塔河油田超深井的幾類鉆井復雜性分析

寧宇祥(中石化西北油田分公司石油工程監(jiān)督中心，新疆 輪臺 841600)

0 引言

伴隨我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，國內(nèi)對于石油的需求量持續(xù)增加。石油開采從陸地延伸至海洋、從淺井開發(fā)到超深井勘探，從追求效益、速度到如何確保綠色、安全。石油鉆井是一項高投入、高風險作業(yè)，施工過程中技術工藝不適應、員工操作不當或管理缺陷都可能引發(fā)鉆井復雜，處理不當更會導致井下故障甚至事故。所以，需要結合施工過程的各類風險，進行JSA分析，制定相應的預防和消減措施，確保施工本質(zhì)安全。

1 塔河油田幾類不常見復雜

塔河油田碳酸鹽巖儲集層主要為巖溶作用、多期構造疊加及構造變形作用形成的縫洞型儲集層，裂縫具有連通有效儲存空間的橋梁作用[1]。大于6000m的超深井井身結構一般為3～4級(鹽下井為4～5級)，具有油藏埋藏深，二開裸眼段長，地層溫度高，鉆遇多個壓力體系等特點。再者，隨著油田降低綜合開采成本開發(fā)和增儲上產(chǎn)的需要，超深側鉆短半徑水平井占比逐年增加，與常規(guī)中、長半徑水平井相比較除具有提高油氣采收率共性外，還具有成本低、周期短、見效快等特點[2]。超深井施工中存在各類井下、井控風險，不同區(qū)塊差異性較大。部分施工單位技術管理薄弱，區(qū)塊調(diào)研和對地層研判不夠，應對異常、復雜的措施針對性不強或無措施，導致施工中一些非常見的復雜發(fā)生后，處理不當導致惡化，主要體現(xiàn)在：

(1)溢流壓井后發(fā)生卡鉆處理；

(2)目的層鉆進過程出現(xiàn)同層溢、漏情況處理；

(3)小井眼工具發(fā)生斷裂處理。因此，在單井施工和技術方案中，必須根據(jù)井型和地層特點制定針對性的應急處置預案，確保井下、井控安全的同時，提高處理時效。

2 超深井鉆井所遇問題分析及應對措施

2.1 溢流壓井后卡鉆處理

2.1.1 出現(xiàn)的問題及應對措施

分析近兩年施工井，主體區(qū)塊A、B等2口井在目的層處理溢流后發(fā)生卡鉆。2019年施工的A井側鉆至一開中完井深6017m，因出稠油進行平推壓井后井底打塞封隔，掃塞至井深6013m發(fā)生溢流，平推壓井完發(fā)生卡鉆，進行常規(guī)處理無效，后強行倒開采用震擊器對扣成功，由于震擊無效，倒開震擊器對魚頂以下井段打水泥塞封固后完井。2020年施工的B井卡鉆原因分析準確、處理及時，解卡成功。下面以B井為例，從卡鉆發(fā)生前后發(fā)生及處理進行簡要分析：

該井是部署在塔河十區(qū)的一口一開制側鉆井，側鉆點5947m，設計井深6723.25m，實際完鉆井深6649.36m，最大井斜91.46°，全井水平位移666.99m。故障發(fā)生情況：鉆至6649.36m發(fā)生井漏失返，簡化鉆具后下鉆到底準備鉆進時發(fā)生溢流，溢流速度13.2m3/h，關井套壓0.74MPa。先后采用密度1.45g/cm3、1.70g/cm3重漿進行平推壓井三次，壓井過程存在井漏現(xiàn)象，套壓由0.74-1.90-1.30-0MPa。起鉆至6551.30m再次溢流，溢流速度由線性快速升至15m3/h，關井套壓2.1MPa，由于平推壓井地層未完全破裂吃入后進行反吐，決定采用1.45g/cm3泥漿進行節(jié)流循環(huán)壓井。壓井完后開井觀察，發(fā)現(xiàn)卡鉆，與此同時，井口開始線性溢流，觀察10min后溢流量升至10m3/h。

2.1.2 卡鉆原因分析

首先，井隊未對拉運泥漿進行處理直接降密度后泵入壓井，地層出水后泥漿在水平段分層沉降。再者，多次壓井地層未完全破裂連通，返吐巖屑平鋪在水平段。其次，節(jié)流壓井時井隊長時間未活動鉆具，泥漿沉淀物和巖屑粘附在底部緊貼井壁的鉆具上。

