張 慧，于承朋，夏廣強，李文飛

(勝利石油工程公司鉆井工藝研究院，山東 東營 257097)

1 地質(zhì)情況

銀參4井是中石化在銀川地區(qū)的第一口參數(shù)井，構(gòu)造位置位于銀川盆地東部斷階帶平羅南反向斷塊，主要目的層位古近系清水營組，主探清水營組烴源巖發(fā)育情況。

1965、1969、1970年長慶石油勘探局先后在平羅、吳忠和銀川之北的蘆花臺的3個局部構(gòu)造上鉆探了銀參1、2、3三口井，其中銀參3(蘆花臺)最深，達3543.94 m。1978年，在銀川以北又開展了地震勘探，完成6次覆蓋剖面10條，共計195 km。

1995年長慶石油勘探局完成橫穿該區(qū)和鄂爾多斯盆地的數(shù)字地震勘探，在銀川盆地及西緣長度約106.5 km。1999年寧夏地質(zhì)調(diào)查院先后完成DR－Y1和DR－Y3兩口地熱井的鉆探，井深約3000 m。

通過前期各項勘探工作的實施和綜合研究，對銀川盆地的基本形態(tài)、構(gòu)造格局和基底埋深、邊界斷層以及地層等方面取得了一定的認識。但是，限于資料的占有情況及品質(zhì)等問題，盆地內(nèi)的生烴能力仍未解決。因此，目前制約勘探的關(guān)鍵問題在于烴源巖的落實情況。

本井的地層層序預計情況見表1。

表1 銀參4井鉆遇地層預計

本井地層壓力預測情況見圖1。

地質(zhì)預計潛在的鉆井風險因素:

圖1 銀參4井地層壓力預測剖面

(1)紅柳溝組和清水營組地層，防井斜;

(2)本井大段紅色泥巖段地層，防縮徑卡鉆;

(3)可能存在異常高壓。根據(jù)地震換算層速度，結(jié)合鄰井進行壓力預測，得到在清水營組3924～4324 m可能存在異常高壓，最大壓力系數(shù)1.438，預計巖性為暗色泥巖。

(4)前古近系地層，地層巖性有可能為碳酸鹽巖，有嚴重漏失鉆井液的風險。

2 鉆井工程設(shè)計

2.1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計

銀參4井周圍鄰井較少，最近的一口探井銀參1井由于鉆探時間較早，可以借鑒的資料極少。本井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是根據(jù)本井地質(zhì)提供的壓力預測情況進行，地質(zhì)預測在3924～4324 m可能存在異常高壓，最大壓力系數(shù)1.438，其下的古近系地層存在大的漏失鉆井液風險，是本井進行井身結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要關(guān)鍵點和必封點之一。

井身結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本思路和原則是:

圖2為銀參4井井身結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 銀參4井井身結(jié)構(gòu)示意

2.2 鉆具組合設(shè)計

本井推薦鉆具組合見表2。

2.3 鉆井液設(shè)計

本井鉆井液的使用原則是有利于環(huán)境保護;有利于發(fā)現(xiàn)和保護油氣層;有利于地質(zhì)資料錄取;有利于快速鉆進和安全鉆井;有利于除油排氣;有利于復雜情況的預防和處理。

根據(jù)鉆遇地層特點及有限的鄰井資料情況，該井鉆遇上部地層泥巖易水化膨脹，造漿嚴重，砂巖膠結(jié)疏松、滲透性強，易形成厚泥餅造成阻卡，下部地層硬脆性泥巖易剝蝕掉塊;前古近系地層易漏。本井較深，下部地層溫度高，鉆井液既要保持抑制、防塌、抗高溫性能，同時更要有良好的流變性，保證安全快速鉆進。儲層段保持低失水，有效保護油氣層。

