運用劃眼技術解決SH1井井下復雜情況探討

滕新興 劉 盈 鐘立民

中國石油勘探與生產工程監督中心 （北京 100083）

運用劃眼技術解決SH1井井下復雜情況探討

滕新興 劉 盈 鐘立民

中國石油勘探與生產工程監督中心 （北京 100083）

鉆井技術或措施的選擇是關系到鉆井成功和節約鉆井成本的重要環節，方案有時有幾種，但選擇不當，會造成鉆井的失敗或成本大大增加，如何確定方案要根據現場的具體情況。介紹了SH1井在深部起下鉆遇阻，甚至難以順利施工時面臨是填井還是劃眼的措施選擇，經過現場技術組的共同研究，確定了劃眼方案，并利用綜合錄井提供的參數，順利地解決了井下復雜情況，效益顯著。通過該綜合技術的實施，為現場技術人員更好地處理復雜情況提供了一種有效的方法，學會了如何利用測錄井提供的參數幫助鉆井技術人員解決類似問題，收益遠遠大于該技術成功的本身。

深井 劃眼技術 鉆井

概 況

SH1井位于新疆維吾爾族自治區墨玉縣境內，是一口重點預探井。該井于2001年7月26日開鉆。鉆井期間，由于該區塊淺變質巖地層傾角大、自然造斜力強、巖性復雜、高壓出水等特點，給鉆井施工帶來困難。深層劃眼就是其中遇到的一個復雜事例，看似簡單，但處理過程極其復雜，一不注意就會造成由復雜變為事故。下面簡要闡述該井在劃眼過程中遇到的困難和采取的技術措施。

施工前的井眼情況及難點分析

1 井眼情況

SH1井在 2001年 8月 24日鉆進至 4 739～4 742.14m井段高壓水層(含氣)，因打開高壓水層時的鉆井液密度遠低于地層壓力的當量密度，為了更有效地發現和保護油氣層，鉆井液采用逐步加重的辦法，至9月4日四開井段第一次準備電測時，鉆井液密度加重至1.75g／cm3，鉆進至井深4 775m，期間共放水浸鉆井液127m3，水浸鉆井液的最低密度為1.10g／cm3。該層滲透率低，溢流量不大，每小時約0.5～lm3，地層長時間處于浸泡狀態，泥巖段垮塌相當嚴重，僅8月24日至9月4日準備電測前這段時間，振動篩上返出掉塊總量超過30m3，泥巖段井眼嚴重擴大。根據電測資料平均井徑457mm(18″)，最大井徑超過533mm(21″，井徑儀的最大可測直徑為2l″)，平均井眼擴大率112%，最大井眼擴大率超過247%，砂巖段井徑相對較小，最小井徑為228mm(9″)，整個裸眼段成葫蘆狀。9月27日23：00中途測試二開井后，裸眼段再一次被地層水浸泡，至10月3日12：30下鉆至井深4 384m遇阻，浸泡時間長達5d13h30min，井眼再一次嚴重垮塌，井徑進一步擴大。估計電測時井徑超過533mm(21″)的井段，經這一次垮塌后，井徑超過635mm(25″)的可能性是非常大的，給工程施工帶來了極大的困難。

現場工作組經過對井眼狀況的認真分析研究，同時對施工隊伍進行了一次認真的評估，并將劃眼與套管開窗的優缺點進行了認真的分析對比，研究決定于10月3日12：30開始通過劃眼施工解除井下復雜情況。

2 劃眼施工中遇到的難點分析

在這種浸泡時間長，井壁嚴重垮塌的井眼中劃眼，存在的最主要難題有2個。

（1）大井眼井段攜砂問題。由于井眼大，鉆井液返速低，攜砂能力大大下降，造成井底返砂在此處聚集，當其聚集量大到一定程度，或由于停泵等原因，聚集在此處的砂子將會迅速下沉，造成埋鉆具。

（2）泥巖段的井壁掉塊問題。4 384m以上井段受鉆井液浸泡時間為5d13h30min，而其下部鉆頭尚未劃到的地層還繼續浸泡在鉆井液中，泥巖受水浸泡后水化嚴重，整個近井帶巖石強度大大降低，維持井壁穩定十分困難，隨時有可能大面積垮塌埋死鉆具。

