摘 要

摘　要：四川盆地川東地區(qū)石炭系氣藏目前采用定向井、水平井方式開發(fā)，鉆進(jìn)至氣藏的蓋層下二疊統(tǒng)梁山組(頁巖夾煤線)時，井斜角已超過了60°，鉆進(jìn)的關(guān)鍵在于預(yù)防大斜度井段的頁

摘　要：四川盆地川東地區(qū)石炭系氣藏目前采用定向井、水平井方式開發(fā)，鉆進(jìn)至氣藏的蓋層下二疊統(tǒng)梁山組(頁巖夾煤線)時，井斜角已超過了60°，鉆進(jìn)的關(guān)鍵在于預(yù)防大斜度井段的頁巖段出現(xiàn)井壁垮塌、壓裂井漏的復(fù)雜情況，這樣才能安全鉆至石炭系頂部。針對該段鉆進(jìn)難點(diǎn)，研究試驗(yàn)總結(jié)了一套鉆過梁山組的工程安全預(yù)警及卡鉆事故預(yù)防技術(shù)措施：①以鄰井實(shí)鉆厚度、巖性組合為依據(jù)，把鉆時錄井測量的鉆時變化作為判斷鉆頭進(jìn)入梁山組的工程預(yù)警指標(biāo)，并采用巖屑錄井及循環(huán)觀察的手段對其巖性進(jìn)行證實(shí)確認(rèn)；②工程實(shí)施中采取了簡化鉆具組合、鉆進(jìn)1m后退2m的劃眼措施預(yù)防垮塌卡鉆；③保持合理的鉆井液密度與潤滑性，加入力學(xué)封堵劑來增強(qiáng)地層的膠結(jié)力和改善泥餅質(zhì)量，增強(qiáng)井壁穩(wěn)定性；④檢測記錄鉆進(jìn)中的摩阻，用循環(huán)、劃眼的方法檢查大斜度井段的沉砂及梁山組井壁穩(wěn)定情況，確保起下鉆作業(yè)的安全。

關(guān)鍵詞：四川盆地  川東地區(qū)  二疊紀(jì)  梁山組  垮塌  卡鉆  工程安全預(yù)警  事故預(yù)防  進(jìn)一退二

Pipe-stuck prevention technology in shale drilling at the Lower Permian Liangshan Fm in the eastern Sichuan Basin

Abstract：Currently the Carboniferous gas reservoirs in the eastern Sichuan Basin have been developed through directional and horizontal well drillin9．And the inclination angle exceeds 60° when drilling into the Liangshan Fm at the cap rocks of gas(shales mingled with coal seams)．The key point for drilling is to avoid such complex problems as well wall collapse and circulation loss at the shale intervals with high inclination angles．Only in this way，it is possible to drill into the top of Carboniferous strata safely．To this end，a set of technologies and measures for project-safety precautions and pipe stuck preventions were summarized from research and tests．We first took the drilling time changes measured in drilling time logging as a project-warning indicator for drilling into the Liangshan Fm according to the actual drilling thickness and lithological association of adjacent wells，and then adopted the cutting-logging and circulation observation measures to confirm the lithology．In addition，we took such ramp down measures as simplifying BHA and drilling 1m and back reaming 2m to prevent collapse and pipe stuck complexities．Meanwhile，we kept the unctuosity and density of drilling fluid at an appropriate degree and injected a kind of mechanical blocking agent to increase the cementation strength of strata and to improve the quality of mud cakes and strengthen the stability of well wall．Finally，we monitored and recorded the friction and resistance during drilling，and took circulation and reaming measures to inspect the sand settling of wells with high deviation angles and stability of well wall at the Liangshan Fm so as to ensure the safety of tripping operation．

Keywords：East Sichuan，Permian，Liangshan Fm，collapse，pile sticking,engineering safety warnin9．accident prevention

四川盆地川東地區(qū)下二疊統(tǒng)梁山組頁巖、煤層極易發(fā)生垮塌，導(dǎo)致卡鉆。石炭系地層壓力系數(shù)低，與上部高壓層同存，鉆進(jìn)中極易發(fā)生井漏，導(dǎo)致壓差卡鉆^[1-6]。由于地層巖性復(fù)雜，進(jìn)入梁山組、石炭系后，沒有執(zhí)行進(jìn)梁山組、石炭系防卡措施，造成卡鉆。如WQ002-H4井帶扶正器進(jìn)梁山組發(fā)生垮塌卡鉆，XC7井用Æ215.9mm鉆頭直接鉆完了石炭系，進(jìn)入志留系發(fā)生壓差卡鉆，處理難度大，最后側(cè)鉆，造成了極大損失。

