凤凰X1井古生界地层钻井复杂原因浅析.pdf

第 3 1 卷 第 3期 2 0 1 4年5月 铭井液与 宄 井液 DRI L LI NG F L UI D COM P L ETI ON F LUI D V o 1 ． 3 1 NO ． 3 M a y 2 01 4 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 - 5 6 2 0 ． 2 0 1 4 ． 0 3 ． 0 2 4 凤凰 X1 井古生界地层钻井复杂原因浅析 何竹梅， 施智玲， 孙鑫 江苏油田分公司石油工程技术研究院，江苏扬州 何竹梅等 ． 凤凰 x1井古生界地层钻井复杂原因浅析 [ J ] ． 钻井液-9完井液，2 0 1 4 ，3 1 3 9 2 ． 9 4 ． 摘要凤凰 X1井在古生界地层钻井、完井过程中主要发生了井漏、下钻遇阻划眼2种井下复杂情况，共漏失钻 井液 1 4 5 4 m3 ，划眼损失时间达 9 1 0 h 。介绍了复杂发生的过程及处理情况，分析了复杂产生的原因。该井古生界地 层发育多套火成岩和煤层，裂缝、裂隙发育和地层承压能力低是井漏发生的主要原因 ；二叠系与石炭系泥岩掉块等因 素导致井眼不畅，地层岩性硬 ，井下出现掉块难处理，摩擦强，扭矩大。提出了后续钻井施工的建议。 关键词凤凰 X1井 ； 古生界 ； 钻井复杂 ； 原因分析 中图分类号T E 2 8 2 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 ． 5 6 2 0 2 0 1 4 0 3 - 0 0 9 2 ． 0 3 1 钻井施工简介 凤凰 X1 井是一 口区域探井 ，位于南华北盆地颜 集 凹陷凤凰寺构造 ，主要 目的层为古生界 ，完钻层位 奥 陶系。完钻垂深为 3 6 4 0 ． 4 m，斜深为 4 1 0 0 m，最 大井斜为 3 0 ． 6 3 。 ，水平位移为 1 0 2 0 ． 8 5 m，完钻密度 为 1 ． 1 8 g ／ c m ，采用复合金属离子聚合物 一 聚磺润滑 防塌钻井液体系。一开钻遇新生界地层，上部为砂岩 与泥岩互层 ，底部为砾岩 ，地层夹层多 ，跳钻严重 ， 钻压施加困难 。一开钻井顺利 ，电测于井深 5 8 3 m处 遇阻， 通井一趟 ， 原因是井眼不规则 ， 损失时间 1 2 ． 5 h 。 二开主要钻遇中生界地层 ，岩性为砂岩 、含灰质 粉砂岩及泥岩 ，砂岩致密 ，泥岩性硬 、脆 、质较纯 ， 可钻性差 、研磨性强，其 间钻遇火成岩 4套 ，累计层 厚为 3 1 3 m，机械钻速低 1 ． 9 ～4 ． 1 4 m／ h 。二开井 眼轨迹是直 ． 增 ． 稳 ． 增 ． 稳。水泥返高为 1 4 2 0 m。 三开 主要 钻遇 古生界地 层 P S ～O ms ，其 中 二叠系厚 1 0 1 0 m， 石炭系厚 1 8 7 m， 奥陶系厚 1 0 2 m。 P ， S 以砂泥岩为主 ， 夹薄层硅质岩 ， 与中 一 粗粒砂岩呈 韵律互层； P x ～c t 主要发育深灰色泥岩和砂岩， 夹煤 层 、煤线及碳质泥页岩，石炭系含有灰色灰岩 ； C 2 b顶 部夹薄煤层。砂泥岩硬。研磨性强。碳质泥岩、 煤层及 煤线地层微裂隙发育 ⋯ 。其间钻遇火成岩 7套， 累计层 厚 2 8 3 m， 煤 7 层 ， 层厚共 7 m。本井段钻完井过程 中 主要发生井漏 、下钻遇阻划眼等井下复杂 ，共漏失钻 井液 1 4 5 4m ，划眼损失时间 9 1 0h 。纵观凤凰 Xl 井 钻探全过程 ， 古生界是本井发生复杂较为集中的地层。 2 复杂发生过程、处理及原 因分析 2 ． 1 复杂发生及处理过程简介 古生界地层钻井和完井过程中主要发生 了井漏和 划眼 2类复杂 J 。 2 ． 