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      井壁失穩(wěn)機理分析及技術(shù)對策

      2017-03-03 15:46:00馬驍高慧杰常學(xué)平馬健冀東油田分公司工程監(jiān)督中心河北唐海06399冀東油田分公司開發(fā)技術(shù)公司河北唐海06399
      化工管理 2017年4期
      關(guān)鍵詞:本井南堡冀東

      馬驍高慧杰常學(xué)平馬健(.冀東油田分公司工程監(jiān)督中心, 河北 唐海 06399;.冀東油田分公司開發(fā)技術(shù)公司, 河北 唐海 06399)

      井壁失穩(wěn)機理分析及技術(shù)對策

      馬驍1高慧杰1常學(xué)平1馬健2(1.冀東油田分公司工程監(jiān)督中心, 河北 唐海 063299;2.冀東油田分公司開發(fā)技術(shù)公司, 河北 唐海 063299)

      在鉆井施工過程中,由于地層應(yīng)力、巖石性質(zhì)、現(xiàn)場施工等因素的影響,常出現(xiàn)井壁失穩(wěn)導(dǎo)致卡鉆、測井復(fù)雜、井眼坍塌等復(fù)雜事故,本文對井壁失穩(wěn)機理做了相應(yīng)分析,重點分析了南堡41-4568井失穩(wěn)情況,并通過鉆井液性能維護、施工技術(shù)優(yōu)化等方面總結(jié)了鉆井施工過程中對井壁穩(wěn)定所做的防護及處理措施,為后期井壁穩(wěn)定工作提供了借鑒性方案。

      鉆井液;技術(shù)優(yōu)化;井壁穩(wěn)定;性能維護

      1 井壁失穩(wěn)機理分析

      (1)地應(yīng)力 地殼運動時在地層的不同部位形成不同的構(gòu)造應(yīng)力,這些應(yīng)力以潛能的方式存儲在巖石內(nèi)[1]。在形成井眼時,鉆井液液柱壓力代替了被鉆掉的巖石所提供的應(yīng)力,井眼周圍的應(yīng)力將重新分配,當(dāng)鉆井液液柱壓力不足以平衡地層的側(cè)向力時,側(cè)向力將向井眼內(nèi)釋放,造成地層剝落掉塊或井壁垮塌。

      (2)巖石本身性質(zhì) 泥巖中,粘土礦物的含量一般為20%~30%,若黏土礦物以伊蒙混層為主,因一部分比另一部分水化能力強,易發(fā)生非均勻膨脹[2],減弱了泥頁巖的結(jié)構(gòu)強度,實踐證明,伊蒙混層是最不穩(wěn)定的地層。而在南堡4號構(gòu)造東二、東三地層,粘土礦物的含量達到37%~48%。

      (3)毛細管作用 泥巖在成巖過程中本就存在許多層理面和紋理,在構(gòu)造力的作用下,泥巖很容易產(chǎn)生斷裂而釋放能量,從而形成更多微細裂紋,這些微細裂紋是良好的毛細管通道,很容易吸取泥漿濾液,這就為鉆井過程中井壁垮塌提供更好的條件。

      (4)滲透水化 當(dāng)鉆井液中的電解質(zhì)濃度低于泥巖中電解質(zhì)濃度時,泥漿中的水分子將向滲透地層中滲透[3],滲透水化在泥巖內(nèi)部進行,可以使蒙脫石的體積增加25倍,并形成很高的滲透壓,對井壁造成很大的破壞。

      2 南堡41-4568井失穩(wěn)情況

      (1)基本情況 南堡41-4568三開鉆進周期25.75天,裸眼段長2038.24米,原井眼于9月2日第一次電纜測井時在3100-3700米井段出現(xiàn)刮卡現(xiàn)象,通井后第二次測井出現(xiàn)同樣問題,再次通井時下放至3170米遇阻,后經(jīng)多次劃眼無效后填眼側(cè)鉆。

