摘 要

摘　要：四川盆地川東地區(qū)石炭系氣藏目前采用定向井、水平井方式開發(fā)，鉆進至氣藏的蓋層下二疊統梁山組(頁巖夾煤線)時，井斜角已超過了60°，鉆進的關鍵在于預防大斜度井段的頁

摘　要：四川盆地川東地區(qū)石炭系氣藏目前采用定向井、水平井方式開發(fā)，鉆進至氣藏的蓋層下二疊統梁山組(頁巖夾煤線)時，井斜角已超過了60°，鉆進的關鍵在于預防大斜度井段的頁巖段出現井壁垮塌、壓裂井漏的復雜情況，這樣才能安全鉆至石炭系頂部。針對該段鉆進難點，研究試驗總結了一套鉆過梁山組的工程安全預警及卡鉆事故預防技術措施：①以鄰井實鉆厚度、巖性組合為依據，把鉆時錄井測量的鉆時變化作為判斷鉆頭進入梁山組的工程預警指標，并采用巖屑錄井及循環(huán)觀察的手段對其巖性進行證實確認；②工程實施中采取了簡化鉆具組合、鉆進1m后退2m的劃眼措施預防垮塌卡鉆；③保持合理的鉆井液密度與潤滑性，加入力學封堵劑來增強地層的膠結力和改善泥餅質量，增強井壁穩(wěn)定性；④檢測記錄鉆進中的摩阻，用循環(huán)、劃眼的方法檢查大斜度井段的沉砂及梁山組井壁穩(wěn)定情況，確保起下鉆作業(yè)的安全。

關鍵詞：四川盆地  川東地區(qū)  二疊紀  梁山組  垮塌  卡鉆  工程安全預警  事故預防  進一退二

Pipe-stuck prevention technology in shale drilling at the Lower Permian Liangshan Fm in the eastern Sichuan Basin

Abstract：Currently the Carboniferous gas reservoirs in the eastern Sichuan Basin have been developed through directional and horizontal well drillin9．And the inclination angle exceeds 60° when drilling into the Liangshan Fm at the cap rocks of gas(shales mingled with coal seams)．The key point for drilling is to avoid such complex problems as well wall collapse and circulation loss at the shale intervals with high inclination angles．Only in this way，it is possible to drill into the top of Carboniferous strata safely．To this end，a set of technologies and measures for project-safety precautions and pipe stuck preventions were summarized from research and tests．We first took the drilling time changes measured in drilling time logging as a project-warning indicator for drilling into the Liangshan Fm according to the actual drilling thickness and lithological association of adjacent wells，and then adopted the cutting-logging and circulation observation measures to confirm the lithology．In addition，we took such ramp down measures as simplifying BHA and drilling 1m and back reaming 2m to prevent collapse and pipe stuck complexities．Meanwhile，we kept the unctuosity and density of drilling fluid at an appropriate degree and injected a kind of mechanical blocking agent to increase the cementation strength of strata and to improve the quality of mud cakes and strengthen the stability of well wall．Finally，we monitored and recorded the friction and resistance during drilling，and took circulation and reaming measures to inspect the sand settling of wells with high deviation angles and stability of well wall at the Liangshan Fm so as to ensure the safety of tripping operation．

Keywords：East Sichuan，Permian，Liangshan Fm，collapse，pile sticking,engineering safety warnin9．accident prevention

四川盆地川東地區(qū)下二疊統梁山組頁巖、煤層極易發(fā)生垮塌，導致卡鉆。石炭系地層壓力系數低，與上部高壓層同存，鉆進中極易發(fā)生井漏，導致壓差卡鉆^[1-6]。由于地層巖性復雜，進入梁山組、石炭系后，沒有執(zhí)行進梁山組、石炭系防卡措施，造成卡鉆。如WQ002-H4井帶扶正器進梁山組發(fā)生垮塌卡鉆，XC7井用Æ215.9mm鉆頭直接鉆完了石炭系，進入志留系發(fā)生壓差卡鉆，處理難度大，最后側鉆，造成了極大損失。

針對該段鉆井難點，開展了以鄰井實鉆厚度、巖性組合為依據，開展梁山組及上下交界面工程因素評價，從地層厚度、巖性、巖屑顏色、實鉆鉆時方面，總結形成梁山組工程安全預警技術，通過井眼軌跡控制、鉆具組合效能分析、鉆頭選型、鉆井液密度窗口探索、鉆井液防塌性能優(yōu)控、設備／鉆具升級配套、“進一退二”安全操作等因素評價，進一步完善了事故復雜預防技術。

