官渡构造异常超高压深井钻井新思路.pdf

第 3 2卷第 3期 Vo 1 ． 3 2 No ． 3 钻 采 工 艺 D R 儿L f N G＆P R O D U C 耵O N T E C H NO L O GY 3l 官渡构造异常超高压深井钻井新思路 房舟 ， 欧彪 ， 管虹翔 ， 戴鑫 1中石化 西南油气分公 司工程技术研 究院 2中海石油研 究中心 3江苏油田石油工程技术研 究院 房舟等．官渡构造异常超高压深井钻井新思路． 钻采工艺， 2 0 0 9 ， 3 2 3 3 1 3 3 摘要官渡构造的地质情况复杂， 尤其是海相地层存在异常超 高压含气盐水层， 导致机械钻速低， 工程难度 大。根据官渡构造的工程地质特征， 结合钻井工程的施工难点分析 ， 特别是针对存在异常超高压盐水层的特点， 从 超高压盐水层的成因着手， 提出首先对不同层位的超高压盐水层采用专层专打， 根据产水量的大小准备不同的处 理方案， 并储备超高密度钻井液体系的工程对策。通过采用有针对性的工程对策以及国内成熟的欠平衡和超 高密 度钻井液体 系等先进钻井技术， 能够最大限度地实现安全、 快速钻井， 对官渡地 区进一步钻探 工程具有指导意义。 关键词官渡；超高压；盐水层 ； 海相；钻井技术；钻井液 中图分类号 T E 2 4 5 文献标识码 A DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 6 7 6 8 X ． 2 0 0 9 ． 0 3 ． 0 1 1 官渡构造带位于四川盆地川南低褶带赤水地区 东部 ， 总体呈北西向展布 ， 北邻合江一长沙构造和塘 河构造 ， 东邻 天堂坝构 造 ， 西邻赤 水太 和一旺隆构 造 ， 向南呈鼻状倾没于大 白岩 向斜 中。官 渡地 区的 钻井工程始于上世纪 7 0年代末 ， 截止 到 2 0 0 8年 1 2 月底 ， 共完成探井 1 1口 通过前期大量的钻探工作 发现， 在官渡构造 的海相地层 嘉 陵江组、 长兴组 、 飞仙关组和茅 口组 存在异 常超 高压含气盐水层 ， 使用钻井液 密度 最高 曾达 到 2 ． 9 1 e m 。如何安 全、 快速地通过超高压盐水层是能否成井的重要前 提。近年来随着各种欠平衡技术 、 超高密度加重钻 井液体系等先进钻井技术在国内大量推广应用， 为 实现官渡构造的油气钻探工作打下了坚实的基础。 一 、工程地质特征 官渡构造带已钻井及邻 区钻探成果表明本区侏 罗系至下二叠统储层主要有 下沙溪庙组 、 须家河组 须四段、 须二段 、 中下三叠统雷一段 、 嘉五至嘉 四段 、 嘉二至嘉一段 、 飞一段和二叠系 阳新统茅 口组等储 层 。其 中异常超高压盐水层在本区横向和纵向上都 存在分布的非均质性 表 1 ， 在海相地层嘉二、 嘉一、 飞三、 长兴和茅口 组都有可能存在高压含气盐水层。 官渡构造带深层虽无地层温度资料， 但 7口井 浅层以上的统计资料地温梯度达到 2 ． 7 0℃／ 1 0 0 m 以上 ， 较川南地区的平均地温梯度为 2 ． 4 5 o C ／ 1 0 0 m 高得多。因此预测在 4 0 0 0 m以上井深地层温度将 会达到 1 2 0 o C 左右 。 表 1 官渡地区异常超高压盐水层钻遇情况 g 3井 g 31 井 地层 井 井 加深 侧钻 嘉二段 水侵 无显示 无显示 、 无显示 嘉一段 水侵 水侵 无显示 无显示 飞仙关组 水侵 后效水侵 长兴组 水侵 水侵 茅 口组 气水侵 二 、 钻 井难点分析 根据官渡构造 带 已钻井及邻 区钻 探的成果发 现， 官渡地 区存在地层压力规律性差 ， 异常压力系数 超高 ， 地层易垮塌 、 喷漏并存等复杂情况 ， 特别是异 常高压气层 、 盐水层等出现突然 ， 压力级别极 高， 给 钻井施工安全造成 极大威胁 ⋯。具 体钻井施工难 点分析如下 1 ． 蓬莱镇组、 遂宁组易发生井漏 井在蓬莱镇组 、 遂宁组漏失清水 7 o o o m ； g 7 井使用清水钻 至井深 7 2 m 蓬 莱镇 组 时 ， 发生井 漏， 累计漏失清水 1 5 0 0 m ， 共计损失时间2 6 ． 