樁129—平10井大井斜、油頁巖破碎帶的鉆井技術(shù)

姚良秀+徐旭升

【摘 要】樁129-平10井是勝利油田在樁西灘海部署的一口大位移海油陸采井。在大位移井施工中存在著井身軌跡難以控制、摩阻扭矩大、攜巖難度大、井壁易失穩(wěn)等諸多至今難以克服的難題，而樁129-平10井在鉆進(jìn)施工過程中在大斜度井段需穿過油頁巖破碎帶地層，這更加增加了這口井的施工難度。樁129-平10井在前期施工過程中多次出現(xiàn)井眼坍塌，最后并導(dǎo)致多次填井側(cè)鉆，通過井眼軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)、油基鉆井液等技術(shù)應(yīng)用成功解決了樁129-平10井客觀存在破碎帶的問題。

【關(guān)鍵詞】海油陸采井；大位移井；油頁巖；油基鉆井液

1 樁129-平10井概述

樁129-平10井是一口水平位移2476.11m的海油陸采水平井，井身結(jié)構(gòu)和井身軌道數(shù)據(jù)如下表。

由于該井在3326～3340m（垂深）井段有油頁巖、油泥巖夾灰質(zhì)頁巖，三開以后三次鉆至該層位出現(xiàn)井下復(fù)雜，三個(gè)井眼的概況如下：

樁129-平10井在施工前通過地質(zhì)剖面圖可以看出在A靶點(diǎn)之前有一破碎帶地層，而且破碎帶地層與A靶點(diǎn)距離較近，在保證中靶的前提下無法通過調(diào)整井身軌跡避開破碎帶。

該井前兩次鉆遇油頁巖地層都使用強(qiáng)抑制不分散體系鉆井液體系，每一次鉆至油頁巖都出現(xiàn)井壁失穩(wěn)現(xiàn)象，嘗試各種鉆具組合劃眼，如下所示：

（1）Φ215.9mm牙輪鉆頭+Φ209mm近鉆頭扶正器強(qiáng)剛性鉆具組合

選擇依據(jù)：近鉆頭扶正器的鉆具組合主要增加其剛性，推動掉塊下行，將其趕至井底，將掉塊磨碎后，將其攜帶出。

（2）常規(guī)鉆具：Φ215.9mm牙輪鉆頭+Φ127mm加重鉆桿×30+Φ127mm鉆桿

選擇依據(jù)：常規(guī)鉆具組合通井主要依靠牙輪鉆頭的研磨，將掉塊磨碎，順利通過遇阻點(diǎn)后，通過調(diào)整泥漿性能將掉塊帶出，恢復(fù)井壁穩(wěn)定。

（3）領(lǐng)眼鉆具組合：Φ118mm銑錐+Φ127mm鉆桿×2+Φ209mm扶正器+Φ127mm

選擇依據(jù)：領(lǐng)眼鉆具組合通過較小尺寸工具通過遇阻點(diǎn)，依靠泥漿流動使堆積掉塊分散，再通過后面的扶正器和鉆具，通過轉(zhuǎn)動將掉塊破碎，將其帶出。

每一種鉆具組合在下鉆至油頁巖地層遇阻，期間通過調(diào)整泥漿無論是增加鉆井液粘切，提高鉆井液攜巖能力還是降低鉆井液粘切，以提高鉆井液對井壁沖刷效果，劃眼無法通過，而且越處理井眼越復(fù)雜，遇阻點(diǎn)越淺，最后均填井側(cè)鉆。

2 樁129-平10井井眼垮塌以及處理過程失敗原因分析

2.1 地層原因

水平井、大位移井井壁穩(wěn)定性控制難度大，該井在A靶點(diǎn)之前存在破碎帶更加增加了該井的施工難度。在破碎帶附近，地層裂縫發(fā)育，且縱橫交錯(cuò)，地層應(yīng)力極為復(fù)雜，井眼裸露地層易發(fā)生周期性應(yīng)力釋放，表現(xiàn)為周期性嚴(yán)重井壁垮塌[1]。