針對該段鉆井難點(diǎn)，開展了以鄰井實(shí)鉆厚度、巖性組合為依據(jù)，開展梁山組及上下交界面工程因素評價，從地層厚度、巖性、巖屑顏色、實(shí)鉆鉆時方面，總結(jié)形成梁山組工程安全預(yù)警技術(shù)，通過井眼軌跡控制、鉆具組合效能分析、鉆頭選型、鉆井液密度窗口探索、鉆井液防塌性能優(yōu)控、設(shè)備／鉆具升級配套、“進(jìn)一退二”安全操作等因素評價，進(jìn)一步完善了事故復(fù)雜預(yù)防技術(shù)。

1　鉆井復(fù)雜情況與難點(diǎn)

該區(qū)鉆進(jìn)梁山組過程中已發(fā)生的主要復(fù)雜情況表現(xiàn)為：

1)鉆井液密度偏低，導(dǎo)致地層垮塌。如LD8井、L001-Xl井，發(fā)生了嚴(yán)重垮塌。通過適當(dāng)提高鉆井液密度，確保了井壁穩(wěn)定，解除了井下復(fù)雜。

2)進(jìn)入石炭系井段過長，發(fā)生壓差卡鉆。XC7井進(jìn)入石炭系后，沒有及時分層，用Æ215.9mm鉆頭直接鉆穿石炭系，并進(jìn)入志留系24m，導(dǎo)致壓差卡鉆。

3)防卡措施不到位，梁山組發(fā)生垮塌卡鉆。WQ002-H4井沒有及時確認(rèn)進(jìn)入梁山組，鉆進(jìn)中沒有嚴(yán)格執(zhí)行梁山組安全操作措施，導(dǎo)致垮塌卡鉆。

2　工程安全預(yù)警技術(shù)

采用了鄰井實(shí)鉆巖性組合為依據(jù)，把鉆時錄井作為判斷鉆頭進(jìn)入梁山組，巖屑錄井及循環(huán)觀察作為判斷鉆遇巖性的手段。如某石炭系氣藏的待鉆井MX005-H2井的3口鄰井，MX5、MX005-H1井位于構(gòu)造高點(diǎn)，MX2井位于潛伏高點(diǎn)。待鉆井與MX005-H1井距離281m。所以，工程應(yīng)用地層、巖性數(shù)據(jù)主要參考MX005-Hl、MX5井實(shí)鉆數(shù)據(jù)。

2．1　厚度分析

MX5、MX2井為直井，梁山組厚度分別為10m、16m。MX005-H1為大斜度水平井，梁山組井斜60°，斜厚l9m，折算垂厚10m。設(shè)計的MX005-H2井棲一段、梁山組垂厚分別為100m、10m。設(shè)計以55°～61°井斜角鉆開石炭系，斜厚分別折算為187m、21m(表1)。

 

2．2　巖性組合

1)棲一段：上部為深灰色、褐灰色細(xì)粉晶灰?guī)r；下部色較深，近底部夾燧石結(jié)核灰?guī)r。底以深灰?guī)Ш谏嗑Щ規(guī)r與下伏梁山組的灰黑色頁巖分界。

2)梁山組：為灰黑色頁巖，淺灰、深灰色粉砂巖夾灰色鋁土質(zhì)泥巖及煤線，見黃鐵礦星散分布。

3)石炭系前3m：為灰褐色、深灰?guī)Ш稚茙r、角礫云巖夾薄層灰質(zhì)云巖。

梁山組上下(棲一段、石炭系)顏色淺，中間(梁山組)顏色深。

2．3　鉆時分析

1)川東地區(qū)棲一段層厚100m左右。其底部20m，巖性主要為石灰?guī)r，可鉆性好。棲一段底部2～5m鉆時明顯偏高，可能含有燧石或泥質(zhì)條帶。

2)梁山組在川東地區(qū)二疊系中具有塊狀高鉆時的特點(diǎn)。梁山組縱向上的3套巖層的鉆時細(xì)分為：上部2～3m巖性為頁巖夾煤層(煤線)，可鉆性好。個別井頁巖層厚度異常(門西2井梁山組上部頁巖厚11m)。中部2～5m為泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、可鉆性相對較差。下部2～4m為頁巖、泥質(zhì)粉砂巖，可鉆性好(表2)。

 

