許京國 葛濱海 王建俊 鄒 榮 呂東華 傅廷剛

（渤海鉆探第三鉆井公司，天津 300280）

酸化解卡工藝在柳109井的實踐與認識

許京國 葛濱海 王建俊 鄒 榮 呂東華 傅廷剛

（渤海鉆探第三鉆井公司，天津 300280）

柳109井是位于玉門油田酒西地區(qū)柳溝莊構(gòu)造上的一口三開評價井，該井在三開小井眼欠平衡鉆井作業(yè)時發(fā)生卡鉆頭事故，事故處理受到井眼尺寸和處理工具的限制。分析了卡鉆地層巖樣，進行了樣品酸化率試驗，制訂了酸化解卡方案。試驗表明，土酸可使被卡鉆具與地層之間的黏結(jié)物、地層巖屑或掉塊在酸化反應(yīng)下裂解、破碎、疏松從而使被卡鉆具解卡。本井應(yīng)用土酸酸化解卡工藝，使事故得以順利解除，對深井小井眼鉆井卡鉆事故處理提供了一定經(jīng)驗和借鑒。

玉門油田；柳109井；小井眼；卡鉆；碳酸鹽巖；酸化解卡

1 柳109井卡鉆經(jīng)過

柳109井于2012年7月22日8:00至23日4:20在三開小井眼進行倒劃眼作業(yè)，倒劃井段4 050～4 047 m，隨后下放至井深4 048 m甩單根，準(zhǔn)備接方鉆桿繼續(xù)倒劃，接上方鉆桿后，循環(huán)開泵，排量12 L/s，泵壓19 MPa，返漿正常。上提鉆具時拉力增至950 kN（懸重860 kN，正常拉力900 kN）無法提出，于是開始循環(huán)下壓鉆具，當(dāng)下壓至懸重830 kN左右時，上面鉆具開始倒轉(zhuǎn)，分析認為，鉆具組合中帶直馬達，下部鉆頭被卡，在開泵情況下致使上面鉆具倒轉(zhuǎn)。停泵逐漸多次加大下壓鉆具力度至600 kN，鉆頭未壓活，立即開泵用原懸重給扭矩20圈2次，分別倒回5圈、6圈，判定鉆頭被卡，鉆具可以轉(zhuǎn)動。開始上提鉆具，從原懸重860 kN逐步加大上提拉力至1 000 kN，鉆頭未解卡，被卡鉆頭位置在井深4 048 m?？ㄣ@時鉆具組合為：?152.4 mm M1 365（PDC）鉆頭×0.25 m+ ?120 mm直螺桿×4.47 m+ ?120 mm單流閥×0.79 m（2個）+ ? 121 mm鉆鋌×101.18 m+ ?89 mm加重鉆桿×109.52 m+ ?89 mm鉆桿。卡鉆地層為下溝組，巖性為灰色白云質(zhì)泥巖?？ㄣ@時鉆井液性能：密度1.22 g/cm3、黏度56 s、失水4 mL、濾餅厚0.5 mm、切力3/10 Pa、含砂0.3%、pH值9、Cl-含量3 899 mg/L。

2 卡鉆初期處理過程

卡鉆事故發(fā)生在三開小井眼井段，在常規(guī)井眼中對卡鉆依次采取泡解卡劑、震擊、套銑倒扣等方法來處理，但由于小井眼受到井眼和處理工具尺寸的限制，只能采取泡解卡劑的方法來處理［1-3］。于是采取了下列處理措施：循環(huán)活動鉆具，上提拉力1 000 kN，下壓鉆具 600 kN，配密度1.20 g/cm3、黏度150 s稠塞15 m3，通過循環(huán)返出后發(fā)現(xiàn)沒有異常返出物；又打入密度1.20 g/cm3、黏度44 s稀塞12 m3，頂替沖刷井壁，未解卡?，F(xiàn)場決定采用浸泡柴油和解卡劑的方法來解卡。

第1次配制密度1.21 g/cm3的解卡漿20 m3（柴油10 m3、SR301解卡劑3 t、快速滲透劑0.6 t、石灰石8 t、清水3 m3），然后泵入解卡漿10 m3，替基漿10.6 m3，停泵活動鉆具，上提拉力1 100 kN，下壓鉆具至460 kN，解卡無效。下壓懸重至540 kN浸泡，每小時活動鉆具一次，上提至1 300 kN，下壓鉆具至400 kN，未解卡。

第2次配制密度1.20 g/cm3的解卡漿26 m3（柴油18 m3、SR301解卡劑4 t、快速滲透劑1.2 t、石灰石8 t、清水3 m3），泵入解卡漿12.35 m3，替基漿9.82 m3，下壓懸重至200～560 kN浸泡，每小時活動鉆具一次，上提至1 300 kN，下壓鉆具至200 kN，活動無效，鉆頭未解卡。

