張 慧，于承朋，夏廣強(qiáng)，李文飛

(勝利石油工程公司鉆井工藝研究院，山東 東營(yíng) 257097)

1 地質(zhì)情況

銀參4井是中石化在銀川地區(qū)的第一口參數(shù)井，構(gòu)造位置位于銀川盆地東部斷階帶平羅南反向斷塊，主要目的層位古近系清水營(yíng)組，主探清水營(yíng)組烴源巖發(fā)育情況。

1965、1969、1970年長(zhǎng)慶石油勘探局先后在平羅、吳忠和銀川之北的蘆花臺(tái)的3個(gè)局部構(gòu)造上鉆探了銀參1、2、3三口井，其中銀參3(蘆花臺(tái))最深，達(dá)3543.94 m。1978年，在銀川以北又開展了地震勘探，完成6次覆蓋剖面10條，共計(jì)195 km。

1995年長(zhǎng)慶石油勘探局完成橫穿該區(qū)和鄂爾多斯盆地的數(shù)字地震勘探，在銀川盆地及西緣長(zhǎng)度約106.5 km。1999年寧夏地質(zhì)調(diào)查院先后完成DR－Y1和DR－Y3兩口地?zé)峋你@探，井深約3000 m。

通過前期各項(xiàng)勘探工作的實(shí)施和綜合研究，對(duì)銀川盆地的基本形態(tài)、構(gòu)造格局和基底埋深、邊界斷層以及地層等方面取得了一定的認(rèn)識(shí)。但是，限于資料的占有情況及品質(zhì)等問題，盆地內(nèi)的生烴能力仍未解決。因此，目前制約勘探的關(guān)鍵問題在于烴源巖的落實(shí)情況。

本井的地層層序預(yù)計(jì)情況見表1。

表1 銀參4井鉆遇地層預(yù)計(jì)

本井地層壓力預(yù)測(cè)情況見圖1。

地質(zhì)預(yù)計(jì)潛在的鉆井風(fēng)險(xiǎn)因素:

圖1 銀參4井地層壓力預(yù)測(cè)剖面

(1)紅柳溝組和清水營(yíng)組地層，防井斜;

(2)本井大段紅色泥巖段地層，防縮徑卡鉆;

(3)可能存在異常高壓。根據(jù)地震換算層速度，結(jié)合鄰井進(jìn)行壓力預(yù)測(cè)，得到在清水營(yíng)組3924～4324 m可能存在異常高壓，最大壓力系數(shù)1.438，預(yù)計(jì)巖性為暗色泥巖。

(4)前古近系地層，地層巖性有可能為碳酸鹽巖，有嚴(yán)重漏失鉆井液的風(fēng)險(xiǎn)。

2 鉆井工程設(shè)計(jì)

2.1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

銀參4井周圍鄰井較少，最近的一口探井銀參1井由于鉆探時(shí)間較早，可以借鑒的資料極少。本井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)本井地質(zhì)提供的壓力預(yù)測(cè)情況進(jìn)行，地質(zhì)預(yù)測(cè)在3924～4324 m可能存在異常高壓，最大壓力系數(shù)1.438，其下的古近系地層存在大的漏失鉆井液風(fēng)險(xiǎn)，是本井進(jìn)行井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要關(guān)鍵點(diǎn)和必封點(diǎn)之一。

井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本思路和原則是:

圖2為銀參4井井身結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 銀參4井井身結(jié)構(gòu)示意

2.2 鉆具組合設(shè)計(jì)

本井推薦鉆具組合見表2。

2.3 鉆井液設(shè)計(jì)

本井鉆井液的使用原則是有利于環(huán)境保護(hù);有利于發(fā)現(xiàn)和保護(hù)油氣層;有利于地質(zhì)資料錄取;有利于快速鉆進(jìn)和安全鉆井;有利于除油排氣;有利于復(fù)雜情況的預(yù)防和處理。

