1、克拉玛依油田八区调整井高效安全钻井技术宋振清 1 张洪生 1 石晓兵 2（1.新疆石油管理局钻井公司 2. 西南石油学院）摘要 准噶尔盆地八区乌尔禾调整井区是一个易漏易喷、复杂时率高、钻井难度大的油田老区。随着钻井井深的增加，钻井地质条件更加复杂，井漏、溢流的情况频繁，地层可钻性变差，水平位移的要求更严格，这些因素均不利于钻井速度的提高，钻井难度加大。在分析钻井复杂地质环境的基础上，针对钻井技术难题，利用先进的方法提高地层压力预测的精度，确定合理的泥浆密度，实现了平衡压力钻井；加强找漏失机理和漏层测试技术的研究；采取 MTC 堵漏技术，有效地防止了井漏、井塌和溢流的复杂情况发生，在井深 305
2、0m 以上的堵漏成功率达到了 90%以上，固井质量优质率达到了 96%；在生产中，实行科学化管理，制定了切实可行的组织措施，并严格实施，使得复杂事故时率下降到3.42。达到了安全高效的钻井目的。主题词 准噶尔盆地 调整井钻井 安全 高效 由于加密调整井是在油田已投入开发或注水开发以后所钻的井，因而地层孔隙压力、破裂压力及岩层的性质均发生了不同程度的变化。一口调整井往往会钻遇多个高压层、欠压层、常压层、水淹层；有些地区还会钻遇孔隙压力异常、处于强地应力作用下的坍塌层。钻调整井，如不了解地下这些变化，就会发生喷、漏、卡、塌等井下复杂情况。因此，在钻调整井时，必须研究地层特性和地层压力变化规律，分析
3、各种井下复杂情况发生的原因。采取相应的钻井技术措施，减少各种复杂情况的发生。在调整井的钻井过程中，井漏往往是最严重、最难以解决的的复杂情况，它可能带来巨大的经济损失。八区下乌尔禾组油藏构造为一个东南倾的单斜，基底倾角 13，顶面倾角 6.5，是一个低孔隙、特低渗透、微裂缝发育的块状砾岩油藏，受多年注采开发的影响，其地质构造特征是纵向上存在着两个以上压力系统，横向上压力分布不均（因其地层物性极不均匀，注水效果没有规律可循） ，局部存在着异常高压，且具有不可预见性。钻井中，侏罗系及其以上地层压力系数低，承压能力差，目的层下乌尔禾组储层孔隙结构复杂，有粒间孔、晶间孔、界面孔、砾石、粒内孔等多种孔隙类
4、型，原生孔与次生孔并存，以次生溶孔为主,地层中微裂缝发育，从 W1 至 W5 段天然裂缝都有分布，天然裂缝的主要类型有：构造高角度缝、构造斜交缝、构造低角度缝和成岩充填缝、半充填缝、砾石缝等，但以构造高角度缝为主。裂缝的泄漏压力与地层流体压力相近，安全钻井泥浆密度窗口很小，地层压力难以准确预测，部分区域受裂缝发育程度的影响，存在局部高压或低压区域，极易产生井喷、井漏。2004 年八区下乌尔禾组油藏部署开发调整井 180 口井，钻井区域由西南向东北部滚动开发，钻井井深也由去年的平均井深 2857m 向 3100m 发展，同时由于目前所钻区域处于 P2w2+3 和 P2w4+5两套井网加密开发区内
5、，钻井地质条件更加复杂，钻井难度更大，极大地影响 2004 年该区的钻井速度。一、八区调整井安全高效钻井技术（1）调整井地层压力预测方法在油气田开发过程中，随着油层注采时间的不断推移，注、采工作制度的不断变化，油层压力不断发生变化，压力分布不再均衡，压力系统极度紊乱，地层中出现压力亏空区和憋压区，而且地层压力时刻动态变化，而地层的坍塌压力和破裂压力与地层应力状态密切相关。同时，在多种因素的作用下，地层特性和流体物性都将不同程度地发生改变。这就导致调整井钻井过程中经常遇到井涌、井漏、井塌、卡钻甚至导致工程报废等复杂情况和复杂事故。因此，要实现调整井的安全快速钻进，减少储层污染，就必须准确预测地层