3 卡鉆原因分析

兩次浸泡解卡漿均未解卡，根據(jù)卡鉆現(xiàn)象分析，PDC鉆頭刀翼被地層掉塊硬卡，柴油和解卡漿無法對卡物和井壁產(chǎn)生足夠的破壞。加之小井眼施工，小鉆具無法給鉆頭施加一個足夠大的拉力。若大力下壓，因小鉆具柔韌性極強，井深已達4 000多米，大部分下?lián)袅σ言诰诒幌牡簦瑹o法將足夠的下?lián)袅髦零@頭處。若采取爆炸松扣再下入超級震擊器對扣震擊的方案，螺桿轉(zhuǎn)動軸承處能承受的最大安全抗拉載荷為500 kN，超級震擊器的上擊力若太大，極易把轉(zhuǎn)動軸承震斷，造成事故復(fù)雜化，若震擊力太小，又無法提供足夠的上擊力令鉆頭解卡。研究認為，如果在被卡鉆頭周圍用酸液造穴，通過化學(xué)反應(yīng)溶解巖石，擴大井徑，上提下壓鉆具，可以甩掉鉆頭周圍堆積物。根據(jù)這一方案，準(zhǔn)備實施泡酸作業(yè)［4-7］。

4 泡酸解卡方案

酸化解卡機理是采用適當(dāng)?shù)乃嵋汉吞幚矸椒▽Ρ豢ㄣ@具浸泡，使得被卡鉆具與地層之間的黏結(jié)物、地層巖屑或掉塊發(fā)生酸化反應(yīng)，使其裂解、破碎、疏松從而使被卡鉆具解卡。浸泡酸液一般是鹽酸、氫氟酸或鹽酸與氫氟酸混合物，為了增強浸泡效果，常常把氫氟酸與鹽酸復(fù)配使用，氫氟酸與鹽酸的混合液為土酸［8］。在配置土酸時，應(yīng)取樣被卡地層巖性和濾餅樣品，做不同比例和濃度混合酸液的酸化試驗，使其混合液配合比例、濃度與被卡地層的巖性和濾餅反應(yīng)達到最佳效果，加快解卡速度。

4.1 泡酸解卡配方

收集卡點位置上下的巖屑樣品進行實驗室成分分析，其中碳酸鹽巖含量如下：4 045～4 046 m井段為灰色白云質(zhì)粉砂巖，碳酸鈣含量15.4%，碳酸鎂鈣含量18.20%；4 047～4 049 m井段為灰色白云質(zhì)泥巖，碳酸鈣含量10.5%～13.4%，碳酸鎂鈣含量18.20%；4 050～4 051 m井段為灰色白云質(zhì)粉砂巖，碳酸鈣含量16.5%，碳酸鎂鈣含量14.60%。

圖4為控制系統(tǒng)的主電路，主電路主要包括：總電源回路、主油泵電動機電源回路、控制器電源回路、直流電源回路和伺服電源回路。

土酸與上述巖屑通過如下化學(xué)反應(yīng)，便可溶解碳酸鹽巖及粉砂巖中的石英等成分。

選取本井兩組不同井深處的地質(zhì)錄井巖屑作為巖屑樣品，每組巖屑樣品制作方法為：等量抽取5種不同井深處地質(zhì)錄井巖屑，然后混合成1#和2#樣品進行酸化率試驗（見表1）。1#樣品所處井段4 036～4 038 m、3 992～4 036 m、4 038～4 046 m、4 010～4 013 m、4 046～4 056 m。2#樣品所處井段3 980～3 981 m、3 976～3 978 m、3 983～3 984 m、3 990～3 992 m、3 978～3 983 m。

由表1可見，隨著土酸中氫氟酸含量增加，酸巖溶蝕率也逐漸增加，對1#樣品而言氫氟酸含量由2%增至4%，酸溶蝕率由49.82%增至61.17%；對2#樣品來說，氫氟酸含量由2%增至4%，酸巖溶蝕率由38.08%增至51.44%。配方中氫氟酸含量為3%時增幅最大，分別為8.97%和12.03%，繼續(xù)增加氫氟酸，酸巖溶蝕率增加幅度不大，表明酸巖溶蝕率達到平衡。根據(jù)實驗情況選擇酸配方：12%HCl + 3%HF + 2% HS-1。此土酸配方相對1#巖樣的酸巖溶蝕率為58.79%；2#巖樣的酸巖溶蝕率為50.11%。

表1 各種配方酸液酸巖溶蝕率結(jié)果

根據(jù)分析結(jié)果，結(jié)合被卡鉆具的環(huán)空容積計算出酸液配方：31%鹽酸×6 t + 氫氟酸×0.6 t + 緩蝕劑HS-1×0.2 t + 清水×1 t，總計配制酸液8 m3。

