塔河油田TK1113井钻井技术分析摘要:塔河油田盐岩层施工难度大,地层压力高,钻井过程中,盐岩、软泥岩的塑性蠕变,硬石膏的吸水膨胀、高压低矿化度的盐水层对高密度钻井液的污染,盐岩石膏的溶解使井径扩大,薄泥岩夹层的垮塌等特点,极易造成缩径、坍塌、粘附卡钻,甚至造成套管挤毁变形等复杂情况或事故,施工难度大。

分析了TK1113井钻井工艺技术,对同类井的安全施工有一定借鉴作用。

关键词:钻井难点分析钻井液技术扩孔塔河油田盐下油藏钻探一直是钻井施工的一个难点,危险性强,而部分盐下地层又富含油气,是勘探开发、扩大产能的一个重点。

塔河油田南部沙雅隆起石炭系盐体覆盖区奥陶系具有较好的油气勘探前景。

油气储集层为碳酸盐岩岩溶缝洞型储层,属滨海相沉积的石炭系巴楚组发育的巨厚盐膏层,埋藏深度一般超过5100m,厚度在150m～300m之间。

由于盐膏层发生塑性蠕变,且蠕变速度快,在钻进盐膏层段时易发生井漏、卡钻、套管挤毁变形、下套管遇阻事故。

如何加快盐下井的钻井施工速度,如何确保盐下井的钻井施工安全成为一个亟待解决的问题。

塔河油田盐膏层钻井初期采用的长裸眼穿盐的井身结构,必须对盐层以上地层压力系数低的裸眼段进行承压堵漏作业,钻井周期长,施工程序复杂,且由于压差太大,下复合盐层套管时极易发生粘卡。

目前塔河油田盐膏层钻井逐步实施并推广了专打专封井身结构方案,即采用206.4mm高抗挤、厚壁套管封隔盐膏层段,长裸眼钻进揭开奥陶系目的层,取得了良好的效果。

TK1113井就是一个非常明显的例子。

专打专封盐下井TK1113井位于塔河油田塔里木乡7号构造东翼,完钻井深5971.38m,以87天的钻井周期创塔河油田同类型井钻进周期最短记录,比设计提前29天,一开444.5mm钻头钻至井深1203m,339.7mm套管下深1200.94m;二开311.15mm钻进至井深5132m,244.5mm套管下深5129.12m;三开215.9mm钻头钻至井深5400m,206.4mm尾管下深5397.25m;四开:165.1mm钻头钻至井深5971.38m,裸眼完井。

311.2mmMS1952ss钻头从井深2227m钻进至4600m,以18.18m/h的平均机械钻速创塔河油田该井段最快纪录。

特别是该井仅用16天就钻达井深4000m。

钻井工程质量及钻井资料综合评定“优秀”。

通过对比塔河油田其它盐下井的资料,结合在塔河油田的施工经验,总结出了具有一定参考价值的专打专封盐下井施工技术。

1 难点分析该井在钻进过程中,遇到了大井眼第三系大段软泥岩,三叠、石炭系硬脆性泥岩、深井巨厚盐膏层、深井巨厚泥岩(包括橡皮地层、破碎地层)、大口径长裸眼段快速钻进及井眼稳定问题。

具体钻井中遇到的地层复杂情况主要是以下几点。

(1)库车组、下第三系库姆格列木群底到白垩系顶存在流砂层。

(2)康村组以上地层成岩性较差,胶结疏松,易发生井壁坍塌、泥岩易吸水膨胀,形成厚泥饼,造成地层缩径,起下钻困难,易发生缩径卡钻;可钻性好、钻速快,极易造成固相污染。

