复杂地层钻井护壁

复杂地层钻井护壁（精选三篇）

复杂地层钻井护壁 篇1

重庆天府磨心坡矿区位于重庆市北碚区, 地质构造属于观音峡背斜, 在大地构造上位于重庆陷褶束之南段, 构造线走向以北北东———南南西为主。该区主要含煤地层为二叠纪龙潭组, 全区采煤层5 层, 真厚约140m。钻孔穿过的地层由新到老为: (1) 第四系:厚度0-10m不等, 均为第四系松散堆积物, 呈盖层状分布。由亚粘土、砂质亚粘土和含泥砂、碎石、砾石组成的残坡积、冲洪积物组成。 (2) 三叠系下统嘉陵江组 (T1j) :主要以灰色、灰白色中厚层状白云岩、岩溶角砾岩, 生物碎屑灰岩, 灰色厚层~块状石灰岩为主, 平均厚度520 米。 (3) 三叠系下统飞仙关组 (T1f) :主要以紫红色钙质泥岩、浅灰色中厚层~厚层状灰岩、鲕粒灰岩、生物碎屑及砂砾屑灰岩、黄绿色钙质泥岩为主, 平均厚度500 米。 (4) 二叠系上统长兴组 (P3c) :主要以灰、深灰色中厚-厚层状石灰岩为主, 中、上部含燧石结核。平均厚度120m。 (5) 二叠系上统龙潭组 (P3l) :分五段, 其中二、四段由石灰岩、硅质灰岩组成。一、三、五段由泥岩、细粒砂岩、粉砂岩和煤层交替组成, 并含有较多的黄铁矿、菱铁矿结核或透镜体。主采煤层位于第一段, 平均真厚36m。 (6) 二叠系中统茅口组 (P2m) :主要以浅灰、深灰色厚至块状石灰岩为主, 平均厚约95m。

2 钻探施工难点

(1) 钻孔为定向斜孔, 施工过程中必须严格控制钻孔的方位和顶角。 (2) 构造复杂, 岩石破碎, 绝大多数钻孔在孔深500m以浅为全漏失。 (3) 长兴灰岩中、上部含燧石结核较多, 岩石坚硬钻头打滑, 进尺慢, 不但影响了钻进效率, 同时也不能在该段进行造 (纠) 斜钻进。 (4) 真厚只有140m的煤系地层, 由于地层倾角较大, 钻孔揭露煤系段厚度在260-300m。如果钻孔遇逆断层, 煤系地层厚度将进一步增加 (施工时有3 个钻孔遇断层) 。 (5) 由于煤系地层主要以泥岩、细粒砂岩、粉砂岩和煤层这些水敏性为主, 在施工过程中为了保证钻孔壁的稳定性, 在煤系地层中施工时必须使用泥浆护壁。 (6) 深孔定向斜孔钻进, 容易造成断钻杆事故的发生。矿区完成的14 个钻孔, 钻孔上部600m以浅如果不采取堵漏措施, 均为全漏失钻孔。最深的钻孔在950m处也有漏失点。钻孔进入煤系地层后多数钻孔出现垮塌、掉块 (黄铁矿、菱铁矿结核) , 尤其是以绳钻施工的钻孔, 更为严重。

3 非煤系地层堵漏方案

由于该矿区钻孔都是设计的定向斜孔钻孔, 施工时我们采用了以 Φ94mm终孔的普通钻进方法。为了避免定向钻进过程中发生断套管事故, 我们采取了在上部嘉陵江组、飞仙关组地层中按设计将钻孔的顶角、方位角控制到设计要求, 揭穿长兴组后再下套管堵漏的方法。

3.1 开孔护壁堵漏方案

开孔钻进主要以控制钻进用水量和慢速进行钻进, 钻至完整基岩3-5m后, 快速下入井口管进行挡垮、堵漏。然后采用 Φ110mm孔径钻进。大层钻进使用清水作为冲洗液。

3.2 非煤系地层堵漏方案

该区的嘉陵江组、飞仙关组、长兴组地层, 受地质构造的影响, 钻进过程中主要表现为漏失, 偶尔也有掉块的现象发生。考虑到下部煤系地层施工时要使用泥浆护壁, 所以在进入煤系地层前, 必须保证钻孔返水。在这段施工过程中, 我们主要采用堵漏和下套管挡的办法。堵:施工过程中每回次坚持直接向孔内投拌有锯末的黄泥球。这种方法可以封堵孔内的小裂隙带来的冲洗液消耗, 保证钻孔正常返水。挡:如遇较大的裂隙或溶洞时, 堵不行就采用套管挡。具体方法是, 用130mm孔径扩孔下 Φ127mm套管。如我们施工的ZK2号孔, 扩孔下了520mΦ127mm套管。

