孫經光

(中國石化勝利石油工程有限公司 井下作業(yè)公司,山東 東營 257077)

車排子區(qū)塊位于準噶爾盆地西北緣,區(qū)域構造位于準噶爾盆地西部隆起車排子凸起之上,西鄰扎伊爾山,東部、南部分別以紅車斷裂帶、艾卡斷裂帶與昌吉凹陷、四棵樹凹陷相通。鄰區(qū)紅車斷裂帶發(fā)現(xiàn)有車排子油田和紅山嘴油田。車排子凸起是長期繼承發(fā)展的古凸起,缺失二疊系,三疊系和侏羅系在局部殘存較薄,白堊系、古近系超覆沉積在基巖之上。車排子區(qū)塊勘探地質層位包括:新生界第四系的西域組;新生界新近系的獨山子組、塔西河組、沙灣組;中生界的白堊系、侏羅系;上古生界的石炭系。新生界上部地層多為膠結松散砂巖層,易沖蝕擴徑,膠結松散,井壁穩(wěn)定性差。中生界地層成巖性差,松散,滲透性強,易發(fā)生坍塌、縮徑卡鉆。砂泥巖交互層較復雜,施工中容易引起井徑不規(guī)則和井眼軌跡差,給井下帶來不安全因素。上古生界的石炭系巖性為灰黑色泥巖、凝灰質泥巖,灰色凝灰?guī)r,易發(fā)生惡性漏失。

1　車排子區(qū)塊鉆井技術難點分析

1.1　上部地層井徑擴大率不夠

上部地層大段泥巖,易吸水膨脹、井徑擴大率不夠,其主要影響表現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)鉆速無法有效釋放。上部地層可鉆性好,可以打出快的鉆時。但鉆時快的同時,環(huán)空鉆屑濃度高,對鉆井液污染大,必然會造成密度增加,黏度、切力快速上漲,從而影響鉆井速度。

圖1　鉆進上部地層返出的大量泥巖

(2)起下鉆、電測遇阻卡影響鉆井時效。該區(qū)塊上部地層造漿性強,自然造漿密度高,泥巖中伊蒙無序間層吸水膨脹、分散(圖1),膨脹率為20%～30%,容易縮徑,易造成起下鉆阻卡拔活塞、劃眼等事故,同時在該區(qū)塊多口井施工中出現(xiàn)完井電測于套管鞋及上部泥巖段阻卡,增加通井、劃眼工序,延長施工周期。這就要求最初鉆進井眼時,上部地層打出較大的井徑擴大率,后期井壁泥巖盡管發(fā)生吸水膨脹,依然能滿足施工需要,同時能為完井固井施工提供井徑擴大率適中、井壁規(guī)則的良好井眼條件。

1.2　下部目的層井段井徑控制難度大

不利影響主要表現(xiàn)在:

(1)易出現(xiàn)“大肚子”井眼(圖2,箭頭所指為砂層“大肚子”井段),施工中“積砂成橋”造成卡鉆事故,嚴重影響整體時效。

(2)井眼不規(guī)則,容易造成電測作業(yè)不順利,周期延長,影響施工時效。

(3)過大的目的層井徑擴大率導致固井施工二界面固井質量難以保證。

(4)影響到資料錄取、油氣層的評價、注氣熱采、防砂固砂等工作。

圖2　下部井段電測井徑曲線

1.3　井身軌跡井斜滯后

該區(qū)塊油層埋藏淺,鉆遇地層可鉆性強,尤其在鉆遇水層、油層時,由于其為松軟的砂巖地層,增斜更為困難,容易發(fā)生井斜滯后的現(xiàn)象,從而導致脫離設計軌跡,造成脫靶,影響正常施工。同時該區(qū)塊生產井多為三維繞障水平井,主力開發(fā)油層為白堊系,垂深在400～450 m,水平位移約450 m,位垂比大于1;且該區(qū)塊施工井對造斜率要求較高,致使造斜點較淺,一般在130 m左右,出套管鞋1-2單根就進入定向施工,加之方位的擺動,全井狗腿度平均25°。鉆進過程中多為定向鉆進,易發(fā)生“托壓”現(xiàn)象,直接影響鉆壓及轉盤的傳遞效率,增加施工難度。

