镇钾1井长井段连续取心钻井工艺.pdf

第 3 4卷 第 5期 2 0 1 2年 9月 石 油 钻 采 工 艺 oI L DR I LLI N G PROD UCTI o N TECHN oLo GY Vo 1 ． 3 4 N O． 5 S e pt ．2 01 2 文章编号 1 0 0 07 3 9 3 2 0 1 2 0 5一O l 1 1 0 4 镇钾 1井长 井段连 续取心钻 井工艺 石 崇东 高 龙 宁 金 生 高 建 光 姜 延龄 杨 碧学。 1 ． 川庆钻探 工程公 司长庆钻 井工程总公 司， 陕西西安7 1 0 0 1 8 ； 2 ． 川庆钻探工程公 司长庆钻井工程总公 司定向井技 术服务公 司， 陕西西安7 1 0 0 1 8 引用格式石崇东， 高龙， 宁金生， 等 ． 镇钾 1井长井段连续取心钻井工艺 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 1 2 ， 3 4 s o 1 l 1 一 l 1 4 ． 摘要镇钾 1井是中国地质科学院部署的一1 2 用于调查评价陕北奥陶纪盐盆地钾盐资源的钾盐基准井。通过分析该井 钻进过程 中的施工难点， 对取心钻头及取心工具的选型、 取心参数优选、 取心过程复杂和事故的预防措施等进行 了 研究。针对 直井段刘家沟组易漏失、 取心井段长、 取心井段需扩眼、 盐岩心易溶和盐层段易缩径、 易卡等技术难题 ， 制定了一系列技术措施。 该 井累计取心进尺 9 0 0 ．4m， 取心 5 3次， 岩心收获率 9 8 ．4 8 ％， 其 中盐岩心长 1 7 7 ． 0 6 m， 为今后 同类 井施工积 累了宝贵的经验 。 关键词 钾盐井 ；取心 钻头 ；取心 工具 ；盐层取心 中图分类号 T E 2 4 4 文献标识码 A L o n g c o r e i n t e r v a l d r i l l i n g t e c h n o l o g y i n t h e Z h e n j i a l We l l S H I C h o n g d o n g ， G A O L 0 n g 2 ，N I NG J i n s h e n g 2，G A O J i a n g u a n g ， J I A N G Y a n l i n g ， Y A NG B i x u e 2 1 ． T e c h n o l o g yMa n a g e B r a n c h o fC h a n g q i n gDr i l l i n gE n g i n e e r i n gC o m p a n y ， X i ’ a n 7 1 0 0 1 8 ， C h i n a ； 2 ． Di r e c t i o n a l W e l l T e c h n o l o g y C o m p a n y ， C h a n g q i n gDr i l l i n gE n g i n e e r i n g C o m p a n y ， Xi ’ a n 7 1 0 0 1 8 ， C h i n a Ab s t a c t Z h e n J i a 1 W e l l i s t h e d e p l o y m e n t o f t h e C h i n e s e Ac a d e my o f Ge o l o g i c a l S c i e n c e s s y l v i t e k e y we l l f o r i n v e s t i g a t i o n a n d e v a l u a t i o n o f s y l v i t e i n the Or d o v i c i a n s a l t b a s i n o f No r t h e r n S h a a n x i r e s o u r c e s ． T h r o u g h a n a l y z e s c o n s t r u c t i o n d i ffic u l t y o f the we l l d u r i n g d r i l l i