大邑地区复杂地层钻井难点与对策.pdf

2 0 1 0 年 第4 卷 第6 期 天 然 气 技 术 Na t u r a l Ga s T e c h n o l o g y Vo 1 ． 4． N o ． 6 De e ． 2 01 0 d o i 1 0 ． 3 9 6 9／ j ． i s s n ． 1 6 7 3 9 0 3 5 ． 2 0 1 0 ． 0 6 ． 0 1 4 大 邑地 区复 杂 地 层 钻 井 难 点 与 对 策 彭红利 中国石化西南分公司工程技术研究院，四川 德阳6 1 8 0 0 0 摘要 大邑地区地质条件复杂，钻井过程中易发生地层垮塌、井漏、井斜、地层可钻性差等复杂情况，制 约了该地区勘探开发进程。针对这一情况，提 出了优化钻井方式和井身结构，合理确定钻井液密度及性能，优选 高效钻头与钻井方位等针对性措施。 关键词 大邑地质条件钻井钻井液钻井设计 中图分类号 T E l 3 2 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 3 9 0 3 5 { 2 0 1 0 0 6 0 0 4 6 0 3 O 引言 大 邑构造位于龙门山冲断带 内的前缘隐伏构造 带南段 ，目前 已完钻井 l 4口。大 邑构造 由于地质特 征复杂 ，井壁稳定性差 ，地层 出水 ，地层砾岩 、石 英砂岩 、砂泥岩频繁互层等原因，钻井易 出现钻速 低与地层垮塌 、井漏 、井涌 、卡钻等情况 ，钻井安 全面临很大挑战。因此 ，加强对该区钻井复杂情况 及其对策研究 ，对于加快该地 区勘探开发进程具有 重要意义。 受泥浆浸泡与地层倾角影响 ，以及地应力作用 、钻 具拉挂、钻井液冲刷等外力作用，极易垮塌，导致 出现井 内复杂情况。 2 断层裂缝。大邑地区构造运动变形剧烈 ，断 层 、裂缝发育 ，地层破碎 ，钻遇该类地层造成井眼 不稳定 ，尤其在气体钻井时更容易发生严重垮塌而 导致卡钻 。大邑4 井在 3 6 2 5 3 7 4 1 m井段气体钻井 而发生卡钻 ，大邑7 井 3 9 2 3 ． 1 3 m附近发育断层 、裂 缝破碎带发 育 ，井壁垮塌掉块严重 ，长时 问划 眼 ， 影响正常钻进 。 1 难点 1 ．2 井漏 1 ． 1 地层垮塌 1 砂泥岩频繁互层 ，页岩发育 ，地层本身容易 掉块。大 邑地区地层岩性主要为砂泥岩互层 ，而且 薄而多 ，岩性变化大 ，泥页岩相 当发育 ，其厚度 、 层 数 占地 层 比例 大 ，平 均 泥 页 岩 厚 度 比 例 达 4 7 ． 8 5％，平均 砂 岩 比达 5 2 ． 1 5％，平 均 砂 泥 比为 1 ． 4 5 。夹关组 、须家河组须五段 、须四段 、须三段泥 页岩厚度在5 0 ％ 以下 ，其余地层泥页岩厚度所在地 层厚度 比例均在 5 0％以上 ，其 中灌 口组泥页岩比例 高达 8 0％以上。 砂泥岩频繁互层及页岩发育井段易造成井壁垮 塌 、卡钻 、井漏等钻井复杂事故 ，并且对大斜度定 向井施工也非常不利 。在大斜度井眼条件下 ，井壁 大 邑地 区裂缝 发育 但非 均质性 强 ，以高角度 缝 、网状缝为主。当钻遇裂缝相对发育地层时 ，易 发生钻井液井漏 ，对储层伤害大。大邑 1 井在成像测 井裂缝发育井段多处出现井漏情况 ，其漏失井段均 具有裂缝发育 的特征 ，岩性为岩屑砂岩 。漏失井段 主要分布在须家河组 须三段 、须二段 ，7 6％为裂缝 性漏 失 。 