塔中地区大段火成岩配套钻井技术

1、-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*工程组70596钻井

2、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

3、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

4、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)二、 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EN19901690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。

5、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

6、。古生界二叠系沙井子组砂泥岩段3398378上二叠统P2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。库普库孜满组火成岩段45251127沙泥岩段4595702. 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500.62m4550m,裸眼长达4049.38m,井眼大、泵压高、返速

7、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33984550m,长达1152m.三、 超深井大尺寸井眼配套钻井技术塔中地区的井都比较深,受井身构造的限制,大尺寸井眼段较长,如中16井311.2mm井段为500.62m4550m,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,也收到了比较好的效果.(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

8、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311.15mm钻头+228.6mm钻铤2根+311.15mm稳定器+203.2mm钻铤6根+177.8mm钻铤9根+127mm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

9、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311.15mmSP535EPDC,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。（

10、2） 311.15井眼裸眼段长达4065m，创钻井史上新指标。（3） 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

11、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311.15mmSP535E PDC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100200m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,否则划眼通过,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

12、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60240KN;转速60110r/min;排量4855L/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0.5m2m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

13、,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50100KN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

14、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,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

15、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11.5%浓度的胶液,同时在配制好的胶液中参加11.5%以上CaCL2,以充分发挥Ca2+、K+的

16、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Kf0.10;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

17、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，替泥浆时则采用钻进时

18、的排量顶替。3、入井套管、固井工具及主要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04547.59固井生产厂家型号扣型入井位置(m)浮鞋9-5/8长圆4547.594548.01浮箍9-5/8长圆4524.594524.89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2502.022503.224、 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