1 ． 1 井漏发生过程及处理 1 钻进过程 中的井漏及处理。钻至井深 3 0 0 5 m P ， S 、火成岩 发生井漏 ，钻 至 3 0 0 6 m，漏失 l 4 ． 6 1 m ，最大漏速为 2 2 ． 5 m ／ h 。起 8柱钻杆到套管 内静 止堵漏。配 6 0 m。 堵漏 浆 循 环浆 1 t K D． 2 3 1 ． 1 t C MC 。注入堵漏浆循环 ，观察无漏失 ，下钻到井底 ， 再次循环观察无漏失恢复钻进 。共漏失 1 7 m 。钻井 液黏度为 5 6 S 、密度为 1 ． 1 6 g ／ c m 。 钻至井深 3 0 2 9 m P ， S 、 火成岩 发生井漏 ， 边漏 边钻至井深 3 0 3 8 m， 共漏失 3 0 m ， 最大漏速为 2 5 m ／ h ； 其后渗漏 1 5 m ， 在井深 3 0 6 0 m处发现漏速增至 2 6 ．4 m ／ h ，又漏失 1 0 r n 3 。通过补充 4 5 m。 胶液 2 t S MP ． 1 ， 2 t S P NH 和 6 O m 钻 井液 维持 钻进。起 1 0柱钻 杆 到套管 ，配 2 5 m。 堵漏浆 ，配方 1 t K D． 2 3 1 ． 5 t 复 堵 0 ． 2 t 锯末 0 ． 5 t 橡胶粒 0 ． 2 t 核桃壳 。并 配 1 2 0 第一作者简介 何竹梅，高级工程师，现在主要从事钻井液技术研究与设计。地址 江苏省扬州市文汇西路 1号江苏油田 石油工程技术研究院 ； 邮政编码 2 2 5 0 0 9；电话 0 5 1 48 7 7 6 0 9 6 2 ／ 1 5 1 5 2 7 2 1 6 9 8； E ma i l h e z m．j s y t s i n o p e c ． c o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 1 卷 第 3期 何竹梅等 凤凰． 1 井古生界地层钻井复杂原 因浅析 9 3 簖浆。 下钻到井底 ， 注入 1 7 m 堵漏浆， 起钻至2 7 3 0 m。 憋压堵漏， 先憋至 5 MP a 压力不降， 后憋至 9 MP a ， 4 5 m i n 后降至 8 MP a ， 下钻至井底恢复钻进。 共漏失 1 2 2 m 钻井液。钻井液黏度为 4 2 S 、密度为 1 ． 1 5 g ／ c m 。 在 井 深 3 4 1 8 m P ， S 处 发现 井 漏 ，漏 速 为 1 m ／ h ，之后漏失增大 ，在井深 3 4 3 8 m处最大漏速为 1 3 ． 5 m ／ h 。继续 钻进无 漏失 ，2 h后钻 进发 现漏失 ， 漏 速 为 5 m ／ h 。配 堵 漏 浆 3 0 m ，配 方 井 浆 2 t C a C O l t Q S ． 2 1 t K D一 2 3 0 ． 5 t 复合堵漏剂，注入 1 9 m 堵漏浆 ， 替浆 2 7 m 。 起钻 2 2 柱 ， 憋压 4 ． 8 MP a 堵漏 ， 注入井浆 O ． 5 7 m ，卸压无 回吐，下钻钻进。循环测 斜时发生井漏 井深 3 4 4 7 ． 0 7 m ， 最大漏速为 6 m ／ h ， 共漏失 1 0 m 。将排量降至 2 7 L ／ s ， 提高黏度， 无漏失。 共漏失钻井液 4 8 m 。 钻至井深 3 7 7 0 m P S 出现井漏 ，最大漏速为 8 m ／ h ， 共漏失 1 5 m 。在随后的钻井过程 中渗漏不断 ， 每天补充 3 0 m 钻井液 ，至完钻时总计补充钻井液约 1 0 50 1 1 3 。 ，消耗 了大量钻井液材料。 2完井 阶段井漏情 况。为抑制井垮提高钻井液 密度 ，由 1 ． 1 7 g ／ c m 提至 1 ． 