蓮花山構(gòu)造定向井安全鉆井技術(shù)

PAGEPAGE1蓮花山構(gòu)造定向井安全鉆井技術(shù)楊勇文王彩玲楊杰超彭寬軍郭立特摘要蓮花山構(gòu)造位于四川盆地西部邊緣，龍門山逆掩推覆帶的前緣坳陷。該構(gòu)造復(fù)雜，斷層發(fā)育，并均為逆斷層。定向點(diǎn)以上的表層的夾關(guān)組以砂巖主夾泥巖，地層疏松膠結(jié)不好，鉆遇該層位時(shí)發(fā)生嚴(yán)重漏失，甚至失返等險(xiǎn)情。在定向點(diǎn)以下為須家河，在須五段頁(yè)巖和砂巖互層，夾碳質(zhì)頁(yè)巖及煤層，須五地層本身就易發(fā)生掉塊和垮塌，該地層的地層傾角大，又為定向井，更容易引起掉塊和垮塌。為此，從優(yōu)化鉆井參數(shù)、優(yōu)選鉆頭、優(yōu)選鉆井液體系、堵漏措施、電測(cè)及下套管等方面進(jìn)行研究，形成一套適合蓮花山構(gòu)造定向井安全鉆井技術(shù)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)該技術(shù)方案效果明顯。關(guān)鍵詞蓮花山構(gòu)造定向井安全鉆井技術(shù)1前言蓮花山構(gòu)造位于四川省雅安市碧峰峽境內(nèi)，是川西坳陷與龍門山逆掩推覆帶前緣的過(guò)渡帶。在區(qū)域構(gòu)造上，蓮花山構(gòu)造位于四川盆地西部邊緣，位于龍門山逆掩推覆帶的前緣坳陷。蓮花山構(gòu)造儲(chǔ)層主要以須二段為主，所布開(kāi)發(fā)井大多為25～70°定向井，造斜點(diǎn)井深在2800～3300m左右，我們針對(duì)蓮花山構(gòu)造上部地層膠結(jié)不好易漏失、自流井以下地層傾角大和須五及以上地層易垮塌的地質(zhì)特點(diǎn)，制定了一套蓮花山構(gòu)造安全鉆井措施，盡量減少?gòu)?fù)雜與事故的發(fā)生，避免填井，保證電測(cè)及下套管順利進(jìn)行。2蓮花山地質(zhì)情況及鉆井難點(diǎn)分析蓮花構(gòu)造表層易漏，空洞、裂縫發(fā)育，且部分與地表連通，漏失性質(zhì)不盡相同，采用常規(guī)橋漿堵漏耗時(shí)較多，水泥堵漏凝固時(shí)間掌握不好易造成水泥漿流失，導(dǎo)致堵漏失敗。地層研磨性強(qiáng)，特別是須家河地層，可鉆性極差，是影響全井鉆井速度的主要井段。地層穩(wěn)定性差，須家河地層和蓬萊鎮(zhèn)、沙溪廟、夾關(guān)組、自流井等上部地層破碎帶多，壓力系統(tǒng)差異較大，須家河砂頁(yè)巖互層段長(zhǎng)，高應(yīng)用坍塌現(xiàn)象嚴(yán)重。沙溪廟組至須三段地層壓力逐漸增大，但一到了須二段，地層壓力非常低，如果用須二以上地層使用的鉆井液鉆揭須二段很容易井漏。同時(shí)，須二也是該構(gòu)造的主要產(chǎn)層。高低壓同存，井控風(fēng)險(xiǎn)大。地層傾角較大，易造成井斜，控制鉆壓采用吊打方式，不僅機(jī)械鉆速慢，鉆井周期長(zhǎng)，也不易滿足地質(zhì)靶區(qū)要求。淺層油氣顯示活躍。如蓬萊鎮(zhèn)和須六均含氣。3技術(shù)方案研究3.1優(yōu)選鉆頭、優(yōu)化鉆井參數(shù)、優(yōu)化鉆具組合蓮花山構(gòu)造的地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，斷層傾角40～60°，各井的地層自然造斜能力均不一致，在穩(wěn)斜井段依據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行鉆具組合，加強(qiáng)井斜的監(jiān)控，及時(shí)調(diào)整鉆井參數(shù)及鉆具組合，根據(jù)井斜的變化情況調(diào)整短鉆鋌的長(zhǎng)度，改變扶正器距離井底的高度。