1.4　水平井完井套管組合剛性強,下套管作業(yè)難度大

由于車排子區(qū)塊為超稠油油質,為了達到更好的開發(fā)效果,水平井后期完井作業(yè)套管串結構也相對復雜,套管串結構多為:引鞋+多功能洗井閥+精密濾砂管串+套管短節(jié)1根(5 m)+裸眼熱采管外封隔器+套管1根+裸眼熱采管外封隔器+套管短節(jié)1根(5 m)+精密濾砂管串+熱力補償器(水平段中間)+精密濾砂管串+套管串+免鉆塞分級注水泥裝置+套管串。完井工具數(shù)量多、外徑大,導致完井管柱剛性很強,而施工井垂深較淺,水平位移較大,下套管作業(yè)中單靠套管串自重提供下放動力完成作業(yè)難度較大,往往造成套管下不到位,重復通井的現(xiàn)象,嚴重影響施工時效及質量[1]。

1.5　地層易漏失

由于石炭系裂縫發(fā)育,在多口井施工中出現(xiàn)漏失,甚至出現(xiàn)只進不出的惡性漏失,嚴重影響鉆井安全及施工進度。

1.6　固井二界面質量不高

在車排子區(qū)塊由于目的層埋藏淺,鉆遇的油、水層多為松軟的砂巖地層,井徑控制難度大,井眼橫剖面往往呈不規(guī)則的橢圓形或糖葫蘆形,根據流體力學原理知道,在直徑改變的地方都會形成只在原地流動而不能向前推進的旋流,因此在固井過程中不管采用多大的頂替排量,都很難將其中的鉆井液驅替干凈。同時,井眼結構的不同對水泥漿頂替效率具有較大的影響,在定向井、水平井等井眼中套管不易居中,極大地改變了頂替過程中環(huán)形空間的流速分布,增加了驅替窄邊鉆井液的難度。而這些殘留的鉆井液往往和水泥漿不相容,從而嚴重地影響水泥漿的膠結,導致固井二界面質量不高。

2　鉆井技術對策

針對以上該區(qū)塊鉆井施工的技術難點,從工程、鉆井液、固井等各方面制定具體措施,確保在克服施工難點的基礎上,不斷實現(xiàn)提質提效。

2.1　工程技術措施

2.1.1井徑控制

(1)在直井二開施工中為確保油層上部大段泥巖有較大的井徑擴大率,使用鉆具結構:Φ241.3 mm鉆頭+Φ177.8 mm鉆鋌2根+Φ238 mm螺旋扶正器+Φ177.8 mm鉆鋌+Φ127 mm鉆桿,每鉆完一個單根,劃眼2～3趟,確保井眼平滑。在鉆至目的層前10～20 m起鉆甩掉螺旋扶正器,防止在油層段形成局部紊流沖刷井壁,確保控制油層段較小的井徑擴大率。

(2)結合地質錄井,鉆遇油層時降低排量至20 L/s,控制好鉆進速度,保證井底巖屑返出地面,防止巖屑堆積卡鉆。鉆完一根后不劃眼,上下提拉鉆具一趟,減少鉆井液對井壁的水力沖刷時間。轉盤憋跳嚴重時20～40 kN小鉆壓鉆進,防止轉盤扭矩過大,塞死鉆具或倒開鉆具[2]。

(3)定向施工時,考慮到鉆具底部為帶彎度的動力鉆具,測斜過程中為減少定點循環(huán)鉆井液徑向流對井壁的沖刷,每次測斜時降低排量。這樣既能保證井徑擴大率,又實現(xiàn)了施工的連續(xù)性,避免出現(xiàn)大肚子井段,為今后的起下鉆和電測作業(yè)奠定基礎。

2.1.2井身軌跡的控制

(1)定向及水平段鉆具結構。定向段鉆具結構:Φ241.3 mm鉆頭+Φ197 mm×1.75°動力鉆具+Φ168 mm回壓閥+Φ177.8 mm無磁鉆鋌+Φ177.8 mm無磁懸掛+Φ127 mm無磁承壓鉆桿+Φ127 mm加重鉆桿+Φ127 mm斜坡鉆桿;

水平段鉆具結構:Φ241.3 mm鉆頭+Φ197 mm×1.75°動力鉆具+Φ168 mm回壓閥+Φ177.8 mm FEWD+Φ177.8 mm無磁懸掛+Φ127 mm無磁承壓鉆桿+Φ127 mm斜坡鉆桿+Φ127 mm加重鉆桿+Φ127 mm斜坡鉆桿。

(2)提前定向點5～10 m定向,在開始定向時適當降低柴油機轉速,控制排量在20 L/s以下,跟上鉆壓,此時不應劃眼,可留方余2～3 m適當上下提拉,保證造斜率。井斜較大時,為滿足足夠鉆壓,通過倒換鉆具的方式,將加重鉆桿置于井斜小于45°位置。采用“滑動+旋轉”結合的鉆進方式,盡可能地“少滑動多旋轉,微調勤調”,控制好井身軌跡,保證井身質量。