3)石炭系前3m主要為石灰?guī)r、白云巖，可鉆性好。

2．4　梁山組復(fù)雜地層工程安全預(yù)警措施

2．4．1鉆時判斷

1)在棲一段中鉆進(jìn)，一旦鉆時增加，就可能鉆到了棲一段底部，再鉆2～5 m，鉆時又降低，巖性由石灰?guī)r變?yōu)轫搸r，部分井夾煤層(煤線)，顏色變深、變黑，表明可能進(jìn)入了梁山組。

2)在梁山組鉆進(jìn)，鉆時一旦降低，就可能是到了梁山組底部，再鉆2～4m，巖性由頁巖(個別井為粉砂巖)變?yōu)槭規(guī)r、白云巖，顏色變淺，表明可能進(jìn)入了石炭系。

2．4．2及時地質(zhì)循環(huán)

1)實(shí)鉆過程中，加強(qiáng)鉆時對比、巖屑觀察，發(fā)現(xiàn)異常變化，及時進(jìn)行地質(zhì)循環(huán)，為地質(zhì)分層創(chuàng)造條件。

2)如巖屑卡層困難，建議在必要時進(jìn)行電測分層。

3)遇地層巖性組合復(fù)雜，短時間難以準(zhǔn)確分層時，工程上要提前落實(shí)梁山組事故復(fù)雜預(yù)防措施，確保鉆井安全。

3　梁山組卡鉆事故預(yù)防技術(shù)

1)進(jìn)梁山組后，簡化鉆具結(jié)構(gòu)。減少鉆鋌數(shù)量，使用螺旋鉆鋌，甩掉扶正器。梁山組上層為棲霞組，屬于穩(wěn)斜井段，使用彎螺桿加MWD復(fù)合鉆進(jìn)。為確保鉆井安全，逐步總結(jié)形成了進(jìn)梁山組起鉆簡化鉆具結(jié)構(gòu)、倒出扶正器的安全鉆井模式。

2)優(yōu)化設(shè)計井眼軌跡，嚴(yán)格控制狗腿度，提高梁山組以上井段通過能力。Æ215.9mm井段單點(diǎn)狗腿度不超過6°，連續(xù)幾點(diǎn)狗腿度應(yīng)不超過5°。鉆進(jìn)中做好摩阻的記錄，檢測井眼軌跡變化情況。

3)保持合理的鉆井液密度。通過分析川東地區(qū)近年來33個主要構(gòu)造、112口已鉆井梁山組鉆井液密度，探索了梁山組安全鉆井的鉆井液密度窗口值范圍。

4)保證鉆井液潤滑性，必要時加入l％～2％固體潤滑劑。嚴(yán)格將鉆井液的高溫高壓失水、泥餅分別控制在15mL、3mm以內(nèi)，加力學(xué)封堵性穩(wěn)定劑HN-3、SAS或FRH、KHm、SMP以增強(qiáng)地層的膠結(jié)力和改善泥餅質(zhì)量。加入0.2％～0.3％SP-80或OP-10表面活性劑?？煽紤]加入l％～2％的單向壓力封閉劑加固井壁。

5)使用牙輪鉆頭，降低片鉆風(fēng)險及卡鉆后處理難度。部分井梁山組含有粉砂巖、細(xì)砂巖，研磨性強(qiáng)，使用牙輪鉆頭鉆進(jìn)，要加強(qiáng)鉆頭使用分析，防掉牙輪。

6)預(yù)計特別復(fù)雜、鉆井風(fēng)險大的井，建議設(shè)備、鉆具配套升級，提高復(fù)雜處理能力：①安裝頂驅(qū)，提高劃眼效率，減少事故復(fù)雜；②使用大水眼鉆具，提高排量，增強(qiáng)攜砂能力；③井口使用一定長度的新鉆桿，增加井口抗拉強(qiáng)度，提高復(fù)雜處理能力；④合理機(jī)泵匹配，絞車和泥漿泵動力來源獨(dú)立，確保上提鉆具中的排量不變，有利于提高深井小井眼帶砂效果。

7)“進(jìn)一退二”鉆井精細(xì)操作技術(shù)：①每鉆進(jìn)1～2m，上提鉆具2～4m劃眼，檢查有無井壁垮塌、阻卡及沉砂情況，如鉆時很慢，每30～60min應(yīng)上提鉆具1次，上提幅度應(yīng)大于3～5m；②起鉆前，在梁山組循環(huán)30min，應(yīng)立即起出梁山組，再循環(huán)；③起下鉆遇梁山組要劃眼進(jìn)出。

4　現(xiàn)場應(yīng)用

4．1　鉆井過程

4．1．1棲一段鉆進(jìn)

