樁129—平10井大井斜、油頁巖破碎帶的鉆井技術

姚良秀+徐旭升

【摘 要】樁129-平10井是勝利油田在樁西灘海部署的一口大位移海油陸采井。在大位移井施工中存在著井身軌跡難以控制、摩阻扭矩大、攜巖難度大、井壁易失穩等諸多至今難以克服的難題，而樁129-平10井在鉆進施工過程中在大斜度井段需穿過油頁巖破碎帶地層，這更加增加了這口井的施工難度。樁129-平10井在前期施工過程中多次出現井眼坍塌，最后并導致多次填井側鉆，通過井眼軌道優化設計、油基鉆井液等技術應用成功解決了樁129-平10井客觀存在破碎帶的問題。

【關鍵詞】海油陸采井；大位移井；油頁巖；油基鉆井液

1 樁129-平10井概述

樁129-平10井是一口水平位移2476.11m的海油陸采水平井，井身結構和井身軌道數據如下表。

由于該井在3326～3340m（垂深）井段有油頁巖、油泥巖夾灰質頁巖，三開以后三次鉆至該層位出現井下復雜，三個井眼的概況如下：

樁129-平10井在施工前通過地質剖面圖可以看出在A靶點之前有一破碎帶地層，而且破碎帶地層與A靶點距離較近，在保證中靶的前提下無法通過調整井身軌跡避開破碎帶。

該井前兩次鉆遇油頁巖地層都使用強抑制不分散體系鉆井液體系，每一次鉆至油頁巖都出現井壁失穩現象，嘗試各種鉆具組合劃眼，如下所示：

（1）Φ215.9mm牙輪鉆頭+Φ209mm近鉆頭扶正器強剛性鉆具組合

選擇依據：近鉆頭扶正器的鉆具組合主要增加其剛性，推動掉塊下行，將其趕至井底，將掉塊磨碎后，將其攜帶出。

（2）常規鉆具：Φ215.9mm牙輪鉆頭+Φ127mm加重鉆桿×30+Φ127mm鉆桿

選擇依據：常規鉆具組合通井主要依靠牙輪鉆頭的研磨，將掉塊磨碎，順利通過遇阻點后，通過調整泥漿性能將掉塊帶出，恢復井壁穩定。

（3）領眼鉆具組合：Φ118mm銑錐+Φ127mm鉆桿×2+Φ209mm扶正器+Φ127mm

選擇依據：領眼鉆具組合通過較小尺寸工具通過遇阻點，依靠泥漿流動使堆積掉塊分散，再通過后面的扶正器和鉆具，通過轉動將掉塊破碎，將其帶出。

每一種鉆具組合在下鉆至油頁巖地層遇阻，期間通過調整泥漿無論是增加鉆井液粘切，提高鉆井液攜巖能力還是降低鉆井液粘切，以提高鉆井液對井壁沖刷效果，劃眼無法通過，而且越處理井眼越復雜，遇阻點越淺，最后均填井側鉆。

2 樁129-平10井井眼垮塌以及處理過程失敗原因分析

2.1 地層原因

水平井、大位移井井壁穩定性控制難度大，該井在A靶點之前存在破碎帶更加增加了該井的施工難度。在破碎帶附近，地層裂縫發育，且縱橫交錯，地層應力極為復雜，井眼裸露地層易發生周期性應力釋放，表現為周期性嚴重井壁垮塌[1]。

2.2 工程和泥漿原因

水基鉆井液即使處理的非常到位對破碎帶、裂縫發育地層的維護井壁穩定效果差，加之水基鉆井液長間對井眼進行浸泡，造成井壁進一步失穩。井壁坍塌后劃眼過程中雖然一些老掉塊雖然可以通過鉆頭、扶正器、鉆具的旋轉、研磨將其破碎，但是無法將其攜帶出，只能使其分散，從而造成上部井眼復雜。

3 鉆井液體系的改變

3.1 選擇油基鉆井液的原因

（1）油基鉆井液應具有較高的電穩定性，確保乳化體系穩定[2]。

（2）使用的油基鉆井液具有優良的流變性及懸浮性能，能及時將鉆屑帶出井底，保證井眼通暢。

（3）使用的油基鉆井液具有低的濾失量和良好的封堵性能，能夠提高井壁穩定性。

3.2 油基鉆井液配方及性能參數設計

油基鉆井液配方—〔（白油+CaCl2溶液）（油水比80：20）〕+3～4%有機土+2～3%主乳化劑+1～1.5%輔乳化劑+2～3%潤濕劑+2%乳化封堵劑+2～3%降濾失劑+1～2%氧化瀝青+2%堿度調節劑+輔助劑。

