搜索
南堡3-35井钻井难点分析及对策李军中原油田钻井二公司工程技术服务大队钻井工艺室2南堡3-35井钻井难点分析及对策李军（中原石油工程有限公司钻井二公司）摘要:介绍了中原油田冀东项目在南堡3-2平台施工的NP3-35井钻井过程中遇到的各种复杂情况,针对钻井出现的井漏、井塌、断钻具、二氧化碳污染等复杂情况，分析了该区块施工难点以及复杂情况发生的主观和可观原因，通过在生产过程中总结，实践，再总结，制定出解决问题的方法和技术要点；通过现场应用，形成了一套适合该区块安全钻进的技术方案，以及解决各种技术难题的措施，给以后钻井施工提供了参考依据和技术支持，为区域钻井的提速增效创造了条件，具有一定的实用价值。关键词:井塌井漏钻头玄武岩底砾岩钻井液氯化钾聚胺作者简介:李军，2007年毕业于中国石油大学石油工程专业，工程师。Ljun818@126.com1前言南堡3-35井，是一口五段制三开预探井，设计斜深4464m，垂深4250m。本井构造位置：黄骅坳陷南堡凹陷南堡3号构造南堡3-80断块东高点。地理位置：河北省唐山市南堡开发区南堡乡曹妃甸工业园区内。施工目的是：预探南堡3-80断块高部位东三段和沙一段含油气情况，兼探明化镇组、馆陶组和东一段。目的层位：东三、沙一；完钻层位沙一,实际完钻井深4464m。由于该区块施工的井队都出现不同程度的漏失、井塌等复杂情况，为了加快钻井速度、优质钻井、预防复杂情况发生，我们针对各种难题展开技术攻关，通过在施工中反复试验、研究、分析、验证。总结出了一套行之有效的适合该地区的钻井技术，为该区块的持续开发提供了强有力的技术支撑。2技术难点（1）该井钻穿地层多，井漏现象普遍，井壁稳定问题突出，尤其东二段漏层多并且有多套断层，严重井漏可能引起井塌，施工风险大。（2）在馆陶组下部钻遇玄武岩和底砾层，钻玄武岩易发生井漏、垮塌，底砾层研磨性强，钻头、钻具磨损严重。（3）该井采用5段制设计，降斜段PDC钻头定向托压现象明显、井眼清洁困难，稳斜段长，轨迹控制困难。刺钻具、断钻具频繁发生。3（4）泥岩段长，泥质含量高，钻时慢，对钻井提速带来很大的困难。而且，泥岩段会发生周期性坍塌。（5）对钻井液性能要求高，密度窗口窄，既要防止井塌，又要兼顾井漏，同时要求钻井液具有高温稳定性、强抑制性，还会不同程度的受二氧化碳的污染。3井身结构及地质分层3.1井身结构表1井身结构开钻次数钻头尺寸(mm)井段(m)套管尺寸（mm）套管下深（m）封固井段(m)导管50818一开444.50-323339.7320地面-320二开311.1323-3153244.531501500-3150三开215.93153-4464139.744612800-44613.2地层及岩性描述表2地层及岩性描述地质时代层位底界深度m层厚m主要岩性描述第四系平原组312.00303.00粘土及散沙上第三系明化镇2340.002028.00灰色泥岩与灰黄色细砂岩互层；下部为大段棕红色、绿灰色泥岩，夹中、薄层浅灰色细砂岩、浅灰色粉砂岩、泥质砂岩；底部为一套较稳定泥岩段上第三系馆陶2910.00570.00上部灰色、灰白色砂岩、砂砾岩与灰绿色、棕红色泥岩不等厚互层；中部为灰白色细砂岩；下部砂砾岩发育，局部发育火成岩。下第三系东一3210.00300.00为厚层、中厚层灰白、浅灰色细砂岩、砂砾岩及灰色、灰绿色泥岩不等厚互层。下第三系东二3730.00520.00上部为灰色、深灰色泥岩、粉砂质泥岩夹浅灰色细砂岩、粉砂岩，中部砂岩较发育。下第三系东三4095.00365.00上部和下部为灰色、深灰色泥岩夹薄层灰色细砂岩、粉砂岩，中下部砂岩集中发育。下第三系沙一4250.00155.00上部为灰色、深灰色砂砾岩及含砾不等粒砂岩，下部以灰色、深灰色泥岩为主，夹薄层细砂岩和粉砂岩，局部含灰。4复杂情况及预防处理4.1玄武岩与底砾层4.1.1复杂情况4本设计井NgⅢ玄武岩和NgⅣ底砾岩（垂深2650～2910m）发育。