柳耀泉

(長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100；中石油渤海鉆探第三鉆井分公司，天津 300280)

郁燕飛，李堆軍

(中石油渤海鉆探第三鉆井分公司，天津 300280)

朱亮

(長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100)

蘇南區(qū)塊位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂托克前旗南部地區(qū)，與陜北接壤，地處毛烏素沙漠南部。針對(duì)該區(qū)塊的開發(fā)需要，推行工廠化鉆完井作業(yè)，采用大井叢叢式井組開發(fā)[1]。該區(qū)塊推行叢式井批鉆技術(shù)，參與施工的渤海鉆探、川慶鉆探、長(zhǎng)城鉆探三大鉆探公司都配備帶有頂驅(qū)的50鉆機(jī)，鉆機(jī)配套導(dǎo)軌，能夠?qū)崿F(xiàn)前后整體平移。經(jīng)過近幾年的勘探開發(fā)，各大鉆探公司鉆井技術(shù)已經(jīng)成熟，但在實(shí)際鉆探過程中仍然多次發(fā)生完井電測(cè)遇阻，耽誤鉆井周期，影響鉆井時(shí)效和市場(chǎng)形象，造成一些不必要的經(jīng)濟(jì)損失，也成為制約該區(qū)塊提速創(chuàng)效的原因之一。通過在對(duì)蘇里格南區(qū)塊復(fù)雜井的施工情況分析的基礎(chǔ)上，從井徑、鉆井液等方面分析研究，提出了采用控制井徑擴(kuò)大率和改進(jìn)完井液等技術(shù)措施來解決電測(cè)遇阻問題的方法。

1 蘇南區(qū)塊概況

1.1 地質(zhì)情況

蘇南區(qū)塊構(gòu)造上屬于鄂爾多斯盆地天環(huán)坳陷構(gòu)造帶。斷裂與局部構(gòu)造不發(fā)育，僅在西傾的單斜背景上發(fā)育數(shù)排向西南傾的寬緩鼻狀構(gòu)造帶。該區(qū)沉積地層相對(duì)較全，除缺失志留系、泥盆系和下石炭統(tǒng)外，從元古宇到第四系均有分布，各層呈平行不整合或整合接觸關(guān)系[2]。天環(huán)坳陷構(gòu)造帶在平面上呈南北向帶狀分布，夾持于陜北斜坡和西緣斷裂帶之間，不僅受到2大構(gòu)造單元的影響，而且處在盆地的“鍋底”，成藏條件相對(duì)復(fù)雜[3]。同時(shí)，直羅組與延長(zhǎng)組蒙脫石含量高, 離子交換能力強(qiáng), 極易造成泥頁巖水化膨脹, 形成“大肚子”井眼, 導(dǎo)致電測(cè)頻頻遇阻[4]。

圖1 井身結(jié)構(gòu)圖

1.2 井身結(jié)構(gòu)

蘇南區(qū)塊推行“井工廠”平臺(tái)式布井，一個(gè)平臺(tái)布置9口井，其中1口直井，其余均為五段制定向井，水平位移1000～1600m不等，井身結(jié)構(gòu)單一，具體見圖1。

1.3 電測(cè)情況

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年和2013年該區(qū)塊電測(cè)一次成功率分別為75%、79%。2014年以來，電測(cè)遇阻尤為突出(電測(cè)遇阻統(tǒng)計(jì)見表1)，三家鉆探公司18支鉆井隊(duì)第一輪井電測(cè)一次成功率只有40%，部分井單井電測(cè)遇阻多達(dá)4次，甚至發(fā)生了卡儀器或卡鉆事故，嚴(yán)重阻礙了鉆井提速。據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)生電測(cè)遇阻地層主要發(fā)生在直羅組、延安組(800～1300m)，延長(zhǎng)組上部(1300～1600m)。

表1 2014～2016年蘇里格南區(qū)塊完成井電測(cè)遇阻情況統(tǒng)計(jì)