劃眼施工處理過程

劃眼施工于10月3日12：30正式開始。

在擴劃眼期間，共發生較小的卡鉆事故(10min之內解卡)10余次，較嚴重卡鉆事故5次，事故累計損失時間6h55min，5次較為嚴重的卡鉆事故的發生過程及處理結果如下：

第 1次：2001年 10月 6日 17：05劃眼至4 595m,劃眼參數：鉆壓 2～3t；轉速 60r/min；排量22L／s；泵壓19.5MPa。轉盤突然被蹩死，同時泵壓蹩壓至28.2MPa。此時上提下放鉆具不能活動，被卡死(上提至2t多，下放至80t，原懸重117t)。處理卡鉆時的鉆具軸向拉力變化情況見圖1(資料來源于綜合錄井資料)。

圖1 處理卡鉆事故時的鉆具軸向拉力

開泵十分困難。通過反復上提、下放和轉動轉盤來振動鉆具，至18：00開泵成功。19：10振動篩見大量泥巖掉塊，掉塊最大直徑可達4～5cm。19：40上提下放鉆具恢復正常，但轉動轉盤時，仍有蹩泵現象。至20：00轉動轉盤正常，事故解除，事故損失時間：2h55min。

第2次：10月8日。 劃眼參數為：鉆壓2～3t；轉速 60r/min；排量 22L／s；泵壓 19.5MPa。 1：20 劃眼至井深4 606m，轉盤突然被蹩死，同時泵壓蹩壓至28.9MPa，見圖2(資料來源于綜合錄井儀)。此時上提下放鉆具，鉆具不能活動，被卡死(上提至190t，下放至80t，原懸重117t)，開泵困難。至1：50通過多次上提下放鉆具、轉動轉盤，開泵成功。2：30上提下放鉆具恢復正常，轉動轉盤正常，事故解除，事故損失時間：lh10min。

第3次：10月12日。劃眼參數：鉆壓2～3t；轉速40r/min；排量 22L／s；泵壓 19.5MPa。 10：00 劃眼至4 642m，轉盤突然被蹩死，同時泵壓蹩壓至24MPa。此時上提下放鉆具，鉆具不能活動，被卡死(上提至190t，下放至80t，原懸重 117t)。 開泵困難，間斷蹩泵。至10：20通過多次上提下放鉆具，轉動轉盤，開泵正常。10：50上提下放鉆具恢復正常，轉動轉盤正常，事故解除，事故損失時間：50min。

圖2 劃眼過程最大蹩泵泵壓

第4次：10月12日。劃眼參數：鉆壓2～3t；轉速40r/min；排量 22L／s；泵壓 19.5MPa。 18：10 劃眼至4 655m，轉盤突然被蹩死，同時泵壓蹩壓至24MPa。此時上提下放鉆具不能活動，被卡死(上提至190t，下放至80t，原懸重117t)。開泵困難，間斷蹩泵。至18：35通過反復上提下放鉆具，轉動轉盤，開泵正常。18：50上提下放鉆具恢復正常，轉動轉盤正常，事故解除，事故損失時間：40min。

第5次：10月14日。擴劃眼參數：鉆壓2～3t；轉速 35r/min；排量 20L／s；泵壓 19.5MPa。 9：20 劃眼至4 675.5m，轉盤突然被蹩死，同時泵壓蹩壓至24MPa。此時上提下放鉆具，鉆具不能活動，被卡死(上提至190t，下放至80t，原懸重117t)。開泵困難，間斷蹩泵。至9：50通過反復上提下放鉆具，轉動轉盤，打通了流道，開泵正常。10：40上提下放鉆具恢復正常，轉動轉盤正常，事故解除，事故損失時間：1h20min。

10月3日1 2：30下鉆至井深4 384m遇阻，此后開始劃眼，至10月25日 12：00劃眼至原井深4 817.5m。劃眼井段長433.5m，累計劃眼時間21d23h30min。劃眼期間從振動篩上返出掉塊總量達34m3，發生較大的卡鉆事故5次，事故總損失時間6h55min，蹩泵、蹩轉盤多次，其中兩次最高蹩泵泵壓分別達28.2MPa和28.9MPa。最頻繁時，間隔不到1h轉盤蹩死一次。最大解卡鉆具拉力達208t(原鉆具懸重為117t)。