6、压力及其分布规律。对于地层压力的预测可以通过油藏数值模拟来实现，但是，油藏数值模拟是一个系统而繁杂的工程，它要求软件系统精确度高，需要输入很多准确的参数，工作时间长，成本高。目前，人们预测调整井地层压力的方法主要是用邻井资料外推，或者是借用数值模拟，这些方法不是因为过于简单达不到必要的精度，就是因为需要输入的信息量非常大，而且操作人员需要很强的专业经验，难以推广应用。这就要求有一个既合理又经济的方法来解决现有的问题。为此，本文从油层渗流力学的基本原理出发，借用数学工具综合描述油层渗流过程中全部力学现象和物理化学现象的内在联系和运动状态，主要包括运动方程、状态方程、质量守恒方程、能量方程以及其他
7、附加方程和边界条件、初始条件等，建立了严密而可靠的调整井地层压力预测数学模型，并给出了预测过程的基本步骤。实际应用表明，基于油层渗流力学理论建立的调整井压力预测方法具有简单、快捷、准确的特点，能够满足油田现场实际应用的要求。基于压力叠加原理，当多井投产时，地层中任一点的压力等于每口井单独生产时，在该点形成的压力降的代数和：（1）ni ieiniMe RKhQPP11l2由（1）式可得到计算 点压力的表达式：（2）ieniiehl21经过推导可得到油、水两相渗流的压力预测表达式：（3）ni iefini wefiwM RKhQRKQP11 ll式中 或 ，采油井取“” ，注水井取“” 。of图
8、1 准噶尔八区油田第 12 个月时的地层压力分布状况根据八区的地质特征，利用注采井历史数据、试油、地层测试以及生产测井等资料，结合渗流力学理论和油藏数值模拟方法的基本思想，考虑裂缝油藏油水流动的特殊规律，地层压力预测的理论和方法，并能够进行地层压力的历史拟合，得到比较准确可靠的结果。为实施近平衡钻井，确定合理的泥浆密度提供了科学的依据。确定了较合理的泥浆密度使用范围。正常压力梯度井密度的控制：吐谷鲁组至八道湾组，泥浆密度范围：1.051.25g/cm 3；白碱滩组至克下组泥浆密度范围：1.251.35g/cm 3；乌尔禾组以下泥浆密度范围：1.371.39g/cm 3。完井液密度提到了 1.4
9、0g/cm3。 （2）找漏技术为了确定复杂区块调整井漏层位置，研制了一套耐高温、耐高压的井下测量仪器。该仪器可以测量对应井深的流量与温度。在发生井漏后，该仪器能够测量并记录沿井筒液体流动方向与流量大小，测量并记录沿井筒温度高低。根据沿井筒液体流动方向与流量大小、温度高低，可以准确确定漏层位置。示踪法井漏位置的测试原理：当发生漏失时，由于有部分钻井液漏入地层，使漏层以上环空钻井液上返速度减小，返出井口的时间增长。若在井漏发生前后，分别用示踪剂测得钻井液循环一周的时间，其时间差 即为由于井漏致使漏层以上环空钻井液上返速度减小，返出井口推迟的一段时间。T根据这个时间差 和钻井液进、出口流量及漏层以上