2.1.3 溢流卡鉆處理過程

根據(jù)區(qū)塊地層研判，該區(qū)塊地層壓力常壓，鉆進過程油氣顯示不活躍，綜合分析井控風險較小，反復壓井效果不佳，多次壓井有可能進一步導致故障惡化，決定先開井處理卡鉆再進行壓井。精準分析卡鉆原因后，由于灰?guī)r地層穩(wěn)定，采用稀膠液大排量沖洗水平段和底部鉆具，由于方案得當，沖洗完成后鉆具解卡。

2.1.4 認識與建議

分析兩次卡鉆，均為鉆入“定容體”后發(fā)生溢流，反復處理時發(fā)生卡鉆。因此，針對在灰?guī)r或均質(zhì)性地層處理溢流時發(fā)生卡鉆，一定要詳細分析地層壓力系數(shù)、實鉆油氣活躍度，井控風險大小。如無井控風險，則可采取開井處理方式，邊大幅活動鉆具邊泵入膠液沖洗井底；若存在井控風險，建議關井進行處理，先節(jié)流循環(huán)給環(huán)空直井段泵入2000～3000m左右的“重漿帽”，再泵入輕質(zhì)泥漿進行沖洗底部鉆具，“重漿帽”的量要大于沖洗輕質(zhì)泥漿的量。

2.2 溢、漏同層井鉆進

2.2.1 出現(xiàn)的問題及應對措施

由于老井前期經(jīng)過酸壓、注水等多輪開采，地層形成縱向裂縫，鉆遇過程出現(xiàn)開泵漏失、停泵溢流，反復處理，效果均不佳甚至導致卡鉆等險兆。分析近兩年主體區(qū)塊施工井，C、D、E等井在實鉆中溢、漏同層，均造成一定的時效損失。2019年施工的C井是一口二開制水平井，二開采用1.18g/cm3泥漿鉆進至6117.75m發(fā)現(xiàn)線性溢流，關井后套壓上漲較快(10min漲到7.4Mpa)，現(xiàn)場先采用1.35g/cm3、1.40g/cm3共計90m3進行平推壓井，后采用分段降密度至井筒當量為1.31(再次溢流)，累計處理7天，效果不佳，最終采用1.33g/cm3泥漿控制開泵漏速在2～3m3/h鉆進，起鉆和短起下時平推“重漿帽”確保井控安全，生產(chǎn)效率較低。2020年施工的D井因處理溢流卡鉆，解卡后提前完鉆；E井首次在塔河工區(qū)引進旋轉控制頭控壓鉆進，取得效果十分良好，下面以該井為例，簡要分析前后發(fā)生原因分處理過程：

E井是部署在塔河十二區(qū)的一口一開制側鉆井，側鉆點6366m，設計井深6837.67m，實際完鉆井深6836.34m，最大井斜68.6°，全井水平位移402.38m。該井采用1.19g/cm3泥漿鉆進至井深6417.16m，發(fā)生溢流，用1.60g/cm3泥漿平推壓井，地層不破，后采用1.3g/cm3泥漿節(jié)流循環(huán)壓井成功，節(jié)流過程存在微漏失。繼續(xù)定向鉆進至6422.52m、6423.58m分別發(fā)生兩次失返，失返鉆進至6428.53m，發(fā)生第二次溢流，采用1.85g/cm3重漿平推困難，壓力越推越高，后再次采用1.35g/cm3泥漿節(jié)流壓井，停泵溢流，開泵漏失。

2.2.2 溢、漏原因分析

根據(jù)老井電測解釋，6397～6434m為水層，6423～6440m為漏層，6423～6434m為水、漏同層，該井鉆遇鹽水層且定容體特性造成壓井后溢流、井漏反復性發(fā)作，增加鉆井施工難度。

2.2.3 旋轉控制頭處理過程

由于地質(zhì)任務尚未完成，常規(guī)鉆井難以滿足施工要求，為解決地層窗口較窄的現(xiàn)狀，采用旋轉控制頭控壓鉆進。使用1.17g/cm3泥漿在6428.53～6431m井段采用常規(guī)鉆具進行控壓試鉆進成功后，起鉆更換原定向鉆具組合鉆進，期間控壓在5MPa左右，施工正常，鉆至設計井深6836.34m順利完鉆，僅用7.76天就優(yōu)質(zhì)完成鉆井任務。