發生卡鉆時，首先是蹩泵、蹩轉盤，蹩泵后再重新開泵十分困難，每次卡鉆蹩泵后都要反復試開多次，開泵成功后，短時間內泵壓也非常不穩，波動劇烈，排量并未改變而泵壓卻會發生異常變化。其次泵沖難以掌握，常常幾升的排量泵壓就會高達20MPa以上。圖3為第一次卡鉆后開泵泵壓變化情況(資料來源于綜合錄井儀)。從圖3可以看出泵開的前10min是泵壓變化最頻繁的時間段，往后逐漸趨向平穩，20min左右泵壓才基本正常。分析其原因是，卡鉆蹩泵是由垮塌引起的，剛開始開泵時鉆頭周圍全被掉塊堵死，造成開泵困難，開泵后，鉆頭周圍仍存在著大量掉塊，隨時可能下落堵塞泥漿通道，表現出泵壓不穩定，隨著循環時間加長，掉塊逐漸被帶離井底，鉆頭周圍的巖塊越來越少，堵塞泥漿流道的可能性越來越小，因此泵壓逐漸趨于正常。

圖3 發生卡鉆后開泵泵壓變化情況

另外在劃眼過程中轉盤扭矩變化大，蹩死轉盤情況時常發生，正常情況下每班發生數次，嚴重時每小時發生1～2次，扭矩的變化也難以找到規律。由圖4可以看出，在“井底”比較清潔的情況下轉盤扭矩雖然變化頻繁，但仍處于相對穩定狀態，一旦有較大、較多掉塊落入“井底”，鉆頭被這些掉塊所蹩，不能正常轉動，轉盤扭矩就會發生異常變化，嚴重時蹩死轉盤。圖4是在正常劃眼情況下較為典型的轉盤扭矩變化情況(資料來源于綜合錄井儀)。

劃眼施工措施及經驗總結

1 安全措施

井下安全是一切技術所要保證的核心問題。井下情況復雜，井壁隨時有可能垮塌，卡鉆的可能性隨時存在。制定的原則是：

圖4 劃眼過程中轉盤扭矩變化情況

（1）工程上要謹慎，劃眼不能急于求成，不能長驅直入，不能讓井下存在大井段垮塌的可能。一旦井下發生大段井壁垮塌，大量的掉塊埋死鉆具，容易造成鉆具卡死，后果不堪設想。如果垮塌的量較小，就設法開泵，一旦能開泵，事故就容易解除。

（2）泥漿性能要設法保證已劃過井段的井壁穩定，不產生大段井壁垮塌，提高泥漿懸浮能力，使垮塌的掉塊不致于迅速沉入“井底”埋死鉆具。

（3）充分發揮綜合錄井有關參數的效能，加強井下異常情況的預報和提示，一旦發現泵壓、扭矩、懸重異常，立即通知司鉆，以便司鉆及時采取相應的措施，避免情況復雜化，然后再迅速告知駐井工程技術人員，采取進一步措施。

2 工程技術措施

工程措施就是如何避免井下大段垮塌，將造成卡鉆的可能性降到最低點。主要采取了以下幾方面的措施。

（1）采用靈活多變的劃眼鉆壓。不同井段，地層巖性不同，對地層水的敏感性不同，因此垮塌程度不同，垮塌掉塊的大小、形狀不同。在劃眼過程中表現的劃眼進度，轉盤扭矩等特征不相同。如果鉆壓不做及時調整，一方面對井下安全不利，另一方面會影響工程進度。①如果遇到垮塌嚴重，垮塌掉塊較碎且壓實性差的井段，較大的鉆壓會致使擴劃眼進尺的加快，遇到這種情況時，采用低鉆壓(1～2t)進行慢速研磨，讓鉆頭附近的“滯留巖層”盡早垮塌，破碎后帶出井底，降低險情。②如果遇到垮塌掉塊較大且壓實得比較好的井段，即使采用較大的鉆壓劃眼進尺依然較慢，如果仍采用低鉆壓劃眼雖然安全系數較高，但會影響工程進度?？蛇m當將鉆壓提到6t左右，這樣可以加快劃眼進度。

