克深区块盐膏层安全钻井技术

2022-09-11

一、塔里木油田盐膏层钻井概况

塔里木盆地北部的库车坳陷第三纪发育盐湖, 沉积了巨厚的膏盐岩层。由于盐膏层的非均质性、塑性蠕变、含盐泥岩易垮塌等复杂地质特点, 及上下地层压力系统的巨大差异, 在钻井施工过程中经常引起卡钻、埋钻、套管挤坏、固井管外水泥挤空等钻井工程复杂和事故, 施工作业风险极大, 甚至因盐膏层的影响无法钻达设计井深或中途报废井。

二、盐膏层钻井技术难点

1. 盐膏层蠕变特性

变试验研究和理论分析结果表明, 盐膏层蠕变分为3个阶段—瞬态蠕变、稳态蠕变以及加速度蠕变。对于石油工程, 盐膏层主要表现为瞬态蠕变、稳态蠕变两个阶段, 在钻进和下套管固井后主要受稳态蠕变的影响。

(1) 瞬态蠕变期, 位于蠕变曲线的初始阶段, 在到达下一阶段前, 该阶段盐岩蠕变应变率逐渐降低;

(2) 稳态蠕变期, 位于蠕变曲线的第二部分, 该阶段蠕变应变率保持恒定;

(3) 加速蠕变期, 该阶段蠕变应变率逐渐增加直到试样破坏。

由于盐层分为纯盐岩和复合盐岩, 而且克深区块临井之间地质资料可比性差, 因此在钻井过程中需要取芯对岩芯进行再不同围压下的三轴压缩蠕变实验, 分析其蠕变规律。同时在钻井过程中, 采取模拟下套管措施, 观察和得到该井盐膏层蠕变缩径速度与时间关系, 为后期下入技术套管提供支撑数据。

2. 盐膏层承压堵漏

根据普遍地层情况, 盐膏层上、下地层压力存在巨大差异, 为平衡上、下部井段盐膏层的塑性蠕变, 需要调整泥浆密度来平衡盐膏层地层压力。一般使用高密度欠饱和盐水钻井液平衡盐膏层地层压力及溶蚀盐膏层以控制其蠕动速率。当钻井液液柱与地层压差超过临界压差时, 易压漏上部地层, 给钻井施工带来极大困难。必须对上部低压力地层进行承压堵漏, 以提高其承压能力。

克深区块其中砂、泥岩段地层本身承压能力较弱, 当与盐膏层在同一开次钻进过程中, 由于需要提高钻井液密度平衡盐膏层地层压力, 过高的液柱压力必然会引起低压地层的漏失。

根据“应力笼”模型, 当钻井液液柱压力超过地层的破裂压力时, 井壁便会产生裂缝, 在裂缝形成后, 固相颗粒和泥饼迅速在裂缝的近井眼处形成封堵, 就像一个“楔子”一样楔进裂缝当中, 对地层形成了压缩;此时钻井液液柱压力通过“楔子”作用在裂缝近井眼端的两侧形成了压缩环, 即“应力笼”, 而它的产生使得井眼的强度得以提高;当钻井液液柱压力大于裂缝尖端的闭合应力时, 漏失便会发生。

因此承压堵漏的关键是根据漏失情况选择合适的堵漏材料和堵漏配方, 而盐膏层发生漏失主要是因为液柱压力过高压裂地层或者钻遇裂缝性地层造成的, 需要选择有效深入裂缝起到桥堵作用, 同时要有能力迅速滤失, 沉积出非常厚的泥饼的高失水材料, 当堵漏过程中裂缝中充满这种坚韧的泥饼后, 井眼强度就将得到提高, 承压堵漏就会取得不错的效果。同时, 温度对于堵漏材料在井下的影响也非常明显, 大多数堵漏材料在120°C内物性不会发生明显变化, 而高于120°C后强度会明显下降, 甚至烧焦等情况。克深区块库姆格列木群盐膏层温度在95-110°C之间, 因此选择果壳、锯末、SQD-98等常规堵漏材料是可行的。承压堵漏的施工过程如下:

(1) 下入牙轮钻头或者扩孔工具进行通井作业, 采用高粘钻井液携砂清洗井筒。

(2) 根据后期固井施工附加压力确定承压堵漏所需要达到的压力。

(3) 下入光钻杆进行承压堵漏作业。为了满足下部下入技术套管和固井作业的要求, 承压堵漏一般采用全裸眼段承压堵漏, 关井后采取小排量多次憋高井筒压力, 强化堵漏能力。

(4) 根据克深区块盐膏层承压漏失情况, 可采用总浓度19%-29%的堵漏配方:3-5%核桃壳 (中粗) +5-6%核桃壳 (细) +2-4%锯末+4-6%SQD-98 (中粗) +4-6%SQD-98 (细) +1-2%JYW-1。

(5) 承压堵漏成功后, 下入牙轮钻头通井验证。

承压堵漏配方要根据岩性及其钻井过程中漏失情况, 选择堵漏剂中大、中、小堵漏颗粒, 提高封堵效果, 保证地层的承压能力大于盐膏层蠕动的平衡压力当量密度, 小于地层破裂压力当量密度。

3. 盐膏层扩眼技术

由于盐膏层在高温、高压下发生塑性蠕动易发生卡钻、挤毁套管等事故, 现场钻井施工过程中常常采用随钻扩孔技术增大井眼尺寸, 这样有利于盐膏层安全钻进, 也提高了后期下入技术套管的安全性。

(1) 根据钻井设计选择合适的随钻扩孔工具并组合好钻柱, 在入井前仔细检查工具并试验成功后再入井。

(2) 随钻扩孔工具进入盐膏层裸眼段前控制钻柱下放速度, 小心缓慢地通过测井资料预测的地层缩径井段。当随钻扩孔工具快到井底时, 放慢下放速度, 小心探底, 若发现遇阻立即上提钻具, 大排量开泵循环携砂15-30min。

(3) 随钻扩孔工具的井底磨合。先缓慢启动钻机转盘, 尽可能用大的排量, 缓慢接触井底, 钻压20~30 k N使随钻扩孔工具井底造型15-30min。当随钻扩孔工具进入新地层后, 钻时逐渐减慢, 可适当增加钻压, 这时应密切注意转盘扭矩的变化情况, 出现异常时应及时上提钻具, 划眼后至正常后再重新接触井底。

(4) 每次接单根前要反复划眼至起下钻无阻卡现象, 同时接单根动作迅速, 要求钻具在裸眼段的静止时间不超过5min。接完单根后, 立即开泵建立循环, 正常后再接触新地层恢复钻进。