1　鉆井復雜情況與難點

該區(qū)鉆進梁山組過程中已發(fā)生的主要復雜情況表現為：

1)鉆井液密度偏低，導致地層垮塌。如LD8井、L001-Xl井，發(fā)生了嚴重垮塌。通過適當提高鉆井液密度，確保了井壁穩(wěn)定，解除了井下復雜。

2)進入石炭系井段過長，發(fā)生壓差卡鉆。XC7井進入石炭系后，沒有及時分層，用Æ215.9mm鉆頭直接鉆穿石炭系，并進入志留系24m，導致壓差卡鉆。

3)防卡措施不到位，梁山組發(fā)生垮塌卡鉆。WQ002-H4井沒有及時確認進入梁山組，鉆進中沒有嚴格執(zhí)行梁山組安全操作措施，導致垮塌卡鉆。

2　工程安全預警技術

采用了鄰井實鉆巖性組合為依據，把鉆時錄井作為判斷鉆頭進入梁山組，巖屑錄井及循環(huán)觀察作為判斷鉆遇巖性的手段。如某石炭系氣藏的待鉆井MX005-H2井的3口鄰井，MX5、MX005-H1井位于構造高點，MX2井位于潛伏高點。待鉆井與MX005-H1井距離281m。所以，工程應用地層、巖性數據主要參考MX005-Hl、MX5井實鉆數據。

2．1　厚度分析

MX5、MX2井為直井，梁山組厚度分別為10m、16m。MX005-H1為大斜度水平井，梁山組井斜60°，斜厚l9m，折算垂厚10m。設計的MX005-H2井棲一段、梁山組垂厚分別為100m、10m。設計以55°～61°井斜角鉆開石炭系，斜厚分別折算為187m、21m(表1)。

 

2．2　巖性組合

1)棲一段：上部為深灰色、褐灰色細粉晶灰?guī)r；下部色較深，近底部夾燧石結核灰?guī)r。底以深灰?guī)Ш谏嗑Щ規(guī)r與下伏梁山組的灰黑色頁巖分界。

2)梁山組：為灰黑色頁巖，淺灰、深灰色粉砂巖夾灰色鋁土質泥巖及煤線，見黃鐵礦星散分布。

3)石炭系前3m：為灰褐色、深灰?guī)Ш稚茙r、角礫云巖夾薄層灰質云巖。

梁山組上下(棲一段、石炭系)顏色淺，中間(梁山組)顏色深。

2．3　鉆時分析

1)川東地區(qū)棲一段層厚100m左右。其底部20m，巖性主要為石灰?guī)r，可鉆性好。棲一段底部2～5m鉆時明顯偏高，可能含有燧石或泥質條帶。

2)梁山組在川東地區(qū)二疊系中具有塊狀高鉆時的特點。梁山組縱向上的3套巖層的鉆時細分為：上部2～3m巖性為頁巖夾煤層(煤線)，可鉆性好。個別井頁巖層厚度異常(門西2井梁山組上部頁巖厚11m)。中部2～5m為泥巖、泥質粉砂巖、可鉆性相對較差。下部2～4m為頁巖、泥質粉砂巖，可鉆性好(表2)。

 

3)石炭系前3m主要為石灰?guī)r、白云巖，可鉆性好。

2．4　梁山組復雜地層工程安全預警措施

2．4．1鉆時判斷

1)在棲一段中鉆進，一旦鉆時增加，就可能鉆到了棲一段底部，再鉆2～5 m，鉆時又降低，巖性由石灰?guī)r變?yōu)轫搸r，部分井夾煤層(煤線)，顏色變深、變黑，表明可能進入了梁山組。

2)在梁山組鉆進，鉆時一旦降低，就可能是到了梁山組底部，再鉆2～4m，巖性由頁巖(個別井為粉砂巖)變?yōu)槭規(guī)r、白云巖，顏色變淺，表明可能進入了石炭系。

2．4．2及時地質循環(huán)

1)實鉆過程中，加強鉆時對比、巖屑觀察，發(fā)現異常變化，及時進行地質循環(huán)，為地質分層創(chuàng)造條件。

2)如巖屑卡層困難，建議在必要時進行電測分層。

3)遇地層巖性組合復雜，短時間難以準確分層時，工程上要提前落實梁山組事故復雜預防措施，確保鉆井安全。

3　梁山組卡鉆事故預防技術

1)進梁山組后，簡化鉆具結構。減少鉆鋌數量，使用螺旋鉆鋌，甩掉扶正器。梁山組上層為棲霞組，屬于穩(wěn)斜井段，使用彎螺桿加MWD復合鉆進。為確保鉆井安全，逐步總結形成了進梁山組起鉆簡化鉆具結構、倒出扶正器的安全鉆井模式。

2)優(yōu)化設計井眼軌跡，嚴格控制狗腿度，提高梁山組以上井段通過能力。Æ215.9mm井段單點狗腿度不超過6°，連續(xù)幾點狗腿度應不超過5°。鉆進中做好摩阻的記錄，檢測井眼軌跡變化情況。

3)保持合理的鉆井液密度。通過分析川東地區(qū)近年來33個主要構造、112口已鉆井梁山組鉆井液密度，探索了梁山組安全鉆井的鉆井液密度窗口值范圍。

4)保證鉆井液潤滑性，必要時加入l％～2％固體潤滑劑。嚴格將鉆井液的高溫高壓失水、泥餅分別控制在15mL、3mm以內，加力學封堵性穩(wěn)定劑HN-3、SAS或FRH、KHm、SMP以增強地層的膠結力和改善泥餅質量。加入0.2％～0.3％SP-80或OP-10表面活性劑?？煽紤]加入l％～2％的單向壓力封閉劑加固井壁。

