1 涠洲组复杂情况分析与对策
1.1 涠洲组复杂情况分析
涠洲组大量的胶结不好的砂砾岩、砾状砂岩及含砾细砂岩, 在井眼形成之后, 由于其滤失量大, 在井壁上形成一层厚的滤饼, 而缩小了原已形成的井眼。另外, 涠洲组存在的泥岩属于软泥岩, 吸水后膨胀, 也可使井径缩小。起钻过程中阻卡严重, 划眼过程憋泵、憋钻。平均阻卡力200kN-400kN。起钻后需多次正反划眼后才能通过, 如果操作不当, 静止时间长, 还极易生成粘卡。
1.2 在涠洲组安全钻进对策
钻井液方面, 采用聚合物防塌钻井液体系, 重点是控制泥浆地层造浆, 封堵渗透性好的砂砾岩地层, 粘度控制原则为“低粘低切”, 防止厚泥饼的形成。处理剂方面应加足大分子等控制包被剂和防塌剂材料, 提高钻井液的抑制性, 同时加入超细碳酸钙、低荧光改型沥青等材料在井壁表面形成“隔离膜”, 控制钻井液API失水小于6mL, 高温高压失水小于16mL, 减少钻井液滤液过多侵入地层。
工程方面, 每钻进100m-150m或24h搞短程起下钻一次, 以清除井壁上的虚泥饼, 利用最大水马力钻井, 提高水力冲刷效果。
2 流二段复杂情况分析与对策
2.1 流二段泥岩特性
2.1.1 硬脆性
花场地区流二段泥岩为硬脆性微裂缝泥岩, 层理发育, 断口光滑平坦, 取该层位的井壁掉块进行清水浸泡实验, 观察发现, 在10min内会出现裂缝, 进而分裂成片状, 表现出非常明显的硬脆性特征。
2.1.2 吸水膨胀性
福山油田的流二段引起地层垮塌的主要岩性为伊蒙间层, 伊利石吸水微膨胀;而蒙脱石易吸水膨胀分散, 层间差异大。当地层被钻开后, 一方面地层原始地应力发生变化, 从而引起井眼周围应力的重新分布。另一方面钻井液滤液进入地层, 引起地层孔隙压力升高和产生水化应力, 岩石破碎、强度降低, 导致井眼不稳定, 而且随滤液侵入量和时间增加, 更加突出。
2.1.3 地应力
从花东1-5x井和花4-3井井径情况来看, 花东1-5x井在流二段 (2750-3200米) 井径不同程度扩大;花4-3井涠一段和流一段扩经严重, 形成椭圆形井眼。分析认为井眼双井径差异大, 代表地层水平应力差异大, 长轴的扩径预示着地层坍塌压力高于地层孔隙压力, 当地层被钻开后, 引起井眼周围应力的重新分布, 产生应力性垮塌。
2.2 坍塌机理
根据对福山油田流二段硬脆性泥岩理化性能的研究, 其不稳定的机理为:流二段硬脆性泥岩地层层理、微裂隙发育, 钻井液滤液侵入后, 造成泥岩吸水膨胀, 产生膨胀和水化应力, 进而发生剪切破坏, 产生破碎, 造成剥落和垮塌;地层本身应力性垮塌, 福山油田地层垮塌性质为复合型垮塌。对于地层本身应力性垮塌, 只能通过提高钻井液密度来控制。
2.3 现场钻井液研究分析
2.3.1 美4-1x井基本情况见表1。
从美4-1x井钻井液性能参数看, 在1.35g/cm3的密度下, 粘切相对较低, 动塑比为0.53, 固相含量控制的比较好, 尤其是摩阻系数控制很好, 达到了设计要求。钻井液主要存在的问题是API失水和高温高压失水超过设计指标, 本地区流二段泥岩稳定性, 对钻井液的失水要求高, 过多的钻井液滤液侵入地层, 为井壁失稳埋下隐患。本井钻至井深3264米, 循环短起下, 下钻至3147米遇阻划眼, 划眼过程中振动筛返出大量掉块。