(3)在保證造斜率的情況下,定向段每鉆完一個單根采取再劃一遍的鉆井方式,保證井身軌跡增斜趨勢不變、圓滑,用大排量形成開放式井眼,避免定點循環(huán)造成井眼不規(guī)則。

(4)根據實時測斜結果,及時調整鉆進方式和鉆進參數(shù)等,正常情況下,復合鉆進時的鉆壓一般為60～80 kN,轉盤轉速40 r/min。鉆遇水層及油層上部地層時,為滿足增斜需要,采用“小排量,大鉆壓”的鉆進方式,排量26 L/s,鉆壓控制在80～100 kN,在井斜達到設計要求后及時調整回正常鉆進模式。定向鉆進采用“切菜式”送鉆,避免出現(xiàn)鉆壓加不到鉆頭上的“托壓”現(xiàn)象。如果造斜效果不能滿足設計要求要立即降低排量,調整鉆進參數(shù),或起鉆更換鉆頭水眼。

(5)完鉆后,循環(huán)不得少于2個循環(huán)周,循環(huán)排量可適量增大至33 L/s,以確保井底巖屑能夠返出干凈,起鉆時用一檔起,有顯示不能硬拔,反復活動修整井壁,確保電測順利。

2.1.3直井或普通定向井完井固井準備措施

(1)完鉆電測前及下套管前通井鉆具組合:Φ238mm通井器+Φ177.8 mm鉆鋌2根+Φ238 mm螺旋扶正器+Φ127 mm加重鉆桿+Φ127 mm斜坡鉆桿,目的在于清除井壁虛泥餅,提高電測成功率及二界面膠結質量。

(2)完鉆后和電測后通井到底循環(huán)時,卸掉一個單根,在地錨位置以上4 m和油底以下10 m處循環(huán),防止造成井徑擴大影響地錨吃入地層,影響預應力固井質量。

(3)若在全角變化率大的井段、遇阻點、泥巖層、水層井段遇阻,則要接方鉆桿反復劃眼。下鉆到底后循環(huán)兩周,加入充足的潤滑劑封井,以確保下套管及坐掛地錨順利。

(4)下套管順序嚴格按照地質錄井要求下入,下套管過程中確保井下無落物,確保管柱安全。下套管每下入20根灌滿一次鉆井液,下套管時控制下放速度,盡量讓套管在自身重力引導下溜入井眼中,如遇卡則不可多拔,上提至原懸重慢慢下放通過遇阻段。

(5)灌鉆井液時不要頻繁活動套管串,防止地層過于松軟,套管接箍來回上拉刮劃井壁,堆積過多泥巴造成下套管困難。

(6)地錨以上按要求下入扶正器,3個剛性扶正器放在造斜點上下。

但依然有些方面的反應透示出事件的余波隱患。首先是主流方向的反應。因為此事件受到國外媒體關注，官方發(fā)言人擔心會“有損中國形象”。對事件的政治性捕捉專業(yè)而敏銳卻未超出功利范圍。接踵而來的懷疑事件為騙局，質疑捐款去向，甚至質疑救人的拾荒老太為炒作等討論都顯示了國人理智性的冷靜與冷酷。人們似乎越來越不相信無功利付出的善意。與之相對應的南京老太被撞事件中，法官排除人性善意與人自由意志選擇的理論論證——“撞了，所以會扶；沒撞，怎會扶”——同樣反映出國人越來越功利的行為心態(tài)。

(7)油層固井按照設計,水泥漿返出地面,固井碰壓后,穩(wěn)壓5～10 min打開地錨,放壓至7～8 MPa后提拉地錨,地錨提拉600～700 kN,地錨座掛成功后裝卡瓦卡套管。若地錨座掛不成功,則上提不超過1.5 m。

2.1.4水平井通井技術措施

水平井下套管前采用與完井套管串剛性相近的通井鉆具組合進行通井,鉆具組合為:Φ235 mm領眼鉆頭+Φ168 mm回壓閥+Φ127 mm斜坡鉆桿+Φ238 mm螺旋扶正器+Φ177.8 mm鉆鋌+Φ238 mm螺旋扶正器+Φ177.8 mm鉆鋌×2+Φ127 mm斜坡鉆桿,起下鉆過程中,堅持“下鉆多提少放,起鉆多放少提”,重點處理水層、油層頂?shù)捉缣庈浻步唤訉佣渭熬鼻瘦^大井段,有效清除井壁虛泥餅,達到平滑井眼的目的[1]。

