李歡歡，武艷紅

(1.大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院設(shè)計(jì)中心，黑龍江大慶163413;2.大慶鉆探工程公司地質(zhì)錄井二公司，吉林松原138000)

0 引言

海拉爾油田自2009年鉆井提速至今，經(jīng)鉆井完井電測(cè)曲線反映，許多井出現(xiàn)螺旋井壁現(xiàn)象，比例達(dá)15.60%，尤其在烏東區(qū)塊發(fā)生螺旋井壁就達(dá)到36口，占烏東區(qū)塊全部鉆井的28.8%。造成測(cè)井時(shí)曲線出現(xiàn)周期性擺動(dòng)變化，尤其是密度、聲波、井徑、感應(yīng)等曲線受影響的比較普遍，甚至造成曲線形態(tài)和幅度失真。導(dǎo)致地質(zhì)人員油氣層劃分難、油水層識(shí)別難、射孔井段選擇難，給地質(zhì)分層解釋上帶來(lái)不利影響。對(duì)于鉆井施工方，由于螺旋井眼的產(chǎn)生，易造成鉆具失效快、井眼清潔困難、倒劃眼切削新巖石、井眼質(zhì)量變差、建井費(fèi)用增加等問(wèn)題，延長(zhǎng)了完井周期，增加了鉆井投資成本，甚至影響到建井能否成功。隨著鉆井技術(shù)的進(jìn)步，為滿足勘探開(kāi)發(fā)、減少鉆井費(fèi)用、測(cè)井、采油、作業(yè)等要求，螺旋井壁問(wèn)題的研究及如何解決螺旋井壁顯得日益迫切。

1 烏東區(qū)塊螺旋井壁造成的危害

1.1 烏東區(qū)塊螺旋井壁情況統(tǒng)計(jì)

從2009年海拉爾鉆井提速至今，海拉爾油田出現(xiàn)螺旋井壁情況最為顯著的是2009、2010年2年，因統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)較多，選取有代表性的部分統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 烏東區(qū)塊出現(xiàn)螺旋井壁部分?jǐn)?shù)據(jù)

從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，大部分受影響的曲線多是AC、RHOB、CAL等，發(fā)生層位多在2000 m左右南屯組處，且受影響程度較為明顯。烏140－88井測(cè)井曲線的顯示見(jiàn)圖1。

圖1 烏140－88井電測(cè)曲線截圖

從圖1可看出，井徑(CAL)、深淺側(cè)向電阻率(LD、LS)和密度校正值(DRHO)均在同一井段出現(xiàn)正弦周期波動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)小隊(duì)通?？梢砸来伺袛啻硕纬霈F(xiàn)了螺旋井壁情況。另外在現(xiàn)場(chǎng)，有時(shí)也參考校正巖性密度測(cè)井曲線值(ZCOR)來(lái)判斷是否出現(xiàn)了螺旋井壁。

1.2 烏東區(qū)塊螺旋井壁造成的主要危害

螺旋井壁形成以后，不僅會(huì)導(dǎo)致井眼質(zhì)量變差，還會(huì)產(chǎn)生一系列危害：

(1)起下鉆以及鉆進(jìn)過(guò)程中，滑動(dòng)摩擦力較高，從而導(dǎo)致下鉆困難;鉆進(jìn)中鉆壓傳遞困難;鉆頭工作狀態(tài)不穩(wěn)定，致使機(jī)械鉆速降低;導(dǎo)致鉆具失效快，鉆頭壽命短。

(2)在螺旋井眼中倒劃眼時(shí)會(huì)切削巖石，同樣會(huì)降低鉆井時(shí)效和鉆頭的使用壽命。

(3)螺旋井壁形成后，易造成井眼清潔困難，致使巖屑沉積;而且起下鉆時(shí)沖擊井壁，井壁坍塌致使卡鉆事故。

(4)螺旋井壁會(huì)使測(cè)井響應(yīng)不穩(wěn)定，造成密度、聲波、井徑、感應(yīng)等曲線出現(xiàn)周期性擺動(dòng)變化，影響曲線的識(shí)別，影響地質(zhì)及含油氣解釋結(jié)果。

2 烏東區(qū)塊螺旋井壁的成因分析

井眼的形成受地層、鉆具組合、鉆井參數(shù)等多重因素的影響，并且鉆進(jìn)過(guò)程中鉆頭是旋轉(zhuǎn)的，當(dāng)鉆頭偏離井眼的中心線鉆進(jìn)，就會(huì)在井壁上產(chǎn)生螺紋，形成螺旋井壁。歸納起來(lái)，影響螺旋井壁產(chǎn)生的因素主要有如下幾個(gè)方面。