n g ， t h e t y p e s e l e c t i o n o f c o r e b i t a n d c o r i n g t o o l s ， c o r i n g p a r a m e t e r o p t i mi z e ， p r e v e n t i o n o f a c c i d e n t s a n d c o mp l e x we r e r e s e a r c h e d ． Ac c o r d i n g t o s u c h p r o b l e m s a s v e r t i c a l s e c t i o n Li u J i a Go u f o r ma t i o n l e a k a g e ， c o r e i n t e r v a l l o n g e r , r e a m e d o f c o r e i n t e rva l ， s a l t c o r e d i s s o l v e d ， s a l t b e d s h r i n k h o l e ， s y s t e m a t i c r e a s o n a b l e t e c h n i c a l me a s u r e s a r e e s t a b l i s h e d ． Th e c o r i n g f o o t a g e i s 9 0 0 ． 4 m i n t h e we l l ， t h e s a l t c o r i n g f o o t a g e i s 1 7 7 ． 0 6 m ． ， a n d t h e Co r e n u mb e r o f t r i p s i s 5 3 ． Th e c o r e r e c o v e r y i s 9 8 ． 4 8 ％ ． Z h e n J i a 1 We l l p r o v i d e s a n i mp o r - t a n t e x p e r i e n c e f o r c o n s t r u c t i n g o f t h e s a me t y p e we l 1 ． Ke y wo r d s s y l v i t e we l l ； c o r e b i t ； c o r i n g t o o l s ； s a l t b e d c o r i n g 随着 国内加 强对海相地层找钾的研究 ， 鄂尔多 斯盆地奥陶系马家沟组发现薄层钾石盐层， 开辟了 中国海相找钾的新领域。陕北奥 陶纪盐盆中奥陶统 马家沟组马五 6亚段这一地史时期沉积 的石盐岩与 正常海水沉积钾石盐对 比， 该 盆地水体浓缩程度较 高 ， 已达钾石盐沉积阶段 。镇钾 1 井是陕北盐盆地 实施 的第 1口钾 盐基准井 ， 通过对奥陶系马家沟组 全部取心以获取马家沟组含盐岩系完整地层序列资 料， 建立一个可供找钾参照的 “ 标杆地层柱” ；通过 对全套岩心的综合配套测试分析 ， 取得成盐成钾物 质基础 和来源等准确可靠 的第一性地质 、 地球化学 信息；通过获取盐下层相关油气基础地质资料， 为 奥陶纪盐下层油气勘探部署提供科学依据 ， 做到 “ 一 孔多用 ， 钾气兼探” 。 1 施工难点 1 直井段井眼尺寸相对较大， 并钻遇多套地层。 二叠系的刘家沟组漏层与三叠系的石千峰组和石盒 子组坍塌层及石炭系的煤层存在于同一裸眼段， 密 度窗 口窄 ， 易造成井下复杂。 作者 简介石 崇东， 1 9 7 8年 生。2 0 0 2年毕业 于西安石油 大学机械设计制造专业 ， 2 0 0 5年获西安石油大学油气井工程硕士学位 ， 现从 事水 平井及特殊井技 术服 务 ， 工程 师。E ma i l s h i c d_0 1 2 6 ． t o m。 石 崇东等 镇钾 1井长井段连续取心钻井工艺 1 1 3 3 ． 3 取 心 工具 该井采用 四川石油取心中心研 发的川 7 ． 4取心 筒 ， 主要 由安全接头、 旋转总成 、 钢球 、 外筒 、 内筒、 岩 心爪总成组成。