塔河油田中完测井井眼准备技术

塔河油田中完测井井眼准备技术探讨摘要由于塔河油田新生界岩性以粉砂岩、泥岩为主，遇水缩径现象严重，中生界至古生界石炭系由于地应力作用地层破碎、坍塌扩径严重造成二开井段测井困难，测井很难一次成功。自2003年12月22日TK229井测井复杂以来，接连发生T752井、S114井、T749井、TK238井、TK485井、YK7井、TK123H井、TK250等井测井遇阻的复杂情况，尤其是TK229井，自2003年12月22日22：00开始测井，至2004年1月10日7：30测井结束，共用时18天9时30分。为缩短钻井周期，减少钻井事故，节约钻井成本，西部公司进行了专门立项攻关工作，通过一年多的攻关，已基本解决了该工区测井难题。关键词塔河油田测井优化钻井液井径控制成功率在中完作业阶段最容易出现问题导致耽误施工时间的作业是测井作业，可以说中完电测的一次成功率是困扰着各单位工程及钻井液技术人员的一道难题，也给技术人员带来了巨大的压力。据统计数据，2006年西北分公司施工160余口各类井，出现过电测一次未成功的井约有70多口，耽误了投产时间，给甲乙方带来了一定的经济损失。测井遇阻原因分析从多口测井遇阻井来分析，简化井身结构井易出现测井遇阻情况。这是因为简化井身结构井二开井段裸眼段长，一般裸眼段长达4500米左右，有的井甚至超过4800米，而且穿越多套压力系统，钻井液密度在同一裸眼段由1.10g/cm3上升至1.30g/cm3，造成上部井眼压差过大；而且裸眼段多套复杂地层同时存在，二叠系、石炭系地层极易剥落掉块，有的井有二叠系地层，容易垮塌；简化井身结构井普遍深度超过5500米，有的还超过6000米，还存在高温高压问题；工程上，由于目前普遍采用PDC钻头钻进，所钻的井眼轨迹也同传统的三牙轮钻头有所不同，也是测井遇阻的一个重要原因；起下钻遇阻或二开完钻后换牙轮钻头下钻通井时遇阻，被迫大段划眼，破坏了井壁形成的良好的泥饼，导致井眼井径扩大，造成“大肚子”、“糖葫芦”井眼、使得测井时仪器下放遇阻；钻井液的携岩性不好或起钻前没有充分循环钻井液使得井内沉砂过多导致测井失败。1.1归纳起来的中完测井遇阻卡的主要原因为1.1.1大井眼采用PDC钻头钻进时，测井上出现问题也较多，主要原因是PDC钻头钻井时起下钻次数减少，井壁未充分修整，井壁上粘附的岩屑以及掉块等在起钻的抽吸作用下堆积形成砂桥造成测井遇阻。1.1.2多数井由于三叠系和石炭系井身质量控制不好，形成“大肚子”井眼和“糖葫芦窜”井眼，造成测井复杂。1.1.3通井时不重视，循环泥浆不彻底，没有有针对性的调整好泥浆性能参数。而第1.1.2点需要在前期施工中通过有效的技术工艺来控制好井径扩大，为中完测井提供一个良好的井眼状况，这也是提高中完测井一次成功率最根本的办法，最基础的工作。要想在三叠系、石炭系控制一个良好的井眼，就需要搞清楚该地层的岩性及扩径的原因和解决方法。1.2塔河油田三叠系、石炭系地层扩径原因分析大多数井的测井遇阻都在三叠系、石炭系井段。为了搞清楚三叠系、石炭系地层扩径的原因，对泥页岩钻屑进行了粘土矿物总量和粘土矿物组分进行了分析。分析结果表明：三叠系、石炭系粘土矿物总量为30〜50%，其中伊利石含量为58〜73%，说明地层水敏性强，存在井眼失稳的前提条件。对该地层泥页岩进行进行了分散性、膨胀性实验，从实验结果来看，三叠系、石炭系泥页岩吸水量值一般为0.4847〜0.7195g水/g土;从分散性看，该地层的CST值一般为148〜268,表明三叠系、石炭系的水化膨胀性和水化分散性都比较强。对三叠系、石炭系易坍塌地层的两种泥页岩进行了岩心浸泡实验。棕褐色泥页岩：这类泥页岩强度比较低，用水浸泡后发软发粘，易膨胀成很小的颗粒，用手捏易成泥球状，水化分散速度非常快，由它引起的坍塌主要是化学坍塌，即由水敏性引起的坍塌。灰褐色泥页岩：这类泥页岩比较硬，层理非常发育，岩心表面有很多微裂缝，该岩心放入水中后易裂解成小块状，但小块状碎片不发粘。这种岩心水化膨胀能力差，但剥落性强，其剥落性与岩石的层理和微裂缝发育有很大关系。该类岩心放入柴油中浸泡，岩心完好无损，说明该类泥页岩有一定的水敏性，这与岩石的亲水性有一定关系。在一系列实验分析研究后认为，塔河油田三叠系石炭系地层失稳的机理原因主要是以下几点。