2 1 g ／ c m 时发现井漏 ，平 均漏速为 5 m ／ h ，处理 随钻加入 K D一 2 3 、复堵 、核 桃壳、 锯末等堵漏材料， 漏速逐渐由5 m ／h 降到 1 m ／ h ， 堵漏 材料筛除后 ，漏速维持在 1 1 T I ／ h左右。准 备泵 冲法测井 ，下钻通井 ，下钻至 2 7 3 0 I n开泵后环空不 返浆 ，后起钻至 7 9 0 m后能正常开泵循环 采取分段 循环后 ，情况好转 。共憋漏 6 5 m 钻井液 。固井前 漏速维持在 1 m。 ／ h左右 ，共漏失钻井液 2 5 5 m 。本井 古生界钻完井阶段共漏失钻井液 1 4 5 4 I T I 。 2 ． 1 ． 2 钻完井过程 中的划眼情况 以钻井过程中第一次划眼为例 ，介绍钻井中的划 眼处理经过 下钻至井深 3 0 1 0 m处遇阻 当时井深 为 3 1 1 4 ． 6 m，悬重为 1 2 0 t ，摩阻为 3 0 t ，顺利划完 该柱钻杆 ，继续下钻至 3 0 5 4 m遇阻卡钻。连续多次 上 提到 1 8 0 t 未果 ，采取下压 到 7 0 t 时震击器工作 ， 解卡。继续划眼 ，划眼过程中钻压加不上去 ，泵压正 常 ， 主要看扭矩变化 ， 正常划眼扭矩在 2 0 ～2 2 k N／ m， 有个别点扭矩升至 2 8 k N／ m，憋停顶驱转盘 。针对憋 停顶驱 的点 ，采用上提钻具重新划眼的方法 ，划眼至 3 1 l 3 ．7 m，该点划眼难度大，每次划到该点均会出 现憋停顶驱现象，连续 1 4 h 反复在该点划没有效果。 在振动筛返出砂子中发现大量铁削，经现场讨论，决 定起钻。起钻完 ，发现扶正器棱下部磨损严重 ，钻头 无 明显磨损。之后甩掉一扶正器 ，改用双扶微增钻具 组合 ， 下钻到底正常循环划眼 3 h后到达井底 ，钻进 。 损失时间 2 4h 。 此后 ，划眼在每趟起下钻到底前都会发生 ，划眼 特征相似 ，主要是划眼井段短 、 扭矩大、常憋停顶驱 ， 个别点要反复划 、处理时间长 。各次遇阻井深 ，划眼 井段 、损失时间等情况见表 1 。 表 1 古 生界 划眼情况表 划眼井段 时 备注 m 间 ／ h ⋯ 3 0 1 0 ～3 1 1 4 ． 6 2 4 ． O 0 2 9 9 3 ～3 1 4 0 m为灰绿色闪长岩 3 2 7 5 ～3 2 8 1 1 0 ． 7 5 3 2 7 8 3 2 7 9 m 为煤层 3 51 0～ 3 5 6 2． 78 22． 6 6 3 7 0 6～ 3 73 7 1 1 ． 6 0 3 7 6 2 ～ 3 7 7 6 ． 8 8 7 ． 3 3 3 6 75～ 3 78 2． 3 4 25． 1 6 3 7 9 8 ～ 3 8 0 5 m 、 3 8 2 5～ 3 8 3 9 13 3 3 7 8 5 ～3 8 6 2 1 2 5 0 为 闪长岩 3 6 8 0 3 8 8 6 ． 6 6 1 1 4 ． 8 3 3 6 6 5 ～3 6 8 5 m 为灰绿色闪长岩 3 71 8～ 3 8 9 4 1 2． 83 完钻前的短起下，井下复 3 3 1 0 ～3 7 0 0 3 6 1 6 杂 ，未划到井底起钻 3 3 1 0 ～3 9 6 0 1 3 4 ． 6 6 完钻后第一趟通井 3 3 3 3 ～4 0 0 8 1 6 8 ． 0 0 完钻后第二趟通井 3 3 33～ 3 3 60、 3 5 3 3 ～4 1 0 0 、 1 1 8 ． 0 0 完钻后第三趟通井 3 31 2～ 3 3 02 3 3 3 3 ～3 4 0 7 、 完钻后第四趟通井，在遇阻 3 3 3 3 ～3 6 6 8 、 1 0 3 ． 0 0 点 3 3 3 3 m短起下 3 次，反 3 3 3 3 ～3 4 0 0 复划眼后，起钻准备电测 3 3 8 6 ～4 1 0 0 1 0 9 ． 