4.2 酸化解卡設(shè)備

運送和配制酸液的運酸車，為酸化泵車供酸液的供液車，在酸化施工中泵注高壓酸液的酸化泵車，顯示和記錄參數(shù)的儀表車，遙控酸化泵車。

5 施工過程

2012年7月25日16:00-18:00，在地面連接管匯試壓后，酸化泵車通過鉆具向鉆頭卡點位置的碳酸鹽巖地層泵入酸液4 m3，第1次頂替基漿11.5 m3，鉆具內(nèi)預(yù)留酸液3 m3，環(huán)空頂出酸液1 m3，施工排量0.5 m3/min，施工最高泵壓18 MPa，停泵酸化地層30 min。然后每隔5 min頂替基漿0.5 m3，停泵不間斷活動鉆具，上提拉力1 200 kN，下壓鉆具 400 kN，至18:50共替基漿13.5 m3后泵壓從18 MPa突然降至12 MPa，鉆具活動開，上提恢復(fù)原懸重860 kN，解除卡鉆，酸化解卡作業(yè)結(jié)束。

6 注意事項

（1）注酸前檢查好鉆井設(shè)備、井控設(shè)備，保證設(shè)備靈活好用并時刻處于待命狀態(tài)。

（2）施工時人員組織及分工要明確，統(tǒng)一指揮。

（3）混酸人員戴好手套、護目鏡、口罩以及多功能氣體報警儀，混酸時要緩慢，人員站在上風(fēng)口，并備清水一桶，防止酸液燒傷。

（4）酸液過地層時，由于化學(xué)反應(yīng)會產(chǎn)生大量二氧化碳氣體，鉆臺及振動篩處配好多功能氣體檢測儀，防止二氧化碳氣體窒息和酸性氣體中毒。

（5）酸液與金屬反應(yīng)生成氫氣，現(xiàn)場必須做好防火防爆措施。

（6）酸液最多浸泡卡點時間為2 h，不管到時是否解卡都要及時循環(huán)排酸，防止發(fā)生鉆具事故，排酸時人員必須遠離放噴出口，防止酸液傷人。

7 認識與建議

（1）因小井眼事故處理受到井眼和處理工具尺寸的限制，事故處理難度大于常規(guī)井眼，也是本井初期事故處理（采取浸泡柴油和解卡劑的方法）未能奏效的主要原因。

（2）酸化解卡方法適用于卡鉆位置位于酸溶性地層的井段，決定泡酸前，一定要做好卡鉆地層巖性成分分析工作，并做好樣品酸化率試驗，確定最合理的酸液配方。

（3）針對小井眼事故處理的特殊性，當(dāng)卡鉆位置在碳酸鹽巖井段時，若酸液能注到卡點位置，而其他方法又無效時，酸化解卡有著較好的效果。

［1］吳德，王麗軍，張小兵，等.小井眼井打撈工具的研制與應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2013，35（4）：119-121.

［2］賈正發(fā)，黃德輝，樊震剛，等.側(cè)鉆井小井眼內(nèi)事故處理技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2011，33（5）：99-101.

［3］趙勝英，沈獻良.鹽酸解卡在開窗側(cè)鉆小井眼中的實踐與認識［J］.鉆采工藝，2002，25（5）：99-100.

［4］王文勇，陳永年，陳作榮.在灰?guī)r井段應(yīng)用酸化解卡的實踐研究［J］.江漢石油學(xué)報，2003，25（1）：81-82.

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Application and recognition of acidification stuck-freeing process in Liu-109 well

XU Jingguo,GE Binhai,WANG Jianjun,ZOU Rong,LV Donghua,FU Yangang
（The Third Drilling Company of Bohai Drilling,Tianjin300280,China）

Liu-109 well is a 3rd spud-in appraisal well located in Liugou Village,Jiuxi District,Yumen Oilfield.A stuck drill bit accident occurs in this well during the unbalanced drilling operation of 3rd spud-in slim hole.The accident treatment is limited by borehole size and processing tools.The acidification stuck-freeing scheme is prepared after the analysis of rock samples of the stuck drill layer and the acidification rate test of samples.The test indicates that mud acid can make bonding materials,stratum debris or falling pieces between the stuck drilling tool and stratum become cracked,crushed,and loosened under acidification reaction,so as to complete the stuck-freeing of stuck drilling tool.The mud acidification stuck-freeing process is applied to this well and the accident thus is solved smoothly.This application provides certain experience and reference for processing the stuck drill accident of deep slim-hole drilling.

Yumen Oilfield;Liu-109 well;slim hole;stuck drill;carbonate rock;acidification stuck-freeing

許京國，葛濱海，王建俊，等.酸化解卡工藝在柳109井的實踐與認識［J］.石油鉆采工藝，2014，36（1）：91-94.

TE358

：B

1000-7393（2014）01-0091-03

10.13639/j.odpt.2014.01.024

2013-12-20）

（編輯 景 暖）

許京國，1967年生。1990年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）鉆井工程專業(yè)，現(xiàn)在渤海鉆探第三鉆井公司從事鉆井技術(shù)管理工作，高級工程師。電話：022-25927647，13821528030。E-mail：xujg@cnpc.com.cn。