2.1 地質(zhì)因素

(1)海拉爾油田屬斷陷盆地，巖性復(fù)雜，儲(chǔ)層橫向變化快、縱向巖性復(fù)雜。主要以南屯組、銅缽廟組、大磨拐河組為目的層，巖性以泥巖為主夾大段雜色砂礫巖，地層泥巖、砂巖互層頻繁，礫石發(fā)育，可鉆性差、研磨性強(qiáng)，鉆進(jìn)過(guò)程中憋鉆、跳鉆嚴(yán)重，地層軟硬交替導(dǎo)致鉆具跳鉆嚴(yán)重，造成鉆頭不正常切削，極易造成螺旋井壁。

(2)海拉爾油田南屯組地層傾角達(dá)到30°～40°，而且傾角規(guī)律性不強(qiáng)，井斜控制十分困難;并且由于地層的各向異性、傾角以及可鉆性不同，在鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆頭受這些不可抗因素的影響，鉆出的井眼井斜、方位頻繁變化，極易出現(xiàn)螺旋井壁。

2.2 工程原因

2.2.1 鉆頭類型及結(jié)構(gòu)的影響

(1)自從海拉爾鉆井提速以來(lái)，在鉆頭類型的選擇上，大多使用的是PDC鉆頭，從而使機(jī)械鉆速得到較大提高。但同時(shí)徑向側(cè)切能力也大大加強(qiáng)，增加了井壁的螺旋趨勢(shì)。

(2)鉆頭結(jié)構(gòu)方面也有很大的關(guān)系，根據(jù)統(tǒng)計(jì)得出，使用PDC鉆頭配合使用單彎螺桿時(shí)，一些保徑短的鉆頭，在井底工作的穩(wěn)定性及抗地層作用的能力較差，會(huì)加劇鉆頭的側(cè)切效果，尤其斜翼鉆頭在鉆具自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的共同作用下，比直翼鉆頭更容易產(chǎn)生螺旋井壁(見(jiàn)表2)。

表2 烏東區(qū)塊螺旋井壁情況

2.2.2 螺桿鉆具的影響

目前在海拉爾油田使用的鉆具組合多是φ215.9 mm鉆頭 +φ172 mm螺桿(單彎、直)+φ177.8 mm鉆鋌+φ212 mm扶正器+鉆鋌+鉆桿。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是直螺桿還是單彎螺桿都可能發(fā)生螺旋井壁，但從全部統(tǒng)計(jì)結(jié)果可看出，單彎螺桿發(fā)生螺旋井壁的可能性大于使用直螺桿。在烏東區(qū)塊選取其中2個(gè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 烏東區(qū)塊螺桿鉆具組合使用

表3鉆具組合中的φ172 mm直螺桿，尺寸、剛性較小，與井眼之間間隙較大，穩(wěn)定性差，當(dāng)鉆壓接近或達(dá)到一次彎曲臨界鉆壓時(shí)，直螺桿很容易發(fā)生一次彎曲，使鉆頭的破巖方向偏離井眼軸線方向，在鉆具公轉(zhuǎn)的作用下也容易形成螺旋井壁，此時(shí)直螺桿作用相當(dāng)于單彎螺桿，單彎螺桿則更加嚴(yán)重;單彎螺桿外殼有一個(gè)彎角，還帶一個(gè)螺旋扶正器，起到了支點(diǎn)作用。這樣的結(jié)構(gòu)，使得鉆頭中心線與鉆具軸線之間固有一個(gè)夾角，鉆頭偏指向井壁。在鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆壓在徑向上有一個(gè)分力周向切削井壁，在鉆具的公轉(zhuǎn)作用下，隨著井眼的延伸，逐漸形成了螺旋井壁，但總體來(lái)說(shuō)，單彎螺桿易發(fā)生螺旋井壁，而直螺桿則好得多。

2.2.3 鉆井參數(shù)的影響

鉆井參數(shù)中除轉(zhuǎn)速、鉆壓外，其它參數(shù)與鉆進(jìn)速度之間的關(guān)系對(duì)形成螺旋井眼的作用都不大。鉆壓主要是在滑動(dòng)鉆進(jìn)過(guò)程中影響較大，鉆壓越大鉆具越接近一次彎曲，造成鉆具反向公轉(zhuǎn)的幅度越大，同時(shí)形成螺旋井眼的側(cè)向分力也越大。轉(zhuǎn)速無(wú)論大小都將導(dǎo)致鉆具的公轉(zhuǎn)，只是轉(zhuǎn)向不同而已。公轉(zhuǎn)是形成螺旋井眼的必要條件，在此基礎(chǔ)上，鉆速的大小則決定螺旋井眼的嚴(yán)重程度，即螺距的大小，其為某一值時(shí)將影響到測(cè)井的效果。

