水平井常見事故復雜及預防處理

王強　張洪濤

摘要：水平井鉆井技術是當代油氣資源勘探開發的重大技術之一，水平井具有“少井高產”的突出特點。2009年底蘇里格氣田累計探明和基本探明地質儲量達到2.27萬億立方米，其中探明儲量8715億立方米，成為國內最大氣田，為規模應用水平井開發提供了較好的資源基礎。但由于水平井施工工藝的特殊性，其事故與復雜問題與常規直井、定向井相比存在著較大差異，水平井事故復雜的影響因素很多，涉及到多個領域、多個學科，本文對其影響因素從地質巖性到鉆井工藝方面進行了總結歸類，在前人研究的基礎上，把事故復雜因素分為了兩個方面：地質因素和工程因素，并提出了對應的預防及處理措施。

關鍵詞：蘇里格;水平井;事故復雜;地質因素;工程因素;預防;處理

第1章 引言

1.1蘇里格水平井事故復雜研究現狀及意義

水平井具有井眼貫穿油氣層段長、單井產量高的優點，同時也解決了某些特殊油藏采收率低的問題，因此得到廣泛重視，這極大地促進了此項技術的應用和發展。另外隨著現有油氣資源的開發趨于殆盡，我國的油氣資源正在逐漸向低滲、超薄、海洋、稠油方向發展。這為水平井鉆井技術的發展和應用提供了有利的空間。2009年底蘇里格氣田累計探明和基本探明地質儲量達到2.27萬億立方米，其中探明儲量8715億立方米，成為國內最大氣田，為規模應用水平井開發提供了較好的資源基礎。中國石油天然氣股份有限公司《關于進一步加強蘇里格氣田水平井開發工作的通知》要求，在相對富集區優選的基礎上蹄選水平井開發面積1892平方公里，規劃部署水平井1459 口，建產能218億立方米，動用地質儲量2682億立方米。在鉆井作業中，由于地質因素和工程因素的共同作用，往往會發生許多井下復雜情況，甚至造成嚴重的井下事故，輕者耗費大量人力、財力和時間，重者將導致油氣資源的污染和浪費，甚至導致全井的報廢。據近幾年的蘇里格水平井鉆井資料分析，在鉆井過程中，處理井下復雜情況和鉆井事故時間占鉆井總時間的3%-8%。正確處理因地質因素產生的井下復雜情況，避免或減少因決策失誤、處理不當而造成的井下事故是提高鉆井速度、縮短建井周期、降低鉆井成本的重要途徑，也是鉆井工程技術人員的主要任務和基本功。通過對蘇里格水平井的事故進行分析，尤其是改變鉆具結構通井遇阻劃眼問題，對預防復雜情況發生，保障鉆井安全具有重要意義。

1.2本文主要的研究工作

1、針對蘇里格地區劉家溝組和石盒子組地層漏失問題，通過對典型發生井漏的蘇76-2-3H井和蘇25-36-8H井漏發生經過及堵漏過程的分析，根據漏失程度不同，推薦采用不同的堵漏方式。為了預防在劉家溝組和石盒子組地層發生井漏，提出來針對性的鉆井液優化方案及工程預防措施。

2、對于造斜井段的井壁失穩、垮塌引發的中完通井事故復雜，通過對蘇東19-99H井、蘇76-6-2H井中完通井發生的劃眼事故復雜進行了詳細的分析，提出了中完通井事故預防及處理措施。

第2章 劉家溝組和石盒子組地層漏失的預防和處理

2.1劉家溝組地層漏失問題

劉家溝地層屬于中生界三疊系地層，巖性為灰紫色、灰綠色、暗紅色細-粗砂巖及紫紅色、棕紅色砂質泥巖含灰質結核，底部含細爍巖。該地層地層壓力低，可鉆性差，底部爍巖很容易漏失，嚴重時泥獎只進不出，給鉆井工作帶來很大的風險。蘇76-2-3H井鉆進至2838米時發現井漏（泥漿性能：密度1.16g/cm³，粘度44s，失水5.5ml，泥餅0.6mm，含沙0.3%，初切2.0，終切5.0，PH值9.5），漏速為1方/小時，采取了隨鉆堵漏的方式繼續鉆進，鉆進至2969米，漏速增加至1.8方/小時，由于即將進入的石千峰和石盒子地層容易出現垮塌，目前鉆井液密度不能滿足正常施工，采取停止鉆進進行堵漏。先后進行了兩次常規堵漏作業，但是效果不佳，堵漏完成后繼續鉆進過程中漏速由滲漏逐漸增加至2方/小時，堵漏不成功。第三次采用了光鉆桿打水泥塞的方式進行堵漏，事故解除。