根據(jù)鉆遇地層特點(diǎn)及有限的鄰井資料情況，該井鉆遇上部地層泥巖易水化膨脹，造漿嚴(yán)重，砂巖膠結(jié)疏松、滲透性強(qiáng)，易形成厚泥餅造成阻卡，下部地層硬脆性泥巖易剝蝕掉塊;前古近系地層易漏。本井較深，下部地層溫度高，鉆井液既要保持抑制、防塌、抗高溫性能，同時(shí)更要有良好的流變性，保證安全快速鉆進(jìn)。儲(chǔ)層段保持低失水，有效保護(hù)油氣層。

另外，由于參考資料較少，地層巖性和壓力與地質(zhì)方面的預(yù)計(jì)可能出入較大，為提前做好防漏、防噴、防卡、防塌應(yīng)急措施，適當(dāng)考慮了鉆井液材料的應(yīng)急儲(chǔ)備。

表2 銀參4井鉆具組合推薦

鉆井液體系選擇如表3所示。

表3 銀參4井鉆井液體系設(shè)計(jì)

2.4 固井設(shè)計(jì)

2.4.1 本井固井的技術(shù)難點(diǎn)

(1)二開套管封固段長(zhǎng)，水泥量大，地層易漏，施工難度大;

(2)三開高溫高壓尾管固井，存在壓穩(wěn)難題。

2.4.2 本井固井的技術(shù)措施與對(duì)策

(1)二開采用雙密度水泥漿體系固井;上部采用低密度漂珠水泥漿體系。

(2)三開采用抗高溫水泥漿體系固井，隔離液采用加重隔離液。

本井固井設(shè)計(jì)如表4所示。

表4 銀參4井固井基本參數(shù)設(shè)計(jì)

3 鉆井施工

3.1 一開井段(10.21～537.03 m)

一開鉆遇的地層主要為第四系，完鉆井深541 m，平均機(jī)械鉆速39.09 m/h，套管規(guī)格及下深為:339.7 mm ×9.65 mm ×537.03 m。

在一開鉆進(jìn)中地層膠結(jié)疏松，上部地層易垮塌，鉆進(jìn)過程中主要防止地層坍塌及確保井眼打直，保證井身質(zhì)量，提高機(jī)械鉆速，縮短施工周期，降低施工隱患，為下部施工提供良好的施工環(huán)境。具體技術(shù)措施如下。

(3)由于地層疏松，膠結(jié)能力差，為了保證井下安全，時(shí)刻做好防漏、防塌工作。修理設(shè)備后恢復(fù)鉆進(jìn)時(shí)要按照排量由小到大，注意井口返漿情況，避免因開泵過急導(dǎo)致憋漏地層，造成井下復(fù)雜;接單根后開泵都遵從多次掛合，保證井下安全。

(4)鉆進(jìn)中因機(jī)械鉆速快，嚴(yán)格遵守快速鉆進(jìn)期間技術(shù)措施，開泵嚴(yán)格落實(shí)“早開晚?！?，延長(zhǎng)循環(huán)時(shí)間，防止井眼內(nèi)巖屑下沉堆積，造成沉砂卡鉆。

(5)為保證下套管順利，在下套管前搞好短起下，起鉆后要及時(shí)灌好泥漿，保證井眼內(nèi)泥漿液面高度與井口持平，防止地層垮塌。

3.2 二開井段(537.03～2491.17 m)

本井段主要鉆遇干河溝組、紅柳溝組和清水營(yíng)組的上部地層，完鉆井深2491.17 m，機(jī)械鉆速為26.55 m/h，套管規(guī)格:244.5 mm ×11.99 mm ×2490.82 m。

在二開施工過程中重點(diǎn)做好防坍塌、防憋跳鉆、防泥巖段的縮徑，同時(shí)要注意清水營(yíng)組防斜打直。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及地層巖性變化。二開鉆進(jìn)中，制定了合理的技術(shù)措施，安全、高效地完成了鉆進(jìn)、取心、下套管及固井電測(cè)作業(yè)。