輔助劑包括：重晶石、提切劑等。

3.3 易坍塌泥頁巖井段施工措施

3.3.1 鉆井液方面

1）確保體系的乳化穩定性，保證鉆進過程中具有較低的高溫高壓濾失量，避免由于流體侵入導致的井壁失穩。

2）針對油頁巖極易井壁失穩難題，采取以下幾種措施進一步提高鉆井液防塌能力：①進入該井段前（預計3900m處）加大封堵劑含量，提高至3%；②提高鉆井液密度1.50g/cm3；③加強返砂觀察，及時監測摩阻、扭矩變化，當發現返砂突然增多或摩阻/扭矩變大時，及時采取措施提高井壁穩定性，及時補充提切劑提高鉆井液的攜巖性能。 3.3.2 鉆井技術方面

1）避免在油頁巖易塌段大排量定點循環，減少鉆井液對井壁的沖刷破壞。

2）在進入預計油頁巖段前，根據現場情況提前起下鉆換鉆頭或者盡量鉆穿油頁巖地層再進行起下鉆作業，鉆進油頁巖地層時盡量提高鉆井時效，確保盡快鉆過油頁巖地層。

3）開泵、起下鉆等操作不能過猛，減少壓力激動和鉆頭、鉆具對井壁的激烈撞擊，起鉆時灌好泥漿。

4）一方面，嘗試有幾何增斜鉆具代替螺桿鉆具，減少單彎+扶正器對井壁碰撞使井壁失穩，而且沒有螺桿壓降，可以提高排量，利于攜砂；另一方面，在幾何鉆具井身軌跡達不到設計要求時，更改螺桿鉆具結構，由之前帶扶正塊螺桿改為無扶正塊螺桿，減少鉆進過程中螺桿扶正塊對井壁的刮碰，避免井壁進一步失穩。

5）在破碎帶施工過程中，以復合鉆進代替劃動鉆進，避免劃動鉆進拖壓、憋泵造成井壁失穩。

4 易坍塌油頁巖井段施工效果分析

根據前兩個井眼鉆遇油頁巖的深度進行計算，并結合新的井眼軌道設計，預計本井將鉆遇油頁巖75m，穿入和穿出油頁巖的井深如圖2所示。

該井眼施工過程中鉆進至4000m，下入新鉆頭、新動力鉆具爭取一趟鉆穿過破碎帶，鉆具結構：Φ215.9mmMD517x+Φ172mm1.5°螺桿+MRC地質導向+無磁承壓+無磁懸掛+Φ127mm鉆桿30柱+Φ127mm加重×10柱+Φ127mm鉆桿，由于定向鉆進鉆時較慢，鉆頭壽命已到，鉆至4076m起鉆，在第二趟鉆用相同的鉆具結構，鉆進至4077m后，發生井壁坍塌，倒滑眼起出鉆具。

鑒于之前井眼的復雜情況，下入Φ165mm刮刀鉆頭+Φ127mm加重鉆桿領眼通井，下鉆到底后不斷出現憋泵現象，慢慢提排量（排量提至60沖后，2h提一沖），最高提至85沖，循環3天后翻出大量掉塊而且，排量越大，掉塊返出越大。

循環至振動篩不在返出掉塊，初步認為井下基本正常，定恢復鉆進，首先選用幾何鉆具鉆進，鉆具結構：Φ215.9mmMD517x+Φ212mm扶正器+Φ159mm無磁鉆鋌+Φ127mm鉆桿*30+Φ127mm加重×10柱+Φ127mm鉆桿，由于造斜率跟不上設計要求，更換鉆具結構繼續鉆進，鉆具結構：Φ215.9mmMD517x+Φ172mm 1.5°無扶正塊單彎+無磁承壓+無磁懸掛+Φ127mm鉆桿×30柱+Φ127mm加重×10柱+Φ127mm鉆桿；該井堅持使用該鉆具組合7趟鉆完鉆，每一趟鉆在下鉆過程中在4077m～4079m始終有顯示，每次短起下均通過該位置，通過鉆進過程、短起下、起下鉆過程對井壁的修復，該顯示段逐漸減小，最后兩趟鉆均無顯示，最后該井順利下入套管完井。

5 認識與建議

（1）為保證鉆進過程排量的提高，建議超過4000m的水平井、大位移井使用5 1/2"鉆桿鉆進，一方面增加鉆柱強度，另一方面減小壓降、相同排量獲得較高環空返速。

（2）油基泥漿能解決由于浸泡引起的井壁坍塌，但是不能解決應力性坍塌。該井之所以在油機泥漿井眼劃眼過程中能返出掉塊是因為：一是，循環時間長，油機泥漿井眼劃眼中循環72h后才開始返出掉塊；二是，油機泥漿施工過程中上部井眼規則，無大肚子井眼，利于掉塊返出；三是，油機泥漿自身具備良好的流變性和電穩定性，利于掉塊的攜帶。

（3）無扶正塊螺桿鉆具的選擇是該井順利穿過破碎帶的關鍵。

（4）在復雜井段施工過程中，輕易不要更改鉆具組合，以免由于鉆具組合剛性的變化導致其起下鉆出現復雜。

【參考文獻】

[1]陳庭根，等.鉆井工程理論與技術[M].山東東營：中國石油大學出版社，2006.

[2]黃漢仁，等.泥漿工藝原理[M].北京：石油工業出版社，1981.

[責任編輯：許麗]