寧晉石鹽田Y9-Y10井組對接連通鉆修井技術

張 旭

(河北省煤田地質局第二地質隊，河北 邢臺 054001)

寧晉縣境內蘊藏著豐富的巖鹽、石油、天然氣、煤炭、地熱資源，其中巖鹽資源儲量大，品位好，開采價值高。寧晉鹽礦為鈣鹽型，飽和鹵水中有害離子含量很低，一經采出即符合國家一級飽和鹵水標準，生產成本低，且生產能力強，采鹵能力可持續開采上百年。寧晉石鹽田的主要地質災害是地應力集中、地震頻發、鹽層蠕動[1]，很容易造成鹽井套管變形錯斷、鹽層溶腔縮小、通道堵塞等狀況。為組建采鹵生產井組，決定對已完井多年的Y10井先進行修井，新建水平定向井Y9井的開工時間根據其修井進度而定，避免因裸孔等待時間較長，給對接造成影響，影響整體工程進度。通過對設備的選取、施工工藝的制定和多方面的配合，完成了兩井的對接連通，實現了采鹵生產。2018年1月2日至6月3日進行的Y9-Y10井組鉆修井工程為河北中鹽龍祥鹽化有限公司為完成60萬t/年制鹽項目中的一對井。

1 礦區地理及地質概況

1.1 地理概況

本區位于河北省邢臺市寧晉縣大陸村鎮草廠村、張家莊附近，兩井井距320 m，西距寧晉縣城約25 km，區內有308國道穿過，可通往京珠高速公路，東部有深(澤)新(河)公路貫通，可通往附近縣城，各鄉鎮之間也有公路相連，交通便利。

1.2 構造

本區處太行山東麓沖積平原，地勢低平，由西北向東南緩傾斜，按大地構造單元劃分，河北省轄區內以東西向的尚義-赤城斷裂為界劃分出板緣(尚義-赤城斷裂以北)與板內(尚義-赤城斷裂以南)兩個Ⅰ級構造單元。在板內則根據沉積建造、巖漿活動和地球物理特征等，又進一步劃分出Ⅱ級構造單元3個，分別為太行山斷褶帶、燕山斷褶帶和冀東南沉積區[2]。本區分布于冀東南沉降區之束鹿斷凹[3]之中，向西為晉縣斷凹，向東為新河斷凸。區內鹽礦層總體走向北東，傾向南東，地層傾角近似1°。在以往鉆井施工過程中未遇到斷層，鹽礦層呈緩傾斜的單斜發育，斷層稀少，對鹽礦層影響不大。

1.3 地層特征

鉆孔所揭露的地層自上而下依次為：第四系，新近系明化鎮組、館陶組，古近系東營組、沙河街組一段(未揭穿)。

第四系：主要為沖積、洪積、風積、湖積成因的砂質粘土、泥質砂土、中細砂、砂礫及粘土組成，下部為紅黃色、棕黃色泥質砂土、砂質粘土及砂礫透鏡體，底部為雜色粘土夾砂礫層，分選差，偶見礫石，礫石呈棱角狀-次棱角狀，礫徑2～15 mm。

新近系明化鎮組(N2m)：巖性主要由棕紅、棕黃、少量灰綠、紫紅色泥巖、砂質泥巖，少量石英長石細礫以及石英中粗、粉細砂巖組成，主要成分為石英、長石、粘土礦物，局部見少量礫石。新近系館陶組(N1g)：巖性為棕紅、灰綠、棕黃色泥巖與灰白、淺黃色石英中細、粗砂巖與石英、長石細礫巖呈不等厚互層分布，下部發育一層灰白色粗砂巖，主要成分為石英、長石，分選中等，次棱角狀至次圓狀，含有礫石，礫徑2～5 mm。

古近系東營組(E3d)：巖性主要為棕紅、灰綠、紫紅、少量褐黃色泥巖、砂質泥巖與灰白色砂巖互層，中部夾有灰白色泥灰巖薄層，膠結程度較好，偶見肉紅色長石細礫。古近系沙河街組一段(E3s1)：上部巖性以棕紅、暗棕紅、灰綠色泥巖、砂質泥巖，夾棕紅、灰綠、灰白色粉細砂巖薄層，夾若干層泥灰巖薄層；下部主要為灰、深灰泥灰巖、灰白色、灰色白云質泥巖與巖鹽互層，性脆、易碎，膠結程度好，結晶程度較好，偶見少量硬石膏顆粒；底部巖性主要為褐紅色白云質泥巖、灰色泥灰巖[4]。

各組地層厚度及深度情況見表1。

2 施工過程

2.1 Y10井修井過程

Y10井是2011年已完鉆的直井，此次修井任務是對其進行通井、洗井建槽、起下儀器、配合Y9井對接連通等。

表1 Y10、Y9井地層厚度及埋深統計表Table 1 Formation thickness and depth at Well Y10 and Y9

2.1.1 設備選取

修井工作選取了TSJ3000型鉆機，3NB-1300型泥漿泵，12V190、WD6135型柴油機，XYRMGS-1對接儀器等相關配套設備。

2.1.2 井身結構(見表2)