2.1.5工程防漏措施

(1)鉆進過程中,高效使用好四級固控設備,在井下條件允許的情況下,鉆井液密度盡量使用設計下限值,保持近平衡壓力鉆井。

(2)下鉆要控制速度,井深超過500 m以后要掛輔助剎車,每下一柱不能少于30 s,防止下鉆速度快產生激動壓力過大壓漏地層。

(3)下鉆時如發(fā)現(xiàn)連下三柱鉆桿不返鉆井液,應立即開泵循環(huán)鉆井液;要有專人觀察鉆井液返出情況和鉆井液液面,遇漏失時要詳細記錄其漏失量、漏失速度、漏失位置和漏失時鉆井液性能。

(4)在鉆井液觸變性較大、靜止時間較長的情況下,下鉆分段循環(huán)鉆井液;下鉆到底后,開泵要先小排量頂通后,再逐漸提排量至正常排量,嚴禁開泵過猛而蹩漏地層。

(5)在滿足井眼凈化的前提下,鉆遇漏失井段前,盡可能采用小排量鉆進,盡量降低環(huán)空循環(huán)壓耗,減少或減輕井漏。

(6)鉆遇漏失井段前,控制好鉆井液中的膨潤土含量,提前加入井壁抗壓穩(wěn)定劑和雙膜承壓處理劑,加強鉆井液的封堵造壁性能,提高地層承壓能力,加入時分多次少量均勻加入補充0.3%～0.5%。

(7)下鉆遇阻不得硬下,要提到正常井段開泵循環(huán)鉆井液,不得在遇阻井段開泵,防止蹩漏地層。

(8)鉆進中井下油氣活躍需要加重時,在加重過程中應按循環(huán)周逐步提高密度,提高幅度按每周(0.02～0.05)g/cm3,直到溢流消失為止。禁止盲目加重壓漏地層,造成井下情況趨于復雜。

(9)發(fā)生滲透性漏失時可適當降低鉆井液密度,提高黏切,起鉆至安全井段靜堵,也可加入復合隨鉆堵漏劑進行隨鉆堵漏。

(10)發(fā)現(xiàn)漏速達到2 m3/h時,應立即起鉆,并根據漏速確定堵漏劑粒徑和濃度,配堵漏漿進行堵漏。若發(fā)生惡性漏失,鉆井液只進不出的狀況,起鉆時按照鉆具排替量灌漿,防止灌不滿快速損耗所有鉆井液,若鉆井液儲備用盡可灌入清水。

2.2　鉆井液技術措施

(1)一開地層成巖性差,砂巖疏松,開鉆前配制預水化膨潤土漿,膨潤土含量3%～4%,鉆井液漏斗黏度在32～35 s。完鉆后充分循環(huán),配制漏斗黏度60～70 s高黏切封井漿封井,保證下套管順利。

(2)掃水泥塞時排放混漿,加入純堿,防止鈣污染。

(3)該區(qū)塊上部大段泥巖,地層造漿情況嚴重,二開前用聚合物膠液調整循環(huán)罐中鉆井液性能,鉆進過程中補充聚合物含量,提高鉆井液的抑制性,防止鉆井液黏切過高而造成上部井眼環(huán)空鉆屑堆積。

(4)二開鉆進過程中高效使用好四級固控設備,清除鉆井液中的劣質固相含量,改善泥餅質量,在井下條件允許的情況下,鉆井液密度盡量使用設計下限值,保持近平衡壓力鉆井。

(5)二開鉆進鉆進上部泥巖時放大失水在10～12 mL,漏斗黏度40～45 s,確保上部井眼較大的井徑擴大率。

(6)易漏井段施工中,在滿足攜砂要求的前提下,盡可能降低黏切,以減少環(huán)空阻力,漏斗黏度控制在40±5 s,初切力1～2 Pa,終切力4～6 Pa。

(7)鉆至目的層前約30 m,將失水降低至5 mL以內,漏斗黏度45～50 s,確保油層段較小的井徑擴大率。同時根據黏切情況加入土粉、隨鉆堵漏劑、超細碳酸鈣,改善泥餅質量,加強封堵,提高地層承壓能力。

(8)完鉆后,起下鉆通井,電測前配制漏斗黏度70～80 s高黏切潤滑封井漿封井,保證電測施工順利。

(9)套管下到位后,用聚合物、銨鹽、PA-1膠液調整鉆井液性能,漏斗黏度40～45 s,改善鉆井液流型。下套管后緩慢開泵,防止壓力波動過大,可適當調整鉆井液降低黏切,但不易幅度太大,以不低于鉆進排量循環(huán)洗井,保證井眼環(huán)空暢通再固井。

