对塔河油田井眼净化和井壁稳定的几点认识

汪 露, 王 鹏， 王伟志， 邓小卫， 杨中强， 党 绪

(中石化西北油田分公司石油工程监督中心)

一、井身结构与地层特点

塔河油田钻遇地层主要为第四系、第三系、白垩系、侏罗系、三叠系、二叠系、石炭系、泥盆系、志留系、奥陶系、寒武系等，第四系至白垩系地层(9.5～4 500 m)砂岩渗透性好，且钻时快；侏罗系至奥陶系上统地层(4 500～6 500 m)存在不同程度的扩径，主要因井壁失稳引起阻卡；二叠系漏失压力集中在1.30～1.32 g/cm3，防塌钻井液选用密度为1.30～1.32 g/cm3，易漏失；侧钻一开井小井眼、短半径定向，形成岩屑床引起阻卡[1]。塔河油田主体区块井身结构主要以侧钻一开、三开长裸眼井、四开、五开专打专封盐下井为主，其中Ø444.5 mm井眼主要集中在五开井，Ø149.7 mm井眼主要集中在侧钻一开井；井壁失稳主要以三开长裸眼井为主。

二、存在的主要难点

1.井眼净化

(1)Ø444.5 mm大井眼净化，因井眼尺寸和钻井液泵排量(80～60 L/s)限制，环空返速0.5～0.6 m/s，采用适当高粘切携砂，造成井壁粘附大量岩屑，造成起下钻阻卡严重(起钻1 000 m，用时2 d，均为倒划眼起出)，甚至卡钻。

(2)Ø149.7 mm小井眼增斜段井眼净化，Ø149.7 mm小井眼多为短半径水平井，受泵压限制，排量较低，易在40°～70°井斜段形成岩屑床，引起托压和起下钻遇阻卡。

(3)复杂情况下井眼净化，塔河油田三叠系、石炭系、志留系个别井段井径扩大率最高达100%～150%，深部井段钻进过程中排量30～20 L/s，因排量和井径扩大的原因，影响正常钻进携砂和剥落掉块的带出，引起阻卡，TP35-2井处理此类复杂高达25 d。

2.井壁稳定

(1)易水化分散、中等膨胀地层井壁稳定，徐加放等人研究证实在塔河油田三叠系阿克库勒组、石炭系卡拉沙依组存在易水化分散、中等膨胀泥岩[2]。钻进过程中振动筛返出泥岩“较软”，且易产生钻头泥包，“软”泥岩段平均井径扩大率为30%，易形成“糖葫芦”井眼，在该层位电测遇阻卡较多。

(2)不易水化膨胀分散地层井壁稳定，张灵军等人研究表明塔河油田三叠系阿克库勒组和柯吐尔组、石炭系卡拉沙依组、志留系柯坪塔格组存在不易水化膨胀分散泥岩[3]。钻进过程中振动筛返出泥岩较“硬和脆”，易产生剥落掉块，硬脆性泥页岩平均井径扩大率为50%，易造成起下钻挂卡、井壁失稳卡钻、井眼净化较差。

(3)井漏引起的井壁失稳，三开制井二开长裸眼井段，设计要求进入一间房组4 m中完，奥陶系上统地层可能存在大的裂缝，接近二开中完时，井底易产生漏失，引起液面迅速下降，悬重上升，造成井壁失稳卡钻，大量钻具被埋，井筒无法处理。

三、井眼净化对策

1. Ø444.5 mm大井眼净化对策

笔者从已钻井实钻情况出发，归纳总结4井次井眼净化情况。其中TK1135与TK1136为邻井，TP190和TH12562为邻井，见表1、表2。

表1 4口井钻井液性能和体系

表2 4口井钻井液环空流态和井眼净化效果

从表1、表2可以得出：①TH12562井采用抑制性较强、失水最低的KCl聚合物体系，起钻遇阻卡严重，对比临井，可以排除井壁缩径造成起下钻挂卡，其挂卡的主要原因为井壁吸附岩屑形成缩径；②TK1135、TP190井钻井液环空流态为紊流(流态指数Z值大于808)，冲刷井壁能力强，井眼净化好。平板型层流在近井壁地带易造成岩屑吸附在井壁上(TH12562和TK1136)，引起起钻严重遇阻卡；③TK1135和TP190测井曲线表明平均井径扩大率5%，因此紊流冲刷不会引起塔河油田大尺寸井眼井壁失稳。

