劍門1井超深超長小井眼鉆井技術(shù)

摘 要

摘要：劍門1井在第四次開鉆中，用Ø215.9mm鉆頭鉆進中遇到了嚴(yán)重的井下復(fù)雜情況，被迫改變井身結(jié)構(gòu)設(shè)計，油層套管提前下入，從而大大增加了Ø149.2mm小井眼鉆井的長度。
摘要：劍門1井在第四次開鉆中，用Ø215.9mm鉆頭鉆進中遇到了嚴(yán)重的井下復(fù)雜情況，被迫改變井身結(jié)構(gòu)設(shè)計，油層套管提前下入，從而大大增加了Ø149.2mm小井眼鉆井的長度。由于井身結(jié)構(gòu)的改變，把一些本該在第四次開鉆前應(yīng)解決的復(fù)雜地質(zhì)問題留給了小井眼鉆井階段。加深的小井眼鉆井難度一般都比較大，對于超深超長的小井眼鉆井難度就更大。劍門1井在超深超長加深小井眼鉆井中，針對面臨的許多難題，制定了詳細的施工技術(shù)措施：①將聚磺鉆井液逐步轉(zhuǎn)換為仿油基鉆井液；②優(yōu)選鉆頭型號和優(yōu)化鉆井參數(shù)；③使用頂驅(qū)鉆井；④采用復(fù)合鉆具，上部為Ø127mm S13518°鉆桿，下部用Ø88.9mm S13518°鉆桿鉆井。最終安全順利地完成了這口超深(7009m)超長(2005.43m)小井眼井段的鉆井工作，取得了寶貴的小井眼鉆井經(jīng)驗和豐碩的勘探成果。
關(guān)鍵詞：超深井；超長；小井眼；鉆頭；頂驅(qū)鉆井；劍門1井
0 引言
    劍門1井2007年12月22日第四次開鉆，用Ø215.9mm鉆頭鉆至井深4660.9m，層位為三疊系須家河組須二段，由于鉆遇高壓氣層和CO2嚴(yán)重污染，反復(fù)進行壓井，最高使用鉆井液密度為2.47g/cm3，并出現(xiàn)上漏下噴、鉆井液流動性極差等復(fù)雜情況，鉆進十分困難。被迫將原設(shè)計下至三疊系飛仙關(guān)組須三段頂(井深6502m)封隔上部嘉陵江組嘉二段高壓鹽水層的Ø177.8mm油層套管，提前于須一段頂(井深5003m)下入。使得由原設(shè)計長500多米的Ø149.2mm小井眼，陡增至2000余米，并集不同壓力梯度顯示層和大段膏鹽層于2000余米小井眼井段，這給下步鉆井帶來了極大的困難。
1 面臨的主要難題
    1) 在該次鉆進中，可能鉆遇多個不同壓力系統(tǒng)的顯示層。設(shè)計的地層壓力系數(shù)由低(1.60)到高(1.80)，再到更低(1.50)，容+易出現(xiàn)噴漏等復(fù)雜情況。
    2) 該井在雷口坡組、嘉陵江組和飛仙關(guān)組，都將鉆遇大段石膏層，在嘉二段還可能鉆遇高壓鹽水層，容易使鉆井液受污染，容易引起縮徑和壓差卡鉆。
    3) 該地區(qū)飛仙關(guān)組-長興組海相儲層為高溫、高壓、高含硫氣藏。由于Ø177.8mm套管未回接，受該Ø244.5mm套管抗內(nèi)壓強度的限制，在高密度情況下，允許的關(guān)井壓力十分有限，將給井控帶來很大難度和風(fēng)險。
    4) 該井所使用的Ø149.2mm鉆頭將鉆至井深7100m，裸眼段長達2100m。無論是鉆進，還是復(fù)雜情況處理，難度都是非常大的。
    5) 超深超長小井眼鉆進的鉆頭、鉆具使用，事故預(yù)防與復(fù)雜情況處理等，都將面臨很多難題。
2 采取的主要技術(shù)措施
    為了能夠完成這口超深超長小井眼鉆井，針對上述鉆井的難點，該井主要在鉆井液、鉆頭選型、防止卡鉆、防斷鉆具，避免進行處理復(fù)雜情況和事故等方面做了大量細致的工作。
2.1 鉆井液主要技術(shù)措施
    1) 將聚磺鉆井液逐步轉(zhuǎn)換為仿油基鉆井液，使其性能達到相當(dāng)于油基鉆井液的性能指標(biāo)，提高潤滑性能，達到最好的防粘卡效果。
    2) 嚴(yán)格控制土相含量，加入抗膏鹽污染的處理劑，提高鉆井液抗污染的能力。
    3) 鉆進時，井內(nèi)鉆井液中加入封堵劑(FLC-2000)或隨鉆堵漏劑(SDL)，提高鉆井液的防漏止漏能力。
    4) 加入抗高溫處理劑，使鉆井液高溫高壓性能穩(wěn)定。