（2）采用進一步退兩步的辦法來保證井下安全。每劃眼鉆進0.5～1m上提鉆具至新劃出井眼以上部分1～2m，再高速下劃2～3次，利用高速旋轉的鉆頭碰撞新劃出井段井壁周圍的“滯留巖層”，使其盡可能早、盡可能多地被趕至“井底”，防止“滯留巖層”中的滯留掉塊過多而失穩，產生大量坍塌而掩埋鉆具。

（3）轉盤轉速合理控制。在擴劃眼鉆進過程中，保持20～30r/min的低轉速，避免鉆具撞擊井壁造成“滯留巖層”的坍塌。鉆具上提后，第二、三次通過該井段擴劃眼時，使用較高轉速80～90r/min，目的是讓“滯留巖層”充分坍塌至“井底”，再破碎帶出，降低鉆具在井下的危險性。

（4）保證合理的泥漿排量。為了維護井壁穩定，劃眼階段的泥漿黏度較高，泥漿的流動性變差。要使井筒內的掉塊及時帶出，必須保證一定的返速，而本井由于垮塌嚴重，井徑大，保證返速是相當困難的。為此我們除了保證泥漿性能外，充分發揮泵功率的有效利用率，取消鉆頭噴嘴，降低鉆頭壓耗，盡可能提高排量，以保證返速，盡快將井筒內的坍塌掉塊返出地面。

3 鉆井液性能調整

（1）合理的鉆井液密度

由于本井地層存在多個高壓水層，要保證良好的穩定的鉆井液性能，必須平衡地層壓力，以確保地層水不對鉆井液造成污染，這是保證井眼穩定的前提和基礎。本井在劃眼過程中，合理確定鉆井液密度，定期補充加重材料。開始劃眼階段，鉆井液密度相對較低，因井下垮塌嚴重，逐步將密度提高至1.90g／cm3并保持在 1.90～1.95g／cm3， 有效地防止了由于液柱壓力過低引起的坍塌掉塊現象，保證了新劃出井眼的穩定。圖5為劃眼期間鉆井液密度隨井深變化曲線。

圖5 劃眼期間鉆井液密度隨深度變化曲線

（2）較高的黏度和切力

為了確保巖屑能夠及時返出地面，在這種大井眼、排量有限的情況下，鉆井液必須具備較高的動切力和初終切。為了保證上部新劃井眼的穩定，鉆井液還必須具備較高的黏度，有利于形成滯流層，避免鉆井液對井壁的沖刷造成的井壁失穩現象。同時鉆井液懸浮能力要強，能夠減緩大井眼處巖屑的下滑速度，達到劃1m保1m的目的。本井在劃眼過程中一直保持鉆井液漏斗黏度在150～190s；塑性黏度80～110MPa·s；動切力 25～30Pa。 圖 6 為劃眼期間鉆井液的黏度隨井深變化曲線。

（3）低濾失量

本井裸眼段地層基本以泥巖為主，泥巖極易水化膨脹。只有保證較低的濾失量，才能減少地層水化膨脹，以免造成地層局部強度下降，引起地層失穩。由于前期測試造成地層水浸泡裸眼段，在劃眼過程中地層水不斷侵入鉆井液中，加之鉆井液濾液礦化度很高(80 000×10-6以上)，造成控制濾失量極其困難。由于井底溫度較高，及時調整鉆井液配方，加入抗鹽抗溫強的處理劑SJ-1、SK-1、SMP等，劃眼過程中需要不斷補充，保證它們的含量。在劃眼前期失水高達11mL，經過處理后，濾失量逐步下降，當井深劃至4 600m左右時，濾失量已降至5mL以內，最后穩定在2.6～4mL。圖7為劃眼期間鉆井液經調整后濾失量隨井深變化曲線。

圖6 劃眼期間鉆井液的黏度隨井深變化曲線

圖7 劃眼期間鉆井液的濾失量隨井深變化曲線

除采取以上措施外，經常更換細篩布(60目)，盡量減少井內沉砂。同時添加固體石墨潤滑劑，改善鉆井液的潤滑性，避免復雜現象的發生。

劃眼過程中加強坐崗制度，增加巡回檢查的次數，加密測量鉆井液，根據振動篩返砂情況和鉆井液性能及時補充各種處理劑，保證鉆井液性能。

4 地質錄井配合措施

為工程上盡可能提供更多的有用參數，服務于工程，試油期間錄井隊對綜合錄井儀及傳感器，作了全面的保養，并且對其性能及各項指標，作了嚴格的校驗，以確保其精度，從而使各項參數準確無誤。