0 0第五趟通井， 准备泵冲法测井、 成功 注 划眼损失时间累计为 9 1 0 h 。 该井完井通井过程中划 眼复杂频发 ，遇阻点相对 固定 ，划眼井段比较长，难划点多 ，反复处理 ，损失 时间长， 见表 1 。下面列举完井过程中一个划眼事例， 说 明完井阶段划眼情况。使用带 2 0 0 mm反循环打 捞篮的组合钻具进行通井时 ，下钻至井深 3 3 3 3 m遇 阻开始划眼 ，划眼至 3 3 6 0 m开始下钻 ，下钻过程中 有遇阻点 ，均采取活动通过。下至 3 5 3 3 r n又遇阻， 接顶驱划眼， 开泵 出现憋泵情况 ， 憋压到 1 2 MP a 不回。 随后甩掉一柱钻杆 ，再开泵憋压到 7 ． 5 MP a ，上下活 动钻具数次后 ， 泵压回到 l MP a ，用两凡尔泵顺利开 泵 ，返浆正常 ，开始划眼，划眼到井底。划眼过程 中 再没有泵压升高现象，主要是扭矩高，易憋停钻具， 反循环打捞篮划眼钻压在 1 ～4 t ， 由于不能加大压力 ， 划 眼进展慢 。随后循环处理好钻井液 ，短程起下钻 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 钴井液与 充 井液 2 0 1 4年 5月 3 9柱， 观察井眼通畅情况。前 9 柱 3 8 5 0 ～4 1 0 0 I T I 全部开泵用顶驱带出来，后面正常起钻至 3 3 1 2 m挂 卡严重，开泵未带出。采取倒划眼方式起钻，倒划眼 至 3 3 0 2 l r l ，之后正常起钻到 2 9 9 0 I T I 。下钻至 3 3 3 3 1T I 再次遇阻，开始划眼， 划眼钻压为 3 ～4 t ，但扭矩 波动大 ，易憋停钻具。考虑到反循环打捞篮使用时间 过长 ，循环起钻 ，起钻过程通畅。起钻完发现打捞蓝 被大小石头堵死 ，其 中两块大的直径分别为 1 5 、1 0 c m，厚度均为 8 c m。打捞篮前 的引鞋磨损严重 ，每 个刀翼被磨成尖型。 2 ． 2 复杂发生的原因分析 2 ． 2 ． 1 井漏发生的原因 1 该井古生界地层钻遇 7套闪长岩和 7层煤 见 表 2 ，火成岩及其蚀变带裂缝发育 ，煤层及上下碳 质泥岩微裂隙发育，以及天然裂缝的存在，均是导致 古生层地层钻井井漏的主要客观因素。 2三开井段均为古生界地层 ， 裸眼段长 1 3 0 0 n l ， 钻遇火成岩与煤层共计 1 4套 ，微裂缝发育 ，漏点多 ， 是该井堵漏效果不理想 、累计漏失量大的主要原因。 3该井钻井揭示 ，该 区古生界地层安全密度窗 口窄 ，地层承压能力低 ，为平衡地层的坍塌压力提高 密度 ，导致井内液柱压力大于地层孔 隙压力 ，也造成 井漏的发生。 2 ． 2 ． 2 划眼发生的原 因 除三开钻井过程 中第一趟划 眼是 由于钻 遇地层 岩性硬 2 9 9 3 ～3 1 4 0 I T I 为灰绿 色闪长岩 ，所下钻 具组合刚性过强，无法沿井眼轨迹顺势通过 ，导致扶 正器与地层摩擦，致使下钻遇阻划眼外，其他各次划 眼均 由于井眼垮塌 ，井下有大的硬掉块 ，导致下钻遇 阻 ，引起划眼复杂 。引起井壁失稳的主要原因有 ① 由凤凰 X1 井古生界地层岩心的全岩矿物含量与黏土 矿物 x射线衍射定量分析结果可 以看 出 该井上石 盒子组岩心的黏土总量平均值高达 6 7 ． 2 3 ％，其中伊 ／ 蒙混层为 3 4 ％，层 间比 1 5 ％，伊利石为 3 1 ． 5 ％，泥岩 具有较强的水敏性， 易水化膨胀， 产生较强的渗透压， 导致剥落、掉块 ； 下石盒子组地层在 3 6 4 3 ．7 9 1T I 井 段夹致密砂岩外，其他井段多为水敏性强的灰黑色泥 岩 ，水敏性与上石盒子组泥岩相当 ； 山西组也为水敏 性灰黑色泥岩，但该地层的伊利石含量较高，平均为 5 8 ％， 裂缝和微孔 隙较发育 ， 钻井 中易发生水化 、 掉块 ， 造成下钻遇阻、划眼等复杂。