2 電測(cè)遇阻原因分析

蘇南常規(guī)井二開(井眼直徑215.9mm)鉆井做法：鉆穿劉家溝地層(2900～3100m)之前，均采用無固相聚合物鉆井液體系(清水聚合物);為獲取較高的機(jī)械鉆速，該鉆井液體系主要控制2個(gè)指標(biāo)為密度(≤1.05g/cm3)和漏斗黏度(30～33s)，其他指標(biāo)不做控制。采用大排量(36L/s)鉆進(jìn)，彌補(bǔ)該鉆井液攜巖能力差的缺點(diǎn)，使得上部井徑擴(kuò)大，形成“糖葫蘆”井眼、砂橋與臺(tái)階。

2.1 “糖葫蘆”井眼

從蘇里格南區(qū)塊電測(cè)遇阻井井徑數(shù)據(jù)分析來看，大部分電測(cè)遇阻井，遇阻井段的井徑擴(kuò)大率大，且極不規(guī)則。例如電測(cè)遇阻井SN0054-04井，在1580m處遇阻，遇阻井段平均井徑508.3mm，最大井徑擴(kuò)大率132%，最小井徑擴(kuò)大率16%(圖2)，該井段存在典型的“糖葫蘆”井眼。

圖3 SN0054-09井井徑圖

遇阻井段主要為灰色泥巖夾粉細(xì)砂巖，地層相對(duì)松軟，鉆井液放開濾失，鉆時(shí)快慢不均，慢鉆時(shí)鉆頭長(zhǎng)時(shí)間定點(diǎn)沖刷容易形成大肚子，快鉆時(shí)則快速通過，相對(duì)井眼軌跡比較平滑，慢鉆時(shí)與快鉆時(shí)的交替，以及軟硬交錯(cuò)是形成“糖葫蘆”井眼的主要原因。

2.2 “臺(tái)階”

蘇里格地區(qū)上部地層屬于硬脆性地層，可鉆性較好，但軟硬交錯(cuò)現(xiàn)象十分嚴(yán)重，可鉆性級(jí)別低到2級(jí)，高到5級(jí)，均質(zhì)性差[5]；該區(qū)塊定向井定向施工均在井段800～1300m完成，定向時(shí)，滑動(dòng)鉆進(jìn)鉆時(shí)是導(dǎo)向鉆進(jìn)鉆時(shí)的3～4倍，增加了滑動(dòng)井段對(duì)地層的沖刷作用；鉆穿延長(zhǎng)組上部(1600m)后到劉家溝組地層底部，仍需要放開失水，采用大循環(huán)鉆井液池沉淀法鉆進(jìn)。以上原因，不可避免仍有部分井段存在“大肚子”。SN0054-09井在井深1600m以及2300m處明顯出現(xiàn)了“大肚子”井眼(圖3)。

鉆井液沖刷形成的長(zhǎng)段“大肚子”井段，在電測(cè)儀器進(jìn)入“大肚子”后，下行時(shí)儀器極易在下“臺(tái)階”遇阻，上行時(shí)儀器容易在上“臺(tái)階”遇卡。如若不改變上部地層的鉆井液鉆探模式，電測(cè)因上下臺(tái)階產(chǎn)生的遇阻遇卡風(fēng)險(xiǎn)和隱患較大。

2.3 “砂橋”

延長(zhǎng)組灰綠色泥巖質(zhì)地軟、黏性強(qiáng)，巖屑不成形，在上返過程中隨著鉆具的碾壓常常黏結(jié)在一起，形成20cm左右的團(tuán)塊，黏附在井壁上，或堆積于井徑較大處，使電測(cè)儀器下行遇阻；鉆進(jìn)的過程中，鉆井液在井徑變化大的井段形成渦流，不能有效地?cái)y帶巖屑，巖屑在井徑大的井段發(fā)生了聚集。停泵后，巖屑從“大肚子”井段滑落至井眼，在某個(gè)點(diǎn)堆積，形成“砂橋”。特別是斜井段，“砂橋”更易形成，堵塞井眼，測(cè)井儀器串下井過程中，當(dāng)下至砂橋位置時(shí)將會(huì)遇阻。