1 ．3 易井斜 1 地层倾角。大邑构造带地层倾角较大，在 2 。 ～3 0 。 之间 ，主峰为 9 。 左右 ，倾 向除 7 0 3～1 0 0 0 m 之外 ，基本上为北西 向，表明井 眼钻遇构造北西翼 的较高部位 。地层倾角大 ，不仅 易造成 钻井井斜 ， 收稿 曰期 2 0 t 0 0 5 1 9 修订 日期 2 0 1 0 1 0 0 8 作者简介 1 9 7 9一 ，女 ， l ．从 0 外地 嗳疗嘶的研究 I ‘ 作 46／ Na t u r a l G a s T e c h n o l o g y 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 2 4 期 天然气技术 钻井工程 同时还会导致井壁垮塌失稳。 2 井眼扩径。完钻井资料表明 ，大邑地区地层 井眼扩大较严重。平均井径扩大率一般 为2 3％，最 大为 4 4 ． 5 7％。在钻开地层后压力释放和地层构造应 力等因素影响 形成纵横交错的微裂缝和页岩吸水剥 落 下 ，造成井壁失稳 ，形成大肚子套小脖子的糖葫 芦 串式的井 眼椭圆形结构 ，使下部钻具组合的稳定 器起不了 “ 扶正”作用 。钻具在旋转时无支撑点 的 摆动 ，导致井眼进一步扩大 ，形成 了这种井壁失稳 的恶性循环，使井斜加剧。 3 砂泥岩互层 。大邑须家河组砂泥岩地层交替 频繁 ，互层厚度薄 ，一般为 2～3 m，有的井段 1 m 之 内就有好几个夹层 ，而且砂岩岩性 硬 、脆性 大 、 易破碎 ，泥岩 塑性大 ，形成 脆塑性 和软硬 交替变 化。在钻井时 ，牙轮钻头轴线偏离井 眼当时钻进 中 心线 ，或者牙轮钻头不对称侧 向切削的情况 ，对 于 砂泥岩互层频繁变化井段 ，井眼偏移产生井斜是难 以避 免的。其井 眼形状必然忽大忽小 ，忽左忽右 。 双井径测井 曲线资料表 明大部分井 眼为椭圆形就是 佐证。 1 ． 4 机械钻速低 大邑地 区砾岩在纵向上 主要分布在灌 口组 、夹 关组 、天马山组 、千佛崖组 ，须家河组须四段 、须 三段 、须二段夹有少量砾岩层 。石英 砂岩主要分布 在须家河组 ，遂宁组 、白田坝组 ／自流井组有少量 含砾砂岩分布。砾岩 、含砾砂岩 、石英砂岩可钻性 均较差 ，对钻头磨损较大 ，导致机械钻速低。 上接第4 l 页 通过观察水体倍数关系图 中曲线斜率 的变化 ，可以知道水体水侵的程度。 符号说明 p 。 为原始地层压力，MP a ；P为气藏地层压力，MP a ；却 为气藏压降，MP a ；Z 、Z为与P 、P对应的天然气压缩因 子；B 为原始地层压力下的天然气体积系数 ，f ；曰 气藏天然 气体积系数，f ；B 为地层水体积系数 ，f ； 为水体体积 ， 1 0 m ；n 为水体倍数 ，无因次 ； 为天然气累积产量 ，1 0 m ；G 为天然气地质储量，1 0 m ；w p 为累积产水量，1 0 m ； 为地面标准状况下的温度，2 9 3 K；p o 为地面标准状况下的 压力 0 ． 1 MP a ；T 为气藏温度 ，K； 为地层水的压缩系数 ， 1 ／MP a ；c ， 为地层岩石的压缩系数 ，1 ／MP a ； 为有效压缩 系数，1 ／MP a ； 为原始含水饱和度 ，s 为原始含气饱和 度，均用小数表示。 1 ． 5 地层出水 大邑地 区白垩系 、侏罗系地层普遍含水 ，气体 钻井处理地层出水 的能力差 ，极易导致卡钻 。