井眼擴(kuò)大也是發(fā)生螺旋井壁的原因之一。因?yàn)榫蹟U(kuò)大不僅會(huì)導(dǎo)致渦動(dòng)，而且會(huì)影響側(cè)向力和鉆頭偏轉(zhuǎn)角，自然會(huì)形成螺旋井壁。

3 螺旋井壁的解決方法

螺旋井眼的形成是很難避免的，而帶有結(jié)構(gòu)彎角的導(dǎo)向鉆具在旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過(guò)程中必然產(chǎn)生螺旋井眼。應(yīng)從以下幾個(gè)主要方面防止螺旋井眼的形成。

3.1 加強(qiáng)地層規(guī)律性的總結(jié)和分析，提前預(yù)防

加強(qiáng)地層規(guī)律性的總結(jié)和分析，對(duì)不同區(qū)塊出現(xiàn)螺旋井眼現(xiàn)象的井，分層位進(jìn)行分析。對(duì)易產(chǎn)生螺旋井眼的層位進(jìn)行提前預(yù)防：如增加短起下鉆的次數(shù)，適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行鉆井參數(shù)、鉆具組合的調(diào)整，鉆頭選型進(jìn)行更換。

3.2 目的層進(jìn)行重點(diǎn)預(yù)防，采取多重措施防止螺旋井眼大段出現(xiàn)

首先，在目的層鉆進(jìn)要使用牙輪鉆頭，采用合理的鉆進(jìn)參數(shù)，均勻送鉆，適當(dāng)提高轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，同時(shí)控制鉆速。鉆速較快時(shí)采用降低鉆壓控制鉆速措施。若在目的層易發(fā)生螺旋井眼井段鉆進(jìn)采用劃眼措施，提前預(yù)防。表4為推薦使用的鉆進(jìn)參數(shù)。

表4 推薦使用鉆進(jìn)參數(shù)

其次，目的層井段避免使用單彎螺桿鉆具組合復(fù)合鉆進(jìn)。若目的層使用單彎螺桿，則糾斜井段起出糾斜鉆具后，在該井段要認(rèn)真劃眼。

3.3 設(shè)備、工具、工藝選用上的優(yōu)化

(1)增強(qiáng)螺桿扶正器的扶正特性。如適當(dāng)增加螺桿扶正器的直徑，確保螺桿扶正器起到修正井壁的作用。如有可能，直井段選用較大尺寸的螺桿鉆具，對(duì)防斜及預(yù)防螺旋井眼將有很好的效果。定向或糾斜時(shí)盡量選用彎角、扶正器外徑均較小的單彎螺桿。在進(jìn)入易產(chǎn)生螺旋井眼的層位，盡量采用直螺桿加鉆頭復(fù)合鉆進(jìn)，消除螺旋井眼的根源。

(2)鉆進(jìn)過(guò)程中，加強(qiáng)鉆井液性能維護(hù)，提高井壁穩(wěn)定性，減少對(duì)泥砂巖互層井段的影響。增大鉆井液的排量，清潔井眼。

(3)目的層每鉆完一個(gè)單根劃眼不少于3次，修整井壁，使其光滑，必要時(shí)毎鉆進(jìn)100～150 m進(jìn)行短起。

(4)鉆具組合方面，在適當(dāng)增大扶正器的尺寸的同時(shí)再加一個(gè)扶正器，組成大鐘擺，增大鉆具組合剛度，既防斜又增加了鉆具的穩(wěn)定性。

(5)在鉆鋌選用方面，要與螺桿尺寸相匹配，尤其螺桿上邊的兩根鉆鋌，使用較大尺寸鉆鋌，增加鉆柱剛度，增強(qiáng)下部鉆具的穩(wěn)定性。

(6)鉆頭選型方面，油層最好使用牙輪鉆頭。若用PDC鉆頭，要選用保徑齒切削作用小、加長(zhǎng)、直翼保徑的鉆頭，建議廠家生產(chǎn)此類個(gè)性化鉆頭;使用加長(zhǎng)鉆頭冠保徑，保徑齒切削作用小，保徑效果好的PDC鉆頭。

3.4 測(cè)井作業(yè)過(guò)程中的應(yīng)對(duì)措施。

針對(duì)易產(chǎn)生螺旋井眼的層位，電測(cè)時(shí)要降低測(cè)井速度。

在測(cè)井過(guò)程中，尤其在易形成螺旋井眼的井段，要控制上測(cè)速度，減少儀器的旋轉(zhuǎn)和擺動(dòng)。同時(shí)在測(cè)井過(guò)程中一旦發(fā)現(xiàn)有螺旋井眼現(xiàn)象，測(cè)井隊(duì)?wèi)?yīng)提供存在螺旋井眼曲線及井段數(shù)據(jù)，鉆井隊(duì)在存在螺旋井眼井段采取有效劃眼措施，消除螺旋井眼，滿足測(cè)井錄取資料要求。