表2 Y10井井身結構

2.1.3 鉆具組合

該井通井順暢，直接通井掃孔至井深2876.40 m，采用的鉆具組合為：?152.4 mm牙輪鉆頭+?121 mm鉆鋌+?89 mm鉆桿。

2.1.4 通井參數(見表3)

表3 通井參數Table 3 Well gauging parameters

2.1.5 鉆井液配方及參數

掃孔鉆進以低固相水基鉆井液作為循環介質，其具體參數見表4。

表4 鉆井液參數Table 4 Drilling fluid parameters

2.2 Y9井鉆井過程

2.2.1 設備選取

鉆井工作選取了ZJ30型鉆機、3NB-1300型泥漿泵、12V190型柴油機、NCS-300型除砂器、PLM-MWD連續測斜儀等相關配套設備。

2.2.2 井身結構(見表5)

表5 井身結構Table 5 Wellbore structure

對接連通示意圖見圖1。

圖1 Y9井與Y10井對接連通井身剖面圖Fig.1 Cross-section of connection of Well Y9 and Well Y10

2.2.3 鉆具組合

一開直井段(0～539.90 m)鉆具組合為：?346.1 mm牙輪鉆頭+?172 mm鉆鋌+?165 mm鉆鋌+?127 mm鉆桿。

二開直井段(539.9～2644.42 m)鉆具組合為：?241.3 mm PDC鉆頭+?172 mm鉆鋌+?165 mm鉆鋌+?127 mm鉆桿[5]。

二開造斜段(2644.42～2877.07 m)鉆具組合為：?215.9 mm牙輪鉆頭+?172 mm螺桿(1.75°)+?165 mm定向直接頭+?165 mm無磁鉆鋌+?127 mm鉆桿。為了順利下入?177.8 mm技術套管，又使用?241.3 mm PDC鉆頭從2664.42 m擴孔至2877.07 m。

二開增斜段(2877.07～2952 m)鉆具組合為：?152.4 mm PDC鉆頭+?120 mm螺桿(2°)+?120 mm定向直接頭+?89 mm無磁鉆桿+?89 mm鉆桿。

三開水平段(2952～3101.83 m)鉆具組合為：?152.4 mm PDC鉆頭+?120 mm螺桿(1.5°)+?120 mm定向直接頭+?89 mm無磁鉆桿+?89 mm鉆桿。

2.2.4 鉆進參數(見表6)

表6 鉆進參數Table 6 Drilling parameters

2.2.5 鉆井液配方

一開：0～539.9 m采用低固相粗分散鈣處理鉆井液[6]。配方為：1 m3水+4%鈉膨潤土+0.1%Na2CO3+0.1%CMC。

二開：539.9～2580.93 m采用低固相粗分散鈣處理鉆井液。配方為：1 m3水+4%鈉膨潤土+0.1%NaOH+0.3%KPAM+0.2%CMC+0.6%～0.9%NH4HPAN。

2580.93～2877.07 m采用低固相粗分散鈣處理飽和鹽水鉆井液[7]。配方為：1 m3水+5%鈉膨潤土+0.3%Na2CO3+0.1%NaOH+0.2%～0.3%KPAM+0.7%PAC+5%SMP-2+33%NaCl。

三開：2877.07～3101.83 m用低固相粗分散鈣處理飽和鹽水鉆井液。配方為：1 m3水+5%鈉膨潤土+0.3%Na2CO3+0.1%NaOH+0.2%～0.3%KPAM+0.7%PAC+5%SMP-2+33%NaCl。

為了減少井下高溫(2600 m以深溫度>80°)對鉆井液的影響，加大了耐高溫KPAM、PAC的使用量，比例由1%提高至1.5%。鉆井過程中轉盤負荷加重，起下鉆摩阻較大，在保證鉆井液性能穩定的同時，盡可能降低鉆井液中的有害固相，同時加大石墨等潤滑劑的使用，比例由1%提高至1.4%，減少泥餅摩擦系數，提高泥餅質量。每2 h對鉆井液進行全套性能檢測，特殊情況如涌水、漏水、調漿等加密檢測，以便及時對鉆井液性能進行調整。

2.2.6 鉆井液性能

膏鹽層和軟泥層的蠕動變形[1]，致使井眼瞬時縮徑，導致起下鉆遇卡；多套不同的壓力層系地層共存，易發生卡鉆。

石鹽層的溶解，形成大肚子井眼，粉砂巖或硬石膏團塊，遇礦化度低的水會溶解，鹽溶的結果導致泥頁巖、粉砂巖、硬石膏團塊失去支撐而坍塌[8]，鉆井液密度不易控制。表7為各井段鉆井液具體參數[9]。