因此 地层出水是大邑地区大多数气体钻井失败的原 因。 2 对 策 2 ． 1 优选钻井方式 1 气体欠平衡钻井研究表明 在砂岩地层 如 须家河组须三段 、须二段 、大砂体 及 4 0 0 0 m以上 地层 气体 钻井井壁 稳定性 较好 ，钻井 风险相对较 低 ，若 确定 在无地 层水产 出情 况下可实施 气体钻 井 ，对提高机械钻速 、减少储层污染作用较大 。在 无法确定地层水 分布 的情况下 ，在须家河组须二段 大砂体开展气体钻井 ，在其他地层开展常规钻井。 2 针对大邑地区地层倾角较大的构造部位 ，采 用气体钻井快打防斜 。在气体钻井中 ，由于地层容 易破碎 ，故所需钻压仅为常规钻井的 1 ／3 左右 ，以 满足空气钻井 的需要和 “ 轻压 吊打”的要求 ，这样 既能提高钻速 ，又能控制井斜 n 。如果再采用井下 空气锤钻进 ，其钻进的动力主要来 自于空气锤 的强 力冲击 ，所需 的钻压更小 ，更有利于控制井斜 ，且 钻速更快 。 大邑3 井在 1 6 9 2 ． 7 m井段采用空气锤钻井 ，井斜 从 3 ． 8 6 。 减小到 1 ． 8 3 。 ，表明空气锤防斜效果较好 。 2 ． 2 优化井身结构 由于须家河组须二段 大砂 体可进行气体钻 井 ， 参考文献 [ 1 ]李士伦． 气田与凝析气 田开发[ M] ． 北京石油工业出版 社 ，2 0 0 4 9 9 1 0 3 ． [ 2 ]允诚． 油层物理学 [ M] ． 成都 四川科学技术 出版社 ， 20 06 9 39 4． [ 3 ]刘世常． 计算水驱气藏地质储量和水侵量的简便方法[ J ] ． 新疆石油地质 ，2 0 0 8 ，2 9 1 8 8 9 0 ． [ 4 ]马时刚． 计算异常高压气藏水侵量的方法[ J ] _ 天然气勘探 与开发，2 0 0 6 ，2 9 4 3 6 3 9 ． [ 5 ]丁良成． 气藏有限封闭水体能量的评价方法[ J ] ． 新疆石油 地质 ，2 0 0 6 ，2 7 5 5 9 1 5 9 2 ． [ 6 ]周春香． 西 5 8 8 小断块边水油藏天然能量评价研究[ J ] ． 岩性油气藏，2 0 0 9 ，2 1 4 1 1 1 - 1 1 4 ． 编辑胡应富 天然气技术 ／ 4“ ／ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第4 卷 彭红利大邑地区复杂地层钻井难点与对策 第6 期 但 泥页岩因井壁稳 定性 差不适合气体钻井 。因此 ， 须家河组须二段大砂体顶为必封点之一。另外 ，考 虑到须 家河组须 五段 、须 四段压力较上部地层高 ， 须家河组须五段顶部也作为必封点 。表层套管一般 在 5 0 0～6 0 0 m左右 。因此 ，建议大邑地区钻井为四 开制井身结构。 2 ． 3 合理确定钻井液密度，优化钻井液性能 大邑地 区地层垮塌 的主要原因是钻井液密度过 低 。根据常规钻井液 3大压力剖面特征 ， 设置合 理钻井液密度 ，可有效控制和降低大邑地区钻井井 壁坍塌掉块风险 表 1 。此外 ，大邑泥页岩地层坍塌 压力较地层孔 隙压力高 ，近平衡钻井地层容易垮塌 掉块 ，为维护井壁稳定又不利于油气成果发 现 ，因 而有必要针对大邑泥页岩地层开展钻井液性能优化 研究 ，减小 因钻井液浸泡而降低岩石强度 ，从而降 低地层坍塌压力。 