2.3　固井措施

2.3.1常規(guī)要求

(1)本區(qū)塊施工協(xié)調測井單位對裸眼電測井徑數(shù)據改變以往模式,提供全井5 m/點,目的層1 m/點井徑數(shù)據。要求固井施工方使用精確井徑數(shù)據計算水泥漿附加量,不易附加太過,造成固井漏失的可能性加大。

(2)若固井施工中壓力出現(xiàn)異常,突然升高或降低則立即采取調整措施,全過程專人觀察井口,直至施工結束。

(3)碰壓前降低排量,保證小排量碰壓。

(4)碰壓后若水泥漿倒返則蹩壓侯凝,蹩壓為最大靜壓差+2 MPa。

(5)若發(fā)生漏失,及時進行井口回灌水泥漿。

(6)除按設計要求加足扶正器,在油層段及“大肚子”井眼處增加旋流發(fā)生器,確保水泥漿頂替效率,提高二界面固井質量[3]。

2.3.2水泥漿體系的改進

(1)針對石炭系或其他易漏層,由原來的纖維原漿水泥漿改為纖維低密增強水泥漿體系,密度1.50～1.55 g/cm3,纖維低密增強水泥漿體系能夠增加上部水泥石的固井質量,并且能夠提高二界面膠接質量。

(2)中間部分水泥漿體系由原來的纖維加砂水泥漿體系改為纖維加砂早強水泥漿體系,進一步縮短水泥漿稠化時間,提高水泥石早期強度。提高熱采層位的固井質量,密度1.85～1.90 g/cm3。

(3)縮短尾漿的膠結時間,由原來的82 min左右,降至40 min左右,密度1.90～1.95 g/cm3,建議全井段平均水泥漿比重不得超過1.70。

(4)全井水泥漿加入纖維進行防漏。

2.3.3排量方面的改進

(1)建議前置液用量2 m3左右,與鉆井液密度、黏度等性能基本一致,注入排量1 m3/min。

(2)水泥漿的注入排量0.5～1 m3/min。如不漏可逐漸提至正常排量。替漿排量,建議精確計算套管內容積及水泥漿環(huán)空液面高度,初始替漿排量可適當增至1 m3/min,提高頂替效率,待水泥漿返至水層以上可降低排量至0.3 m3/min左右,減小環(huán)空壓耗,防止水泥漿壓漏地層。

3　效果對比

考慮易直觀對比,同時作為目前勝利油田考核井身質量的重要一項(要求目的層及上下100 m井徑擴大率不超過10%),選取“目的層及上下100 m井徑擴大率”這一指標來驗證措施實施的效果。如表1所示為本區(qū)塊已完成的四口同類型井的目的層及上下100 m井徑擴大率,平均井徑擴大率為8.97%,各項措施執(zhí)行后施工的同類型兩口井的目的層及上下100 m平均井徑擴大率為5.01%(表2),可見措施執(zhí)行后效果良好,為更好地提高二界面固井質量提供了良好的井眼條件。

表1　本區(qū)塊已完成同類型井目的層井徑擴大率統(tǒng)計

表2　各項措施執(zhí)行后施工兩口井目的層及上下100 m井徑擴大率統(tǒng)計

4　結　論

(1)根據鉆遇地層的特點及質量要求,靈活轉變鉆具結構、施工參數(shù),可以有效地控制井徑,達到“非目的層大、目的層小”的理想施工狀態(tài)。

(2)組合1.75°動力鉆具,采用“小排量、大鉆壓”的鉆進方式能有效地滿足井斜的增長需求,順利進入油層,水平段鉆進多以復合為主,微調勤調優(yōu)化井身軌跡。

(3)采用“Φ235 mm領眼鉆頭+Φ168 mm回壓閥+Φ127 mm斜坡鉆桿+Φ238 mm螺旋扶正器+Φ177.8 mm鉆鋌+Φ238 mm螺旋扶正器+Φ177.8 mm鉆鋌×2+Φ127 mm斜坡鉆桿”的通井鉆具組合,前部柔性強領眼效果好,后部剛性強破壞砂橋、平滑井眼作用大,在此基礎上利用增減鉆鋌數(shù)量改變鉆具剛性來達到適應不同井身軌跡的水平井施工的目的。

(4)細化分段鉆井液性能指標,重點保證鉆井液攜巖、潤滑及穩(wěn)定井壁作用,采用四級固控系統(tǒng)清潔鉆井液,進而提高機械鉆速。

(5)根據地層特性確定水泥漿體系,精細固井施工參數(shù),配以良好的井眼條件,確保二界面固井質量不斷提升。