2.2 優(yōu)選鉆頭型號和優(yōu)化鉆井參數(shù)
    1) 先使用牙輪鉆頭，穿越須一段研磨性強的砂巖地層和雷四段中上部的礫巖地層。接著使用PDC鉆頭，提高鉆井速度，減少起下鉆次數(shù)，減少套管磨損，避免鉆頭事故。
   2) 在PDC鉆頭使用的各個環(huán)節(jié)上，精心操作，優(yōu)化參數(shù)。以鉆壓為5～6t、轉(zhuǎn)速為70～90r/min、排量為14～15L/s、泵壓為22～25MPa鉆進。使用自動送鉆裝置，確保均勻平穩(wěn)送鉆。根據(jù)鉆進扭矩和鉆時情況，及時調(diào)整鉆壓和轉(zhuǎn)速。
2.3 防卡主要技術(shù)措施
    1) 使用頂驅(qū)鉆井，設(shè)定合理的扭矩值，鉆進中密切注意扭矩變化，發(fā)現(xiàn)異常及時采取措施處理，防止鉆進或劃眼時出現(xiàn)嚴(yán)重蹩鉆，避免發(fā)生卡鉆事故[1～3]。
   2) 每鉆進一根單根，上提鉆具倒劃眼一次，遇掛卡則反復(fù)劃眼。若鉆遇石膏和膏鹽地層，鉆時加快，則適當(dāng)控制鉆速，每鉆進3～5m，上提鉆具劃眼一次。接立柱前，倒劃眼、正劃眼一次。每鉆進200m短起下鉆一次。
  3) 盡可能地縮短鉆具在井內(nèi)的靜止時間，原則上不超過3min?；顒鱼@具時，除了轉(zhuǎn)動以外還需上下活動，幅度在5m以上。
   4) 認真搞好鉆井液的固控凈化工作，堅持每天使用除砂除泥器和離心機，降低固相含量，加夠防卡潤滑劑，仿油基處理劑保持在12%以上，盡量降低摩阻。
2.4 鉆開高壓鹽水層的主要技術(shù)措施
   1) 在鉆至預(yù)計的鹽水層之前，按鄰井鉆該井段所用的最高鉆井液密度2.15g/cm3做地層承壓試驗，并將鉆井液密度增加至設(shè)計的鉆井液密度值1.87g/cm3。對鉆井液進行抗鹽預(yù)處理，提高井內(nèi)鉆井液的抗污染能力，然后鉆開鹽水層。
   2) 鉆井中加強鉆時、密度、氯根、電導(dǎo)率、液面等的監(jiān)測。若遇高壓鹽水，則根據(jù)情況立即提高鉆井液密度，不能讓鹽水進入井筒。
   3) 鉆開高壓鹽水層后，第一次起鉆前，進行短起下鉆，根據(jù)后效情況，調(diào)整鉆井液密度。起下鉆后，根據(jù)鹽水浸情況，進一步調(diào)整鉆井液性能。
2.5 防噴防漏的主要技術(shù)措施
    1) 為了避免發(fā)生溢流和井漏，采用密度為1.67g/cm3的鉆井液，鉆過上部壓力相對較低的地層；用設(shè)計的鉆高壓鹽水層密度值，鉆開嘉二段高壓鹽水層；鉆過嘉陵江組后，在保證不出現(xiàn)鹽水浸的前提下，逐步下調(diào)鉆井液密度，為鉆下部低壓層創(chuàng)造條件。
    2) 由于該段地層壓力“窗口”很窄，為了避免鉆進時發(fā)生井漏，而起鉆時又發(fā)生溢流，采取起鉆時，根據(jù)計算的環(huán)空壓降，適當(dāng)提高鉆井液密度，彌補因停止循環(huán)、起鉆抽汲引起的井底壓力降低，導(dǎo)致流體外溢。下鉆后，又用較小排量將鉆井液密度恢復(fù)到鉆進時的密度值，再開始鉆進，防止井漏。
    3) 認真搞好平衡壓力鉆井，及時發(fā)現(xiàn)溢流，及時處理，避免控壓循環(huán)，避免關(guān)井。
    4) 搞好井口裝置和井口附近套管的保護工作，堅持在井口附近8柱鉆桿加防磨接頭(每柱1只)。定期檢查套管頭防磨套，定期對井口裝置試壓。
2.6 防鉆具事故技術(shù)措施
    1) 采用復(fù)合鉆具，上部為Ø127mmS13518°鉆桿，下部為Ø88.9mmS13518°鉆桿。
    2) 使用全新的Ø121mm螺旋鉆鋌、全新的鉆桿和全新的配合接頭。采用2組全新的鉆鋌，定期輪流倒換使用，釋放應(yīng)力。
    3) 合理使用鉆具，堅持錯扣起鉆，定期倒換鉆具位置，保持鉆具絲扣清潔，抹好絲扣油，按規(guī)定扭矩上扣，防止鉆具刺漏，避免發(fā)生斷鉆具事故。
3 超深超長小井眼鉆井實踐