岩屑为大块的砾岩、砂砾岩，岩性坚硬，研磨性强（如图1）。该岩层对钻头及钻具的磨损非常严重，PDC钻头钻进几米牙齿就被磨光，单只牙轮钻头纯钻十几个小时，进尺100米左右钻头就会严重磨小，牙轮、轴承磨损都很严重，存在很大的掉牙轮风险（如图2），该井起出的钻头，牙齿磨光，油杯挡圈磨掉，三个油杯全部掉到井里。而且钻该岩层时容易发生井壁垮塌，严重时造成填井侧钻。图1底砾岩图2磨小的钻头4.1.2原因分析玄武岩和底砾岩层岩性硬度大，PDC钻头容易崩齿，崩齿后刀翼很快就被磨光,因此,PDC钻头不适合钻该地层；该井段又是稳斜段，为了控制井眼轨迹，一般采用的钻具结构牙轮钻头加双扶螺杆，这样，由于钻头的高速旋转，钻砾岩层造成先期损坏，寿命大大缩短。另外，底砾岩层胶结性差，砾岩颗粒间孔隙度大，导致该地层钻进过程易发生井漏、垮塌。4.1.3处理及预防措施1）选用研磨性强的钻头、螺杆，维护保养好地面设备，尽快钻穿玄武岩和底砾岩层。避免玄武岩垮塌采用八字方针：平衡、封堵、悬浮、快速。2）进入玄武岩前密度一般不低于1.18g/cm3，具体密度可根据施工经验和邻井资料确定。严格控制失水，穿玄武岩把失水控制在5ml以内。适当高的粘度，提高泥浆悬浮能力。3）加强封堵，穿玄武岩前适量加入超细目碳酸钙、石墨粉等封堵材料提前封堵，提高玄武岩抗塌能力。4.2刺、断钻具4.2.1刺、断钻具情况5本井在施工过程中钻具发生刺、断情况统计如表3，全井共刺钻具4次，断钻具3次。表3刺、断钻具统计序号井深(m)工况现场情况检查结果刺、断深度(m)损失时间12840钻进立压下降钻杆本体刺95610h23387钻进立压下降钻杆本体刺84710h33543钻进立压下降钻杆本体刺95320.5h43776钻进立压下降悬重减少钻杆本体折断9528.5h53781钻进立压下降悬重减少钻杆本体折断9456.5h64082钻进立压下降钻杆本体刺95032h74144钻进立压下降悬重减少钻杆本体折断9499.5h每次发现泵压下降，排除地面原因后，不再循环观察，立即起钻检查；如果泵压下降，上提钻具悬重有变化，果断起钻，同时准备与井下钻具相适应的打捞工具。由于采取的措施得当，都没造成严重后果。钻具刺、断情况如图3、图4。图3刺坏的钻具图4断掉的钻具4.2.2原因分析从表3中可以看出刺、断钻具的井段都在945-956米之间，940-965m处为增斜段末端，井斜角由21.4°突增至26°，狗腿度连续两点为3.82°/25m、3.88°/25m，而其余井段的狗腿度为1.75°/25m左右。本井五段制设计，钻柱受力复杂，井眼摩阻大，钻具弯曲，摩阻力、摩扭矩和弯曲应力大；全角变化率大的井段钻进过程中钻具受交变应力的影响更大，钻具容易发生疲劳破坏，随井深的增加钻具受到的弯曲载荷变大,钻具疲劳破坏的可能性越大。4.2.3处理及预防措施61）出现泵压下降、悬重异常，要果断处理，防止事故扩大化，将损失降到最低。配合管具公司定期做好钻具检查、探伤和更换，定期倒换钻具，在全角变化率大的井段使用钢级高的钻具。2）定向过程中要督促定向井公司搞好井眼轨迹控制，避免出现大的狗腿度，使井眼轨迹尽量平滑。3）使用好固控设备，定期做固相分析，及时清理锥形罐，加强井眼清沙；优化泥浆性能，使用质量好的重晶石粉和抗高温润滑材料，加足润滑剂；简化钻具结构，尽量少下钻铤，优选短刀翼PDC钻头，选用小尺寸螺杆和条式扶正器，减小钻具与井壁的接触面积。达到减小摩阻和扭矩的目的。4.3井漏4.3.1井漏情况本井在施工过程中发生5次井漏，其中4次发生在正常钻进的时候，只有一次井漏发生在下钻到底循环时，根据漏失量大小，分别采用静止堵漏、复合材料堵漏及DSR堵漏，都获得了成功。漏失情况统计如表4。表4井漏统计序号井深（m）井漏过程漏失量堵漏情况13584正常钻进时，坐岗发现液面降低，停泵，井口液面下降，确定井漏。21方采用静止和单封不起作用，单封加复合堵漏剂堵漏成功。23755正常钻进到3755米，坐岗发现液面降低，停泵，井口液面下降。