严重破碎带地层钻井技术难点及对策严重破碎带地层钻井技术难点及对策严重破碎带地层钻井技术难点及对策严重破碎带地层钻井技术难点及对策严重破碎带地层钻井技术难点及对策1 新l井概况 新1井是一口预探井,位于新疆自治区塔城地区和布克塞蒙古自治县夏孜盖乡东25.5 km (新五村东北17.5 km),在准噶尔盆地西部隆起乌一夏构造高部位,设计井深3 900 m。该井白 而下钻遇的层系有白垩系(K)、侏罗系(J)、三叠系(T)、二叠系(P)和石炭系(C)。该井一开,+444.5 mm 井眼×214.21 m,孛339.7 mm 套管× 213.33 m; 二开,孛311.1 mm 井眼×2 505 m,+244.5 mm 套管×2 503.33 m;三开由于钻遇二叠系严重破碎带地层,孛215.9 mm井眼钻至井深2 642.62 m时因井壁坍塌、掉块而发生卡钻事故,套铣后无法打捞起落鱼,在井深2 450.10 m进行开窗侧钻,但在侧钻过程中, 由于井壁坍塌、掉块极为严重,井下情况相当复杂,继续侧钻风险太大,于是在分析破碎带钻井技术难点的基础上,采取了针对性的技术措施在井深2 074.74m进行**次开窗侧钻,顺利钻至井深3 421.34 m完钻。2 技术难点1)二叠系地层中下部凝灰岩、安山岩地层井眼裸露后,井壁坍塌、掉块极为严重。随着裸露井段的增加,掉块的数量和尺寸不断增加,井下复杂情况进一步加剧,施工难度越来越大。2)冈安山岩、凝灰岩致密坚硬、耐研磨、密度高,其掉块难以被破碎、悬浮和带出地面,经常出现钻柱上提下放阻卡严重、转盘扭矩剧增、接单根后下钻不到底等井下复杂情况。为此,只有大幅度提高钻井液粘度、切力以提高钻井液悬浮、携岩能力,但钻井液粘切过大,会引起泵压过高等不利因素。3)在井深2 710.00 m 进入严重的破碎带地层,由于井眼围岩严重破碎,井眼裸露后立即发生坍塌、掉块,井下情况骤然恶化。4)由于凝灰岩、安山岩坍塌、掉块主要是地应力释放造成,所以高效防塌、封堵类钻井液的防塌效果不明显。5)该井断层发育,不整合面多,地层承压能力低,易发生井漏。因此提高钻井液密度受到一定限制,导致钻井液液柱压力不能平衡原始地应力,井鼙始终处于力学不稳定状态。6)井壁垮塌、掉块造成井径扩大,个别井段出现“糖葫芦” 井眼,导致施工难度进一步加大。3 工程技术措施3.1 防止坍塌卡钻1)钻至二叠系凝灰岩、安山岩严重破碎地层后,根据返出的掉块情况和井下显示,及时采取相应对策,确保井下**。井下有遇阻遇长显示、转盘扭矩增大时,及时简化钻具组合,情况严重时用加重钻杆代替全部钻铤。钻穿二叠系凝灰岩、安山岩地层一段时间后,如果井下返出掉块明显减少,阻卡显示明显减轻,井下情况基本正常后,可考虑下入常规钻具组合, 以增加钻压加快钻进速度。该井分段钻具组合:2 078.00~2 l86.00 m 井段, 215.9 mm 三牙轮钻头+ 214.0 mm 双母稳定器+ 158.8 mm无磁钻铤1根+ l58.8 mm钻铤15根+ 127.0 mm钻杆;2 186.00~2 628.00 m井段,215.9 mm三牙轮钻头++158.8 mm 钻铤1 5根+127.0 mm 钻杆;2 628.00~ 2 993.00 m 井段,215.9 mm三牙轮钻头+ 127 mm加重钻杆30根+中127.0 mill钻杆;2 993.00~ 3 421.34 m 井段,215.9 mm三牙轮钻头+ 158.8 mm 钻铤6根+中127.0 mill加重钻杆30根+中127.0 mm钻杆。2)当井下坍塌、掉块加重,井下复杂情况加剧时,及时调整钻井液性能以缓解井下复杂情况。提高钻井液密度可以减轻地应力释放造成的井壁坍塌、掉块现象;加入防塌封堵类钻井液处理剂,可进一步阻止钻井液滤液进入微裂纹,抑制裂缝泥质充填物吸水膨胀;提高钻井液粘度、切力和动塑比,可使钻井液具有更强的悬浮、携岩能力。该井钻穿二叠系地层的钻井液性能:密度1.60kg/I ,粘度滴流,API滤失2.5 mI ,高温高压滤失量8 mI ,静切力30/60 Pa,动切力5O~70 Pa,动塑比0.6~O.9。3)钻至严重破碎带地层严格执行以下操作规程:a.钻进1~2 h或2~3 ITI提放一次钻具,及时处理滑落至井底(钻头部位)的掉块,以免掉块大量堆积后造成井下出现复杂情况。b.钻进时时刻注意扭矩变化,发现异常立即停止钻进,防止井下情况复杂恶化。C. 有轻微憋泵时,立即降低排量,保持钻具转动,待泵压正常后逐渐提高至正常排量。一旦出现严重憋泵,立即停泵,如泵压降至0,先小排量顶通,然后逐渐增加排量,不要急于上提,尽量保持钻具转动;如泵压不能降至0,尽量不要开回水,以免堵死钻头水眼,可通过转动、上提下放活动钻具使泵压降至0,但不要强行上提、扭转钻具,以免发生钻具事故。