劃眼期間，為了配合工程安全順利盡快地劃到原井深，針對井徑大而不規則，井壁極易垮塌的井下復雜情況，在取精取準各項錄井資料的同時，及時對各項參數特別是工程參數(立壓，扭矩，懸重……)的變化門限作了調整，使變化范圍盡可能地縮小到最小，對各項參數的變化監測更準確，對異常情況的發現和預報更及時，做到防患于未然，及時提醒司鉆作出相應有效的措施，避免事態的進一步擴大。利用綜合錄井提供的參數，順利地解決了井下復雜情況。此劃眼過程中，錄井共進行11次險情預報，及時準確率達100%。

采用劃眼措施解決SH1井井下復雜的意義與經濟效益

1 意義

至9月14日鉆進至井深4 817.5m，歷時50d。中途測試后，井壁受浸泡時間長，垮塌嚴重，井下情況十分復雜，如只一味地考慮安全，怕擔風險，那么所能做的只有填井側鉆。其實填井側鉆也存在著相當大的風險，存在著下列幾點不利因素：

（1）裸眼段找不到可供側鉆的點，只能套管開窗，工序復雜，建井周期會大大延長。填井、測陀螺、套管開窗、定向側鉆這幾套工藝成功后才能恢復鉆進，比較順利的情況下鉆達原井深(4 817.5m)，需要3個月。

（2）變質巖井段，井身軌跡變化大，對套管的磨損嚴重，側鉆后鉆井周期延長，增加更多的磨套管時間，一旦下部有高壓層、高產層，套管難以承受壓力。套管嚴重磨穿后，給起下鉆與電測施工帶來事故隱患。

（3）側鉆后由于井太深，井眼軌跡不易監測，無法確保新井眼不與老井眼打穿。

（4）套管開窗后，如果短期內不能鉆達灰巖層下套管，鉆進過程中地層仍有可能坍塌，一旦在出套管的地方發生坍塌，該處在今后的施工過程中將是一個嚴重的事故隱患點，起下鉆有可能卡鉆，電測有可能割電纜。

因此劃眼成功至少有三點意義：①與套管開窗側鉆相比較，縮短了建井周期，加快了該區塊的勘探進程；②大大節約了工程施工費用；③最大限度地降低了下步施工中發生的事故可能性，為該區塊的深部勘探早出成果奠定了基礎。

2 經濟效益分析

本井施工中每天各項消耗(或定額)如下：

鉆井工程施工及消耗 5萬元；

鉆頭 0.4萬元；

泥漿藥品消耗 1萬元；

錄井日費 0.95萬元；

泥漿服務費 0.15萬元；

取心服務費 0.1萬元；

上級管理費 0.5萬元；

合計 8.1萬元／日。

填井側鉆至4 817.5m約需要3個月時間，按每天消耗8.1萬元計算，需要增加投資729萬元，另外填井、測陀螺、套管開窗、定向側鉆費用共需約100萬元，共需投資829萬元。劃眼歷時22d，同樣按每天消耗8.1萬元計算，需要178萬元，由此可得劃眼成功可節約651萬元。

The choice of drilling techniques or measures is the crucial link that is closely related to the success of well drilling and the reduction of drilling cost.Sometimes there are several plans,the incorrect choice of which can result in the failure of well drilling and the increase of cost.Thus how to determine the plan should be decided according to the on-site concrete situation.SH1 Well is introduced as an example in the paper.This well was faced with the problem of whether to fill the well or do redressing while meeting tight point at the drilling round trip in deep layer,and had difficulty in construction.Then through the common discusion of on-site technological group,the plan of hole redressing was determined and successfully used in solving the downhole complexity under the help of parameters offered by comprehensive logging,showing obvious benefits.Because of the enforcement of this comprehensive technique,one effective method is provided for on-site workers to deal with complex situation.Meanwhile,how to utilize the parameters given by well logging to help drilling technicians solve similar problems is also obtained from this practice of the technique.All in all,benefit is much larger than the success of technology itself.

deep well;hole redressing technology;well drilling

黃永場

2010-11-09