2.2 工程和泥漿原因

水基鉆井液即使處理的非常到位對破碎帶、裂縫發(fā)育地層的維護(hù)井壁穩(wěn)定效果差，加之水基鉆井液長間對井眼進(jìn)行浸泡，造成井壁進(jìn)一步失穩(wěn)。井壁坍塌后劃眼過程中雖然一些老掉塊雖然可以通過鉆頭、扶正器、鉆具的旋轉(zhuǎn)、研磨將其破碎，但是無法將其攜帶出，只能使其分散，從而造成上部井眼復(fù)雜。

3 鉆井液體系的改變

3.1 選擇油基鉆井液的原因

（1）油基鉆井液應(yīng)具有較高的電穩(wěn)定性，確保乳化體系穩(wěn)定[2]。

（2）使用的油基鉆井液具有優(yōu)良的流變性及懸浮性能，能及時(shí)將鉆屑帶出井底，保證井眼通暢。

（3）使用的油基鉆井液具有低的濾失量和良好的封堵性能，能夠提高井壁穩(wěn)定性。

3.2 油基鉆井液配方及性能參數(shù)設(shè)計(jì)

油基鉆井液配方—〔（白油+CaCl2溶液）（油水比80：20）〕+3～4%有機(jī)土+2～3%主乳化劑+1～1.5%輔乳化劑+2～3%潤濕劑+2%乳化封堵劑+2～3%降濾失劑+1～2%氧化瀝青+2%堿度調(diào)節(jié)劑+輔助劑。

輔助劑包括：重晶石、提切劑等。

3.3 易坍塌泥頁巖井段施工措施

3.3.1 鉆井液方面

1）確保體系的乳化穩(wěn)定性，保證鉆進(jìn)過程中具有較低的高溫高壓濾失量，避免由于流體侵入導(dǎo)致的井壁失穩(wěn)。

2）針對油頁巖極易井壁失穩(wěn)難題，采取以下幾種措施進(jìn)一步提高鉆井液防塌能力：①進(jìn)入該井段前（預(yù)計(jì)3900m處）加大封堵劑含量，提高至3%；②提高鉆井液密度1.50g/cm3；③加強(qiáng)返砂觀察，及時(shí)監(jiān)測摩阻、扭矩變化，當(dāng)發(fā)現(xiàn)返砂突然增多或摩阻/扭矩變大時(shí)，及時(shí)采取措施提高井壁穩(wěn)定性，及時(shí)補(bǔ)充提切劑提高鉆井液的攜巖性能。 3.3.2 鉆井技術(shù)方面

1）避免在油頁巖易塌段大排量定點(diǎn)循環(huán)，減少鉆井液對井壁的沖刷破壞。

2）在進(jìn)入預(yù)計(jì)油頁巖段前，根據(jù)現(xiàn)場情況提前起下鉆換鉆頭或者盡量鉆穿油頁巖地層再進(jìn)行起下鉆作業(yè)，鉆進(jìn)油頁巖地層時(shí)盡量提高鉆井時(shí)效，確保盡快鉆過油頁巖地層。

3）開泵、起下鉆等操作不能過猛，減少壓力激動和鉆頭、鉆具對井壁的激烈撞擊，起鉆時(shí)灌好泥漿。

4）一方面，嘗試有幾何增斜鉆具代替螺桿鉆具，減少單彎+扶正器對井壁碰撞使井壁失穩(wěn)，而且沒有螺桿壓降，可以提高排量，利于攜砂；另一方面，在幾何鉆具井身軌跡達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，更改螺桿鉆具結(jié)構(gòu)，由之前帶扶正塊螺桿改為無扶正塊螺桿，減少鉆進(jìn)過程中螺桿扶正塊對井壁的刮碰，避免井壁進(jìn)一步失穩(wěn)。

5）在破碎帶施工過程中，以復(fù)合鉆進(jìn)代替劃動鉆進(jìn)，避免劃動鉆進(jìn)拖壓、憋泵造成井壁失穩(wěn)。

4 易坍塌油頁巖井段施工效果分析

根據(jù)前兩個(gè)井眼鉆遇油頁巖的深度進(jìn)行計(jì)算，并結(jié)合新的井眼軌道設(shè)計(jì)，預(yù)計(jì)本井將鉆遇油頁巖75m，穿入和穿出油頁巖的井深如圖2所示。