7 5 h 。 2 ． 陆相地层存在易垮塌层 侏罗系珍珠冲组主要以暗紫、 紫红色泥岩灰绿 色粉砂岩为主， 水敏性强， 是官渡构造陆相地层主要 收稿 日期 2 0 0 81 1 2 4 ；修 回日期 2 0 0 9 0 4 2 8 作者简介房舟 1 9 8 1 一 ， 工程师， 2 0 0 3 年毕业于中国石油大学金属材料工程专业， 2 0 0 6年毕业于西南石油大学油气田开发工程专业， 获 硕 士学位 ， 主要从事钻井设计和研究工作 。地址 6 1 8 0 0 0 德 阳市龙泉 山北路 2 9 8号 ， 电话 1 3 6 8 9 6 4 2 9 4 9， Em a i l a q a l l e 1 6 3 ． t o m 3 2 钻 采 工 艺 DRI L L I NG ＆ PRODUCT I ON T ECHNOLOGY 2 0 0 9年 5月 Ma v 2 0 0 9 的易塌层位。g 5 、 g l 0等多 口井出现井壁失稳 ， 导致 长时间划 眼。多 口井实钻也发现， 一旦产生垮塌， 必 须使用更高密度的液柱压力平衡 。 同时 ， 以黑灰色页岩夹深灰色粉砂岩及薄煤层 为主的须一段也是一个潜在 的易塌层位 。g 1 8井钻 进至 2 8 0 3 1 T I 进入须一段后 ， 从 2 8 0 3～ 2 8 1 5 m划 眼困难 ， 出 口槽返出的垮塌物较多， 而且出现越划越 困难 ， 甚至越划越浅 的现象。分析为须一段 页岩 出 现碎性垮塌 ， 将钻井液密度逐步提至 1 ． 4 5 g ／ c m ， 井 下情况未有根本改善 ， 不得不于提前完钻。 3 ． 海相存在异常超高压盐水层 官渡构造多 口井在嘉陵江组开始钻遇异常高压 或超高压盐水层。 1 g 2井使用密度 1 ． 3 5～1 ． 5 0 g ／ c m 钻井液钻 至井深2 9 2 4 ． 0 0 m 嘉陵江组二段 ， 遇高压盐水 层 ， 继续钻进至 2 9 3 5 ． 0 0 m 嘉 陵江组一段 完钻。 2 g 7井使用密度 1 ． 6 7 g ／ c m 。 钻井液钻至井深 3 0 4 9 ． 1 9 i n 嘉陵江组一段 时钻遇高压含盐水层 ， 关井后钻井液池液面上涨 ， 体积增加 1 5 i n 。经过 8 次压井 ， 压井液密度从 2 ． 0 0 g ／ c m 调到 2 ． 6 4 g ／ c m 。 因预测地层压力与实钻相差太 多 ， 各方面尤其是技 术和物资准备工作不足 ， 难以控制异常高压盐水层 ， 多次压井导致井下钻具卡死 ， 打水泥塞暂闭封井 。 3 g 3井钻至井深 3 8 1 1 m， 因遇茅 口组高压小 气水显示层而用原钻具关井 ， 用 2 ． 8 7～ 2 ． 9 1 g ／ c m 的超高密度钻井液压井 ， 观察无溢流后发现钻具 已 卡死， 决定连同被卡钻具一起封井 ， 重新侧钻 。 随后侧钻 一1井 ， 用密度 2 ． 2 6～ 2 ． 3 0 g ／ c m 的钻井液先后钻 遇长兴 组 的两个超高压 盐水显示 层 ， 初期用 2 ． 3～ 2 ． 6 0 g ／ c m 钻井液压井处理约 3个 月。由于水 浸 量 小 ， 决 定 用欠 平 衡 钻 进 ， 用 密 度 2 ． 2 5 g ／ c m 。 左右的钻井液钻达龙潭组 P 2 1 近底部 3 8 1 1 1 T I ， 提前下 入 0 1 7 7 ． 8高强 度套 管封 隔该 显 示 层 。 固井过程 中由于长兴组高压水层的干扰及国外 进 口的套管双级箍部分功能失效 ， 施工未能按序进 行， 致使固井质量在双级箍 井深 3 1 9 8 ． 4 8 m 以下 全部不合格 未钻穿管鞋处水 泥塞 ， 长兴组高压水 从双级箍循环孔位置窜人套管内， 反复压井、 堵水不 成功 。因之前已证实该水层为高压低渗透性水 层 ， 放喷不会造成危险， 决定放喷泄压简易测试 。为 确保井控安全和操作方便 ， 在封井器上装一个高压 采油树完成放喷流程 ， 相 当于临时完井 。 4 ． 