另外，由于參考資料較少，地層巖性和壓力與地質(zhì)方面的預計可能出入較大，為提前做好防漏、防噴、防卡、防塌應急措施，適當考慮了鉆井液材料的應急儲備。

表2 銀參4井鉆具組合推薦

鉆井液體系選擇如表3所示。

表3 銀參4井鉆井液體系設(shè)計

2.4 固井設(shè)計

2.4.1 本井固井的技術(shù)難點

(1)二開套管封固段長，水泥量大，地層易漏，施工難度大;

(2)三開高溫高壓尾管固井，存在壓穩(wěn)難題。

2.4.2 本井固井的技術(shù)措施與對策

(1)二開采用雙密度水泥漿體系固井;上部采用低密度漂珠水泥漿體系。

(2)三開采用抗高溫水泥漿體系固井，隔離液采用加重隔離液。

本井固井設(shè)計如表4所示。

表4 銀參4井固井基本參數(shù)設(shè)計

3 鉆井施工

3.1 一開井段(10.21～537.03 m)

一開鉆遇的地層主要為第四系，完鉆井深541 m，平均機械鉆速39.09 m/h，套管規(guī)格及下深為:339.7 mm ×9.65 mm ×537.03 m。

在一開鉆進中地層膠結(jié)疏松，上部地層易垮塌，鉆進過程中主要防止地層坍塌及確保井眼打直，保證井身質(zhì)量，提高機械鉆速，縮短施工周期，降低施工隱患，為下部施工提供良好的施工環(huán)境。具體技術(shù)措施如下。

(3)由于地層疏松，膠結(jié)能力差，為了保證井下安全，時刻做好防漏、防塌工作。修理設(shè)備后恢復鉆進時要按照排量由小到大，注意井口返漿情況，避免因開泵過急導致憋漏地層，造成井下復雜;接單根后開泵都遵從多次掛合，保證井下安全。

(4)鉆進中因機械鉆速快，嚴格遵守快速鉆進期間技術(shù)措施，開泵嚴格落實“早開晚?！?，延長循環(huán)時間，防止井眼內(nèi)巖屑下沉堆積，造成沉砂卡鉆。

(5)為保證下套管順利，在下套管前搞好短起下，起鉆后要及時灌好泥漿，保證井眼內(nèi)泥漿液面高度與井口持平，防止地層垮塌。

3.2 二開井段(537.03～2491.17 m)

本井段主要鉆遇干河溝組、紅柳溝組和清水營組的上部地層，完鉆井深2491.17 m，機械鉆速為26.55 m/h，套管規(guī)格:244.5 mm ×11.99 mm ×2490.82 m。

在二開施工過程中重點做好防坍塌、防憋跳鉆、防泥巖段的縮徑，同時要注意清水營組防斜打直。根據(jù)設(shè)計要求及地層巖性變化。二開鉆進中，制定了合理的技術(shù)措施，安全、高效地完成了鉆進、取心、下套管及固井電測作業(yè)。

(1)為了保證二開井身質(zhì)量，防止井斜超標，為后期三開施工提供良好的上部井身軌跡，采用直螺桿配合塔式鉆具組合:311.1 mm PDC鉆頭+203 mm直螺桿+203 mm鉆鋌6根+177.8 mm鉆鋌8根+127 mm鉆桿。

(2)為控制井斜，防止井斜超標，在確保下部鉆具組合出套管鞋進入新井眼后，再加壓鉆進。

(3)在下部鉆具組合出套管鞋進入新地層后，為防斜打直，制定了嚴格的鉆進參數(shù):在上部地層即干河溝組及紅柳溝組地層，由于地層巖性基本為砂巖，地層可鉆性強，采用雙泵大排量小鉆壓均勻送鉆鉆進，鉆進排量54 L/s，鉆壓控制在40 kN以內(nèi)，確保了上部打直;鉆進至2076 m后，巖性逐漸由灰色中砂巖變成棕紅色泥巖，地層可鉆性變差，且根據(jù)地質(zhì)設(shè)計二維LINE608地震剖面圖得出清水營組整個井段地層傾角在9°～10°保持不變，為了提高機械鉆速，并結(jié)合下部鉆具的臨界彎曲壓力，鉆壓調(diào)整至40～60 kN，最大不超過80 kN，并且保證均勻送鉆，防止猛蹾、猛剎。

