塔河油田碳酸盐岩裸眼井段坍塌处理难点与对策

魏宏洋 睢芬中国石化西北油田分公司塔河采油二厂 新疆轮台 841604

塔河油田奥陶系油藏属于碳酸盐岩缝洞型重质稠油油藏，储集层埋藏深度大于5500m，原油地面密度在0.90-1.08g/cm3之间，50℃运动粘度在250-12000mm2/s之间，地下运动粘度大于30mm2/s，地层水矿化度24*104mg/L。油藏储集体以裂缝溶洞为主，储集层的非均质性很强，裸眼井段地层复杂，奥陶系顶部井壁稳定性差，奥陶系上统桑塔木组（O3s）和石炭系巴楚组（C1b）交界处存在一小段泥岩或高含泥质灰岩，具有带电性和亲水性，容易引起泥页岩体积膨胀、粘土颗粒分散和岩石强度下降，造成泥页岩井段垮塌；油井随着钻井、酸压、完井、注水、采油和措施作业后地层压力会发生较大变化，将会破坏井内的压力平衡，无疑会引起井眼周围岩石应力的重新分布，这些重新分布的应力可称为延井眼的环向应力、径向应力和轴向应力，如果这些重新分布的应力超过岩石的强度，或不能平衡原地层应力时，将会导致井壁失稳，造成井壁坍塌，不仅影响油井的产能而且不利于打捞、测试、改层等各类工程作业。预防与处理该类情况迫在眉睫。

一、井壁坍塌现状

塔河油田奥陶系碳酸盐岩裸眼井段井壁坍塌不仅在钻井中存在，而且在采油及后期措施作业中存在。在措施作业中30%-40%的复杂事故是由井壁坍塌引起。

以塔河采油二厂为例，根据近3年来的数据统计（表2）在措施作业期间探底的井60%以上存在大于10m的砂埋，这些坍塌井中有70%以上采用裸眼酸压完井方式完井。由于酸压容易形成高角度裂缝，对上部薄弱裸眼井段造成伤害，通过井径曲线证明存在高含泥岩和缝洞发育井段井径放大，在酸压作业中造成井壁垮塌，同时酸压形成的人工裂缝沟通自然裂缝和缝洞，不规则的井壁岩石和高角度裂缝内充填物容易塌填井筒。

二、处理井底坍塌的难点与对策

对于井底坍塌的井，结合前期钻井、生产情况，分析地层储集体特征，选择适用的处理管柱组合和处理液性能尤为重要。

1.大规模储集体，严重漏失井冲砂方法

碳酸盐岩缝洞型油藏在钻井期间经常钻遇放空漏失，有些井放空井段长达10-20m之间，漏失泥浆量500m3以上，后期生产期间累计产液量高，地层亏空，对于这一类储层比较发育的井若探底时发现井壁坍塌井底抬高，采用密度最低的清水正循环钻冲或正冲反洗时仍然无法建立循环，则放弃将地层砂冲至地面的常规方法，而是在冲洗期间让井筒处于漏失状态，使地层砂随盐水漏至地层的孔洞中，露出产层，达到地质目的。

例如：TH10319井冲砂酸化作业，该井钻井期间在井段：6011-6070m漏失严重，累计漏失密度1.12g/cm3泥浆481m3，截止目前该井累计产液61889t，累计产油61006t，累计产水883t。上修后组下三牙轮+螺杆钻组合进行冲砂作业，探底6024m，高出原井底6070米46m，正循环钻冲期间泵入盐水380m3，出口返出40m3，漏失300m3，钻冲进尺46m，达到目的。

将井壁垮塌岩屑使用钻头破碎后使其随冲砂液一起漏入底层孔洞中，适用于于漏失严重的大规模缝洞型油藏，操作中要求始终活动管柱，冲砂速度不宜过快，每冲一根要求活动复探一次。前提条件：砂粒直径d＜井眼周围孔洞直径D。