在定向井鉆進(jìn)中，在采用化學(xué)防塌的同時(shí)，也要考慮物理防塌，φ216mm井眼排量保持在28L∕s左右，φ152mm井眼保持在15L∕s左右。針對(duì)以上情況結(jié)合地層，φ445mm井眼使用SHT22RG鉆頭，φ311mm井眼和φ216mm井眼加雙扶的防斜的防斜組合，在進(jìn)入蓬萊鎮(zhèn)以前，天馬山組為雜色礫巖，使用大齒型的HA437G，在鉆礫石層時(shí)適當(dāng)控制鉆壓和轉(zhuǎn)速；進(jìn)入蓬萊鎮(zhèn)以后到沙溪廟中部，使用PDC鉆頭，沙溪廟底部為含礫砂巖，推薦使用金屬密封高轉(zhuǎn)速J系列HJ517GK鉆頭或者HJ537GK鉆頭。開(kāi)始定向后推薦使用金屬密封高轉(zhuǎn)速J系列HJT517GK鉆頭或者HJT537GK鉆頭。在φ152mm井眼推薦使用HA617G或HA637G鉆頭。一旦出現(xiàn)鉆速減慢，就立即循環(huán)起鉆。定向鉆具組合為：φ216mm鉆頭+φ165mm1°彎螺桿+φ1654mm無(wú)磁鉆鋌1根+回壓凡爾+φ1654mm鉆鋌24根+φ1274mm鉆桿定向后通井組合為：φ216mm鉆頭+配合接頭+φ214mm扶正器+φ165mm無(wú)磁鉆鋌+φ165mm鉆鋌24根217.15m+4A1X410接+φ127mm鉆桿穩(wěn)斜鉆具組合為：φ216mm鉆頭+配合接頭+φ165mm短鉆鋌1根+φ214扶正器+φ165mm無(wú)磁鉆鋌1根+φ214mm扶正器+φ165mm鉆鋌24根+φ127mm鉆桿3.2優(yōu)選鉆井液體系及優(yōu)化鉆井液性能地層破碎水敏性強(qiáng)、井壁不穩(wěn)定是蓮花山構(gòu)造引發(fā)各種井下復(fù)雜的難度最大的核心問(wèn)題，解決此難題是確保該地區(qū)井下安全，提高鉆井速度的關(guān)鍵。從蓮花構(gòu)造已鉆井的實(shí)況來(lái)看，所鉆的蓮花1-1井、蓮花000-1，蓮花101、蓮花000-X2井等井都出現(xiàn)了大量由井下嚴(yán)重垮塌引起的井下復(fù)雜，不但大幅度增加鉆井的綜合成本，也大幅度增加了鉆井周期，延緩了勘探和開(kāi)發(fā)的進(jìn)度。分析認(rèn)為：造成井下垮塌的原因，地質(zhì)復(fù)雜易垮塌是原因的一方面，更主要的原因是以前所用鉆井液體系不能充分滿足蓮花地區(qū)井下防垮塌的需要，包括所設(shè)計(jì)的聚合物鉆井液和聚磺鉆井液。根據(jù)已鉆井資料分析得出，在二開(kāi)以后井段選用防塌能力強(qiáng)的高鉀聚磺鉆井液，能滿足蓮花山構(gòu)造鉆井的需要，高鉀聚磺鉆井液具有很強(qiáng)抑制能力和防塌能力，是能夠穩(wěn)定井壁、攜砂性能好，能滿足鉆進(jìn)和各種井下作業(yè)需要的。高鉀聚磺鉆井液特征就是在聚磺鉆井液中引進(jìn)7-10%的KCl，利用高濃度的K+和Ca++的協(xié)同作用，大幅提高聚磺鉆井液防抑制能力和防塌能力，從而達(dá)到抑制地層水化分散、防止垮塌、穩(wěn)定井壁、確保井下安全的效果，其技術(shù)核心就是確保鉆井液中含有足夠的K+和Ca++。全井段始終保持井漿中KCl含量達(dá)5-7%以上，CaO含量達(dá)0.5%以上。Cl—和Ca++濃度保持在22000mg/l和500mg/l以上，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)井下情況，調(diào)整鉆井液的流變性、濾失性、潤(rùn)滑性能和密度，以滿足于鉆進(jìn)和各種井下作業(yè)的需要。3.2堵漏措施 蓮花山構(gòu)造的表層夾關(guān)組以砂巖主夾泥巖，地層疏松膠結(jié)不好，整個(gè)層位鉆進(jìn)中均有滲透性漏失，同時(shí)也數(shù)個(gè)有大的漏層，甚至失返。