保德區(qū)塊煤層氣定向井黏附卡鉆的分析與預(yù)防

毛志新 楊 峰 鮮保安

（1.中國(guó)石油大學(xué)，北京 102249；2.中聯(lián)煤層氣國(guó)家工程研究中心有限責(zé)任公司，北京 100095；3.新疆油田公司采油工藝研究院，新疆克拉瑪依 834000）

山西保德區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地東緣北部，河?xùn)|煤田北段，南鄰臨興北區(qū)塊，東接河曲區(qū)塊。保1-1向1井和保1向2井是保德區(qū)塊最早施工的2口定向井，在鉆穿8/9號(hào)煤層時(shí)幾乎在同一天發(fā)生黏附卡鉆事故。這說(shuō)明這一現(xiàn)象已成為保德區(qū)塊定向井施工過(guò)程中存在的共性問(wèn)題。針對(duì)保德區(qū)塊定向井施工的這一共性問(wèn)題展開研究。

1 工程概況

保1-1向1井是保德區(qū)塊保1-1叢式井組中的一口定向井，設(shè)計(jì)井深869 m，設(shè)計(jì)最大井斜角24.1°。保1向2井是保德區(qū)塊保1叢式井組中的一口定向井，設(shè)計(jì)井深929 m，設(shè)計(jì)最大井斜角32.8°。一開：?311.1 mm鉆頭+?273.1 mm表套；二開：?241.3 mm鉆頭+?177.8 mm套管。

1.1 事故經(jīng)過(guò)

保1-1向1井在鉆進(jìn)至896.53 m接單根后發(fā)生卡鉆，保1向2井在鉆進(jìn)至923.59 m接單根后發(fā)生卡鉆。兩者卡鉆基本上在同一個(gè)層位，具有黏附卡鉆的特征：接完后能正常開泵，泵壓正常；上提方鉆桿遇卡，下放遇阻；方鉆桿不能回轉(zhuǎn)，沒(méi)有活動(dòng)余地。發(fā)生卡鉆時(shí)的鉆具組合為：?241.3 mm鉆頭+?165 mm無(wú)磁鉆鋌×1根+?159 mm鉆鋌×6根+?127 mm鉆桿+?133 mm方鉆桿。

1.2 事故處理

保1-1向1井處理概況：7月3日往井內(nèi)卡點(diǎn)處打入解卡溶液14 m3（解卡劑1.25 t，石粉3.5 t，柴油4.5 m3，水3.5 m3）靜止浸泡至7月8日未能解卡，7月9日第2次往井內(nèi)卡點(diǎn)處打入解卡液25 m3（解卡劑2.5 t，石粉6.8 t，柴油11 m3，水6.7 m3）靜止浸泡至15日沒(méi)有解卡成功，15日開始倒扣、套銑，經(jīng)過(guò)5 d反復(fù)套銑、倒扣，在20日24:00解卡。保1-1向1井黏附卡鉆造成的直接損失約20萬(wàn)元，鉆井周期34 d。

保1向2井黏附卡鉆的處理采用了活動(dòng)鉆具、使用解卡劑、油泡鉆具表面和反扣鉆具等措施，于15日24:00用反扣鉆具成功解卡。保1向2井黏附卡鉆造成的直接損失超過(guò)10萬(wàn)元，鉆井周期50 d。保1-1向1井和保1向2井的卡鉆事故處理情況表明反扣鉆具是解決保德區(qū)塊黏附卡鉆事故行之有效的方法。

2 卡鉆原因分析

造成黏附卡鉆的原因是多方面的，有地質(zhì)因素，也有工程因素。通過(guò)對(duì)保1-1向1井和保1向2井的錄井資料和測(cè)井資料分析，發(fā)現(xiàn)2口井在8/9#煤層下部約15 m處均存在一段滲透性很好的砂巖層。煤層氣鉆井要求使用低固相聚合物鉆井液，鉆井液的密度一般在1.05 g/cm3以下。通過(guò)分析鉆井液班報(bào)表，這2口井鉆進(jìn)時(shí)鉆井液密度都超過(guò)了1.1 g/cm3，表明鉆井液固相含量高，在鉆進(jìn)過(guò)程中容易形成濾餅，而且由于砂巖段巖石強(qiáng)度高、井眼比較規(guī)則，和鉆具接觸面積比較多，容易造成黏附卡鉆。保1向2井發(fā)生黏附卡鉆處井斜27°，保1-1向1井發(fā)生黏附卡鉆處井斜26°。如果在接單根時(shí)鉆具在井下靜止時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，鉆具就會(huì)在重力和鉆井液柱作用下靠在井壁上，這時(shí)候不及時(shí)活動(dòng)鉆具就容易造成黏附卡鉆。