2.定容性储集体，漏失井钻冲砂方法

根据前期钻井、酸压完井和生产情况分析，部分井地层的储集空间是一个封闭的定容性储集体，对于这一类油井钻冲砂时若无法建立循环，可像上述方法一样将地层垮塌物体钻磨碎后冲入地层，但是盐水的漏失量必须根据地层空间大小定一个量，不能让盐水无限制的漏入地层，否则地层会很快发生油水置换，稠油上返，影响施工。若在限定的漏失量内未钻冲到位，则考虑降低盐水密度，或管柱组合上加捞杯。

3.可以建立完全循环井钻冲砂方法

塔河油田油井深度在5500-6500m之间，常见的井身结构为Φ177.8mm套管回接至井口或Φ244.5mm套管下至井口与Φ 177.8mm组合两种，油套环空较大，且油井深。

将地层砂冲出地面的条件是：

式中 Vt—冲砂液上升速度，m/s

Vd—砂子的自由下沉速度，m/s

由上公式得出砂子上返至地面的最低速度：

从而求得冲砂所需的最低排量：

式中 Qmin—砂子上返至地面的最小排量，m3/h

F—砂子上返通道的截面积，m3

Vmin—砂子上返至地面的最低速度，m/s

在冲砂过程中，砂粒从井底上升到地面所需的时间为：

式中 h—井深，m

t—砂粒从井底上升至地面所需的时间，s

Vs—砂粒上升速度，m/s，Vs=Vt-Vd

从以上公式可知，泵排量、油套环空容积、环空上返速度和冲砂速度有很大关系，通常修井期间冲砂一般用盐水，盐水与清水携砂能力差不多，所以用盐水冲砂时油套环空的上返速度起着关键作用，如上返速度过低，砂带不出井口，施工时就会造成砂埋管柱，引起事故，为了提高冲砂速度在套管尺寸固定的情况下，应尽可能的提高泵的排量。另一方面可以适时考虑增加冲砂液的粘度，以降低砂子的自由下沉速度，如:盐水中加入瓜胶。

4.丢手衬管工艺技术

许多井在后期生产中经常重复发生井壁坍塌现象，例如：TH12249井完钻井深6662m，两次上修期间探底均有不同程度的砂埋，4月27日上修探底冲砂，处理至6660m，然后组下防砂衬管，管柱组合：Φ127mm套管2根+Φ127mm防砂管8根+Φ127mm套管8根+Φ127mm防砂管2根+Φ127mm套管8根+Φ127mm尾管丢手接头+Φ73mm正扣钻杆，下到位后正转丢手起钻，目前该井地层供液良好。

丢手衬管工艺技术为后期防治井壁坍塌提供了技术保障，完工后配合酸化施工，取得较好的效果，操作过程方便简单，并且能降低作业成本，目前已在十余口井使用。

三、认识与建议

造成塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏裸眼完井井壁坍塌的主要原因是巴楚组泥岩井段过长，Φ177.8mm的套管未能全部封住泥岩井段；同时在酸压等作业中容易造成地应力破坏，引起岩石的脱落掉块坍塌，在钻井中缝洞型油藏常常钻遇放空漏失井段，再加上地层液量产出亏空，在修井钻冲砂时很难建立完全的循环，常常发生沉砂卡钻复杂事故。故此提出以下建议：

1.冲砂作业前先结合前期钻井及生产情况，分析油藏特征，选择适用的冲砂方法及工具组合，漏失井冲砂速度不能太快，防止沉砂埋钻。

2.冲砂作业过程中尽量采用稳定性较好的泥浆，保持井壁稳定、井眼清洁，或调配瓜胶增强携砂能力，同时控制起下钻速度，避免井眼的抽吸对井筒造成压力激动。

3.优化井身结构，加深Φ177.8mm套管的封固深度，或采用Φ 127mm尾管完井，将整个高含泥岩和缝洞高度发育的灰岩井段进行封固。

4.对于频繁发生井壁垮塌的井及时采用衬管对井底进行支撑，避免重复垮塌，造成复杂情况。

[1]赵普春，邓洪军.塔河油田碳酸盐岩裸眼段坍塌现状及认识[J].中外能源，2006，6（4）：31-37.

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[3]王世洁.林江.梁尚斌.塔河油田碳酸盐岩深层稠油油藏开发实践[C].北京：中国石化出版社，2005年，第1版.