油氣地質調查井鉆井技術問題與對策

汲廣帥

摘 要：能源礦產地質調查作為中國地質調查的重要工作之一，對于發展國家經濟具備重要的引領和推動作用。然而，現有的油氣地質調查井多采用機械巖心鉆探工藝，該工藝通常應用于固體礦場資源勘查，在油氣地質調查井鉆井過程中還存在諸多問題，面臨巨大的工程風險，亟須得到重視和解決。本文針對油氣地質調查井和機械巖心鉆探工藝特點，重點研究油氣地質調查井鉆井工程所面臨的技術難點及相應解決方案。

關鍵詞：油氣地質調查井;鉆井技術;問題與對策

引言

地質調查井是開展地質調查工作的重要手段，主要以獲取地層層序、烴源巖特征、含油氣性特征等為目的，為盆地油氣成藏特征研究提供依據，并可形成一套適用于研究區的油氣地質調查鉆探技術體系，為油氣基礎地質調查提供服務。地質調查井以小口徑機械巖心鉆探施工為主，井深一般不超過2500m，井身結構一般為直井，全孔取心。

1.鉆井施工技術

1.1鉆井質量及技術要求

鉆井涉及鉆前工程、鉆探施工、錄井、測井、井場恢復及資料提交等工序，采用三開井身結構，同步開展錄井、測井、固井等項目。井身質量、水平位移范圍，按《鉆井井身質量控制規范》（SY/T5088—2017）執行。

全井井斜<5°，水平位移<80m，全角變化率<205730m。

1.2完鉆層位及原則

（1）完鉆層位：寒武系猴家山組，鳳山組。（2）完鉆原則：鉆達目的層并鉆達設計井深，完成地質調查井的各項任務。

1.3鉆井設備及主要機具

根據鉆探目的、地質條件、施工環境、鉆探工藝，并充分考慮鉆機負荷及井控配套要求，選用了XY8B鉆機、BW320/12型泥漿泵、TA70/27m鉆塔、S95繩索取心鉆具、2ZF-15-21型防噴器。采用當地農用電作為動力電。

1.4井身結構優化

考慮到上部第四系、新近系松散地層較厚，結構松軟，易垮塌，下部石灰巖地層巖溶、溶洞發育，施工難度大，隱患多，施工采用三開結構，預留一級口徑，以防下部出現異常情況。

1.5鉆進工藝及鉆頭使用

綜合考慮地層條件、巖石硬度等因素，主要采用硬質合金及金剛石鉆頭，金剛石鉆頭以胎體硬度HRC20-40，唇面形式為同心尖齒、階梯齒為主，備用PDC取心鉆頭及三牙輪鉆頭。

1.6鉆井液性能

鉆井液與護壁技術的優劣是影響鉆探成敗的關鍵因素，根據對鉆遇地層巖性特征、巖屑返排速率、井壁穩定性等分析，確定了鉆井液配方體系。一開和二開鉆遇地層為第四系和新近系，巖性主要為粘土、亞粘土、礫卵石及流沙層等，巖層松散，弱固結，成巖性差，易失水縮徑。同時，鉆頭開孔直徑相對較大，在鉆進過程中，要充分考慮井眼凈化、井壁穩定、降低鉆井液濾失量、控斜、防漏等問題。為此一開、二開鉆井液體系配方為：膨潤土10%-15%+CMC0.1%-0.5%+KHm（腐殖酸鉀）2%-4%（或NaHm）;主要性能指標：密度1.10-1.15g/cm3，漏斗粘度25-40s，濾失量<15mL/30min。三開鉆遇地層為寒武系地層，巖性以石灰巖、白云質灰巖、頁巖及花崗巖為主，且寒武系下部可能存在巖溶及裂隙，巖心破碎，可鉆性差，鉆進過程中也可能鉆遇氣層、斷層破碎帶等異常地層，發生粘卡事故，故使用低固相高分子聚合物類鉆井液，適當加入潤滑劑，密度：1.05-1.08g/cm3，漏斗粘度：20-30s，濾失量<7-10mL/30min，PH值：8.5-9。同時為有效保護儲層，在滿足鉆井施工、保證安全的前提下，盡可能降低鉆井液粘度、密度、固相含量和濾失量;避免造成粘鉆事故，以達到防塌、防漏、防噴、防卡目的。

1.7井斜控制

全井共進行了36次井斜測量，克服了巖層節理裂隙發育，地層傾角大，頂角易朝一個方向增大等特點，通過轉速、鉆壓來控制頂角變化，穩壓鉆進，從而有效地控制了鉆井的頂角，完鉆實測頂角4.56°，終孔水平偏距53.93m，滿足合同要求及地質設計目的。

1.8巖心編錄

小口徑油氣地質調查井對巖心采取率有較高的要求，為提高巖心采取率和鉆井效率，采用繩索取心鉆進工藝。自356.46m開始取心，總進尺1443.82m，巖心長1370.18m（670.78-678.94m僅撈取巖屑），取心率95.37%，巖心采取率高，編錄及時、準確，完全滿足設計要求。