1）三叠系、石炭系地层存在纵横交错的微裂缝，这些微裂缝为钻井液中的自由水的进入提供了前提条件，同时也是泥页岩整体强度变差并出现剥落坍塌的原因之一。观察地层原始岩心可以看出，三叠系、石炭系地层泥岩微裂隙非常发育。由此可以推断，在泥岩地层形成的初期，由于沉积环境、沉积速度以及沉积物成分的变化，泥岩地层存在丰富的层理面和微裂缝，随着沉积厚度的加大和上覆地层的压实作用，以及地层成岩作用的加强和地质构造运动的强烈作用，地层岩石被扭曲褶皱，泥岩地层中以水平方向为主的微裂隙变得纵横交错。这类泥岩地层主要位于中深部，以中等膨胀性粘土矿物为主，主要成分是伊利石、伊/蒙有序间层和少量高岭石、绿泥石。由于上覆地层的压实作用，这类泥页岩的颗粒排列定向程度明显增加，微裂隙、层理发育。当地层被钻开时，钻井液滤液会沿层理和微裂隙渗入地层内部，从而为粘土矿物的水化提供了条件。根据X-射线衍射分析结果（表1、表2）：地层粘土总量为45%〜62%，粘土矿物以伊/蒙混层和伊利石为主，两者合计达70%以上，随井深增加伊/蒙混层增多且混层比增大，伊利石、绿泥石、高岭石随之降低。表1全岩矿物X-射线衍射分析结果样号井深m岩样全矿物含量％石英方解石斜长石钾长石白云石粘土总量14596〜4610灰色泥岩岩屑31616224923〜4929灰色泥岩岩屑35815635075〜5085灰色泥岩岩屑2911121245表2粘土矿物X-射线衍射分析结果样号井深m岩样粘土矿物含量%I/S—S%KaoChII/S14596〜4610灰色泥岩岩屑131735354024923〜4929灰色泥岩岩屑121325504535075〜5085灰色泥岩岩屑11112157552）三叠系、石炭系地层分散性粘土矿物和膨胀性粘土矿物含量高，而且水化膨胀能力和分散性都较强，一旦钻井液中的自由水沿微裂隙进入泥页岩中泥页岩的水化膨胀和水化分散就不可避免，因此粘土矿物的水敏性是引起井眼失稳的必然原因。当钻井液滤液沿微裂隙进入泥页岩中，泥页岩中的水敏性矿物吸水后体积的增大，泥页岩地层中会产生强大的压力，这部分压力在井壁四周强大围压下，只能通过井壁向井内释放，这样会产生两种结果：对于棕红色软泥岩，在打开地层的初期，其表现形式主要是水化膨胀引起的缩径；在后期，由于每种粘土矿物的水化膨胀力各不相同，从而使地层受力不均，随着渗透水化的进行，泥页岩的整体强度会逐步降低，在膨胀压力超过地层水化后的强度时，井壁剥落坍塌。1.2.3钻井液体系选择及其性能控制不当；钻井液的流变参数不合适；钻井液长时间冲刷井壁；长时间定点冲孔、起下钻操作引起压力波动、长时间转动转盘划眼（沙70井下套管前通井大段划眼使该段平均井径扩大率由10.5%上升至15.8%）对井壁稳定有一定影响，导致井壁垮塌掉块、井眼扩径；井壁浸泡时间增长等原因造成了井壁失稳。1.3石炭系三叠系防扩径对策1.3.1物理防塌，合理的液柱压力。从地层压力剖面可以看出，在3000〜4420m井段空隙压力比地层坍塌压力高；在4420〜5300m井段地层坍塌压力明显高于空隙压力，坍塌压力一般在1.30Kg/L；地层的破裂压力除在3900〜4100m井段约为1.75〜1.80Kg/L外，一般较高。考虑塔河油田部分井段易缩径、提钻过程中易抽吸等特点，钻到三叠系地层以后，钻井液密度控制在1.28〜1.31Kg/L，如钻遇二叠系地层则密度控制在1.32〜1.35Kg/L之间。1.3.2通过屏蔽封堵护壁技术提高地层力学防塌能力。为了屏蔽封堵易塌裂隙性地层，提高地层的防塌能力，采用了油气层保护屏蔽暂堵技术，通过加大QS-2、PB-1、无渗透油气层保护剂等材料的用量来提高对地层的屏蔽效果。1.3.2环空流态的控制：控制钻井排量、调节流变性主要是动塑比值，使环空液流为平板化层流。实现低返速、低粘度钻井液有效携岩、避免紊流液流冲蚀井壁的目的。根据计算，三叠系、石炭系井段采用低排量（22〜25L/s）钻井，适当提高粘度（55〜70s）及动塑比值（0.4〜0.5），使环空液流保持层流并使之平板化，这对硬脆性泥页岩剥落起强有力稳定作用。优化钻井液实验2.1钻井液处理剂的优选塔河油田上部地层易水化膨胀，现场的生产用水矿化度较高，要求钻井液体系必须具有良好的抗污染能力和良好的抑制性能；下部地层易剥落掉块，要求钻井液体系必须具有良好的抗污染能力、抗高温能力和较强的防塌效果。