分析卡鉆原因，認(rèn)為在鉆穿8/9#煤層后，由于煤層的滲透性好，造成鉆井液濾失量很大，從而使鉆井液性能大幅改變，固相含量大大增加，當(dāng)鉆至孔隙度大、滲透性好的砂巖層時(shí)，在液柱壓力和地層壓力差的作用下，孔內(nèi)鉆井液中的水滲透到地層中，鉆井液固相在孔壁上形成很厚的泥皮。由于保1-1向1和保1向2井都是定向井，孔內(nèi)鉆具在自身重力作用下緊貼井壁，當(dāng)鉆具在孔中靜止較長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，濾餅與鉆具間形成很大的摩擦力，從而使鉆具活動(dòng)困難，造成黏附卡鉆。

3 預(yù)防黏附卡鉆的措施

3.1 鉆具組合

黏附卡鉆發(fā)生的一個(gè)重要原因是鉆具和井壁大面積接觸，所以在滿足井眼軌跡控制要求的前提下，應(yīng)盡量簡(jiǎn)化下部鉆具結(jié)構(gòu)，減少鉆鋌數(shù)量，用加重鉆桿替代鉆鋌［1-2］，以盡可能減少鉆具與井壁的接觸。如果沒(méi)有加重鉆桿，也可以在每柱鉆鋌之間加上防黏接頭，以減少鉆具與井壁的接觸面積，大大降低黏附卡鉆的風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用的鉆頭和鉆鋌尺寸，研制了外徑為210 mm的防黏接頭，見(jiàn)圖1。這種防黏接頭類似于小型穩(wěn)定器。在穩(wěn)斜鉆進(jìn)時(shí)還可以起到保證井眼軌跡穩(wěn)定和防止黏鉆的作用。

圖1 研制的防黏接頭

3.2 鉆井液

通過(guò)對(duì)保德井區(qū)卡鉆原因的分析，可以看出優(yōu)質(zhì)的鉆井液是關(guān)鍵。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況了解，保德區(qū)塊的地層條件相對(duì)比較穩(wěn)定，所以可以使用低密度、低固相的優(yōu)質(zhì)鉆井液，以減少濾餅厚度，保持井眼穩(wěn)定［3］。根據(jù)保德區(qū)塊地層條件，提出了一套適合保德區(qū)塊定向井施工的鉆井液體系。

鉆井液配方：40~45 kg/m3鈉質(zhì)土粉+0.1%~ 0.2%NaOH+0.2%K-PAM+0.5%HV-CMC。K-PAM（聚丙烯酸鉀）主要作用是加快巖屑沉淀，兼有降失水和潤(rùn)滑的作用；HV-CMC（羧甲基纖維素鈉）主要作用是增加鉆井液黏度，利于攜帶巖屑，降低濾失量，維持井壁穩(wěn)定。