3.3 下套管的注意事项

下套管前用同径岩芯管穿过下套管段, 确认孔内畅通无阻时再下套管。下放的套管外部应涂黄油, 以利于起拔。套管丝扣连接处涂抹松香, 保证套管在施工过程中不漏水。套管下端应用手锤打成喇叭口, 上端应接一个喇叭型管袖, 孔口处应用木楔、粘土和草绳封严, 使套管居于井口中心处和预防冲洗液倒流。下套管时应尽量快, 中途不得停顿。如果下入的套管多, 为了减轻上部套管拉力, 可将套管底端用木楔 (或挡板) 堵住, 套管下好后, 将其扫掉。由于该区钻孔都是定向斜孔钻孔, 钻孔孔壁为上小下大的“鸡蛋”形, 堵漏套管下到位后套管底部必须进行封堵。该区采用的是“架桥”下水泥浆止水。

4 煤系地层护壁方案

4.1 泥浆选类

针对磨心坡矿区煤系地层的特点, 在泥浆的选择过程中, 我们考虑了使用不分散固相泥浆 (聚合物) 作为钻孔的冲洗液。其理由一是在使用过程中粘土颗粒因为高聚物的存在而变得更粗;二是对进入冲洗液体系的岩粉起絮凝作用, 不使其分散, 利于除渣净化;三是对孔壁不稳定砂、泥页岩和煤层不起分散作用, 而起抑制保护作用, 泥浆配方为:粘土∶水∶水解聚丙烯酰胺∶羧甲基纤维素=1∶20∶0.1∶0.1-0.2。配制好的泥浆性能为:比重1.05-1.10;粘度20-30 秒;失水量8-12ml/30min;p H值8-9。在配制泥浆前最好将粘土粉浸泡2 天, 使其充分水化。

4.2 严格按照配制程序、方法操作

一是严格计量。在配制泥浆时, 各种添加剂的配量要准确。特别是加量较小的, 更要做到十分精确。这样可防止因加量不足或过多, 造成泥浆性能指标达不到设定值, 而致使孔内事故的发生。二是依次加入。泥浆是添加剂与溶解介质的组合。它的多功能体系由多个单功能体组成, 即多种添加剂混合组成。在配制过程中, 应按照分散、增稠、增粘、润滑、絮凝的方式依次加入。三是性能调整。性能调整是泥浆配制过程中的一个调制程序, 主要是由于环境、条件、人为等因素, 造成按剂量配制出来的泥浆达不到体系所要求的性能指标。四是充分搅拌。充分搅拌是促使各个单功能体快速、均匀地溶入泥浆中, 完成整个配制过程。

4.3 泥浆的维护和管理

一是切实做好对返浆性能的测定。施工过程中每班派专人对返浆性能进行认真的测定, 使泥浆的性能保持在最佳值。发现问题及时进行维护和处理。二是及时调整泥浆性能。钻进过程中如果发现钻孔有垮塌的迹象, 马上调整泥浆比重, 同时向泥浆加入腐植酸钾, 以抑制砂、泥岩水化。三是泥浆循环系统搭棚避雨, 防止雨水和地表水流入泥浆池内对泥浆的损害。四是认真、及时对有害固相进行清除。钻场布置时, 泥浆循环系统必须符合规程要求。

5 取得的成果

重庆天府磨心坡矿区施工的14 个钻孔, 采用上述护壁堵漏措施基本上完成了钻孔的施工, 有效地解决了上部地层漏失和下部煤系地层垮塌、掉块的现象, 控制了煤层的标高, 为提交地质报告提供了深部第一手资料。但使用绳钻施工的ZK2 号孔进入煤系地层80m后泥浆使用不当, 造成钻孔大面积垮塌, 钻孔无法再继续施工。后采取在飞仙关组打偏眼才使得该孔顺利竣工, 该孔报废钻探进尺350m。使用普钻施工的ZK7 号孔, 由于断层影响, 使其煤系地层厚度增加。该孔在断层破碎带处垮塌严重, 泥浆无法有效地保护孔壁, 后采用下飞管的办法, 才使用钻孔顺利终孔。