(3)吉迪克组富含石膏已造成缩径卡钻,易污染钻井液,引起钙侵问题,使泥浆变稠,流变性变差,出现复杂情况。

(4)苏维依组-上白垩统砂岩发育,胶结疏松,易发生缩径卡钻。

(5)高渗透砂岩井段厚泥饼和软泥岩水化膨胀引起缩径阻卡。

(6)侏罗系-石炭系上部硬脆性泥岩易剥落掉块、坍塌严重。

(7)石炭系巴楚组有发育的盐膏层,埋藏深度一般超过5100m,其顶部为厚层状石膏及中厚层状泥岩,中下部为巨厚层状盐岩夹薄层泥岩。

其中盐膏层以盐岩为主,岩盐质纯,厚度在150m～300m之间,盐膏层段在上覆地层压力的作用下,易产生塑性蠕变缩径;高温条件更加剧了塑性蠕变缩径的程度。

穿盐防卡、防漏及下206.4mm套管是本区块的一个难点。

(8)奥陶系与石炭系分属两个压力系统,两种不同沉积类型和不同储集类型的地层。

巴楚组砂泥岩互层段可能存在高压盐水层。

且奥陶系碳酸盐岩裂缝、溶洞、孔洞发育,对钻井液密度变化较为敏感,容易发生井漏等复杂情况或井喷事故。

2 钻井工艺技术TK1113井在上部地层施工中坚持以快取胜的原则,积极采用钻井新技术、新工艺,优化钻井参数,根据地质剖面合理选择钻头型号,钻井液上采用优质钻井液体系,加大强固控设备的使用,坚持以净化保优化的原则。

一开井眼必须开直,采用合适的排量避免冲垮地层。

2.1 二开工艺技术2.1.1 钻头优选技术二开先用一只311.2mmHAT127钻头钻进到井深2200m左右,使用3只13mm的脉冲喷嘴。

在二开组合中加入3根228.6mm钻铤,以增加钻具的刚性,同时降低钻具的重心,具有良好的防斜效果。

HAT127钻头钻过易斜井段发现钻时变慢,立即起钻换PDC钻头。

PDC钻头使用高效脉冲水利发生器,改变井底流场,及时清除井底岩屑,避免钻头的二次破岩,有效地提高了机械钻速。

在塔河油田11区的侏罗系含有砾石但粒径较小,调整参数后可以用PDC钻头顺利钻穿。

但三叠系阿克库勒组底部的及石炭系的卡拉沙依组顶部(少则40m～50m,多则70m～80m)所含砾石一般粒径较大,所以应起钻换牙轮钻头,钻过此段后再下入PDC钻头一直钻进到石炭系巴楚组,揭开盐膏层0.5m～1m,完成二开钻进。

2.1.2 钻井液技术由于白垩系卡普沙良群含有大套泥岩,所以在钻进到白垩系巴什基奇克组底部时钻井液应该完成转型工作,可以根据施工进度提前进行转型准备,转型与提高钻井液密度可以同步进行。

二开由于施工时间相对较长,固相的严格控制必须贯穿始终,钻井液在提密度之前必须将自然密度重控制在1.10g/cm3以内,一旦超过1.10～1.15g/cm3,井下立即会出现挂卡现象,且该段井眼将需要很长时间,多次起下钻才能够恢复正常,加重后也要保证固控效果。

特别是该区块地层渗透性非常好,极易形成厚泥饼,可以用超细碳酸钙对地层进行封堵,下部也可以用沥青进行封堵,以减少泥饼的厚度,同时增强泥饼的润滑性。

2.2 三开工艺技术2.2.1 钻进钻具组合及扩孔钻具组合Φ215.9mm钻头+4304A0+Φ158.75mm钻铤18根+4104A1+Φ127mm加重钻杆15根+Φ127mm钻杆。

Φ215.9mm钻头+YK216-273液压式PDC扩孔器+Φ158.75mm钻铤18根+4104A1+Φ127mm加重钻杆15根+Φ127mm钻杆。

2.2.2 钻头使用情况及钻井参数三开盐层钻进由一只215.9mm牙轮钻头完成,盐层的可钻性比较好,平均机械钻速达到2.67m/h。

2.3 四开工艺技术四开为大套灰岩,先用一只牙轮钻头钻完水泥塞并将井内附件清理干净后,及时下入M1355SS型PDC钻头,完成四开钻进。

TK1113井该钻头从井深5426m钻进到5971.38m,进尺545.38m,平均机械钻速3.6m/h。

3 安全钻穿盐岩层及下入封盐套管盐岩层施工难度大,危险性强,地层压力高,是本区块施工的一个难点,在塔河油田11区石炭系巴楚组存在巨厚盐岩层,厚度一般在150m～300m,地层压力系数介于1.6～1.7,盐层纯而集中,在盐层中夹杂着薄层泥岩,蠕变性极强。