2.2劉家溝組地層漏失的預防及處理

由于劉家溝地層易漏，鉆進過程中必須將鉆井液密度控制在1.06g/cm³以下，粘度控制在30-32s之間。提前在4號或5號罐內配15-20m³的坂土漿（1.05g/cm³＼ 30-32s），再向里面加入1-2%的堵漏材料（主要是單封），以便在出現少量漏失的情況下能及時將堵漏劑打入井內進行堵漏。為了預防井下出現大漏情況，井上必須儲備足夠的堵漏和配漿材料。鉆進中認真坐崗，密切觀察液面變化情況、井口返出鉆井液流量;及時測量時發現鉆井液性能變化，及時采取相應措施。如果施工過程中發生了井漏，穿完劉家溝地層后，必須先進行堵漏作業。鉆開漏層后要根據井漏的實際情況制定相應的措施。漏速小可以滿足鉆進的話，可以鉆穿漏層后再進行堵漏，漏速大滿足不了正常鉆進，要先進行堵漏將漏速降到能夠滿足鉆進后，再鉆穿漏層進行堵漏，如常規堵漏效果不佳可采用關閉防噴器向漏層擠水泥的方式進行堵漏。

2.3石盒子組含氣砂巖地層漏失問題

石盒子組地層屬于古生界二疊系地層，巖性主要為灰色泥巖、灰白色砂巖、白色含氣砂巖，由于含氣砂巖地層可鉆性好、膠結破碎疏松、承壓能力過低，該地區已完成井曾多次在該層位發生過嚴重井漏，具有明顯的區域性漏失特點，屬于區域性地層漏失。25-36-8H井鉆進至井深3278米時突然發生井漏，井口鉆井液失返，鉆遇層位為石盒子組含氣砂巖地層，鉆井液性能：密度1.16g/cm³，粘度56s，失水2.4ml，泥餅0.4mm，含砂0.3%，初切2.0，終切5.0，PH 9。井漏發生后立即降低排量向井內打入堵漏泥漿20方，起出300m鉆具進行加壓循環，之后采取降低排量、隨鉆堵漏的方式進行鉆進，漏速0.8方/小時，直至中完。

2.4石盒子組含氣砂巖地層漏失的預防及處理

由于石盒子組氣層發育良好，砂巖膠結疏松、承壓能力低，極易發生漏失。鉆進過程中鉆井液密度應保持在設計的下限，降低排量，同時應增強鉆井液的防塌、抑制能力。提前在4號或5號罐內配20m³的堵漏泥漿，以便在出現少量漏失的情況下能及時將堵漏泥漿打入井內進行堵漏。發生井漏后，應立即降低排量，采取隨鉆堵漏的方式進行鉆進，減少氣層浸泡時間。蘇25-36-8H井正是在井漏后采取了降低排量至24L/S（正常排量32L/S）、隨鉆堵漏的方式鉆進至中完，中完通井、下套管、固井作業均順利完成。

第3章 造斜段井壁穩定技術

蘇里格水平井的造斜井段在石千峰組及石盒子組，巖性主要以脆性泥巖為主，由于地質原因及井眼軌跡設計共同作用的原因，在該井段極易發生井壁失穩現象，由于井壁失穩導致泥巖垮塌，進而造成中完通井遇阻劃眼，嚴重的導致坍塌卡鉆及技術套管下入困難，甚至出現填眼側鉆的復雜事故。造斜段井壁失穩問題已成為制約蘇里格水平井鉆井提速的瓶頸。

3.3造斜段井壁失穩的預防及處理

3.3.1造斜段井壁失穩機理

1、地質因素

石千峰和石盒子組地層巖性為大段紅褐色泥巖，灰色泥巖，及小段砂巖，主要以硬脆性泥巖地層為主。泥頁巖是典型的沉積巖，層理極其發育，并且還存在微裂縫，在該層位造斜鉆進過程中，隨著井斜的增加，濾液在壓力作用下會沿微裂縫不斷進入泥頁巖中，造成泥頁巖的膨脹壓越來越大，加劇了層理和微裂縫的發展，經過一段時間張合后沿層理和微裂縫而崩裂、坍塌。這類破碎性地層一般為薄層，常分布在氣層頂部的蓋層，一旦遇阻劃眼，會越劃越復雜，泵壓升高，扭矩增大，并由于掉塊不能順利返出而導致其上部井段也出現阻卡。部分井大斜度井段單層砂巖和泥巖較薄，砂巖泥巖頻繁交互，砂泥巖之間尤其是不同泥巖之間的粘土礦物組分和性質各不相同，因此容易形成不規則井眼;砂巖泥巖頻繁交互造成砂泥巖交界面多，同時交界面膠結疏松，相鄰巖層性質差異大，井眼容易形成多個臺階。以上原因極易造成起下鉆時阻卡劃眼。