6 结束语

钻探施工过程中, 针对不同地层漏失、垮塌的特点, 分段采用不同的堵漏、护壁手段, 能够有效地解决钻孔部分漏失、全漏失和钻孔在水敏性地层施工中的垮塌、掉块现象, 提高钻进效率, 减少和避免孔内事故的发现, 实现安全生产。

摘要：重庆天府磨心坡矿区以上部灰岩地层岩层破碎、溶洞裂隙发育、漏失严重, 长兴地层岩石硬度高, 可钻性级别在7-10级, 下部煤系地层倾角大且厚的水敏性地层而著称。为了有效地控制该矿区煤层标高, 施工时钻孔均设计为定向斜孔。通过对该地区钻进过程中护壁堵漏的一系列的探索和分析, 针对施工钻孔出现的具体问题, 采取了相应的技术措施, 提高了钻进效率, 减少了孔内事故, 实现了安全生产, 为矿区地质勘探报告的提交奠定了基础。

复杂地层钻井护壁 篇2

深部找矿勘探给钻探技术提出了更高的要求.钻孔越深,施工周期越长,孔内往往越复杂,施工难度越大.在复杂地层进行深孔钻探更是如此,护壁技术显得尤为重要.结合近年来进行深孔钻探所遇到的`问题,对复杂地层深孔钻进泥浆护壁技术进行了较深入的探讨,并在生产实践中对PHP泥浆和新型LBM泥浆进行了试验应用,取得了较好的效果,对深孔钻探施工具有一定的借鉴意义.

作 者：孙丙伦 陈师逊 陶士先 SUN Bing-lun CHEN Shi-xun TAO Shi-xian  作者单位：孙丙伦,SUN Bing-lun(吉林大学,吉林,长春,130026;山东省地质矿产勘查开发局,山东,济南,250013)

陈师逊,CHEN Shi-xun(山东省第三地质矿产勘查院,山东,烟台,264000)

陶士先,TAO Shi-xian(北京探矿工程研究所,北京,100083)

复杂地层钻井护壁 篇3

1 地层特点及施工难点

馆陶组常压K=0.9;沙三段砾岩体异常高压K=1.70-1.90。纵向:沙四段常压K=1.20-1.30, 断层裂缝K<1;横向:沙三段砾岩体储层物性非均质。储层条件复杂, 储层以裂缝为主, 且底部与断层潜山相连。地层倾角大, 井斜难以控制;地层岩性较复杂, 钻头选择难度大;地层压力系统复杂, 井喷、井漏情况多;大套油泥岩、页岩坍塌掉块;卡钻、断钻具、钻头等事故频繁。

2 技术研究与应用

2.1 防斜打快配套技术研究

根据国内外对防斜打快技术的研究成果以及我们对车66区域地层倾角对井斜的影响规律的研究, 综合运用了复合钻进技术、偏轴钻具组合、柔性钟摆等技术, 实现了防斜打快。

2.1.1 二开上部井段采用复合钻进技术, 配合五刀翼大片PDC钻头, 在提高机械钻速的同时达到防斜打快的目的。

BHA组合:Φ311mmPDC+Φ210mm螺杆钻具+Φ203mm钻铤1根+Φ203mm短钻铤Φ311mm稳定器+Φ203mm钻铤3根+Φ178mm钻铤3根+Φ127mm加重钻杆12根。

使用五刀翼大片PDC钻头配合加长传动轴的中空螺杆钻具的钻具结构, 有效的提高了上部地层的机械钻速, 减少了井斜的影响以及减少了井下复杂情况的发生。

2.1.2 利用中国石油大学的底部钻柱运动状态及动力学特性模拟装置, 实验室评价了各种偏轴钻具组合的防斜打直效果。

优选防斜效果最好的钻具组合, 并根据实验情况制定了合理的工艺措施。

2.1.3 在深部地层不适合PDC钻进的井段我们采用柔性钟摆钻具组合配合高效牙轮钻头, 即起到防斜打直的效果又能够解放钻压提高机械钻速:

BHA组合:Φ215.9m m钻头+Φ177.8m m钻铤2根+Φ215m m稳定器+Φ158m m钻铤1根+Φ215mm稳定器+Φ178mm钻铤3根+Φ127mm加重钻杆12根;