(4)在取心后擴劃眼期間，采用輕壓慢轉(zhuǎn)吊打，保證鉆頭受力盡量平穩(wěn)，提高擴眼效果，并分段擴劃眼，擴劃眼2～3 m后上提下放活動鉆具，保證井眼暢通無阻，消除臺階面，之后再進行擴眼作業(yè)。該井因在擴劃眼期間沒有采用該方法造成擴眼后井斜增大，為后期造成了不利影響，降低了機械鉆速。該井就是在二開取心后由于原井眼(311.1 mm)與取心鉆頭直徑(203 mm)相差過大，再加上擴眼時未分段擴劃眼，造成了擴眼時存在臺階面，導致了井斜后期逐漸增大。

(5)由于二開上部地層鉆時快，為了確保井下安全，防止沉砂卡鉆，嚴格落實快速鉆進技術(shù)措施:早開泵晚停泵，提高鉆進排量，進尺快時，鉆完單根擴劃一遍井眼，延長循環(huán)時間;提高鉆井液循環(huán)能力，充分利用現(xiàn)有固控設(shè)備，凈化固相含量;加強設(shè)備檢查，防止因設(shè)備造成循環(huán)中斷;每鉆進200～300 m，短起下鉆一次;保護并使用好鉆頭，防止井下落物，送鉆均勻，遇夾層尤其是礫石時輕壓鉆進，防止鉆頭先期損壞。

(6)因上部地層巖性為砂巖，膠結(jié)疏松，為防止鉆屑糊井壁，造成小井眼，起下鉆遇阻，堅持大排量，雙循環(huán)鉆進，控制泥漿中的固相含量，清洗井眼。

(7)落實防卡措施:施工中保證指重表靈敏好用，提示懸重與鉆具的實際重力相符;停鉆或設(shè)備檢修時，盡量大幅度上下活動鉆具;起鉆前處理好鉆井液，大排量循環(huán)洗井;井深超2500 m時下鉆要分段頂通;起下鉆遇阻卡時，不可硬拔或強壓，應注意多次上提下放活動，實在不行應開泵頂通，循環(huán)正常后，再繼續(xù)下鉆作業(yè);在起下鉆中注意套管鞋處顯示，防止起下鉆速度過快造成套管鞋處水泥環(huán)脫落，造成卡鉆;加強下井鉆具的檢查、清洗，防止鉆具事故的發(fā)生。

(8)二開完鉆后，要嚴格進行通井作業(yè)，并循環(huán)處理泥漿性能，確保井眼暢通，井壁穩(wěn)定，防止井眼坍塌、縮徑，造成后期電測及下套管遇阻卡。起鉆前泥漿性能為:密度1.17 g/cm3，粘度55 s，失水量5 mL/30 min，動切力 7 Pa，靜切力 7/15 Pa，pH 值 10。

3.3 三開井段(2491.17～4124.23 m)

本井段主要鉆遇清水營組中下部地層。由于在三開未鉆遇預測的異常高壓儲層，因此，根據(jù)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計原則，三開直接鉆至設(shè)計完井井深。在三開鉆進中為了保證井身質(zhì)量，在鉆進中一直采用了降斜鉆具組合;在三開作業(yè)中面對出現(xiàn)的井下坍塌掉塊、地層流體侵入泥漿、鉆遇鹽膏層、井漏等復雜情況，及時采取了合適的處理措施，確保了井下安全。

(1)由于地層因素及地層傾角的原因，因此在三開中采取了鐘擺鉆具+偏心接頭的鉆具組合，并配合合理的鉆進參數(shù)進行輕壓吊打，始終保證該井井斜及井底位移控制在設(shè)計范圍之內(nèi)。在鉆進中發(fā)現(xiàn)由于井斜原因限制了常規(guī)鉆具組合的鉆井機械鉆速，通過使用動力鉆具配合高轉(zhuǎn)速低鉆壓吊打的措施，發(fā)現(xiàn)降低井斜的效果非常明顯，有效地保證了鉆井速度。