5)使用牙輪鉆頭，降低片鉆風險及卡鉆后處理難度。部分井梁山組含有粉砂巖、細砂巖，研磨性強，使用牙輪鉆頭鉆進，要加強鉆頭使用分析，防掉牙輪。

6)預計特別復雜、鉆井風險大的井，建議設備、鉆具配套升級，提高復雜處理能力：①安裝頂驅，提高劃眼效率，減少事故復雜；②使用大水眼鉆具，提高排量，增強攜砂能力；③井口使用一定長度的新鉆桿，增加井口抗拉強度，提高復雜處理能力；④合理機泵匹配，絞車和泥漿泵動力來源獨立，確保上提鉆具中的排量不變，有利于提高深井小井眼帶砂效果。

7)“進一退二”鉆井精細操作技術：①每鉆進1～2m，上提鉆具2～4m劃眼，檢查有無井壁垮塌、阻卡及沉砂情況，如鉆時很慢，每30～60min應上提鉆具1次，上提幅度應大于3～5m；②起鉆前，在梁山組循環(huán)30min，應立即起出梁山組，再循環(huán)；③起下鉆遇梁山組要劃眼進出。

4　現場應用

4．1　鉆井過程

4．1．1棲一段鉆進

MX005-H2井密度1.70g／cm³鉆井液，使用1.25°彎螺桿帶PDC鉆頭、定向／復合鉆至井深4913m進入了棲一段(測深4913m井斜53°)。棲一段上部灰?guī)r段鉆時30～60min／m。鉆至井深5151m、5152m鉆時87min／m、94min／m，比上部石灰?guī)r段鉆時明顯增加，分析為底部2m含泥質條帶的石灰?guī)r。再鉆至井深5153m(測深5100m井斜角61°)鉆時由87～94min／m降低至20min／m，初步判斷進入了梁山組。繼續(xù)鉆進2m，鉆至井深5155m進行地質循環(huán)，證實進入了梁山組，起鉆。

4．1．2粱山組鉆進

簡化鉆具組合，換牙輪鉆頭及塔式鉆具組合下鉆(未遇阻)，恢復鉆進。上部6m鉆時20min／m，最快的僅4min／m(5156m)，為頁巖夾煤層。鉆進中有輕微垮塌，返出巖屑中夾有黃銅礦，立即落實進一退二措施，上提遇阻嚴重，返出巖屑垮塌物逐步增多。中上部5m鉆時130～160min／m，比上段明顯增加，為泥巖。鉆至井深5159m處理鉆井液，鉆井液密度由1.71­1.78g／cm³。中下部8m鉆時40～100min／m，比中上段明顯降低，為頁巖。繼續(xù)鉆進至井深5169.55m，接單根下放遇阻，上提鉆具掛卡嚴重。劃眼有蹩鉆現象，振動篩返出頁巖及煤的垮塌物較多，返出垮塌物大小3～5cm。兩次處理鉆井液，鉆井液密度1.78­1.81­1.84g／cm³。通過反復劃眼，接好單根，繼續(xù)鉆進。底部6m鉆時107～160min／m，比中下段明顯增加，為粉砂巖，導致鉆頭嚴重磨損。鉆至井深5181m，鉆時仍然偏高(80～99min／m)。巖性為白云巖，判斷進入石炭系3m，中完起鉆(表3)。起出鉆頭牙齒全斷。

 

4．2　效果評價

1)根據MX005-H1、MX5、MX2井實鉆的巖屑、鉆時資料提出了梁山組利用鉆時變化特點輔助卡層建議。MX005-H2井現場應用梁山組井斜角64°，實鉆鉆井液密度1.83g／cm³，該建議與實鉆情況基本一致。

2)在進入梁山組就嚴格執(zhí)行簡化鉆具結構、“進一退二”等防卡措施，通過動態(tài)監(jiān)測、精細操作，順利鉆達固井井深，無事故復雜發(fā)生，確保了該段鉆井安全。

5　認識與建議

1)工程安全預警技術把地質分層結果作為選用防卡技術應用的依據。梁山組巖性復雜，實在難以及時分層，可以組織電測，要提前落實防卡措施。實鉆中，根據鉆時變化的可比性，注意調節(jié)好鉆頭使用，盡量使用1只鉆頭完成梁山組鉆進。

2)探索梁山組安全鉆井的鉆井液密度窗口，結合井眼軌跡優(yōu)化、鉆具組合效能、鉆頭類型選擇、設備升級配套、鉆井精細操作等措施，進一步完善了梁山組事故復雜預防技術。

3)梁山組實鉆厚度、鉆井液安全密度與已鉆井差異大，地層鉆厚與地層傾角、實鉆井斜、方位有密切關系，而鉆井液安全密度與井壁穩(wěn)定直接相關，受地層主應力方向影響特別大^[7-12]。建議組織開展該方面的工程地質學的專題、深入研究，提高區(qū)域構造特征、地質資料的工程安全鉆井參考價值。

 

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本文作者：卓云  吳宗國  劉德平  古光平

作者單位：中國石油川慶鉆探工程公司川東鉆探公司