该取心筒具有以下特点 1 采用内 外双筒单动悬挂式结构 ， 悬挂轴 承承担 内筒及岩心 重量 ， 外筒用来传递扭矩从而带动钻头旋转 ， 通过悬 挂轴承使 内筒及 进入 内筒 的岩 心处 于相对静止状 态 ； 2 采用卡箍岩心爪组合 ， 确保岩心爪顺利割取和 承托岩心柱 ； 3 采用了投球法清洁内筒 ， 取一 C ,, 3 2 具下 到井底后， 开始开泵循环清洗内筒及井底， 待清洗干 净后 ， 投入钢球 ， 清洗内外筒 间隙， 从而保证 了内外 筒之问的清} 吉， 避免了堵心、 卡心。 4 钻井液体系 4 ． 1 直井段防漏防塌钻井液体系 该井刘家沟组存在裂缝性地层 ， 需要提高刘 家 沟组承压能力 ， 但是延长组底部及石千峰组和石盒 子组有坍塌现象 ， 因此采用双抑制防塌聚合物体系。 在进入刘家沟组之前将钻井液转入循环罐， 便于及 时观察 ， 及时发现漏失 ；同时加入一定量 DF ． 1 堵漏 剂， 确保堵漏剂在钻井液中的比例；边钻进边加随 钻堵漏剂 ， 通过累积效应逐步提高地层 的承压能力 ， 防止刘家沟漏失；充分利用固控设备， 有效控制密 度和含砂量 ， 以提高机械钻速 。 4 ． 2 取心井段饱和盐水体 系 该井取心井段存在大段盐层， 采用不含钾离子 的饱和盐水体系 J 。每次取心作业前 ， 将钻井液 中 c l 一 浓度控制在 1 8 0 - 1 8 5 g ／ L， 并 在盐层取心钻进 过 程中实时监控， 确保在盐层取心作业时盐岩心不会 发生溶解 ， 取得准确的盐岩地层岩性资料 ， 保证盐岩 心的收获率 ， 并维护井壁稳定。 5 复杂情况处理 5 ． 1 螺杆断裂事故 该 井二开钻进 至井 深 5 7 7 ． 1 m时 ， 发 现钻进无 进尺 ， 泵压无变化 ， 上提钻具 0 - 3 m， 立管压力 由 6 ． 5 MP a 降为 2 ． 0 MP a 。循环一周后起 钻检查钻 具 ， 起 至螺杆时 ， 发现从螺杆旁通阀丝扣连接处下部 2 0 c m 母扣根部处断裂 。采用卡瓦打捞筒打捞成功。 5 ． 2 岩心爪质量问题 该井取心至 2 7 8 4 ． 8 m起钻后发现岩心爪脱落。 卡在钻头里， 部分岩心掉井。取心进尺 1 8 ． 4 m， 岩心 长 5 ． 4 5 m， 掉心 1 2 ． 9 5 m。继续下取心筒准备捞心 ， 下钻 至 2 7 8 0 ． 8 m有钻压 ， 开始探 心 ， 始终无法使岩 心进入取心筒 ， 最终决定把岩心磨掉 ， 到底后继续取 心 0 ． 7 m。起钻后 发现落井 的岩心没有 打捞成功。 预防措施 每一趟捅完心后都检查岩心爪的弹性和 强度 ， 根据情况适时更换岩心爪 。 5 ． 3 悬挂轴承弹子盘失效 悬挂轴承采用了双盘单 向推力轴承。上排用于 悬挂 内岩心筒 ， 使其不随外岩心简旋转 ， 从而保护内 筒中的岩心 ；下排防止 内岩心筒上顶。该井钻进至 2 5 6 5 m起钻至井 口保养悬挂轴承时发现 ， 取心筒悬 挂轴承弹子盘散架 ， 滚珠脱落。 预防措施每趟捅心结束后对取心筒悬挂轴承 检查弹子及弹子跑道不得有明显损伤 ， 查看滚珠是否 出现磨损 ， 有无脱落， 轴承轴向问隙不大于 3 n 3 1 T l ， 径向 间隙不大于 2 1 T n T I ， 检查完好后涂抹黄油进行保养 ， 然 后紧固并帽， 使轴承转动灵活， 确保取心筒使用正常。 5 ． 4 取心简胀扣 取心简的上扣扭矩在 1 2 0 0 0 ～ 1 3 0 0 0 k N m， 连 续取 心钻进过程 中扭矩对取心筒 的影响较 大， 作用 力使悬挂轴承与取心筒连接处出现胀扣现象。预防 措施 每次起 出取心简时要对各丝扣连接处进行仔 细检查 ， 若有轻微 的胀扣现象 ， 及时更换取心筒 ， 防 止出现井下事故。 5 ． 5 钻铤公扣断裂 该井取心钻进至 3 0 6 1 m时 ， 在井 口钻铤上扣过 程 中， 当 B型钳压力上 到 2 MP a时， 第 7根钻铤 的 公扣断在第 6根钻铤的母扣中。通过对断裂位置分 析 ， 在取心钻进过程中， 取心钻压基本恒定 ， 钻具中 和点的位置也 比较集 中， 容易造成钻具 中和点部分 产生疲劳损伤。预防措施在后面的取心钻进过程 中， 每隔 3 趟钻倒换一次人井钻铤的位置， 防止钻具 中和点部位在钻进过程 中疲劳失效 ， 造成井下事故。 