性能指標(biāo)：黏度35 s，密度1.02~1.05 g/cm3，失水量小于8 mL，濾餅厚度小于1.0 mm。

3.3 施工工藝

雖然通過(guò)鉆具組合和鉆井液性能調(diào)整可以大大減小黏附卡鉆事故的發(fā)生概率，但是如果在施工工藝上不重視，也很容易造成黏附卡鉆事故。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件，提出以下預(yù)防黏附卡鉆的工藝措施［4-8］：（1）在接單根時(shí)應(yīng)活動(dòng)鉆具，盡可能減少鉆具在井下靜止時(shí)間，靜止時(shí)間不超過(guò)3 min；（2）為保證井眼軌跡圓滑，減少卡鉆事故，每鉆進(jìn) 50 m進(jìn)行短起下一次，以破壞濾餅；（3）測(cè)斜時(shí)，嚴(yán)格按儀器操作規(guī)程和作業(yè)指令執(zhí)行，認(rèn)真活動(dòng)鉆具，防止測(cè)斜卡鉆；（4）施工過(guò)程中應(yīng)勤撈砂，避免巖屑反復(fù)在井內(nèi)循環(huán)；（5）加強(qiáng)設(shè)備檢修，避免在正常鉆進(jìn)過(guò)程中由于設(shè)備故障而引起的黏附卡鉆；（6）增加鉆井液循環(huán)槽長(zhǎng)度和泥漿池容積，以利于巖屑充分沉淀，減少鉆井液固相含量；（7）如果有條件的話，可以使用螺旋鉆鋌、加重鉆桿，減少鉆具與井壁的接觸面積。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

保德區(qū)塊2010年總共部署了21口定向井，保1-1向1井和保1向2井是保德井區(qū)最早施工的2口定向井。為了檢查研究的鉆具組合、鉆井液配方以及施工工藝的使用效果，在剩下的19口定向井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。這些定向井采用了與保1-1向1井和保1向2井相同的井身結(jié)構(gòu)以及鉆井液體系。在施工過(guò)程中，鉆穿8/9#煤層后提鉆，在每柱鉆鋌之間接上設(shè)計(jì)的防黏接頭，以減少鉆具與井壁的接觸。

同時(shí)，按照研究結(jié)果重新調(diào)配了鉆井液配方。在鉆進(jìn)過(guò)程中嚴(yán)密監(jiān)測(cè)鉆井液各項(xiàng)性能指標(biāo)：密度、黏度、失水量、濾餅厚度以及含砂量等，確保各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足要求。在鉆井過(guò)程中嚴(yán)格按提出的施工工藝措施進(jìn)行施工，保證了鉆井過(guò)程的順利進(jìn)行。

通過(guò)使用研制的防黏接頭、鉆井液配方和施工工藝，19口定向井施工過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生黏附卡鉆，鉆井周期也縮短至10 d左右。

5 結(jié)論

（1）保德區(qū)塊黏附卡鉆主要是由于在鉆進(jìn)8/9#煤層下面滲透性好的砂巖層時(shí)因鉆井液固相含量高形成厚濾餅而引起的。

（2）研制的防黏接頭和鉆井液配方經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，可以成功應(yīng)用于保德區(qū)塊定向井鉆井施工。

（3）提出的黏附卡鉆預(yù)防施工工藝和現(xiàn)場(chǎng)緊密結(jié)合，具有實(shí)際可操作性。

（4）建議鉆井隊(duì)配備濾失儀、含砂量測(cè)定儀等常規(guī)鉆井液性能測(cè)試儀，以加強(qiáng)鉆井液性能監(jiān)測(cè)，消除安全隱患。

［1］ 董云安，陳小元，袁建平.防粘卡鉆具組合的改進(jìn)及應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2003，25（3）：39-40.

［2］ 李枝林，張亮，杜征鴻，等.川西新場(chǎng)地區(qū)中深叢式定向井防卡技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2007，29（3）：23-24.

［3］ 王芬榮，趙江印，莊立新，等.長(zhǎng)裸眼定向井的鉆井液工藝技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2000，22（3）：27-28.

［4］ 毛建華，曾明昌，鐘策，等.壓差粘附卡鉆的快速解卡工藝技術(shù)［J］.天然氣工業(yè)，2008，28（12）：68-70.

［5］ 盧予北，劉志國(guó)，程存平，等.鉆井過(guò)程中鉆具吸附卡鉆事故成因與處理技術(shù)［J］.探礦工程：巖土鉆掘工程，2004，31（12）：33-35.

［6］ 袁杜安，李念節(jié).氣藏叢式定向井卡鉆原因及對(duì)策［J］.西部探礦工程，2000，12（4）：71-72.

［7］ 常喜順，張金成.陜北油田定向井卡鉆原因分析及處理對(duì)策［J］.西部探礦工程，2007，19（1）：66-67.

［8］ 蔡雨田.塔河油田水平井卡鉆事故的分析及處理［J］.石油鉆探技術(shù)，2000，28（4）：20-21.