综上，在大尺寸井眼中，应尽可能增大排量(80～65 L/s)，采用较低粘切，形成紊流冲刷，更有利于井眼净化。

2. Ø149.7 mm小井眼增斜段井眼净化对策

笔者所负责区块TP144XCH井，原井是一口五段制斜井，井身轨迹剖面为直-增-稳-降-直，最大井斜28°，老井侧钻选在吊直段，井身轨迹十分复杂，选取其为试验井，实钻过程中出现两次托压后，均采取低粘切段塞紊流洗井，托压解除，最终降低井浆粘切，顺利完钻。表3是TP144XCH井浆、段塞洗井的环空水利参数、井眼净化效果。

表3 TP144XCH井浆、段塞洗井的环空水利参数、井眼净化效果

实践证明，低粘切钻井液形成紊流更有利于破坏和防止小井眼增斜段岩屑床的形成。

3.复杂情况下井眼净化对策

深部地层个别井段井径扩大率100%以上或者井下出现垮塌，此时井浆、低密度稠浆、携砂纤维只能带出细碎颗粒，不能将剥落掉块甚至正常打钻产生的岩屑带出，开泵时，岩屑上返至“大肚子”井段时，不断的转动和滑落，停泵时下沉，引起井下复杂。针对此类复杂，在实践过程中总结出以下两点行之有效的处理方法：

(1)小排量、小钻压划眼，下钻过程中遇阻，采取小排量(排量较大时，岩屑上返至“大肚子”井段)或者干划，控制钻压10 kN，重点关注扭矩变化，每划眼1～2 m，上提方钻杆6～7 m，原排量循环洗井，冲刷钻头，如此反复直到下钻正常，将剥落掉块划碎划小，到底后采取稠浆携砂，循环洗井2周以上，能带出大量细碎颗粒。

预探井TY1X井三开中完电测遇阻2次，分析砂桥和井底沉砂引起遇阻卡，反复通井、稠浆和纤维携砂不见明显效果，用时15 d。采取此项措施以后，井筒处理干净，电测和下套管顺利到底。该方法已经成功运用十余井次，缩短了复杂异常处理时间。

(2)高密度、高粘切钻井液段塞携砂，当井下出现严重垮塌，运用常规携砂手段不能将岩屑或者掉块携带出来时，根据井况采用高密度(2.5 g/cm3)、高粘切段塞携砂效果较好，岩屑密度一般为2.5 g/cm3左右，在高密度段塞中处于悬浮状态。具体操作步骤是：根据裸眼段最低地层破裂压力计算允许的高密度钻井液量(一般取该值50%)；采用井浆，用铁矿粉加重至2.5 g/cm3；降低排量(正常钻进排量的1/3～2/3)循环携砂，循环时活动钻具；用专用罐收集返出的高密度钻井液。BT4井用高密度、高粘切携带出的大量掉块，掉块最大尺寸为15 cm×10 cm×20 mm(处理复杂，未带扶正器和钻铤)，在国内深井实属罕见。

四、井壁稳定对策

1. 三开制长裸眼井段井壁失稳对策

张灵军和朱宽亮等人研究证实塔河油田长裸眼井段存在“软”泥岩和硬脆性泥页，硬脆性泥页岩地层主要以增强封堵性能为主[4-6]，软泥岩地层主要以增强抑制和封堵为主[7-8]，因此井壁失稳的对策是：严封堵、强抑制、低失水、合理密度、兼顾流变性和造壁性协调统一。现场使用的聚磺钻井液，其失水、流变性和造壁性基本不存在问题，主要是抑制性能和封堵性能不足。现场常用钻井液配方如下：3%膨润土+0.2%NaOH+0.3%KPAM+1%DS302+2%SMP-2+2%SPNH+0.5%PAC-LV+1%润滑剂+2%QS-2+1%FT-1+1%YK-H+重晶石。

1.1 增强抑制性能

若以抑制膨胀为主，应选用小分子类抑制剂，张志财等人研究表明5%KCl+0.5%聚胺抑制膨胀效果较好[9-10]；若以抑制分散为主，应选用大分子包被抑制剂；在井浆基础上，试验选用的包被抑制剂组合为1#：0.3%FA367+5%KCl+0.5%聚胺，选取三叠系阿克库勒组(软泥岩)岩样进行泥岩分散和膨胀性评价，结果见表4。