(2)在鉆進過程中，從2610 m后由于為了發(fā)揮偏心接頭的作用，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速極高(100～110 r/min)，對井壁拍打作用強，再加上上部存在極易破碎巖層，多次出現(xiàn)了扭矩突然增大，上提下放遇阻的現(xiàn)象，且從振動篩返出巖屑中發(fā)現(xiàn)有顆粒較大的掉快，再加上上部取心井段中存在易破碎的地層，且三開只鉆進120 m即發(fā)生井塌征兆，因此為了保證井壁穩(wěn)定，防止井下出現(xiàn)卡鉆事故，決定降低轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速至60～70 r/min，并提高泥漿密度、粘度，降低失水量，提高泥漿的封堵防塌性能。

(3)由于該井后期鉆進中泥漿密度、粘度及切力較高等，造成了泵壓較高，為了保證設(shè)備正常運轉(zhuǎn)及井下安全，排量偏低，為了防止因清洗井壁不干凈造成上部井眼泥餅虛厚及縮徑情況，定期2～3天進行一次短起下，修整井壁。

(4)該井發(fā)生地層流體侵入及井壁坍塌現(xiàn)象后，采取了合理的技術(shù)措施成功處理了復雜，保證了井下安全。具體措施如下。

①結(jié)合上部地層存在易破碎巖性及地層流體侵入造成泥漿性能不穩(wěn)定情況，并根據(jù)施工現(xiàn)場各項技術(shù)參數(shù)，工程方面降低轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速至60～70 r/min，減輕鉆具對地層的破壞作用。

②根據(jù)處理地層流體侵入基本方法，分3次對泥漿進行提密度，提高正壓差作用，抑制地層流體的侵入。又由于針對該井上部存在易破碎地層、水敏性強等因素，應適當提高粘度和切力，盡量減少濾失量，提高泥漿封堵防塌效果。

③泥漿處于循環(huán)狀態(tài)對井壁的沖刷作用會一定程度上保證井壁穩(wěn)定，攜帶剝落的泥餅或巖石，因此應盡量保持井內(nèi)循環(huán)時間。

④發(fā)生井塌時往往在鉆具與井眼的環(huán)空中存在大量掉塊，因此在開泵時不宜過猛，應先小排量開通，待泵壓正常后再逐漸增加排量，中間不可停泵。如果小排量頂不通，井口不返泥漿，證明是地層漏失，不可繼續(xù)擠入，一般經(jīng)驗數(shù)據(jù)是漏失量不可超過5 m3。

⑤由于該井在二開后期(取心后劃眼鉆井)井斜逐漸增大，最大增至6.313°，為了保證井身質(zhì)量，防止井斜超標，在鉆進過程中采取了每100 m測斜一次，監(jiān)控井斜變化，保證井斜不超過理論計算值。通過幾次時間統(tǒng)計，探管下行到底通過泵壓上升0.5 MPa左右，上行速度為132 m/min。

⑥由于泥漿性能不穩(wěn)定，井壁穩(wěn)定性變差再加上泥巖易破碎，在起鉆前循環(huán)測斜時發(fā)生了下放遇阻，泵壓隨著下放逐漸升高，活動數(shù)次后無果，采用了用鉆桿卡瓦轉(zhuǎn)動下放消除遇阻段，振動篩處掉塊多，多為上部井壁脫落棕紅色泥巖。為了保證井下安全，起鉆前必須先處理好井下掉塊，清洗井眼，但是經(jīng)過長時間循環(huán)活動后，掉塊仍未減少，證明井眼已發(fā)生坍塌，最終決定提高密度至1.35 g/cm3，維護泥漿性能穩(wěn)定，并適當提高粘切，增加泥漿攜帶巖屑能力。處理后泥漿性能為:密度1.35 g/cm3，粘度52 s，失水量 5.8 mL/30 min，塑性粘度 22 mPa·s，動切力9 Pa，靜切力8.5/19 Pa，pH值10。