二叠系龙潭组煤层垮塌 以黑灰色泥页岩 、 煤层和瓦灰色泥岩为主的二 叠系龙潭组 ， 属应力敏感性地层。强度低 ， 脆 性大， 裂缝发育 ， 胶结疏松是煤 系地层 的特点 。钻井液密 度 的变化和滤液的侵入会引起煤层坍塌 ， 而煤层的 坍塌也促进 了上部泥页岩 的坍 塌， 形成恶性循 环。 g 3井使用超高密度聚磺钻井液钻井该层较为顺利 ， 没有出现较为明显 的井壁失稳 。但是， 实钻时龙潭 组地层底界认识存在误差 ， 提前下入 0 1 7 7 ． 8高强 度套管未能封隔该 9 i n左右 的该组地层 ， 致使在茅 口组钻遇超高压显示层后 ， 使用超高密度钻井液反 复压井 ， 引起 了该段井壁坍塌， 最终 卡钻 。 三、 工程对策 根据对官渡地区工程地质和钻井施工难点的分 析 ， 初步得出了官渡地区海相存在的异常超高压含 气盐水层的成 因。主要是由于上部膏盐层封盖形成 局部高压 ， 排水困难 ， 并在水动力作用形成溶蚀 一 孔 洞 、 裂缝 ， 最终形成 的储水储压空间。它具有出现突 然 、 产水量不确定 ， 压力超高 ， 前期钻井施工压不稳 等特点。因此需要采取 以下工程对策 1 ． 配备非常规的钻头和套管程序 针对嘉一 、 飞三、 长兴组的异常超高压盐水层和 茅 口组的异常超高压显示层采用专层专打 ， 配备非 常规的钻头和套管程序 ， 同时备用技术尾管。 根据 官渡地 区必封 点设置 和工程地质 预测情 况 ， 参考官渡 已钻井的井身结构 ， 确定了官渡构造的 井身结构。首先针对可能钻遇嘉一段的超高压盐水 层 ， 下人 0 3 4 6 ． 1套管至嘉陵江组三段底部 ， 封堵珍 珠冲组易塌地层 ， 减少盐水层上部的裸眼段长度 ； 然 后针对长兴组超高压盐水层 ， 下人 0 2 8 5 ． 8技术尾 管 ， 封固嘉一段和飞三段异常超高压盐水层 ， 避免多 层盐水相互影 响； 最后针对茅 口组异常超高压显示 层， 采用 0 1 9 3 ． 7油层套管封固长兴组高压盐水层 和龙潭 组 易 塌 煤 层 ， 用 0 1 4 9 ． 2钻 头 揭 开 ， 下入 l 1 4 ． 3尾管 。 若在嘉陵江组和飞仙关组钻遇的复杂情况对施 工影响不大， 可以继续钻井， 则直接使用 0 4 0 6 ． 4 钻 头钻至龙潭组底部， 下人 0 2 4 4 ． 5套管封固上部高 压盐水层 ， 为钻遇茅 口组超高压气层提供井控支持。 2 ． 根据产水量的大小采用不 同的处理办法 当产水量不大、 产水时间短时， 可以采用抗盐剂 配制的钻井液进行液体欠平衡钻井 ， 并准备污水 回 注 。 当侵入井筒 内的盐水量较大， 会影响钻井施工 安全， 必须采取相应的专项堵水作业。g 3 井、 井 和 k 14井等井的实钻表明， 单纯依靠超高密度形成 第 3 2卷第 3期 V0 l _ 3 2 No ． 3 钻 采 工 艺 D R I L L I N C＆P R O D U C T I O N T E C HN O L OG Y 3 3 的压差仍无法完全避 免超高压盐水进入井筒 内 J ， 必须堵水1c常用堵水方法 主要有物理屏蔽法、 化学 法和复合堵水法。由于复合堵水法综合 了物理屏蔽 和特种化学材料两种优势 ， 在 多个油 田应用 中取得 较好效果 ， 官渡地区海相深井 的堵水工艺重点应 以 该类方法为主。 根据实钻水层的裂缝 一孔隙发育情况 ， 可选用 1 高黏钻井液 特种凝胶 或体膨型聚合物 乳液等 超细水泥的挤堵堵水技术 。 2 挤堵利用润湿反转原理增大毛管阻力 聚合 物乳液。 3 其它封堵措施 。我国的堵水调剖技术在世 界处于领先地位 ， 将该类技术用转用于钻井过程的 堵水作业是可行 的。同时钻井工程常采用的桥堵等 技术也可以用于堵水作业 。 若产水量过大 ， 堵水 以后不 能解决安全 钻井所 需要的条件时 ， 就需要采用超高压钻井液体 系强打 异常超高压的盐水层。 ． 3 ． 超高压钻井液体 系 为顺利穿过嘉陵江组一段至长兴组的超高压盐 水层与茅口组的超高压显示层达到勘探 目， 钻井液 必须满足如下基本的性能指标 1 压井 时密度最 高应达到 3 ． 