钻井过程中,盐岩、软泥岩的塑性蠕变,硬石膏的吸水膨胀、高压低矿化度的盐水层对高密度钻井液的污染,盐岩石膏的溶解使井径扩大,薄泥岩夹层的垮塌等特点,极易造成缩径、坍塌、粘附卡钻,甚至造成套管挤毁变性等复杂情况或事故,钻井施工难度较大,安全钻穿盐层及顺利完成盐层的中完作业直接关系到盐下井能否顺利完成,也一直是困扰钻井周期的难题。

通过TK1113井的施工总结出以下几方面的穿盐经验。

3.1 穿盐前的准备工作塔河油田采用欠饱和盐水聚磺钻井液进行盐层钻进,在钻盐层前必须进行钻井液体系的转型,提前通过大量的小型实验确定钻井液转型的配方。

转型的同时要加足防塌剂、润滑剂。

将钻井液性能调整到CI-含量14～16万,密度调整到1.63g/cm3左右,中压失水控制在3mL 以内。

3.2 盐岩层钻进塔河油田专打专封膏盐层井采用215.9mm钻头进行盐层钻进,在盐层段钻进要坚持进一退二的原则,以给地层一个应力释放的时间,根据上提下放阻卡情况可适当增加或缩短钻进段长和划眼行程,但一般钻进不要超过2m,就上提划眼一次。

每钻进4h或更短时间短起过盐层顶,根据下放情况确定是否划眼到底,若无阻卡显示,可适当延长短起下时间间隔,但坚持盐层段钻进不要超过12h～15h,若发现有任何缩径的井段短起到盐层顶,以验证钻头能否通过盐层。

在盐层中要坚持控时钻进,每米钻时控制在10min～15min,以给地层一个溶解和应力释放的时间,如果机械钻速变慢,应立即上提钻具划眼到底,防止钻遇软泥岩发生卡钻事故。

盐层中钻进要控制好欠饱和盐水钻井液的CI-含量和钻井液密度,如果CI-含量过高,就会影响盐层的溶解速度,造成缩径,如果CI-含量过低,则会增加岩层的溶解速度,产生大肚子井眼,造成薄泥岩夹层垮塌,同时也影响固井质量,严重则会导致挤毁套管。

如果钻井液密度偏低,则会造成液柱压力低于地层压力,造成盐层缩径;但若密度过高,又会发生井漏。

因此在盐层中钻进,CI-含量和钻井液密度的控制对盐岩层的安全钻进极为重要。

在盐膏层段,未扩眼之前,井径相对较小,说明蠕变速度要大于目前普遍采用的欠饱和盐水钻井液对膏盐层的溶解速度,所以主要是如何解决膏盐层缩径卡钻而不是如何防止盐溶问题,防缩径是该段的主要矛盾。

如果采用低矿化度的钻井液,在钻开膏盐层之初,蠕变速度快,而此时钻井液对膏盐层的溶解速度也最大,即“以低(矿化度低)克快、以快(溶解快)克快”;到钻井后期,膏盐层蠕变速度因前期应力已大部释放而相对减慢,而此时钻井液矿化度因盐膏自然溶解而增加,其溶解速度随之降低,因此,基本维持了蠕变速度与溶解速度的动态平衡,即“蠕溶相当”。

如果实现了这一目的,则可以减少材料消耗,节约人力物力,节约转化体系所需要的时间,技术效益和经济效益都是很明显的。

TK1113井由于在钻盐层前制定了严密的技术措施,加强了对井下情况的监控,使用一只215.9mmHJ517钻头顺利钻穿盐层。

本井钻盐层采用的泥浆性能为CI-含量控制在14～16万,密度1.63～1.65g/cm3,粘度58s,塑粘25mPa·s,动切力7Pa,静切力4/12(Pa/Pa),坂含36kg/m3,含砂0.3%,泥饼0.5mm,摩阻0.05,API失水4.6mL。

3.3 中完作业由于盐岩层的塑性蠕变及保障后续施工的顺利进行,采用206.4mm厚壁、高抗挤强度套管封膏盐层,由于井眼与套管间隙小,为保证套管的顺利下入和固井质量,进而保证套管的安全,所以要对盐层段进行扩孔,扩孔直径要达到273.05mm～279.4mm。

扩孔后,通过测井资料对盐层段进行蠕变速度的计算,来确认安全下套管时间,确保206.4mm尾管顺利下入。