      (2)原因分析

      ①本井三開裸眼井段較長,加之多次出現(xiàn)設(shè)備故障,增加了鉆井液對井壁的浸泡時間。原井眼在3280米反復(fù)劃眼,表明東二段井眼已經(jīng)發(fā)生井壁失穩(wěn)。

      ②泥漿密度不能平衡地層坍塌壓力,原井眼使用的泥漿密度為1.33g/cm3,與后期新眼施工對比密度較低。

      ③鉆井液性能。含鹽量:本井檢測含鹽量3.33%,根據(jù)研究及經(jīng)驗分析,鉆井液中保持8%以上KCL能夠有效的保證井壁穩(wěn)定,所以本井抑制性相對較差。

      失水:本井高溫高壓失水15/120℃,超出設(shè)計范圍。較大的失水使濾液進入層理間隙,黏土礦物遇水膨脹,膨脹壓力使張力增大,導(dǎo)致地層局部拉伸破裂。同時由于濾液的緩慢侵入,失去了有效鉆井液柱壓力的支撐作用,由于水化應(yīng)力的排斥作用使孔隙壓力升高,巖石會受到剪切或張力方式的壓力,誘發(fā)井壁失穩(wěn)。

      ④本井設(shè)計熒光6級,限制了熒光級別高的潤滑、防塌等材料的使用,降低了鉆井液的防蹋抑制性能。

      3 新井眼防蹋優(yōu)化處理

      (1)優(yōu)選高效鉆頭和優(yōu)質(zhì)螺桿鉆具,摸索合適鉆井參數(shù),控制好軌跡的同時,提高機械鉆速,在Ed、Es地層鉆進,保持排量在30L/s,既可以優(yōu)化水力參數(shù),又可以提高井眼清潔效果。

      (2)合理調(diào)整鉆井液性能。新井眼東三段(3335m)密度提至1.35g/cm3,沙一段(3790m)密度提至1.37g/cm3,未發(fā)生垮塌情況。嚴格控制高溫高壓失水≤12、坂含40g/L~70g/L范圍內(nèi),提高氯化鉀的含量,控制在7%~8%,通過K+的鑲嵌,抑制頁巖滲透水化性能。

      (3)新井眼加大了氯化鉀、酚醛樹脂、潤滑劑等材料的加量,加強低熒光鉆井液材料優(yōu)選,選用了低熒光磺化瀝青,保證了井眼軌跡的圓滑。

      4 認識與結(jié)論

      本井新眼鉆進周期42.29天,完井周期53.29天,期間未發(fā)生井眼垮塌情況,說明井壁維護工作起到了一定效果。在井壁穩(wěn)定的維護處理過程中,鉆井液各項性能的調(diào)整,提高了鉆井液的抑制及攜巖能力,各項施工工序的規(guī)范及優(yōu)化,保證了井眼軌跡的圓滑,大幅降低扭矩,促進井眼清潔,進一步維護了井壁穩(wěn)定,該井的施工對今后施工井井壁穩(wěn)定的維護提供了可借鑒性參考方案。

      [1]崔杰,趙金梅,等.井壁穩(wěn)定性分析及應(yīng)用[J].石油工程技術(shù),2009,7(1):16-20.

      [2]趙峰,唐洪明,孟英峰,等.微觀地質(zhì)特征對硬脆性泥頁巖井壁穩(wěn)定性影響與對策研究[J].鉆采工藝,2007,30(6):16-18.

      [3]呂軍,鐘水清,劉若冰,等.鉆井液對井壁穩(wěn)定性的影響研究[J].鉆采工藝,2006,29(3):74-75.

      馬驍(1989-),男,漢,助理工程師,2012年畢業(yè)于東北石油大學(xué)石油工程專業(yè),現(xiàn)在冀東油田分公司工程監(jiān)督中心從事鉆井監(jiān)督工作。

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