表4 泥岩分散性和膨胀性评价

由表4可知，在井浆基础上加入0.3%FA367+5%KCl+0.5%聚胺，能提高三叠系软泥岩段岩屑回收率14%，膨胀率降低4%。有较好的抑制效果。

1.2 强化封堵性能

高软点乳化沥青在合适的温度下，能软化变形，其粒径集中在1～20 μm，在深井防塌效果较好；聚合醇在高温下和地层盐水作用，具有“浊点”封堵效应，其分子量为5 000～10 000，可以嵌入泥页岩微裂隙中；在井浆基础上，试验选用的封堵剂组合为2#：1%RHJ-3+1%聚合醇。测试钻井液的砂床封堵效果。选取砂床粒径为0.45～0.90 mm和0.28～0.45 mm，试验温度为120℃，压差3.5 MPa，分别测定井浆和加入2#封堵剂配方后砂床滤失，结果见图1。

图1 砂床封堵性实验结果

由图1可知，在加入井浆加入1%RHJ-3+1%聚合醇后，0.45～0.90 mm和0.28～0.45 mm砂床滤失分别降低了50%和40%，封堵效果较好。

综上，优化后的钾胺基聚磺防塌钻井液配方为：3%膨润土+0.2%NaOH+0.3%KPAM+0.3%FA367+5%KCl+1%DS302+2.5%SMP-2+2.5%SPNH+1%PAC-LV+1%润滑剂+2%QS-2+1%FT-1+1%YK-H+0.5%聚胺+1%RHJ-3+1%聚合醇+重晶石(加入KCl和聚胺后，适当增加了部分抗盐护胶材料加量)，钻井液性能为密度：1.27 g/cm3；漏斗黏度：55 s；中压失水：4 mL；动切力：6 Pa；塑性黏度：22 mPa·s；静切力：2/6 Pa；高温高压失水：12 mL/120℃；固相含量：10%；膨润土含量：30 kg/m3；滤饼摩阻系数：0.052 4；pH：9；CL-：24 000 mg/L。

该体系成功运用在塔河油田10区和12区两口长裸眼井，对比邻井，防塌钻井液密度从1.32 g/cm3降至1.27 g/cm3，二开长裸眼井段平均井径扩大率降低5%，三叠系、石炭系、志留系平均井径扩大率降低15%，机械钻速较邻近提高12%，且二叠系无漏失，取得了较好的防塌和防漏效果。

2. 井漏引起的井壁失稳对策

井漏引起的井壁失稳，多为失返性漏失，且环空不见液面，伴随钻具悬重上升。此类复杂，其根本原因在于环空液柱压力下降，如何保持环空液面最为重要，保持钻井液灌入速度大于漏失速度，可以维持一定的液面高度，可以一定程度上避免整个井筒出现垮塌。表5是失返性漏失井现场采取的措施和效果。

表5 失返性漏失井采取的措施和效果

从表5可以看出，采用大泵连续灌浆和强行起钻的措施可以最大程度上减少经济损失。以 TK7238井为例，其采取大泵连续灌浆的措施，起钻过程中能够灌满井筒，分析原因为，漏失钻井液和井底垮塌堵塞漏失通道。

五、结论

(1)Ø444.5 mm大井眼应当以适当低粘切(漏斗黏度：40～42 s；动切力：2～3 Pa；塑性黏度：10～12 mPa·s)、大排量(80～65 L/s)形成紊流进行携岩；Ø149.7 mm小井眼增斜段应当以适当低粘切(漏斗黏度：40～45 s；动切力：2～3 Pa；塑性黏度：10～15 mPa·s)、大排量(20～15 L/s)形成紊流进行携岩，并结合短起下和钻具旋转，破坏岩屑床，提高井眼净化效率。

(2)复杂井况下，采取高密度(2.5 g/cm3)、高粘切钻井液段塞携砂或者小排量(0～5 L/s)、小钻压(10 kN)划眼的方式做好井眼净化，效果较好。

(3)采用钾胺基聚磺防塌钻井液，在封堵、抑制、失水控制较好的前提下，塔河油田主体区块10区、12区防塌钻井液密度可从1.32 g/cm3降至1.27 g/cm3。

(4)因井漏引起液面迅速降低、钻具悬重上升时，存在井壁失稳风险，应用泥浆泵向环空大排量连续灌浆，并立即起钻至安全井段。