(1)為了保證二開井身質(zhì)量，防止井斜超標(biāo)，為后期三開施工提供良好的上部井身軌跡，采用直螺桿配合塔式鉆具組合:311.1 mm PDC鉆頭+203 mm直螺桿+203 mm鉆鋌6根+177.8 mm鉆鋌8根+127 mm鉆桿。

(2)為控制井斜，防止井斜超標(biāo)，在確保下部鉆具組合出套管鞋進(jìn)入新井眼后，再加壓鉆進(jìn)。

(3)在下部鉆具組合出套管鞋進(jìn)入新地層后，為防斜打直，制定了嚴(yán)格的鉆進(jìn)參數(shù):在上部地層即干河溝組及紅柳溝組地層，由于地層巖性基本為砂巖，地層可鉆性強(qiáng)，采用雙泵大排量小鉆壓均勻送鉆鉆進(jìn)，鉆進(jìn)排量54 L/s，鉆壓控制在40 kN以內(nèi)，確保了上部打直;鉆進(jìn)至2076 m后，巖性逐漸由灰色中砂巖變成棕紅色泥巖，地層可鉆性變差，且根據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)二維LINE608地震剖面圖得出清水營(yíng)組整個(gè)井段地層傾角在9°～10°保持不變，為了提高機(jī)械鉆速，并結(jié)合下部鉆具的臨界彎曲壓力，鉆壓調(diào)整至40～60 kN，最大不超過80 kN，并且保證均勻送鉆，防止猛蹾、猛剎。

(4)在取心后擴(kuò)劃眼期間，采用輕壓慢轉(zhuǎn)吊打，保證鉆頭受力盡量平穩(wěn)，提高擴(kuò)眼效果，并分段擴(kuò)劃眼，擴(kuò)劃眼2～3 m后上提下放活動(dòng)鉆具，保證井眼暢通無(wú)阻，消除臺(tái)階面，之后再進(jìn)行擴(kuò)眼作業(yè)。該井因在擴(kuò)劃眼期間沒有采用該方法造成擴(kuò)眼后井斜增大，為后期造成了不利影響，降低了機(jī)械鉆速。該井就是在二開取心后由于原井眼(311.1 mm)與取心鉆頭直徑(203 mm)相差過大，再加上擴(kuò)眼時(shí)未分段擴(kuò)劃眼，造成了擴(kuò)眼時(shí)存在臺(tái)階面，導(dǎo)致了井斜后期逐漸增大。

(5)由于二開上部地層鉆時(shí)快，為了確保井下安全，防止沉砂卡鉆，嚴(yán)格落實(shí)快速鉆進(jìn)技術(shù)措施:早開泵晚停泵，提高鉆進(jìn)排量，進(jìn)尺快時(shí)，鉆完單根擴(kuò)劃一遍井眼，延長(zhǎng)循環(huán)時(shí)間;提高鉆井液循環(huán)能力，充分利用現(xiàn)有固控設(shè)備，凈化固相含量;加強(qiáng)設(shè)備檢查，防止因設(shè)備造成循環(huán)中斷;每鉆進(jìn)200～300 m，短起下鉆一次;保護(hù)并使用好鉆頭，防止井下落物，送鉆均勻，遇夾層尤其是礫石時(shí)輕壓鉆進(jìn)，防止鉆頭先期損壞。

(6)因上部地層巖性為砂巖，膠結(jié)疏松，為防止鉆屑糊井壁，造成小井眼，起下鉆遇阻，堅(jiān)持大排量，雙循環(huán)鉆進(jìn)，控制泥漿中的固相含量，清洗井眼。