2.施工中遇到的問題及改進措施

2.1表層取心

一開鉆井時采用單管取心工藝，井段長，起下鉆時間多，輔助時間長，且由于巖性松軟，粘土質成分較多，泥漿造漿嚴重，失水量大，孔內縮徑嚴重，致使鉆井效率低，反復擴孔。為此，在擴孔時對泥漿性能進行了調整，加人腐殖酸鉀1250KG，提高了泥漿PH值，循環凈化除砂，全井徹底循環更換，降低濾失量及含沙量，提高了鉆井效率。

2.2鉆頭優選

根據鉆遇地層巖性軟硬變化快、溶洞、裂隙發育等問題，先后采用PDC、金剛石HRC15-40等多種鉆頭進行嘗試，影響了鉆井效率。為此，在對鉆頭性能充分分析的基礎上，經過反復實驗，最終確定在進人穩定巖層后采用HRC1520金剛石取心鉆頭，直至完鉆。

2.3變徑鉆具組合

為解決上部井段因環空過大引起的泥漿流速降低、巖屑沉淀問題，確保施工安全、減少鉆井周期，經分析采用了倒塔式鉆具組合工藝。鉆具組合方式：Φ100mm金剛石取心鉆頭+Φ100.4mm金剛石擴孔器+Φ91mm鉆具+Φ100.5mm金剛石擴孔器+Φ91mm繩索取心鉆桿1116m+Φ114mm繩索取心鉆桿670.50m+主動鉆桿。采用本鉆具組合方式，三開在井深1000m以后，鉆機正常施工，取心效果良好，鉆進效率保持30m/d左右的進尺，未發生任何井內事故，同時，解決了上部鉆具因高速旋轉而造成的脫扣、斷裂問題。

2.4粘卡處理

在孔深1116.97m，鉆機離合器發生故障，在檢修的過程中，發生了鉆具吸附粘鉆事故，提下困難，強力提拔孔內鉆桿數次，最大提升力達320KN，仍無效。經分析研究后決定實施堿浴解卡。配置堿水共3m3，共加入NaOH250kg，比例為8%，經充分溶解后，通過泥漿泵注循環至孔內。注人堿水后，再泵人鉆井液7m3，將堿水壓人環空，靜置分解泥皮，靜置時間1.5h，期間每15min循環泥漿5min。次日解卡成功。

2.5內管遇卡

施工中頻繁遇到取心內管遇卡致使取心絞車鋼絲繩拉斷問題，造成多次起鉆檢查鉆具現象。如在井深900m左右，由于操作不當致使雜物進入內管，造成鋼絲繩拉斷，不得不起鉆檢查。通過分析，找出原因：（1）取心筒內管磨損嚴重;（2）絞車鋼絲繩拉力不夠;（3）雜物堵塞;（4）巖心破碎采用的解決方法：檢查更換內管總成，更換取心絞車鋼絲繩。施工中，上提內管要穩，認真檢查人井鉆具，人井鉆具及時通徑，同時，割心前充分循環泥漿一周，徹底清理井底巖粉。

結語

鉆井通過優選鉆頭、優化鉆具組合、鉆進參數等解決了該區施工中取心內管遇阻、易粘鉆、卡鉆、井斜大等難題，順利完成了各項目的任務，可為后期該施工相關類型提供經驗和借鑒，同時，獲取了鉆井、錄井、測井及巖心資料，為評價該區油氣資源潛力提供了資料支撐。

參考文獻

[1]焦貴菊.復雜地層固井技術存在的問題與研究方向[J].中國石油和化工標準與質量，2012，32（6）：83.

[2]黃柏宗，謝承斌，蔡久能.深井固井的若干問題[J].鉆井液與完井液，2003，（5）：51-54，77-78.

[3]李大奇，康毅力，劉修善，等.基于漏失機理的碳酸鹽巖地層漏失壓力模型[J].石油學報，2011，32（5）：900-904.

[4]王中華.復雜漏失地層堵漏技術現狀及發展方向[J].中外能源，2014，19（1）：39-48.

[5]王小玉.關于小井眼鉆井技術的發展趨勢研究[J].石化技術，2015，22（8）：252.

[6]劉美玲，朱健軍，李杉，等.小井眼鉆井提速技術在徐深氣田的試驗與分析[J].石油鉆采工藝，2016，38（4）：438-441.

[7]林瀚，張浩.井控技術理論在小井眼鉆井中噴漏問題探究[J].化學工程師，2017，31（3）：59-62.

[8]張冰，符力耘，魏偉，等.異常地層壓力聲波衰減分析及地層壓力地震數據外推反[J].地球物理學報，2014，57（10）：3373-3388.

[9]馮美貴，朱迪斯，翁煒，等.地質巖心鉆探沖洗液固控系統及配套工藝研究[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2016，43（5）：67-70，75.