d.钻进、循环过程中上提钻具遇卡时,要试探性上提,如下放不遇卡或轻微遇卡,可逐渐增加上提拉力,但每次拉力增量不要大于50 kN,*大上提拉力不大于钻具原悬重的1/3。起钻遇卡严重时,不要强行上提钻具,要采取开泵带单根的措施起钻至正常井段。e.钻进、划眼过程中出现井下复杂情况、阻卡严重时不要强行接单根。f.划眼时尽量保持钻进排量,控制*大扭矩值不超过30 kN·m。g. 活动钻具时尽量保持方钻杆人转盘,以便出现复杂情况时能转动钻具。h. 严禁高速上提下放、猛刹猛顿钻具,严禁开泵过猛。裸眼井段内起钻速度一定要低,下钻出套管后控制下放速度(每单根大于30 S), 以防压力激动造成井壁失稳、井漏。i.起钻至套管后,大排量循环1~2周,以携带出套管内掉块。j.起下钻尽量避免在大肚子井段开泵、划眼。3.2 防止井漏1)在保证携带掉块的前提下,尽量降低钻井液粘度、切力,以防环空压耗过高、开泵困难。2)提高钻井液密度时,超细碳酸钙、单向压力封堵剂、裂缝暂堵剂等防塌封堵材料的加量要充足(不小于3 )。3)降低钻井液滤失量,进一步改善泥饼质量。4)控制钻井液加重速度,保证每循环周密度升高不超过0.02 kg/I 。5)开泵要稳,控制钻具下放速度,严防压力激动;下钻过程中分段循环钻井液。6)时刻观察钻井液池液面及钻井液返山情况,发现异常立即采取措施。3.3 钻井液维护处理措施3.3.1 钻井液维护处理思路1)选择合理的钻井液密度(1.4O~1.60 kg/I ),既不超过地层的承压能力。又能使钻井液液柱压力略大于或接近地层坍塌压力,尽可能达到井壁力学稳定。钻井液密度过低会使井壁岩石承受的应力大大超过其本身的强度,造成井壁严重失稳;钻井液密度过高易引起井漏及因滤液渗入地层裂缝而降低其胶结强度和井壁稳定性 。2)采用聚硅醇封堵防塌钻井液体系,该钻井液体系具有较强的造壁封堵能力 ],安山岩、凝灰岩地层裸露并形成微裂纹、裂缝后,能够立即进行封堵并形成强韧性的泥饼,抑制钻井液滤液渗入微裂缝、裂缝,减缓井壁坍塌。3)利用多元协同防塌理论,从物理、化学、力学方面协同防塌。用硅类处理剂“化学固化”井壁;用超细碳酸钙、裂缝暂堵剂(I.F一1)作为桥堵粒子,用低荧光防塌封堵剂(EP一1)、醇类和沥青类产品作为可软化变形粒子;用树脂类处理剂降低钻井液高温高压滤失,提高滤液粘度,减少滤液进入微裂缝,抑制裂缝泥质充填物吸水膨胀。4)选择合适粒径、浊点和软化点的防塌封堵类处理剂。电镜扫描发现,安山岩、凝灰岩微裂缝宽度不等,一般为2~80 m。所用的防塌封堵类处理剂,其粒径和软化点应与地层微裂缝宽度、地层温度相匹配。裂缝暂堵剂(LF一1)由一定比例的纤维和超细碳酸钙组成,粒度为0~ 100 m,适用温度小于90℃ ,加入到钻井液后会形成絮凝团(碳酸钙或泥浆颗粒),这种絮凝团在发生瞬间失水时,会在裂缝入口处形成多点接触和桥堵,在裂缝很浅的部位封堵裂缝,阻止钻井液中的固相和液相进一步侵入裂缝。低荧光防塌封堵剂(EP一1)是由高聚物反应、乳化而成,粒子直径呈多极分布,以1~10 m为主,适温度7O~80℃ ,能在水中自动分散,可有效封堵宽度小于10 m 的微裂缝。5)进一步提高钻井液粘度、切力,显著提高动塑比(O.6~1.0),改善钻井液流变性,使钻井液具有更强的悬浮、携岩能力。3.3.2 钻井液维护处理具体措施1)使用SMP一1、CMC等处理剂,将钻井液滤失量降到尽可能低(高温高压滤失<10 mL,API滤 失<3 mL),加足包被剂,进一步提高泥饼质量和钻井液滤液的抑制性,防止泥岩吸水膨胀。2)低荧光防塌封堵剂(EP~I)、裂缝暂堵剂·(LF一1)、有机硅氟稳定剂(SF一4)、有机硅醇井壁稳 定剂、聚合醇防塌剂(DF~1)、聚合醇润滑剂(cx501)含量都保持3 。3)磺化沥青、白沥青、超细碳酸钙、单向压力封堵剂的加量≥2 。4)保持合适的膨润土含量(60~90 g/i ),尽量用高效增粘剂提高钻井液粘度、切力,使动塑比适宜。5)提高钻井液密度前加入一定的防塌、封堵材料以增加地层承压能力,防止发生井漏。6)液体润滑剂和固体润滑剂加量分别达到3~5 和1.5 ~2.0 ,以提高钻井液的润滑性,降低泥饼摩擦系数(小于0.03)。4 结论与认识1)优化井身结构设计,在钻遇破碎带地层时,能满足分段封固的要求,使后续施工得以正常进行。2)在破碎带地区钻井,应选用带顶驱钻机,以便及时有效地处理井下复杂情况,预防井下事故的发生。3)钻井液是否具有稳定井壁和悬浮、携带掉块的能力是在钻遇破碎地层时能否**钻井的关键。上一篇:钻井液基础理论下一篇:快速堵漏剂的性能特点及使用方法介绍
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