(7)落實(shí)防卡措施:施工中保證指重表靈敏好用，提示懸重與鉆具的實(shí)際重力相符;停鉆或設(shè)備檢修時(shí)，盡量大幅度上下活動(dòng)鉆具;起鉆前處理好鉆井液，大排量循環(huán)洗井;井深超2500 m時(shí)下鉆要分段頂通;起下鉆遇阻卡時(shí)，不可硬拔或強(qiáng)壓，應(yīng)注意多次上提下放活動(dòng)，實(shí)在不行應(yīng)開泵頂通，循環(huán)正常后，再繼續(xù)下鉆作業(yè);在起下鉆中注意套管鞋處顯示，防止起下鉆速度過快造成套管鞋處水泥環(huán)脫落，造成卡鉆;加強(qiáng)下井鉆具的檢查、清洗，防止鉆具事故的發(fā)生。

(8)二開完鉆后，要嚴(yán)格進(jìn)行通井作業(yè)，并循環(huán)處理泥漿性能，確保井眼暢通，井壁穩(wěn)定，防止井眼坍塌、縮徑，造成后期電測(cè)及下套管遇阻卡。起鉆前泥漿性能為:密度1.17 g/cm3，粘度55 s，失水量5 mL/30 min，動(dòng)切力 7 Pa，靜切力 7/15 Pa，pH 值 10。

3.3 三開井段(2491.17～4124.23 m)

本井段主要鉆遇清水營(yíng)組中下部地層。由于在三開未鉆遇預(yù)測(cè)的異常高壓儲(chǔ)層，因此，根據(jù)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，三開直接鉆至設(shè)計(jì)完井井深。在三開鉆進(jìn)中為了保證井身質(zhì)量，在鉆進(jìn)中一直采用了降斜鉆具組合;在三開作業(yè)中面對(duì)出現(xiàn)的井下坍塌掉塊、地層流體侵入泥漿、鉆遇鹽膏層、井漏等復(fù)雜情況，及時(shí)采取了合適的處理措施，確保了井下安全。

(1)由于地層因素及地層傾角的原因，因此在三開中采取了鐘擺鉆具+偏心接頭的鉆具組合，并配合合理的鉆進(jìn)參數(shù)進(jìn)行輕壓吊打，始終保證該井井斜及井底位移控制在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)。在鉆進(jìn)中發(fā)現(xiàn)由于井斜原因限制了常規(guī)鉆具組合的鉆井機(jī)械鉆速，通過使用動(dòng)力鉆具配合高轉(zhuǎn)速低鉆壓吊打的措施，發(fā)現(xiàn)降低井斜的效果非常明顯，有效地保證了鉆井速度。

(2)在鉆進(jìn)過程中，從2610 m后由于為了發(fā)揮偏心接頭的作用，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速極高(100～110 r/min)，對(duì)井壁拍打作用強(qiáng)，再加上上部存在極易破碎巖層，多次出現(xiàn)了扭矩突然增大，上提下放遇阻的現(xiàn)象，且從振動(dòng)篩返出巖屑中發(fā)現(xiàn)有顆粒較大的掉快，再加上上部取心井段中存在易破碎的地層，且三開只鉆進(jìn)120 m即發(fā)生井塌征兆，因此為了保證井壁穩(wěn)定，防止井下出現(xiàn)卡鉆事故，決定降低轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速至60～70 r/min，并提高泥漿密度、粘度，降低失水量，提高泥漿的封堵防塌性能。

(3)由于該井后期鉆進(jìn)中泥漿密度、粘度及切力較高等，造成了泵壓較高，為了保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)及井下安全，排量偏低，為了防止因清洗井壁不干凈造成上部井眼泥餅虛厚及縮徑情況，定期2～3天進(jìn)行一次短起下，修整井壁。