在鉆該層位井段時(shí)鉆井液采用粘度為滴流的低固相鉆井液進(jìn)行搶鉆，能有效控制漏速，一旦鉆遇大漏層，盡量裸露大漏層，然后直接采用加2～5％CaCl2的快干水泥堵漏。3.3電測(cè)及下套管技術(shù)措施蓮花山定向井各開(kāi)的鉆井中，要保證電測(cè)及下套管順利進(jìn)行，一是保持井壁穩(wěn)定，二是堅(jiān)持帶扶正器鉆進(jìn)，扶正器安放位置根據(jù)井身質(zhì)量需要來(lái)確定。電測(cè)若遇阻，用帶扶正器的原鉆進(jìn)鉆具組合通井，若通井順利沒(méi)有遇阻現(xiàn)象，電測(cè)又遇阻，井斜40°以上，則考慮鉆桿傳輸電測(cè)。若通井遇阻劃眼，到井底后加強(qiáng)變排量循環(huán)，鉆具上下大幅度活動(dòng)，鉆井液加入適量的防塌潤(rùn)滑劑；同時(shí)用密度1.90g∕cm3左右，粘度180s以上的重加稠漿15～20m3進(jìn)行循環(huán)攜砂。上述措施能有效地清潔井眼。在下套管循環(huán)起鉆前，替入2～5%固體潤(rùn)滑劑的井漿，要求覆蓋造斜點(diǎn)以下裸眼；套管的管串中，在裸眼段套管扶正器使用“腰鼓型”扶正器，也可加入適量的導(dǎo)入環(huán)。4現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果蓮花山的蓮花000-4井使用了該套技術(shù)措施后，機(jī)械鉆速和鉆井周期明顯得到了提高，效益顯著。鉆井周期縮短到現(xiàn)在定向井的210天。（1）蓮花000-4井鉆進(jìn)至井深224.00m、291m、345m、359m、502.5m、572.1m時(shí)發(fā)生井漏，6次均采用本文所提堵漏措施，加2～5％CaCl2的夾江G級(jí)高抗快干水泥堵漏成功。（2）蓮花000-4一開(kāi)使用SHT22RG鉆頭，二開(kāi)在進(jìn)入蓬萊鎮(zhèn)以前的天馬山組為雜色礫巖，使用大齒型的HA437G，進(jìn)入蓬萊鎮(zhèn)以后到沙溪廟中部，使用PDC鉆頭，沙溪廟底部為含礫砂巖，使用金屬密封高轉(zhuǎn)速J系列HJ517GK。在φ152.4mm井眼使用HA617G鉆頭。雙扶穩(wěn)斜鉆井參數(shù)：鉆壓18～20t，排量26～30L/s，泵壓16～20Mpa?？紤]重力沿井眼方向的分作用力為鉆壓，另外扶正器存在較大摩阻，即吃鉆壓情況，鉆壓可適當(dāng)調(diào)整至20～22t。通過(guò)優(yōu)化鉆具組合、鉆井參數(shù)和鉆頭選型，機(jī)械鉆速提高到1.91m/h。（3）蓮花000-4井使用高鉀聚磺鉆井液，確保了井壁穩(wěn)定，攜砂性能良好，減少了井下復(fù)雜。5結(jié)論與建議（1）蓮花山構(gòu)造無(wú)論直井還是定向井，都存在表層的嚴(yán)重井漏和須二石英砂巖磨鉆頭都是同樣的問(wèn)題。（2）在該構(gòu)造鉆井，第一開(kāi)封住夾關(guān)組水層和易漏層，為第二開(kāi)安全快速鉆井創(chuàng)造良好的條件，二開(kāi)也可使用氮?dú)忏@井以提高機(jī)械鉆速。（3）須二段采用密度1.15～1.20g/cm3的鉆井液鉆進(jìn)。低于1.15g/cm3鉆井液不能充分滿足須二的地應(yīng)力而導(dǎo)致垮塌，若采用1.15g/cm3的鉆井液鉆進(jìn)，一旦井下出現(xiàn)垮塌等復(fù)雜情況，要控制井下復(fù)雜，建議密度提到1.25g/cm3以上。（4）高鉀聚磺鉆井液體系中混入適量柴油，效果更佳。參考文獻(xiàn)[1]龔一鳴、張克信《地層學(xué)基礎(chǔ)與前言》中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社200