MX005-H2井密度1.70g／cm³鉆井液，使用1.25°彎螺桿帶PDC鉆頭、定向／復(fù)合鉆至井深4913m進(jìn)入了棲一段(測深4913m井斜53°)。棲一段上部灰?guī)r段鉆時30～60min／m。鉆至井深5151m、5152m鉆時87min／m、94min／m，比上部石灰?guī)r段鉆時明顯增加，分析為底部2m含泥質(zhì)條帶的石灰?guī)r。再鉆至井深5153m(測深5100m井斜角61°)鉆時由87～94min／m降低至20min／m，初步判斷進(jìn)入了梁山組。繼續(xù)鉆進(jìn)2m，鉆至井深5155m進(jìn)行地質(zhì)循環(huán)，證實(shí)進(jìn)入了梁山組，起鉆。

4．1．2粱山組鉆進(jìn)

簡化鉆具組合，換牙輪鉆頭及塔式鉆具組合下鉆(未遇阻)，恢復(fù)鉆進(jìn)。上部6m鉆時20min／m，最快的僅4min／m(5156m)，為頁巖夾煤層。鉆進(jìn)中有輕微垮塌，返出巖屑中夾有黃銅礦，立即落實(shí)進(jìn)一退二措施，上提遇阻嚴(yán)重，返出巖屑垮塌物逐步增多。中上部5m鉆時130～160min／m，比上段明顯增加，為泥巖。鉆至井深5159m處理鉆井液，鉆井液密度由1.71­1.78g／cm³。中下部8m鉆時40～100min／m，比中上段明顯降低，為頁巖。繼續(xù)鉆進(jìn)至井深5169.55m，接單根下放遇阻，上提鉆具掛卡嚴(yán)重。劃眼有蹩鉆現(xiàn)象，振動篩返出頁巖及煤的垮塌物較多，返出垮塌物大小3～5cm。兩次處理鉆井液，鉆井液密度1.78­1.81­1.84g／cm³。通過反復(fù)劃眼，接好單根，繼續(xù)鉆進(jìn)。底部6m鉆時107～160min／m，比中下段明顯增加，為粉砂巖，導(dǎo)致鉆頭嚴(yán)重磨損。鉆至井深5181m，鉆時仍然偏高(80～99min／m)。巖性為白云巖，判斷進(jìn)入石炭系3m，中完起鉆(表3)。起出鉆頭牙齒全斷。

 

4．2　效果評價

1)根據(jù)MX005-H1、MX5、MX2井實(shí)鉆的巖屑、鉆時資料提出了梁山組利用鉆時變化特點(diǎn)輔助卡層建議。MX005-H2井現(xiàn)場應(yīng)用梁山組井斜角64°，實(shí)鉆鉆井液密度1.83g／cm³，該建議與實(shí)鉆情況基本一致。

2)在進(jìn)入梁山組就嚴(yán)格執(zhí)行簡化鉆具結(jié)構(gòu)、“進(jìn)一退二”等防卡措施，通過動態(tài)監(jiān)測、精細(xì)操作，順利鉆達(dá)固井井深，無事故復(fù)雜發(fā)生，確保了該段鉆井安全。

5　認(rèn)識與建議

1)工程安全預(yù)警技術(shù)把地質(zhì)分層結(jié)果作為選用防卡技術(shù)應(yīng)用的依據(jù)。梁山組巖性復(fù)雜，實(shí)在難以及時分層，可以組織電測，要提前落實(shí)防卡措施。實(shí)鉆中，根據(jù)鉆時變化的可比性，注意調(diào)節(jié)好鉆頭使用，盡量使用1只鉆頭完成梁山組鉆進(jìn)。

2)探索梁山組安全鉆井的鉆井液密度窗口，結(jié)合井眼軌跡優(yōu)化、鉆具組合效能、鉆頭類型選擇、設(shè)備升級配套、鉆井精細(xì)操作等措施，進(jìn)一步完善了梁山組事故復(fù)雜預(yù)防技術(shù)。

3)梁山組實(shí)鉆厚度、鉆井液安全密度與已鉆井差異大，地層鉆厚與地層傾角、實(shí)鉆井斜、方位有密切關(guān)系，而鉆井液安全密度與井壁穩(wěn)定直接相關(guān)，受地層主應(yīng)力方向影響特別大^[7-12]。建議組織開展該方面的工程地質(zhì)學(xué)的專題、深入研究，提高區(qū)域構(gòu)造特征、地質(zhì)資料的工程安全鉆井參考價值。

 

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本文作者：卓云  吳宗國  劉德平  古光平

作者單位：中國石油川慶鉆探工程公司川東鉆探公司