0 0 g ／ o re ， 钻进 时密度达到 2 ． 6 0 2 ． 8 5 g ／ c m 。 2 抗温性能达到 1 2 5℃ ， 并有一定 的抗盐水 、 抗石膏污染能力。 3 流变性能 、 润滑性能等满足长时间 、 长裸眼 深层钻进要求。 围绕高固相含量与流动性之间的矛盾这一根本 问题 ， 为解决超高密度钻井液存在的各种 问题奠定 技术基础 ， 国内多家单位从加重剂 的优选和改进着 手开展了较多研究 ， 在部分井进行了现场应用试验 ， 并取得了良好的效果。 国内超高密度钻井液应用情况见表 2 Ⅲ 、 ] 、 _ 5 ] 。 公开资料显示使用 i2 ． 5 0 g ／ c m 。 超高密度的井仅 1 0 口左 右 ， 其 它 的还 有 旺南 1井 2 ． 8 2～2 ． 8 5 g ／ c m 、 迪 那 1 1井 2 ． 4 0～2 ． 5 0 g ／ c m。 、 安 6井 最高密度 2 ． 5 0 g ／ c m 、 霍 0 0 3井 2 ． 0 0～2 ． 5 0 g ／ c m 和准噶尔盆地的台4 9井 2 ． 0 0～ 2 ． 5 0 g ／ e m。 。 调研的实钻资料和室内实验数据均表明， 超高 密度钻井液 的配方材料与配制工艺技术 比较成熟 ； 超高密度钻井液的流变性 、 润滑 眭、 抗污染能力和沉 降稳定性等均能满足官渡地区海相深井嘉陵江组 一 长兴组超高压盐水层和茅 口组超高压显示层钻井施 工 的要求 表 2 国内超高密度钻井液应用情况 所属地区 加重剂名称及密度 最高密度 井号 或构造 g ／ c m g ／ c m 。 g 3 贵州官南构造 高纯度重晶石 4 ． 4 3 ． 0 2 压井液 g 7 贵州官中构造 重晶石 4 ． 2 2 ． 6 7 压井液 k l 4 [ ] 塔里木 活化铁矿粉 2 ． 8 2 压井液 x 5 新疆准噶尔 有机盐 铁矿粉 2 ． 6 0 室内实验 1 当密度在 2 ． 5 0 2 ． 8 5 g ／ c m 时， 可 以进行 钻进施工。同时 ， 随着近年来水溶性有机盐加重剂 的应用 ， 也可以配制 出密度更高的、 流变性更好 的超 高密度钻井液。 2 若钻遇异 常超 高压地层 时， 现有技术也可 配制出密度 3 ． 0 0 g ／ e m 的压井液 ， 确保井控安全。 四、 结论和建议 1 官渡构造异常超高压盐水层钻井施工难度 大， 目前 ， 国内、 国外都未发 现如此 高的地层压力系 数 。为保证钻井能够顺利地进行 ， 要针对不同层位 的超高压盐水层采用专层专打的技术方案 ， 并 根据 产水量的大小准备好不 同的处 理方案 ， 同时储备充 足的超高压钻井液 ， 确保安全 、 快速通过超高压盐水 层 。 2 官渡构造超高压盐水层 的钻井工程在经济 和技术上都有很大 的风险 ， 利用现有技术可 以完成 钻井 目的。在此基础上还需要进行超高压体系的固 井和完井等钻井后续工程的先导性技术研究 ， 才能 实现地质 目标 ， 保障官渡构造的进一步勘探开发 。 参考文献 [ 1 ] 尹洪生， 赵国喜， 聂平安． 贵州赤水地区陆海相钻井实 践及认识[ J ] ． 钻井工程， 2 0 0 4 ， 3 3 1 I一1 4 ． [ 2 ] 张东海， 马洪会． 超高密度钻井液在官 7井的应用[ J ] ． 南方油气， 2 0 0 6 ， 1 9 1 4 7 5 1 ． [ 3 ] 胡德云． 超高密度钻井液的研究与应用[ J ] ． 钻井液与 完井液 ， 2 0 0 1 ， 1 8 1 61 l | [ 4 ] 张斌， 卢虎， 王秀平， 等． 克拉4井超高密度钻井液现场 应用技术[ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 0 7 ， 2 4 5 2 2 2 5 ． [ 5 ] 陈迎伟， 李军安， 刘洪刚． 迪那 1 1 井超高密度钻井液技 术[ J ] ． 钻井液与完井液 ， 2 0 0 2， 1 9 4 4 6 4 7 ． 编辑 黄晓川