    2008年2月29日用Ø149.2mm牙輪鉆頭、仿油基鉆井液，從井深5003.57m第五次開鉆。2008年5月12日鉆至井深7009m完鉆。在長達2005.43m的加深小井眼鉆井中，經(jīng)過艱苦努力，歷時73d，勝利完成了當(dāng)初認為很難實現(xiàn)的鉆探任務(wù)，并在超深超長小井眼鉆井技術(shù)上取得了寶貴的經(jīng)驗，創(chuàng)造了新水平。
3.1 勘探取得了重大成果
    通過該井小井眼的鉆探成功，首次在川西地區(qū)北部鉆遇長興組生物礁，在飛三段見到了良好的天然氣顯示，展現(xiàn)了該地區(qū)良好的勘探前景。
3.2 仿油基體系鉆井液發(fā)揮了良好作用
    在鉆井液中逐步加入仿油基處理劑，將聚磺體系轉(zhuǎn)化為仿油基體系。井內(nèi)鉆井液中仿油基處理劑達到一定含量時，鉆井液的摩擦系數(shù)很小，其潤滑防卡性能可以達到油基鉆井液的指標(biāo)[4～7]。
    加入SMP-2，RSTF，PPL等處理劑，大大提高了鉆井液抗膏鹽污染能力和高溫穩(wěn)定性。在雷口坡組-嘉陵江組地層鉆遇累計長達349m的石膏、膏鹽層和鹽水層，鉆井液中Ca2+離子、Cl-離子雖然大幅度增加，但鉆井液性能卻非常穩(wěn)定。隨著井深的增加，加入抗高溫穩(wěn)定劑后，高溫流變性能穩(wěn)定，高溫高壓失水低。加入封堵劑FLC-2000提高了其防漏能力。仿油基體系鉆井液的這些優(yōu)良性能，對提高機械鉆速，防止復(fù)雜情況和事故都發(fā)揮了很好的作用。
3.3 PDC鉆頭的使用大大提高了鉆井速度
    2008年3月23日下入一只舊的Ø149.2mmM1365PDC鉆頭，從雷口坡組雷四段下部鉆至嘉陵江組嘉二段，巖性以白云巖、石灰?guī)r為主，夾石膏。2008年4月20日鉆至井深6295m，因復(fù)合鉆具下部需補充Ø88.9mm鉆桿起鉆。進尺為1110.67m，純鉆時間為542h，平均機械鉆速為2.05m/h。起出的鉆頭較好，尚可繼續(xù)使用。該鉆頭累計進尺為1819.96m，純鉆時間為791.5h。后下入Ø149.2mm STR445PDC鉆頭，從嘉二段鉆至完鉆井深7009m，層位為二疊系長興組，巖性以石灰?guī)r、白云巖為主，夾少量石膏。該只鉆頭進尺為714.00m，純鉆時間為330h，平均機械鉆速為2.15m/h，起出的鉆頭還可以繼續(xù)使用。在這樣高的鉆井液密度條件下，兩只Ø149.2mmPDC鉆頭，鉆井進尺為1824.67m，鉆井時間僅為50d，為提高鉆井速度，避免鉆具事故，減少套管磨損發(fā)揮了很大的作用。
3.4 小井眼井段無鉆井事故
    由于使用了全新的鉆具，采用了優(yōu)質(zhì)的仿油基鉆井液體系，采取了防止發(fā)生小井眼卡鉆和斷鉆具事故的預(yù)防性技術(shù)措施，加強管理，優(yōu)化參數(shù)，精心操作，使得在整個鉆井過程中，即使阻卡情況不斷，但是由于正確處理，都很快得以解除，沒有發(fā)生任何鉆井事故。
4 結(jié)論與認識
    1) 因改變井身結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致的加深小井眼鉆井難度很大，超深超長加深小井眼鉆井難度更大。因此，在鉆井設(shè)計時，應(yīng)該周密考慮，井身結(jié)構(gòu)要留有余地，應(yīng)盡量避免大幅度加深小井眼鉆井情況的出現(xiàn)。
    2) 該井在超深超長小井眼中，采用的仿油基鉆井液、PDC鉆頭、全新鉆具、頂部驅(qū)動裝置等綜合配套技術(shù)，是保證安全、快速鉆井的重要保障。
    3) 超深超長小井眼加深鉆井，最重要的是避免卡鉆，斷鉆具，避免在小井眼中進行復(fù)雜情況及事故處理。施工之前，制定詳細周密的鉆井技術(shù)措施，并在施工中認真貫徹執(zhí)行，是非常必要的。
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(本文作者：程常修1 肖波1 賈華雄1 甘平西2 王明華1 1.川慶鉆探工程公司川西鉆探公司；2.川慶鉆探工程公司鉆采工藝技術(shù)研究院)