表 1 大 邑地 区各开次钻井液密度推荐表 另外 ，须家河组须五段 、须四段较须三段储层 地层压力高 ，常规钻井过程 中在须三段气层段容易 发生裂缝性井漏 ，而对 防漏堵漏材料优选 、提高堵 漏防漏效果更为重要。 2 - 4 优选高效钻头 。提高钻速 大 邑须 家河 组地层硬度在 1 5 0 0～2 9 0 0 MP a 区 间，比新场地层硬度整体偏大 ；岩石塑性 系数绝大 部分低于2 ，反映地层具低塑 一 脆性特征。根据该 区地层特征 ，开展针对性钻头选型研究 ，优选高效 钻头，对提高钻速、缩短钻井周期意义重大 。 2 ． 5 优选钻井方位 大邑地区井斜方位的漂移存在单一性 ，始终朝 向1 4 0 ～ 1 7 5 。 范围，5 0 0 0 m左右井位移在 1 5 0 m左右 [4 1 ， 因此布井 时应考虑本地 区特殊情况 ，对井 口位置进 行优选，以降低施工难度，提高中靶机率。 48／ Na t u r a l Ga s T e c h n o l o g y 3 结论与建议 1 大邑地区地层砾岩 、石英砂岩发育 ，可钻性 差 ，对钻头磨损较 大 ，钻速低 。同时裂缝 、砂 、泥 页岩薄互层发育 ，地层稳定性差 ，导致钻井液密度 过高发生井漏 、污染储层 、机械钻速降低 ；钻井液 密度过低发生井 眼垮塌 ，严重导致卡钻事故 。这是 制约该地区钻井 的最主要地质 因素。须家河组以上 地层不确定的地层水分布和须家河组泥页岩稳定性 差是制约在该地区推广气体钻井主要因素。地层倾 角较大 ，井径扩大较严重 ，砂泥岩频繁互层 ，导致 钻井过程中地层 自然造斜 ，方位始终往东南方 向漂 移 ，井斜不易控制。 2 优化钻井液性能 ，降低地层坍塌压力 ，减小 低密度钻井 ，有利于提高机械钻速 。开展地层水分 布研究 ，为在该地区实施气体钻井提供保障。针对 须家河组地层岩性均含有大量泥页岩夹薄煤层 ，在 钻井过 程地层 垮塌较 严重 、掉块 较多 易卡钻 的情 况 ，应尽量简化钻具组合 ，采用单一钻铤加震击器 钻具组合钻进。因故停钻时应勤活动钻具 ；在起下 钻作业时严格控制好遇阻卡 吨位 ，防止 阻卡 ；在钻 进作业时应 随时注意扭拒变化 ，发现扭拒波动大应 及 时上提划眼破坏掉块 ，加单根或加立柱前认 真划 眼 1 ～2 次 ，确保上部井眼畅通 ；若钻遇垮塌严重井 段时 ，可采用 “ 进一退二 ”方法 ，每钻进 1 ～2 m上 提划眼 1 次，主动破坏上部井壁不稳定岩石 。 3 针对大邑地区地层倾角较大构造部位 ，建议 采用气体钻井 空气锤钻井方式更有利于控制井 斜 ，且钻速更快。 参考文献 [ 1 ]邓虎，伍贤柱，余锐． 井斜控制技术现场应用综述[ J ] ． 天 然气工业 ，2 0 0 9 ，2 9 1 5 8 6 1 ． [ 2 ]戚斌 ，张生军，刘其明，等． 大邑须家河组气藏开发配套 工艺技术研究[ R ] ． 中国石化西南油气分公司工程技术研 究 院，2 0 0 8 2 7 4 8 ． [ 3 ]邵明仁，张春阳，陈建兵，等． P D C钻头厚层砾岩钻进技 术探索与实践[ J ] ． 中国海上油气 ，2 0 0 8 ，2 0 1 4 4 4 7 ． [ 4 ]张生军，王波，刘其明，等． 大邑深井钻井工艺技术配套 [ R] ． 中国石化西南油气分公 司工程技术研究院，2 0 0 8 1 4． 编辑 胡应富 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m