(4)該井發(fā)生地層流體侵入及井壁坍塌現(xiàn)象后，采取了合理的技術(shù)措施成功處理了復(fù)雜，保證了井下安全。具體措施如下。

①結(jié)合上部地層存在易破碎巖性及地層流體侵入造成泥漿性能不穩(wěn)定情況，并根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，工程方面降低轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速至60～70 r/min，減輕鉆具對(duì)地層的破壞作用。

②根據(jù)處理地層流體侵入基本方法，分3次對(duì)泥漿進(jìn)行提密度，提高正壓差作用，抑制地層流體的侵入。又由于針對(duì)該井上部存在易破碎地層、水敏性強(qiáng)等因素，應(yīng)適當(dāng)提高粘度和切力，盡量減少濾失量，提高泥漿封堵防塌效果。

③泥漿處于循環(huán)狀態(tài)對(duì)井壁的沖刷作用會(huì)一定程度上保證井壁穩(wěn)定，攜帶剝落的泥餅或巖石，因此應(yīng)盡量保持井內(nèi)循環(huán)時(shí)間。

④發(fā)生井塌時(shí)往往在鉆具與井眼的環(huán)空中存在大量掉塊，因此在開泵時(shí)不宜過猛，應(yīng)先小排量開通，待泵壓正常后再逐漸增加排量，中間不可停泵。如果小排量頂不通，井口不返泥漿，證明是地層漏失，不可繼續(xù)擠入，一般經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)是漏失量不可超過5 m3。

⑤由于該井在二開后期(取心后劃眼鉆井)井斜逐漸增大，最大增至6.313°，為了保證井身質(zhì)量，防止井斜超標(biāo)，在鉆進(jìn)過程中采取了每100 m測(cè)斜一次，監(jiān)控井斜變化，保證井斜不超過理論計(jì)算值。通過幾次時(shí)間統(tǒng)計(jì)，探管下行到底通過泵壓上升0.5 MPa左右，上行速度為132 m/min。

⑥由于泥漿性能不穩(wěn)定，井壁穩(wěn)定性變差再加上泥巖易破碎，在起鉆前循環(huán)測(cè)斜時(shí)發(fā)生了下放遇阻，泵壓隨著下放逐漸升高，活動(dòng)數(shù)次后無(wú)果，采用了用鉆桿卡瓦轉(zhuǎn)動(dòng)下放消除遇阻段，振動(dòng)篩處掉塊多，多為上部井壁脫落棕紅色泥巖。為了保證井下安全，起鉆前必須先處理好井下掉塊，清洗井眼，但是經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)活動(dòng)后，掉塊仍未減少，證明井眼已發(fā)生坍塌，最終決定提高密度至1.35 g/cm3，維護(hù)泥漿性能穩(wěn)定，并適當(dāng)提高粘切，增加泥漿攜帶巖屑能力。處理后泥漿性能為:密度1.35 g/cm3，粘度52 s，失水量 5.8 mL/30 min，塑性粘度 22 mPa·s，動(dòng)切力9 Pa，靜切力8.5/19 Pa，pH值10。

(5)在三開中前期，由于井下復(fù)雜，掉塊多、地層流體侵入使得泥漿性能不穩(wěn)定，對(duì)泥漿進(jìn)行了處理，且泥漿體系為聚磺鉆井液體系，前期因失水大濾餅厚，摩阻大，對(duì)泥漿進(jìn)行處理時(shí)加入了大量重晶石粉等固體藥品而未加潤(rùn)滑劑，導(dǎo)致了在鉆具靜止期間極易發(fā)生粘卡。為了防止粘吸卡鉆，及時(shí)通過上提活動(dòng)消除粘卡嚴(yán)重后果的發(fā)生，并及時(shí)對(duì)泥漿進(jìn)行處理，提高其潤(rùn)滑性能。

(6)由于井眼不規(guī)則，地層造漿能力強(qiáng)，泥漿粘切大，密度高，固相含量高，極易造成粘卡，因此在鉆進(jìn)中時(shí)刻注意鉆具處于活動(dòng)狀態(tài)，尤其是在取心中不能活動(dòng)鉆具時(shí)，必須控制好鉆時(shí)，防止鉆時(shí)慢，鉆具靜止造成粘卡等嚴(yán)重后果。