2.4 電測(cè)儀器

對(duì)于部分發(fā)生過坍塌的井，在測(cè)井過程中往往第1趟順利測(cè)完，第2趟電測(cè)也會(huì)遇阻。究其原因是測(cè)井儀器的半軸(如井徑、放射性等項(xiàng)目)對(duì)存在“大肚子”井眼內(nèi)的掉快機(jī)械撞擊，使掉塊重新回到井眼內(nèi)，在井眼中懸浮，為第2趟電測(cè)項(xiàng)目制造若干“關(guān)卡”，進(jìn)而造成第2趟電測(cè)遇阻。

3 技術(shù)對(duì)策及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 技術(shù)對(duì)策

不規(guī)則井眼是電測(cè)遇阻的主要原因，研究分析形成不規(guī)則井眼產(chǎn)生的原因，地層特性客觀存在，從鉆井技術(shù)入手，盡可能控制井眼擴(kuò)大率；如果還存在井壁垮塌，存在“大肚子”井眼，采取相應(yīng)的完井液措施，電測(cè)遇阻問題就能迎刃而解。

3.1.1控制井徑擴(kuò)大率

改變上部地層全井段清水鉆探模式，易垮塌井段(800～1600m)，利用一開膨潤(rùn)土土漿，黏度調(diào)整至35～38s；二開鉆進(jìn)過程中每班加入0.05t大分子聚合物(BZ-BBJ)+0.2t銨鹽+0.25t抑制防塌劑，控制中壓失水20mL左右，通過處理，鉆井液攜巖能力有所提高，可降低排量至32L/s，減小對(duì)井壁的沖刷。改進(jìn)施工方案后，在同一井叢其他井的實(shí)鉆表明，降低了井眼擴(kuò)大率，有效控制了“糖葫蘆”井眼的形成。由于該井段可鉆性好，對(duì)機(jī)械鉆速影響不大。對(duì)比效果見表2。

表2 同井叢900～1600m井段實(shí)鉆效果對(duì)比表

3.1.2改進(jìn)完井液措施

完鉆后，在完井液的基礎(chǔ)上配制封閉鉆井液，起鉆前注入井筒，封固整個(gè)裸眼井段，確保電測(cè)順利。完井液常規(guī)性能見表3。

表3 完井液性能

完鉆后通過短起下、充分循環(huán)等技術(shù)措施后，在完井液的基礎(chǔ)上分3次配制有針對(duì)性的封閉鉆井液，替入井筒，封閉整個(gè)裸眼段。第1段：配制70m3，封閉井段表套腳(800m)～延長(zhǎng)組底(2600m)。主要性能和加入材料見表4，側(cè)重點(diǎn)是強(qiáng)化鉆井液懸浮能力，減緩井筒內(nèi)巖屑滑落或下沉，避免聚集，同時(shí)強(qiáng)化潤(rùn)滑和防塌性。

表4 第1段封閉鉆井液性能參數(shù)

注：配方為完鉆鉆井液+石墨×0.5t+磺化瀝青×0.5t+聚陰離子纖維素0.1t。

第2段：配制30m3，封閉井段延長(zhǎng)組底(2600m)～石盒子組(3500m)。主要性能和加入材料見表5，該段封閉鉆井液調(diào)整黏度與第1段一致，其他性能不做強(qiáng)化。

表5 第2段封閉鉆井液性能參數(shù)

注：配方為完鉆鉆井液+聚陰離子纖維素×0.05t。

第3段：配制20m3，封閉井段石盒子組(3500m)～井底(4000m)，主要性能和加入材料見表6。側(cè)重點(diǎn)防塌和潤(rùn)滑性能，適當(dāng)提高密度，遏制山西組煤層剝落掉快。

表6 第3段封閉鉆井液性能參數(shù)及配方

注：配方為完鉆鉆井液+磺化瀝青×0.5t+極壓潤(rùn)滑劑×0.25t。

封閉鉆井液頂替到預(yù)定井段，也是確保電測(cè)成功率關(guān)鍵因素之一，計(jì)算替量時(shí)要考慮起出鉆具后液面下降因素，注替封閉鉆井液全過程地面計(jì)量要準(zhǔn)確。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)使用效果