表7 各井段鉆井液參數Table 7 Drilling fluid parameters for each interval

針對鹽巖遇水溶解，石膏、泥巖地層遇水不穩定特點，不同的層段采用不同種類的鉆井液配比[10]，對冷卻鉆頭、攜帶巖屑、保護井壁和鹽層、接近連通時能夠平衡兩孔間壓力，起到了重要的作用。

2.2.7 鉆進過程

一開直井段：1月29日-2月1日，使用牙輪鉆頭，鉆至井深539.90 m；至2月3日完成了測井、下表層套管、固井等工作，隨后候凝72 h。

二開直井段：2月26日-3月28日，使用牙輪鉆頭鉆至井深2644.42 m。

二開斜井段：3月31日-4月1日，使用PDC鉆頭鉆至井深2721.19 m；測井后于4月9日繼續鉆進至2877.07 m；4月13日使用?241.3 mm牙輪鉆頭擴孔至井深2877.07 m，隨后下入技術套管至井深2872.28 m處；14日固井后候凝3 d。斜井段鉆進時每50～60 m短起下鉆具，特別在井斜50°～65°井段，經常起下鉆具。要及時活動鉆具，防止巖屑沉積卡鉆，采用短起下鉆具和分段循環鉆井液的方法清除巖屑。

增斜段：4月25-29日，使用2°螺桿鉆鉆進至2952 m。

水平井段：4月30日-5月13日，改用1.5°螺桿繼續鉆進至3101.83 m至兩井連通。

2.2.8 對接連通

兩井對接連通后，在替漿過程中出現了Y10井井內沉積的巖粉堵塞了連通通道現象，處理后無果，故決定Y9井盡快下鉆通井。Y9井通井至2700.56 m處遇阻，隨后開始劃眼，劃至3019 m處巖粉堵塞嚴重，加壓、短時間復合鉆進亦不通。經我隊生產、地質技術人員和中鹽龍祥公司相關技術人員共同商討，為避免出現新軌跡井眼，決定提鉆換用牙輪鉆頭和螺桿再下鉆通井，最終于5月23日兩井再次連通。

兩井采用了“點對點”高精度對接連通技術，Y10井下入XYRMGS-1型號對接儀器，Y9井下入PLM-MWD連續測斜儀器，一次對接成功，對接成果見垂直剖面圖(圖2)和水平投影圖(圖3)。

圖2 連通垂直剖面圖Fig.2 Vertical section view of horizontal well

圖3 水平投影圖Fig.3 Plan projection

2.2.9 采鹵生產

兩井連通后先用Y9井泥漿泵注入清水，經井底通道循環至Y10井，待鉆井液全部替換完后停泵；Y10井開泵，經井底通道循環至Y9井，溶解巖鹽生成鹵水，再經采鹵管道返至中鹽鹵池；隨后由中鹽建槽泵接替泥漿泵進行循環，實現了兩井的采鹵生產。前10 d內統計數據注水壓力1.89～4.72 MPa，采鹵量60～100 m3/h。兩井連通后進入試采期，盡可能加大注水量，增加出鹵量[11]。

3 施工安全保障措施

3.1 防卡鉆措施[12]

往鉆井液中加入潤滑劑，改善鉆井液的潤滑性；從嚴控制鉆井液濾失量，尤其是API中壓失水量，降低泥餅厚度；定向鉆進時，每鉆進30～50 m短起下一次，及時清除巖屑床，防止巖屑卡鉆[13]；鉆具中配合使用震擊器，有助于解卡[14]。

3.2 對接連通及連通后的操作注意事項

事先鋪設井口地面管線，不要影響修井設備的安裝和拆卸；Y9井鉆井時，維持鉆井液密度1.38～1.42 g/cm3，另外儲備鉆井液60 m3，以備連通后鉆井液需要。Y9井打開鉆井液回灌管路，提鉆，并且確保井口時刻灌滿鉆井液，維持鉆井液對井壁鹽層的平衡壓力，防止鹽層蠕動縮徑[15]造成連通通道堵塞。在確保Y9井鉆井液充足的情況下，Y10井適度打開井口閥門泄壓，流量控制在5 m3/h左右，逐漸實現兩井的鉆井液平衡。

4 總結及建議

(1)各個井段要密切注意鉆井液性能參數的變化，根據所遇地層及時調整。

(2)水平連通井采鹵較單井循環采鹵有著資源利用率高，投資小回報高，鹵水產量大濃度高的特點。

(3)兩井連通后，應加大注水量，短期內不要停止循環采鹵，以免造成連通通道的堵塞。

(4)優化鉆具組合，能增大直井段、斜井段與水平段的鉆進能力與效率，加大各個生產環節質量把控，最大限度地減少設備故障與事故的發生。

(5)本區可采鹽層較厚，若裸眼段、水平段過長，長時間開采容易造成砂堵，建議裸眼段控制在150 m左右，水平段控制在100 m左右。