BHA组合:

Φ2 1 5.9 m m钻头+Φ2 0 3 m m偏轴接头+Φ178mm钻铤2根+Φ214mm稳定器+Φ178mm钻铤4根+Φ127mm钻杆。

2.1.4应用钻井院研制的机械式随钻测斜工具。

该装置连接在钻铤上, 通过开泵时泵压脉冲的数量显示井斜的度数。司钻可以随时了解井斜的情况, 适时吊打或加压钻进。平均机械钻速明显。

2.2 聚磺表面处理钻井液体系防塌防漏技术研究应用

深井聚磺钻井液体系具有易分散的特性, 在高温、高密度的作用下, 钻井液抗油气效果差, 流变性变差, 造成井漏、井塌等井下复杂情况的发生。

2.2.1 室内研究

2.2.1. 1 钻井液体系配方的确定。

通过室内实验评价, 优选各类钻井液处理剂, 按照常规处理加量评价, 经大量试验, 确定聚磺钻井液体系配方如下:

4%膨润土+0.3%L S-Y W+0.5%S J-1+2%SD-202+3%KFT+3%SD-101+2%ZX-8+2%WJH-1+1%SF-1+其它辅助剂 (NaOH、润滑剂、加重剂等) 。

2.2.1. 2 智能型防漏堵漏钻井液

依据车66区块渗透性、裂缝漏失类型, 以智能型封堵类材料 (SY) 系列、酸溶性膨胀堵漏剂 (ZX-12) 及抗压堵漏剂 (KSY) 为主, 研制了两种防漏堵漏钻井液配方, 并配套系列化, 两种防漏堵漏钻井液具体配方如下:

配方1:低强度低桥塞防漏堵漏钻井液

添加剂:SY-5、ZX-12、KSY

加量:2～3%SY-5、2～3%ZX-12、1.5～2%KSY

该配方适用于普遍漏失层, 钻进循环中, 直接封堵一般渗透性、裂缝性漏失通道, 提高地层承压能力, 可正常使用振动筛, 不会影响钻井液的净化。

配方2:低强度高桥塞可变形、膨胀型堵漏钻井液

添加剂:SY-4、ZX-12、KSY、复合堵漏剂

各组分加量:3-5%S Y-4、3-5%Z X-12、2-3%KSY、5-10%复合堵漏剂

该配方适用于严重性漏失层堵漏, 通过钻具将堵漏钻井液打入漏层, 静止、蹩压, 利用各类堵漏材料架桥、封堵不同尺寸的漏失通道, 提高地层承压能力, 保证堵漏效果。

2.2.2 应用效果

2.2.2.1车66-1井, 通过表面活性剂处理, 提高了聚磺钻井液高温稳定性、抗污染能力, 完钻密度1.87g/c m3, 钻井液流变性能稳定;

2.2.2.2在大86、车74井, 分别三开前将钻井液转化为聚磺表面处理钻井液, 其中大86井现场加重最高密度1.96g/c m3, 车74井现场加重最高密度1.93g/c m3, 钻井液流变性能良好, 未出现任何井下复杂情况。

3 取得的成效

通过以上技术的研究和综合应用, 有效的减少了车66区块的钻井事故和复杂情况的发生, 所钻井的事故率同比降低了65%, 提高了本地区的钻井效率。通过车66区块复杂地层钻井技术研究, 与应用前相比, 深井 (井深>4000m) 钻井速度有了明显的提高。统计分析全部10口井, 提高机械钻速4.45米/小时、缩短钻井周期64.952天、缩短建井周期约81.96天, 效果明显。

4 结论与认识

(1) 形成了车66地区复杂地层钻井配套技术;

(2) 优选抗高温、抗盐处理剂, 组配聚磺钻井液配方;在常规聚磺钻井液基础上通过表面活性剂的处理提高了钻井液抗温抗油气污染的能力;

(3) 配套的复合堵漏技术, 提高钻井液防漏堵漏效果, 减少了复杂情况的发生, 提高了生产时效。

参考文献

[1]、赵金洲, 赵金海《胜利油田深井超深井钻井技术》石油钻探技术2005.051-3

[2]、魏文忠, 赵金海, 练钦《胜利油田深井技术套管损坏原因分析》石油钻探技术2005.041-3