利用小井眼侧钻井环空压耗高的特点 使用较低密度的钻井液 在一定程度上可以解 决防漏与防喷工作的矛盾 现已被作为了一项重要防漏措施 在中原油田多口易漏侧钻井 上得到成功应用 但对于高压区块 油气层活跃地层 地质情况不明的井则应保证充分的 钻井液密度 高度重视防喷工作 对于漏失严重或层系压力系数相差悬殊的区块 可做先 期堵漏或随钻堵漏等防漏工作 井漏的预防 在易漏井段施工时 要针对该地区的特点制定严格的防楼措施 预防井 漏发生 1 钻具尽可能简化 水眼尽可能大 并要短起下钻 保证井眼畅通 一旦发生井漏 能顺利起出钻具 2 进入漏层前钻井液中要加入足量的随钻堵漏剂 并且地面要有一定的随钻堵漏剂 备用 在能满足地质录井的情况下 尽量少用震动筛 3 处理好钻井液性能 钻井液密度尽可能用设计下限 需要提钻井液密度时 每个 循环周提高 0 02kg L 以内 每提高 0 06kg L 要间隔一段时间 稳定井壁 提高抗破能 力 并且要备用足够的钻井液 4 加强坐岗观察 发现井漏立即起钻 同时主要观察钻井液灌注情况 5 在松软易漏地层钻进时 控制机械钻速 每钻进 2 3m 要划眼 1 2 次 延长钻井 液携砂时间 减少环空内钻屑的含量 6 预计钻到漏层时 先打开 1 2m 循环观察 若不漏逐渐钻穿 7 起下钻 接单根 下套管时要控制下放速度 每根的速度控制在 40 50s 8 下钻时要分段循环 单凡尔顶通 正常后再逐渐增大排量 循环时应避开漏层 9 下钻遇阻要划眼 不能硬压特别不能开这泵硬压 防止蹩漏地层 10 下钻时要有专人观察井口 若发现井口不返钻井液 应先从环空灌钻井液 若能 灌满 应先建立循环 若灌不满 应立即起钻至套管内采取堵漏措施 11 下钻到井底开泵前要大幅度全方位活动钻具 但不要太猛 若开泵仍有困难 应 起出部分钻具在开泵 3 4 2 卡钻预防 小井眼钻井发生卡钻的主要类型压差卡钻 钻具与井壁间的摩阻过大 是引起压差卡钻的根本原因 影响钻具与井壁摩阻的因素 有很多 主要是井斜角 接触面积 压差 钻井液和泥饼润滑性几方面 小井眼钻井 钻 屑破碎颗粒细小 受粘切影响钻屑易聚集在井壁上 加厚泥饼 钻具与井壁间隙小 在重 力作用下 钻具躺在倾斜井眼上与井壁接触紧密等等 这些因素都使小井眼钻井易发生压 差卡钻 对钻井液提出了较高的防卡要求 压差卡钻的预防措施有以下几点 注意钻井液选用 控制固相含量 近年来以无机 有机单体聚合物 Siop E 及两性离子磺酸盐聚合物 CPS2000 为主处理 剂的新型钻井液体系 在开窗侧钻井工作中得到推广 该体系抗温抗盐钙污染能力强 抑 制性好 性能稳定 维护简单 比较适合于开窗侧钻井的要求 表现出良好的应用前景 有资料报道甲酸盐钻井液体系在小井眼钻井领域是较为适应的 该体系不需要膨润土 用可溶性甲酸盐加重 基本可以做到无固相 因此循环压耗低 激动压力小 钻井速度快 润滑性能好 页岩抑制力强并利于保护油气层 甲酸盐钻井液体系的应用多见于国外的报 道 中原油田小井眼侧钻井的作业可研究性应用 控制合适的压差 钻具与井壁间的摩阻随液柱压力的增加而增加 同时重晶石的加入也会增加摩阻 因 此在井下正常情况下 保持较低的钻井液密度有利于防止压差卡钻 钻井过程中不可随意 提高钻井液密度 有时井下划眼困难是由于改变钻具结构等原因造成