2.4 预防流二段泥岩掉块对策
(1) 流二段钻井液的重点是防止大段泥岩段的垮塌, 避免硬脆性泥岩的失稳。因此进入流二段前, 应加大钻井液抗高温防塌剂、降失水剂和润滑剂的投入量, 确保钻井液具有好的防塌、抗温和润滑性。在流二段钻进过程中, 注意提高钻井液固相颗粒对地层泥岩微裂缝的封堵能力和滤液对泥岩地层的抑制性, 工程上在钻进100m左右进行短起下钻, 清除井壁上的厚泥饼及粘附在其上的砂子, 保证井眼的畅通。
(2) 使用大分子处理剂调整钻井液的流变性, 控制动塑比在0.6左右, 动切力在12Pa, 塑性粘度在20mPa.s左右, 初切5Pa左右, 中切10Pa左右。确保钻井液具有较好的携砂性能, 同时还能对井壁适度的冲刷作用, 防止厚泥饼的形成。
(3) 根据施工经验, 流二、流三段钻井液密度均高于流一段, 在进入流二段前将钻井液密度提高0.05g/cm3左右 (根据情况而定) , 使之略高于地层坍塌压力, 更好的预防井塌。
3 现场应用
3.1 莲15X井工程简况
莲15X井是海南福山油田白莲油气田低台阶的一口预探井, 设计井深4109.85m垂深3997.29m。本井实际完钻深4050m, 水平位移360.93m, 最大井斜21.20°, 钻探主要目的层为下第三系流沙港组三段上亚段, 兼探流一段。
3.2 地质及工程设计简介
3.2.1 井身结构设计 (见表2)
3.3 施工措施
三开时钻遇涠洲组, 地层为砂砾岩夹杂泥岩, 在砂砾岩段容易形成厚泥饼, 造成起下钻困难。利用PAM胶液控制地层造浆, 使用离心机等固控设备消除钻井液中的无用固相, 在进入造斜点前加入固体润滑剂和液体润滑剂, 防止在造斜段发生粘卡等事故。流一段以泥岩和砂岩层为主, 岩性比较硬、脆易水化造浆。在工程上每钻进100m-150m左右或24小时搞一次短起下使清除虚泥饼和缩径危害。
实际基本钻井液性能如表3。
4 认识及建议
(1) 涠洲组地层利用药品控制好造浆粘度控制原则为“低粘低切”, 防止厚泥饼的形成。
(2) 流二段钻井液的重点是防止大段泥岩段的垮塌, 避免硬脆性泥岩的失稳。因此进入流二段前, 应加大钻井液抗高温防塌剂、降失水剂和润滑剂的投入量, 确保钻井液具有好的防塌、抗温和润滑性。
(3) 在流二段钻进过程中, 注意提高钻井液固相颗粒对地层泥岩微裂缝的封堵能力和滤液对泥岩地层的抑制性, 工程上在钻进100米左右进行短起下钻, 清除井壁上的厚泥饼及粘附在其上的砂子, 保证井眼的畅通。
(4) 控制好劣质固相的对钻井液性能维护至关重要, 一方面需要使用强包被抑制性处理剂抑制钻屑分散, 另一方面需要加强固控设备的使用, 采用高频、高数目振动筛及时清除有害固相, 必要时可增加振动筛的配置数量。
摘要：海南福山油田地层具有特殊的复杂性, 涠洲组造浆严重、易缩径, 流二段泥岩为硬脆性泥岩, 最厚近达700米, 这种情况在国内外也非常少见。本文从分析涠洲组缩径原因和流二段泥岩特性和坍塌机理入手, 结合现场施工经验, 优化钻井液体系和配方, 制定科学合理的配套技术措施, 通过在莲15X等井的成功应用, 为解决福山油田安全钻井问题提供了经验。
关键词：钻井复杂,钻井液,井壁稳定,防塌
参考文献
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