②在三开 2 9 9 3 ～3 8 3 9 m井段陆续钻遇火成岩 7 套和煤 7 层，该地层裂缝和 裂隙发育 ，漏失 了大量钻井液 ，井壁泥岩受滤液长时 间浸泡胶结强度下降， 在钻具的撞击下垮塌、 掉块 ； ③从井深 3 2 7 8 1T I 到 3 3 7 5 1T I 接连钻遇煤 6 层， 煤层、 碳质泥岩和煤线发育 的地层胶结强度较弱 ，受钻具的 碰撞和钻井液的冲刷 ，极易形成大肚子井眼，大的硬 质掉块进入里面不易弄出来 ，从而造成起钻挂卡 ，下 钻遇阻 ，划眼时间长，常憋停顶驱等情况。 3 后 续钻井施工建议 1 ． 钻遇漏层时，建议钻穿一层堵实一层 ，避免钻 井液消耗大 ，频繁补充新浆造成钻井液性能不稳定。 在疑漏井段钻井时，以预防井漏为主，采用提高钻井 液黏度和加入细颗粒封堵材料进行随钻防漏堵漏 。 2 ． 该 区后续钻井要选用具有更强的抑制 、封堵 、 防塌性能的钻井液体系，加强钻井过程控制和预防为 主的施工原则 ， 以满足该区古生界地层安全钻井需要 。 3 ． 区域探井的地层情况不清楚 ，地质存在不可预 见的因素多，全井段钻进中，施工人员要建立每班钻 进参数记录表 ，特别是遇到泵压 、扭矩 、机械钻速等 参数变化异常时要立 即分析原 因，以判断井下情况 ， 采取调整措施再进行后续钻进。 4 ． 时刻关注钻时变化 ，发现钻时连续变慢时 ，立 刻起钻。每个钻头人井前必须要考虑地层岩性情况 ， 不要轻易下人 P DC钻头 。 5 ． 在起下钻作业中，要求控制好起下钻速度 ，防 止抽吸和激动压力的产生。起钻按规定及时灌好钻井 液 ，下钻注意观察返浆情况 ，中途顶泵时，避开易发 生漏失的井段 ，并折凡尔小排量循环，待性能恢复后 正常排量循环。 参 考 文 献 [ 1 ] 黄洪舂，李景明，等 ． 煤层气鱼刺井钻井技术研究与试 验 [ c ] ． 复杂结构井完井及开采技术研讨会论文集，中国 石化 出版社 ，2 0 0 6 8 5 ． 8 8 ． Hu a n g Ho n g c h o n g，Li J i n g m i n g，e t a 1 ．CBM fis h b o n e we l l d r i l l i n g t e c h n o l o g y r e s e a r c h a n d t e s t o f b a s e d c o mp l e x we l l [ C ] ． C o m p l e t i o n a n d mi n i n g t e c h n o l o g y c o n f e r e n c e S i n o p e c p r e s s ， 2 0 0 6 8 5 - 8 8 ． [ 2 】 刘汝山，曾义金 ． 复杂条件下钻井技术难点及对策 [ M] _ 中国石化 出版社 ，2 0 0 5 1 0 2 ． 1 0 5 ． L i u R u s h a n ， Z e n g Yi j i n ． Z h o n g we i ． Dr i l l i n g d i ffic u l t i e s a n d C o u n t e r me a s u r e s o f[ M] ． S i n o p e c p r e s s u n d e r c o mp l e x c o n d i t i o n s ． 2 0 0 5 1 0 2 ． 1 0 5 ． 收稿 日期2 0 1 4 ． 0 1 ． 2 0 ；H GF 1 4 0 2 F 1 ；编辑付王 月 颖 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m