2、工程因素

井壁失穩的另一個主要原因是現場施工人員的操作造成的結果，現場為維持硬脆性泥巖井壁穩定，盲目提高鉆井密度，導致鉆井液性能不穩定，不能很好地支撐井壁，造成造斜增斜段先期井壁剝落，無法形成致密泥餅，為后期施工埋下了隱患;由于造斜段巖石可鉆性差、研磨性強，鉆井時間長，增加了鉆井液侵泡地層時間，加大了泥巖層段井壁失穩的可能性;在造斜增斜井段鉆進過程中，隨著井斜角的增加，下部鉆具與下井壁接觸，發生摩擦，鉆進時以及起下鉆引起的激動壓力，都能造成井壁失穩，發生井壁坍塌掉塊現象;中完通井過程中，由于鉆具組合的改變造成鉆具剛性變化容易破壞井壁的泥餅，造成井壁失穩。

3.3.2造斜段井壁失穩的預防及處理

1、控制造斜段井眼軌跡

二開上直段鉆完后，定向技術人員應根據所鉆井實際情況進行合理的造斜剖面設計，造斜鉆進過程中應摸清地層造斜率，確保井眼軌跡的圓滑，避免出現狗腿度過大的井段給后期施工帶來困難。工程技術人員應嚴格執行技術劃眼，滑動鉆進的井段必須進行兩到三遍的技術劃眼，對滑動鉆進時形成臺階進行破壞，減少事故復雜發生的可能性。

2、合理控制鉆井液性能

鉆井液密度低導致井壁巖石發生剪切破壞而坍塌掉塊，若井內鉆井液密度較小，不能對井壁提供足夠的支撐，將使井壁巖石所受的應力超過其本身的強度產生剪切破壞而造成井壁坍塌。造斜增斜段伴隨著鉆井液改型開始，合理的鉆井液轉型是后期定向段井壁穩定工作的一個關鍵環節。盲目的提密度并不能有效地穩定井壁，定向鉆進施工的前48小時內，鉆井液處理的關鍵在于快速的調節鉆井液性能，提高鉆井液的粘切，降低失水，在井壁形成薄而致密的泥餅，提高地層的承壓能力，才能緩慢的提高鉆井液密度。減少泥漿中自由水進入井壁，降低泥頁巖的水化程填加合理的防塌材料，鉆井液中保證防塌劑的比例，有效地做到化學防塌，嚴格控制鉆井液含砂量，鉆井液含砂量高，形成的濾餅厚且松，膠結性差，易發生縮徑，起鉆拔活塞，造成井眼坍塌。

3、優化中完通井鉆具組合

不同通井鉆具組合，其剛性不同，直接表現在起下鉆過程中摩阻的大小，尤其在水平井造斜入窗井段，表現更為明顯。眾所周知，剛性大的鉆具組合，則鉆具摩阻較大。因此，根據現場實鉆，運用WELLPLAN專業軟件，計算各種常用的通井鉆具組合，分析其摩阻大小。通井的目的，主要是修整井壁，使巖屑床處于安全范圍之內。所以一般情況下，通井鉆具應采用完鉆時原鉆具或者盡可能接近原鉆具的剛性。自2011年開始中完通井鉆具組合不斷進行改進，目前常用的通井鉆具組合有以下三種。

3.1第一套鉆具組合（蘇25-32-14H）

215.9mm牙輪+127mm加重鉆桿*1根+210mm扶正器+127mm加重鉆桿*2根（18.6m）+127mm鉆桿*72根（687.6m）+127mm加重鉆桿*21根（195.3m）+127mm鉆桿

3.3第三套鉆具組合（蘇76-4-19H）

215.9mm牙輪+208mm穩定器+127mm加重鉆桿*2柱（55.8m）+127mm鉆桿*20柱（570.0m）+127mm加重鉆桿*5柱（139.5m）+127mm鉆桿

3.4應用小結

通井的目的，主要是修整井壁，而不能修改井眼軌跡。修整井眼的主要部件是鉆頭和穩定器。最佳的通井鉆具則是充分發揮鉆頭和穩定器的作用，同時該鉆具在起下鉆過程中摩阻最小。根據常用通井鉆具組合受力分析，第一套通井鉆具起下鉆摩阻較小，同時穩定器離鉆頭有一根鉆桿之遠，比緊挨鉆頭修整井壁要好。因為穩定器近鉆頭，其弧線較短，近乎直線，且鉆頭尺寸又大于穩定器，因此穩定器修整井壁的效果不太好;而相隔一根鉆桿則有所變化，其弦高的增加，導致穩定器緊貼井壁，從而達到修整井壁的目的。為了保險起見，穩定器應選用欠尺寸的穩定器，根據已完鉆井通井經驗，建議采用直徑208mm的穩定器。

第4章 結論

通過在蘇里格地區三年多的水平井施工，經過不懈的努力，不斷的總結經驗、教訓，對蘇里格地區的地質結構和地層特點有了比較深入的了解。對復雜情況的影響因素、發生規律和處理方法有了更完整的理解和掌握，采用的水平井鉆井工藝技術逐步成熟，井漏、井塌、劃眼等復雜情況大幅度減少，水平井施工事故復雜率大幅下降。同時，水平井施工速度大幅提高。

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