通过对钻井液性能、成本、油气层保护、环境保护和现场工艺等几方面进行综合考虑，优选出满足要求的钻井液处理剂。2.2钻井液处理剂的配伍性实验表明不同种类的处理剂对钻井液性能影响比较大，因此在确定钻井液体系时必须了解各种处理剂的配伍性。实验结果表明GLA、WFT-666等沥青类防塌处理剂与其它处理剂的配伍性好，钻井液的性能较稳定，防塌效果明显；降滤失剂对塑性粘度、动切力影响较大。2.3钻井液体系及配方在塔河油田现有的钻井液体系得基础上，利用易塌井段的岩屑进行热滚动回收实验，结果(表3)显示，多种体系中聚合物体系(配方1和2)对该段地层具有较强的抑制性。表3塌河油田钻井液回收实验序号分散液配方回收率%0清水31.481清水+0.5%KPAM+2%GLA+2%PB-1+2%SYP-1+2%CXP-261.892清水+0.5%KPAM+2%HFT-301+2%QS-2+2%SMP-2+0.2%AT-259.423清水+高分子包被剂(DBF-2)0.3%+小阳离子(NW-1)0.3%48.144清水+大钾(K-PAM)0.3%+强力包被剂(LHB-105)0.3%30.865清水+两性离子聚合物(FA367)0.3%+强力包被剂(LHB-105)0.3%46.436清水+金属离子(PMHC)0.3%+两性离子聚合物(FA367)0.3%48.862.4钻井液性能综合TK818、TK832、TK829、TK662、TK484、TK472、TK918等次测井成功井的钻井液性能，确定钻井液性能如下：表4 上部井段钻井液性能表(白垩系以上)密度(g/cm，)粘度(s)PV(Pa)YP(Pa)静切力(Pa)API失水(ml)泥饼(mm)PHHTHP失水ml粘滞系数固含(V%)1.08-1.2240-5510-254151-6/312<100.58-9<10表5下部井段钻井液性能表(白垩系以下)密度(g/cm，)粘度(s)PV(Pa)YP(Pa)静切力(Pa)API失水(ml)泥饼(mm)PHHTHP失水ml粘滞系数固含(V%)1.22-1.3050-6520-358-152-8/5-15<50.58-9<12/1.0<0.1<142.5稳定井壁、提高测井一次成功率的技术措施及其确定方法2.5.1工程方面2.5.1.1钻进中根据地层情况选取合理的钻井参数，上部地层采用大排量冲刷井壁，防止岩屑粘附井壁以及泥岩吸水膨胀而形成小井眼；中生界至古生界石炭系易破碎、坍塌扩径地层则采用只要能够满足携砂的排量钻进，防止冲刷井壁形成“大肚子”井眼和“糖葫芦窜”井眼，造成测井复杂。2.5.1.2用PDC钻头钻进的井，在钻达设计井深后，起钻换三牙轮钻头通井，修整井壁。起钻过程对有阻卡的井段反复上下活动，对井壁进行修整；下钻过程中如遇阻需要划眼，则控制小排量划眼，严禁大排量划眼造成井下复杂；如下钻顺利则不开泵探底，检验井底有无沉砂。2.5.2钻井液方面2.5.2.1选用合理的钻井液密度，保持井壁力学稳定为了保持井壁稳定，必须依据所钻地层的坍塌压力与破裂压力来确定钻井液密度，保持井壁处于力学稳定状态，防止井壁发生坍塌或塑性变形。地层坍塌压力主要影响因素：A地应力的影响；B地层强度的影响；C空隙压力的影响；D地层渗透性的影响；E井径扩大率的影响；F地层破碎程度的影响；G井斜角和方位角的影响；H钻井液的组成和性能的影响。2.5.2.2优选防塌钻井液类型与配方，采用物理化学方法阻止或抑制地层的水化作用主要技术措施有：A提高钻井液的抑制性；B用物理化学方法封堵地层的层理和裂隙，阻止钻井液滤液进入地层；C提高钻井液对地层的膜效率，降低钻井液活度使其等于或小于地层水的活度；D提高钻井液滤液的粘度，降低钻井液高温高压滤失量和泥饼渗透率，尽量减少钻井液进入地层的量等。效果评价通过一年多的实验，西部公司按照前期的调研及实验成果在全公司进行现场实验，对22口各类型井进行测井跟踪，按照各类井的测井技术措施严格执行，西部公司所施工井测井成功率明显大幅上升。这22口井关键井段共测井27次，一次测井成功率为96%，二次测井成功率为100%。4.结论与认识简化井身结构井：在二开施工中，就要控制好钻井液性能，特别是钻入三叠系、石炭系后控制好井径，为测井提供一个良好的井眼。一般，钻到中完井深后，牙轮通井到底，根据起下钻情况做长起和短起，保证井眼畅通，用稠塞清扫井底，即可进行测井。如果发生