38方采用单封加复合堵漏剂不成功，使用DSR堵漏成功。可能是断层漏失。33897正常钻进到3897米，坐岗发现液面降低，停泵，井口液面下降，确定井漏。4.4方采用静止堵漏生效。44082下钻到底循环时井漏，漏速16方/小时。36方下光钻杆，采用DSR堵漏一次成功。54174正常钻进时井口失返，停泵，井口液面下降。45方下光钻杆，采用DSR堵漏一次成功。4.3.2井漏分析从几次井漏情况看，井漏都发生在东营组的东二段、东三段，漏点大多在沙层，因为砂层的孔隙度大，而且该井段钻遇多个断层，地层本身的破裂压力就很低，这样，就导致钻进时易发生井漏。另外，起下钻时井内钻井液静止时间较长，钻井液大多具有高温增稠、静止增稠的特性，循环流动阻力增大，在下钻开泵时排量增加太快引起井漏。4.3.3井漏的处理及预防措施7在钻进中发现泵压下降、从井口返出的钻井液量减小、钻井液罐液面降低，则表明发生了井漏，施工中要视井漏程度及具体情况而定。1）漏失量在5m3/h以下时，采用静止或随钻堵漏，可以通过加入1.5%单封＋1.5％超低渗处理剂+2-3%超细碳酸钙进行随钻堵漏，适当降低钻井液密度，提高钻井液粘度、切力，并适当降低钻井液泵排量予以解决。2）漏失量大于5m3/h时，应立即停止钻进，配堵漏钻井液堵漏。配方一：3～6％膨润土+0.3％NaCO3+0.3％NaOH+6％蚌壳渣+6％核桃壳＋3％石棉绒＋10％DSR。配方二：水+3～4％APGEL-1凝胶堵漏剂+5～8％复合堵漏剂。堵漏过程注意活动钻具以防止卡钻，桥接剂堵漏最好光钻杆，否则必须将钻头水眼放大。3）坐好岗，及时发现井漏。需要提密度时，先在井浆中加入足量的磺化沥青、超细碳酸钙和单封等，以提高地层承压能力循环二周后，才能逐渐加重。严格执行加重程序，每周只能提0.02g/cm3。在进入易漏地层前，需起钻换钻具，甩掉多余的扶正器、井下马达和MWD等仪器，加大水眼。此时可加入粒度较大的单封和随钻堵漏剂，待全部钻穿易漏层后，起钻换正常定向仪器钻进。4）钻进过程中，上部地层要兼顾钻进速度和井眼内岩屑当量浓度，坚持大排量洗井和短起下，防止环空形成砂桥。下钻，特别是在易漏井段下钻时要控制下钻速度，防止压力激动蹩漏地层。钻井液具有触变性，静止时间长时，下钻要分段循环钻井液，下钻到底起动泵要慢，先用小排量顶通钻井液，待正常后再逐渐加大排量，以免蹩漏地层。4.4井壁坍塌4.4.1坍塌情况NP3-35井在施工过程没有发生井壁坍塌，而邻井多次出现坍塌甚至填井，本井没发生坍塌的原因是前期做好了该区块的调研工作，防塌材料和技术措施落实比较到位。同时也得益于井队的高度重视。4.4.2预防措施1）针对东二段下部垮塌，一是把密度加至设计上限；二是提前加入泥岩抑制剂和封堵材料；三是始终保持KCL含量在5-7%，严格控制API滤失量和高温高压滤失量。泥浆药品提前加入，起钻时最好连续灌泥浆，始终保持液柱压力大于地层坍塌压力。2）加强封堵，使用石墨、超细目碳酸钙、沥青粉等封堵材料对泥岩井段提前封堵，条件允许时可加入聚胺。对荧光受限的井使用乳化石蜡、石墨、聚合醇及超细目碳酸钙加强封堵，提前加足抗高温药品、降滤失剂和防塌抑制剂。83）做好随钻压力监测，根据压力预测和井口返出岩屑的形状及时调整钻井液密度。维护好钻井液性能，加入足量的防塌剂，改善泥饼质量。进入易塌井段，钻井液性能要保持相对稳定，避免大幅度调整。控制起下钻速度，以防抽吸导致井塌。禁止长时间在同深度、特别在易塌井段大排量循环。4.5二氧化碳污染4.5.1污染情况在钻进至井深4030米时，钻井液性能发生变化，粘度、切力增高，滤失量增大，钻井液的PH值降低，钻井液中HCO3-、CO32-离子的浓度升高，严重时出现脱水分层，使钻井液性能恶化甚至无法使用，不能满足正常钻井的要求。4.5.2原因分析钻遇含二氧化碳的地层，地层中的二氧化碳进入井筒与钻井液发生化学反应，导致钻井液性能受到污染。4.5.3处理与预防措施1）加强监测，如果气测显