3.5 補(bǔ)救措施

(1)采取了各種措施，但仍然出現(xiàn)螺旋井眼，要立即停止電測(cè)，下入滿眼鉆具對(duì)螺旋段劃眼修復(fù)，破壞掉井眼的螺旋趨勢(shì)后重新測(cè)井。

(2)針對(duì)螺旋井壁波幅小的螺旋井眼，下入滿眼鉆具或擴(kuò)眼鉆頭對(duì)螺旋井眼反復(fù)劃眼，即：φ215.9 mm鉆頭+φ215 mm扶正器 +短鉆鋌 +φ215 mm扶正器+1根鉆鋌+φ215 mm扶正器+3根鉆鋌+φ215 mm扶正器+鉆柱。

(3)井下具備條件時(shí)可使用φ215.9 mm的“喇叭”口套銑頭+φ208 mm(3～5 m)套銑筒對(duì)發(fā)生的螺旋井壁的井段進(jìn)行劃眼來(lái)修整井壁。

4 應(yīng)用效果

2012年下半年在烏爾遜凹陷烏36和烏42兩口井試驗(yàn)螺旋井眼的避免以及解決方法，取得了較好的效果，特別是烏42井，電測(cè)顯示井壁光滑，未大面積出現(xiàn)螺旋井眼。

烏42井是部署在海拉爾盆地貝爾湖坳陷烏爾遜凹陷中部隆起帶上的一口預(yù)探井，設(shè)計(jì)井深2850.00 m，實(shí)鉆井深2789.00 m，目的層為南屯組。

烏42井鉆井難點(diǎn)多，一是伊敏組到南屯組地層傾角范圍為7.6°～19.0°，地層傾角大;二是從2337線地震時(shí)間剖面上看，本井將于伊敏組三段+二段下部約840 m、伊一段中下部約1290 m、大一段頂部2110 m左右分別鉆遇斷層;三是本井于伊敏組、大磨拐河組可能有煤層;四是在南屯組鉆遇砂巖及砂礫巖時(shí)，控制鉆進(jìn)參數(shù)及鉆速，防止出現(xiàn)螺旋井眼。

針對(duì)烏42井地質(zhì)條件及可能出現(xiàn)螺旋井眼的情況，制定了施工措施，施工中未大面積出現(xiàn)螺旋井眼，提高了施工質(zhì)量。

(1)二開(kāi)采用鐘擺鉆具組合，輕壓吊打確保井眼打直，合理施加鉆壓，定點(diǎn)測(cè)斜，加密測(cè)斜，發(fā)現(xiàn)井斜上漲趨勢(shì)，及時(shí)采取降斜措施。

(2)二開(kāi)鉆至大磨拐河組前對(duì)鉆井液進(jìn)行一次大處理，加足腐鉀、防塌劑、樹(shù)脂和NPAN，達(dá)到穩(wěn)定井壁的目的，后續(xù)施工鉆井液性能穩(wěn)定，攜砂能力好，從而確保了施工的順利進(jìn)行，避免了螺旋井眼的出現(xiàn)。

(3)重視下部地層鉆頭選型，合理選擇鉆頭類型，鉆進(jìn)過(guò)程中時(shí)刻觀察鉆時(shí)、扭矩等參數(shù)的變化，每次鉆頭接觸井底后輕壓?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)盤，避免了瞬間沖擊載荷對(duì)鉆頭的損害以及對(duì)井壁的不規(guī)則影響。從而避免了鉆頭事故的發(fā)生，提高了機(jī)械鉆速和井身質(zhì)量。

烏42井實(shí)鉆井徑、井斜均在標(biāo)準(zhǔn)要求內(nèi)，井壁光滑，井徑及井斜情況如圖2所示。

圖2 烏42井井徑、井斜示意圖

5 結(jié)論與建議

(1)提速與井眼質(zhì)量是辯證關(guān)系，提速的同時(shí)要兼顧井身質(zhì)量。所以避免螺旋井眼的措施應(yīng)分層段——非目的層以提速為主，而目的層以保證井身質(zhì)量為主，以保證能夠滿足精細(xì)化分解釋地層的需要。

(2)使用大尺寸螺桿、鉆鋌，必須考慮井壁穩(wěn)定的問(wèn)題，一旦井壁不穩(wěn)定，必將造成起鉆困難甚至卡鉆，泥漿方面要加大投入，保證性能滿足井下需要。

(3)針對(duì)螺旋井壁波幅大的螺旋井眼，常規(guī)修整措施難以取得效果時(shí)，建議研制井壁破除器修整井壁。

(4)螺旋井眼是多種因素形成的，是很復(fù)雜的課題，研究這些因素如何影響螺旋井眼以及影響程度十分必要，特別是研究不同因素耦合作用的影響是當(dāng)前乃至今后研究的重點(diǎn)。

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