5 ． 6 盐岩层段卡钻 由于盐膏层蠕变缩径 J ， 要采用合理 的钻井液 密度平衡和抑制盐膏层的蠕变 、 溶解 ， 并在盐层取心 钻进时严格控制排量 ， 严防井壁冲蚀 。在盐岩层取心 钻进时 ， 钻时 3 - 5 mi n ／ m， 在多次割心过程 中出现遇卡 现象 。每次割完心上提钻具遇卡后， 采取下压 1 0 0 k N 左右钻压 、 增加循环时间的措施 ， 1 2 h后解卡。 6 现场应用 6 ． 1 直井段钻头优选 直井段采用 03 1 1 ．2 mm钻头钻至本溪组 。由于 井眼尺寸相对较大 ， 岩屑不易及时带离井底 ， 钻进过 程 中采用大排量钻 进 ， 增 强钻井液携砂能力 。上部 采用牙轮钻头复合钻井 ， 纸坊组中下部使用 P D C钻 头转盘钻进 ， 既有效保 护钻头又提高 了机械钻速和 1 1 4 石油钻采工艺2 0 1 2年 9月 第 3 4卷 第 5期 单只钻头进尺 表 2 。 表 2 直井段 0 3 I 1 ． 2 r n r n钻头使用情况 6 ． 2 取心 作 业 取 心钻具组合 O 2 1 5 mr r d O1 0 1 mm金 刚石取 心钻头 川 I 7 ． 4取心筒 双筒 O1 6 8 mm钻铤 9 根 1 2 7 mm钻杆 。 从 2 4 3 7 m开始取心钻进 ， 按照 “ 树心一取心一 割心” 操作规程进行取心作业， 采用 2 0 k N钻压进行 树心 2 0 c m， 取心钻压 4 0 ～ 6 0 k N， 转速 5 0 r ／ mi n ， 排量 2 0 ～ 2 5 L ／ s 。割心的方法根据取心工具和地层岩性确 定 ， 割心前将钻压加大 2 0 k N， 以保证获得 的岩心粗 一 些 ， 钻进 0 ． 4 ～ 0 ． 6 m后 ， 刹住刹把待钻压恢复到 2 O k N左右 ；上提钻具在原悬重的基础上多提 1 0 0 2 0 0 k N， 如果悬重恢复则证明岩心割断 ， 如果不恢复则重 复几次割心 ， 直到割断岩心 。取心钻进至 3 3 2 8 ． 8 m， 奥陶系马家沟组取心作业结束。马家沟组连续取 心 5 1回次 ， 平均取心机械钻速 2 ． 7 6 m ／ h 。 寒武系张夏组为浅灰色细晶白云岩 ， 可钻性差 ， 采用江钻 的 H J 6 1 7三牙轮钻头钻进。为了确保地质 要求取到太古界顶部的岩心， 钻至 3 4 3 5 ．0 m时开始 准备下取心筒继续取心钻进。 采用川 7 ． 4双筒取心钻进。取心钻进至 3 4 4 3 ． 6 m， 太古界岩性非常致密 ， 可钻性差 ， 钻时非 常慢 ， 取心进尺 8 ． 6 m， 取心机械钻速 0 ． 0 9 5 m／ h ， 取出岩心 为浅灰色条带状混合花岗片麻岩。 该 井 使 用 1 0只 取 心 钻 头 表 3 ， 取 心 进 尺 9 0 0 ．4 m， 岩心收获率 9 8 ．4 8 ％， 其中盐岩长 1 7 7 ．0 6 m。 表 3 取心钻头使用情况 7 结论 1 直井段刘家沟组采用通过累积效应逐步提高 地层承压能力的防漏技术措施。 2 采用满眼 P DC取心钻头 ， 长井段连续取心不 需要进行扩眼 ， 提高施工效率 。 3 在取心作业前 ， 应对地层特性进行分析 ，及 时调整取心工具与取心钻头之间的问隙， 防止 出现 磨心现象 ， 从而提高岩心收获率。 4 盐层段取心钻进采用不含钾离子的饱和盐水 体 系， 并在盐层取心钻进过程 中实时监控 ， 确保盐岩 心和井壁不会发生溶解 ， 取得准确 的盐岩地层岩性 资料， 保证盐岩心的收获率， 并维护井壁稳定。 5 盐 层段取 心要合 理优化钻 进参数 ， 减少 钻 井液对岩心与井壁的冲蚀， 避免钻具振动对岩心的 影响。 6 仔细保养取心工具 ， 并定时倒换下部钻具位 置 ， 防止井下钻具中和点附近造成疲劳失效 。 参考文献 [ 1 ] 孙庆仁 ， 申胡成， 杨新斌， 等 ． 松科 1井南孔钻井取心技 术 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 0 7 ， 3 4 5 8 - 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