(7)該井在鉆進(jìn)至井深3464 m是發(fā)現(xiàn)鹽膏侵跡象，泥漿性能有變化，鉆進(jìn)至3488 m，為了防止因可能存在鹽膏層縮徑，造成井下卡鉆事故，進(jìn)行了短起下檢驗(yàn)所鉆地層是否存在縮徑現(xiàn)象。鉆進(jìn)至3570 m后發(fā)現(xiàn)鹽膏層侵嚴(yán)重，通過取心確認(rèn)是鉆遇了大段鹽膏層后及時(shí)進(jìn)行泥漿轉(zhuǎn)型，更換為欠飽和鹽水鉆井液體系。

(8)在鉆至清水營(yíng)組下部地層時(shí)，因鉆遇大段灰色泥巖，并伴隨有石英成分，造成鉆時(shí)較慢。對(duì)鉆頭進(jìn)行了選型，在此階段共計(jì)更換鉆頭5個(gè)，鉆頭分別為江漢牙輪鉆頭MD537X及HJ447G各一只，固邦P6264M一只，鉆井院PQ5263S兩只(其中有一只為異型齒鉆頭)。

(9)從井深3835.48 m開始由于地層原因存在泥巖裂縫，經(jīng)常出現(xiàn)漏失，為了保證井下安全，當(dāng)漏失速度大時(shí)及時(shí)進(jìn)行靜止堵漏及承壓堵漏相結(jié)合的方法進(jìn)行堵漏，效果明顯，但是大大延長(zhǎng)了鉆井周期。

4 認(rèn)識(shí)與建議

(1)4開次的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能很好地滿足本區(qū)鉆井安全的需要，可根據(jù)下部鉆探情況，若無(wú)復(fù)雜或異常高壓，可以減少一個(gè)開次的鉆井，實(shí)施三開井身結(jié)構(gòu)。

(2)本區(qū)適宜采用直螺桿配合防斜鉆具輕壓吊打，既保證了井身質(zhì)量，又大大提高了鉆井速度。建議在鄰區(qū)或者同區(qū)的鉆井設(shè)計(jì)中大力推薦該鉆具組合。干河溝組及紅柳溝組地層主要是砂巖，地層可鉆性高，鉆壓控制在40 kN以內(nèi)，保證了鉆井速度和井身質(zhì)量;到棕紅色泥巖時(shí)，地層可鉆性變差，采用了40～60 kN的鉆壓來(lái)提高鉆速，總體上取得了比較好的效果，值得鄰井借鑒。

(3)本井易坍塌井段較長(zhǎng)，在易坍塌的井段及干河溝組砂礫層段采用大排量沖洗井眼，增加攜砂效果，要落實(shí)好通井作業(yè)，開泵循環(huán)要防止憋壓。

(4)本井下部清水營(yíng)組地層，存在大段膏鹽層，不適用聚(磺)有機(jī)胺防塌鉆井液體系，適用欠飽和鹽水鉆井液體系，亦可嘗試采用根據(jù)同離子效應(yīng)防膏鹽侵的硫酸鉀聚合物鉆井液體系。

(5)本井下部地層造漿能力強(qiáng)，泥漿粘切大，密度高，固相含量高，極易發(fā)生粘卡，施工中為了防止粘吸卡鉆，及時(shí)通過上提活動(dòng)消除粘卡嚴(yán)重后果的發(fā)生，并及時(shí)對(duì)泥漿進(jìn)行處理，提高其潤(rùn)滑性能。建議在鉆井液中加入一定比例的HGS中空玻璃微球，通過物理滾珠作用降低粘卡鉆具的風(fēng)險(xiǎn)。

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