(5)在三開中前期，由于井下復雜，掉塊多、地層流體侵入使得泥漿性能不穩(wěn)定，對泥漿進行了處理，且泥漿體系為聚磺鉆井液體系，前期因失水大濾餅厚，摩阻大，對泥漿進行處理時加入了大量重晶石粉等固體藥品而未加潤滑劑，導致了在鉆具靜止期間極易發(fā)生粘卡。為了防止粘吸卡鉆，及時通過上提活動消除粘卡嚴重后果的發(fā)生，并及時對泥漿進行處理，提高其潤滑性能。

(6)由于井眼不規(guī)則，地層造漿能力強，泥漿粘切大，密度高，固相含量高，極易造成粘卡，因此在鉆進中時刻注意鉆具處于活動狀態(tài)，尤其是在取心中不能活動鉆具時，必須控制好鉆時，防止鉆時慢，鉆具靜止造成粘卡等嚴重后果。

(7)該井在鉆進至井深3464 m是發(fā)現(xiàn)鹽膏侵跡象，泥漿性能有變化，鉆進至3488 m，為了防止因可能存在鹽膏層縮徑，造成井下卡鉆事故，進行了短起下檢驗所鉆地層是否存在縮徑現(xiàn)象。鉆進至3570 m后發(fā)現(xiàn)鹽膏層侵嚴重，通過取心確認是鉆遇了大段鹽膏層后及時進行泥漿轉(zhuǎn)型，更換為欠飽和鹽水鉆井液體系。

(8)在鉆至清水營組下部地層時，因鉆遇大段灰色泥巖，并伴隨有石英成分，造成鉆時較慢。對鉆頭進行了選型，在此階段共計更換鉆頭5個，鉆頭分別為江漢牙輪鉆頭MD537X及HJ447G各一只，固邦P6264M一只，鉆井院PQ5263S兩只(其中有一只為異型齒鉆頭)。

(9)從井深3835.48 m開始由于地層原因存在泥巖裂縫，經(jīng)常出現(xiàn)漏失，為了保證井下安全，當漏失速度大時及時進行靜止堵漏及承壓堵漏相結(jié)合的方法進行堵漏，效果明顯，但是大大延長了鉆井周期。

4 認識與建議

(1)4開次的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計，能很好地滿足本區(qū)鉆井安全的需要，可根據(jù)下部鉆探情況，若無復雜或異常高壓，可以減少一個開次的鉆井，實施三開井身結(jié)構(gòu)。

(2)本區(qū)適宜采用直螺桿配合防斜鉆具輕壓吊打，既保證了井身質(zhì)量，又大大提高了鉆井速度。建議在鄰區(qū)或者同區(qū)的鉆井設(shè)計中大力推薦該鉆具組合。干河溝組及紅柳溝組地層主要是砂巖，地層可鉆性高，鉆壓控制在40 kN以內(nèi)，保證了鉆井速度和井身質(zhì)量;到棕紅色泥巖時，地層可鉆性變差，采用了40～60 kN的鉆壓來提高鉆速，總體上取得了比較好的效果，值得鄰井借鑒。

(3)本井易坍塌井段較長，在易坍塌的井段及干河溝組砂礫層段采用大排量沖洗井眼，增加攜砂效果，要落實好通井作業(yè)，開泵循環(huán)要防止憋壓。

(4)本井下部清水營組地層，存在大段膏鹽層，不適用聚(磺)有機胺防塌鉆井液體系，適用欠飽和鹽水鉆井液體系，亦可嘗試采用根據(jù)同離子效應防膏鹽侵的硫酸鉀聚合物鉆井液體系。

(5)本井下部地層造漿能力強，泥漿粘切大，密度高，固相含量高，極易發(fā)生粘卡，施工中為了防止粘吸卡鉆，及時通過上提活動消除粘卡嚴重后果的發(fā)生，并及時對泥漿進行處理，提高其潤滑性能。建議在鉆井液中加入一定比例的HGS中空玻璃微球，通過物理滾珠作用降低粘卡鉆具的風險。

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