針對(duì)電測(cè)遇阻問題，從控制井徑擴(kuò)大率和改進(jìn)鉆井液性能兩方面著手提出技術(shù)對(duì)策后，在后續(xù)施工的16口井(SN0054-05、SN0054-06、SN0054-07、SN0054-08、SN0054-09、SN0021-04、SN0021-05、SN0021-06、SN0021-07、SN0021-08、SN0021-09、SN0039-01、SN0039-02、SN0039-03、SN0039-02i、SN0039-03i)中，對(duì)上部800～1600m易垮塌井段，使用漏斗黏度35～38s的膨潤(rùn)土漿，加大抑制防塌劑及大分子用量，分段量化失水，適當(dāng)降低排量，控制上部地層井徑擴(kuò)大，規(guī)避“糖葫蘆”井眼；完鉆后短起下破壞臺(tái)階，變流洗井?dāng)y巖，三段封閉漿封固整個(gè)裸眼段，不規(guī)則井段形成假井壁，確保電測(cè)儀器在井眼中行進(jìn)無拐點(diǎn)，進(jìn)而提高電測(cè)一次成功率。最終后續(xù)施工的16口井，電測(cè)一次成功率100%，平均節(jié)約周期0.5d/口井，獲得良好效益。對(duì)于加測(cè)核磁等粗外徑、長(zhǎng)桿段高難度項(xiàng)目全部安排渤海鉆探施工隊(duì)伍，為鉆井公司贏得良好的市場(chǎng)形象。

4 結(jié)論

1)蘇里格地區(qū)，劉家溝組(2900～3100m)以上井段無固相鉆井液體系被普遍使用，不僅可獲得較高的機(jī)械鉆速，還可以降低鉆井液材料的投入。綜合考慮鉆井液成本和電測(cè)成功率對(duì)周期的影響，分析投入產(chǎn)出比，選擇800～1600m易垮塌井段控制失水，有效控制了井徑擴(kuò)大，遏制“糖葫蘆”井眼的形成，提高了電測(cè)一次成功率，綜合效益明顯。

2)完井期間的完井液處理對(duì)提高電測(cè)一次成功率有著非常重要的影響，對(duì)于發(fā)生坍塌井段，積存在“大肚子”井眼內(nèi)的大小掉塊及巖屑很難帶出，完井液采用高黏鉆井液封閉整個(gè)裸眼段，封閉“大肚子”井段，形成“假井壁”，為電測(cè)儀器提供光滑順暢通道，是提高電測(cè)一次成功率的重要保障。

3) 僅從鉆井液性能造成的井眼不規(guī)則角度分析了造成電測(cè)遇阻的可能原因，在實(shí)際施工中平滑的井身軌跡是保證順利鉆進(jìn)和完井的最主要因素，如果定向井施工井眼曲率變化過大，狗腿度大，非常容易造成井下復(fù)雜情況，此時(shí)僅依靠鉆井液性能及工藝的調(diào)整已經(jīng)無法從根本上解決問題。

[1]劉社明，張明祿，陳志勇，等.蘇里格南合作區(qū)工廠化鉆完井作業(yè)實(shí)踐[J].天然氣工業(yè)，2013，33(8)：64～69.

[2]楊俊杰.鄂爾多斯盆地構(gòu)造演化與油氣分布規(guī)律[M].北京：石油工業(yè)出版社，2002.

[3]歐陽建勇，王勇，楊恩友，等.蘇南區(qū)塊鉆井復(fù)雜預(yù)防技術(shù)研究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版)，2015，12(2)：56～60.

[4]南紅軍.提高堡子灣區(qū)塊電測(cè)成功率的鉆井液研究[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2016，36(1)：101.

[5]魏秀艷.蘇里格區(qū)塊上部井段PDC鉆頭研究與應(yīng)用[J].石油鉆采工藝，2011,33(1)：105～108.