2.2.4 認識與建議

旋轉控制頭能夠有效解決部分區(qū)塊地層窗口較窄的難題，能夠更好的實現(xiàn)地質(zhì)目的和保護油氣層，確保連續(xù)施工和井控安全，同時低密度泥漿鉆井，也能大大降低井下卡鉆的風險，具有推廣價值。因此，在設計源頭，建議做好進行地質(zhì)、工程調(diào)研工作，針對地層窗口較窄、施工風險較大的短半徑側鉆水平井直接安裝旋轉控制頭。

2.3 小井眼工具發(fā)生斷裂

2.3.1 出現(xiàn)的問題及應對措施

目前主體區(qū)塊鹽下井一般設計為四開或五開制，五開井的目的層井眼尺寸為120.65mm，施工井段在200m左右，相應螺桿等井下動力工具外徑為95mm，工具選擇單一，小尺寸動力工具穩(wěn)定性相對較差，相匹配的打撈工具較少，一旦發(fā)生故障，打撈和處理比較困難。因此，在主體區(qū)塊，個別施工單位在目的層小井眼鉆進時僅為確保井下安全而摒棄動力工具，但是常規(guī)鉆具鉆進又存在井身質(zhì)量難以控制和鉆井速率較低兩大問題。

F井是部署在塔河十區(qū)的一口一開五開制井，設計井深6395m，實際完鉆井深6445m。自6209m底帶95mm螺桿開始進行五開鉆進，鉆至6225.64m時，立壓由22.7↑23.9MPa，扭矩由9.8↑17.2kN.m，停泵后立壓未降，隨即起鉆檢查發(fā)現(xiàn)螺桿斷裂，斷裂部位在螺桿馬達與萬向軸連接處殼處，其萬向軸殼體公扣根部斷裂。

2.3.2 斷裂原因分析

該螺桿由原1.5°彎螺桿拆解更換殼體后配置為直螺桿，原螺紋處均用絲扣膠緊固，上卸扣過程中殼體本身強度較低，可能造成殼體損傷。鉆進過程中，扭矩異常導致螺桿斷裂，螺桿外殼斷開后，防掉裝置起作用后堵塞流道造成停泵泵壓不回零。

2.3.3 斷裂處理過程

由于螺桿廠家2019年專門針對該螺桿尺寸定做了一只115mm卡瓦打撈筒，前期在塔里木油田打撈失敗，引鞋位置由于受壓已變形。由于無其他工具可用，現(xiàn)場技術人員對該工具進行拆解，重新打磨引鞋、控制環(huán)，擴大其內(nèi)徑，最終一次撈獲成功。

2.3.4 認識與建議

針對120mm小井眼鉆進，由于95mm螺桿抗扭能力較差(12kN·m)，建議該尺寸螺桿使用原裝產(chǎn)品，避免在更換殼體時造成本體或螺紋損傷。鉆井公司應加強司鉆等主要崗位應急能力培訓，規(guī)范小工具使用參數(shù)，避免盲目走上限或超限使用，小井眼鉆進一旦出現(xiàn)工程參數(shù)異常情況，應立即起鉆檢查，避免在嘗試過程中損壞魚頭造成打撈困難或無法打撈。

根據(jù)該井使用螺桿前后對比，帶螺桿鉆具組合的鉆井機械鉆速要比不帶螺桿提高1m/h左右，提速34.27%；由于井眼較小，螺桿鉆具在控制井斜方面優(yōu)于常規(guī)鉆具。因此，在加強產(chǎn)品質(zhì)量把控和合理控制鉆井參數(shù)的條件下，在小井眼提速和控制井身質(zhì)量上建議還是優(yōu)選動力鉆具。

3 結語

綜上所述，超深井鉆井由于地層因素、技術方案、人員操作、應急處理不當?shù)惹闆r，可能會鉆遇各類問題，為盡量較少復雜(故障)的發(fā)生或提高處理時效，要“預防-方案-培訓-處理”有機結合，即：首先，充分調(diào)研鄰井實鉆施工情況，制定相應的預防和消減措施；再者，完善和細化技術方案并全員交底；其次，加強員工技能培訓，提升主要操作人員技能水平；最后，做好故障應急處理方案，確保一旦發(fā)生故障，能夠快速反應并及時處理。