該井眼施工過程中鉆進(jìn)至4000m，下入新鉆頭、新動力鉆具爭取一趟鉆穿過破碎帶，鉆具結(jié)構(gòu)：Φ215.9mmMD517x+Φ172mm1.5°螺桿+MRC地質(zhì)導(dǎo)向+無磁承壓+無磁懸掛+Φ127mm鉆桿30柱+Φ127mm加重×10柱+Φ127mm鉆桿，由于定向鉆進(jìn)鉆時(shí)較慢，鉆頭壽命已到，鉆至4076m起鉆，在第二趟鉆用相同的鉆具結(jié)構(gòu)，鉆進(jìn)至4077m后，發(fā)生井壁坍塌，倒滑眼起出鉆具。

鑒于之前井眼的復(fù)雜情況，下入Φ165mm刮刀鉆頭+Φ127mm加重鉆桿領(lǐng)眼通井，下鉆到底后不斷出現(xiàn)憋泵現(xiàn)象，慢慢提排量（排量提至60沖后，2h提一沖），最高提至85沖，循環(huán)3天后翻出大量掉塊而且，排量越大，掉塊返出越大。

循環(huán)至振動篩不在返出掉塊，初步認(rèn)為井下基本正常，定恢復(fù)鉆進(jìn)，首先選用幾何鉆具鉆進(jìn)，鉆具結(jié)構(gòu)：Φ215.9mmMD517x+Φ212mm扶正器+Φ159mm無磁鉆鋌+Φ127mm鉆桿*30+Φ127mm加重×10柱+Φ127mm鉆桿，由于造斜率跟不上設(shè)計(jì)要求，更換鉆具結(jié)構(gòu)繼續(xù)鉆進(jìn)，鉆具結(jié)構(gòu)：Φ215.9mmMD517x+Φ172mm 1.5°無扶正塊單彎+無磁承壓+無磁懸掛+Φ127mm鉆桿×30柱+Φ127mm加重×10柱+Φ127mm鉆桿；該井堅(jiān)持使用該鉆具組合7趟鉆完鉆，每一趟鉆在下鉆過程中在4077m～4079m始終有顯示，每次短起下均通過該位置，通過鉆進(jìn)過程、短起下、起下鉆過程對井壁的修復(fù)，該顯示段逐漸減小，最后兩趟鉆均無顯示，最后該井順利下入套管完井。

5 認(rèn)識與建議

（1）為保證鉆進(jìn)過程排量的提高，建議超過4000m的水平井、大位移井使用5 1/2"鉆桿鉆進(jìn)，一方面增加鉆柱強(qiáng)度，另一方面減小壓降、相同排量獲得較高環(huán)空返速。

（2）油基泥漿能解決由于浸泡引起的井壁坍塌，但是不能解決應(yīng)力性坍塌。該井之所以在油機(jī)泥漿井眼劃眼過程中能返出掉塊是因?yàn)椋阂皇牵h(huán)時(shí)間長，油機(jī)泥漿井眼劃眼中循環(huán)72h后才開始返出掉塊；二是，油機(jī)泥漿施工過程中上部井眼規(guī)則，無大肚子井眼，利于掉塊返出；三是，油機(jī)泥漿自身具備良好的流變性和電穩(wěn)定性，利于掉塊的攜帶。

（3）無扶正塊螺桿鉆具的選擇是該井順利穿過破碎帶的關(guān)鍵。

（4）在復(fù)雜井段施工過程中，輕易不要更改鉆具組合，以免由于鉆具組合剛性的變化導(dǎo)致其起下鉆出現(xiàn)復(fù)雜。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳庭根，等.鉆井工程理論與技術(shù)[M].山東東營：中國石油大學(xué)出版社，2006.

[2]黃漢仁，等.泥漿工藝原理[M].北京：石油工業(yè)出版社，1981.

[責(zé)任編輯：許麗]