10、环空截面积便可求得漏层位置。图 2 漏层位置测量地面测量与下入系统组成示意图T86196 井在钻至井深 3090 米完钻后多次发生井漏，在井底注灰 2 次未见效果，采用“示踪迹”法找漏，计算出漏点在 3018 米，用 MTC 水泥浆堵漏后，钻灰塞至 3000 米完井，后期施工正常。T86163 井在钻进到井深 3025 米时发生井漏，采用坂土水泥堵漏无效，改用 MTC 水泥浆堵漏后恢复正常钻进。（3） MTC 堵漏技术八区乌尔禾调整井的钻井难度就是在进入目的层乌尔禾组后，由于地层存在直劈裂缝和羽状裂缝等，极易造成井下有进无出的严重漏失，一但发生严重漏失，用常规的桥塞堵漏技术是不能满足堵漏工艺的
11、要求，而且浪费大量的重泥浆和堵漏剂，且堵漏剂的浓度越大，越易造成环空阻力过大而引发井 深 测 量 钢 丝 绳 张 力 测 量 井 深 与 时 间 记 录 系 统 钢 丝 绳 张 力 与 时 间 记 录 系 统 钢 丝 绳 下 入 系 统 钢 丝 绳 下 入 监 测 与 控 制 系 统 更严重的漏失。尽管在堵漏剂的匹配上进行了调整，但效果不佳造成多次堵漏，而且不能提高地层的承压能力,在时间和费用上浪费很大。要解决好八区调整井井漏堵漏的技术难题，是保障安全钻井、提高钻井速度的关键。使用 MTC 堵漏浆可以解决上述问题，并且由于 MTC 浆对油层的污染程度小，堵漏效果好，可以解决油层井段处理恶性井漏
12、的堵漏问题。MTC 浆具有良好的流动性，并在堵漏时可添加一定的堵漏材料增加堵漏浆的骨架结构在地层孔隙处停留堵塞裂缝，可有效的提高堵漏效果，而且在钻灰塞前进行一次预处理维护简单，减少了泥浆的维护成本，堵漏成功率高。MTC 浆具有良好的流动性，并在堵漏时可添加一定的堵漏材料增加堵漏浆的骨架结构在地层孔隙处停留堵塞裂缝，可有效的提高堵漏效果，而且在钻灰塞前进行一次预处理维护简单，减少了泥浆的维护成本，堵漏成功率高。表 1 采用 MTC 堵漏情况表利用 MTC 浆特有的矿渣及堵漏材料及化学添加剂可牢固的封固地层裂缝，提高地层的承压能力，堵漏效果显著，今年八区乌尔禾调整井在进入乌尔禾组后有 5 口井漏失
13、严重，都是在桥塞堵漏和水泥堵漏失败的情况下使用 MTC 浆堵漏，均一次成功，具有良好的堵漏效果。具有推广应用的前景，并可降低泥浆成本，缩短钻井工期。因 MTC 浆对泥浆的污染少，使注灰堵漏后泥浆的维护处理简单，泥浆不需要进行大的调整，大大减少了泥浆处理成本。MTC 浆堵漏效果好，堵漏成功率高，可有效遏制井漏复杂，缩短复杂处理时间，提高经济效益，具有推广应用的前景。（4）研究漏失规律，加强堵漏技术的综合应用八区乌尔禾组调整井位于油田开发老区，受多年注采开发的影响大，开采程度不一，注采不平衡，其特征为纵向上存在着两个以上压力系统，横向上压力分布不均，局部存在着高压异常，且具有不可预见性。主要表现为
14、：上部地层压力系数低，承压能力差，使侏罗系及其以上地层极易发生漏失；三叠系白碱滩组大段泥岩易缩径，克拉玛依组砂泥岩地层易漏易垮塌。 目的层下乌禾组地层裂缝发育，部分井裂缝的泄漏压力与地层流体压力相近，安全钻井泥浆密度窗口太小。 在八区乌尔禾组调整井区域内，除了以前的一套大井距乌尔禾组井网和几口佳木河组开发井外，上部地层还未开发。井队 井号 漏深 (m) 备注50599 T85611 3000 钻进至 2748m 时开始井漏，6 次注水泥堵漏效果不明显，第 7 次 MTC 堵漏效果明显。50590 T86163 1700 钻进至 1700m 时井漏，2 次注水泥堵漏效果不明显，采用MTC 堵漏成
15、功。50590 T86163 2976 钻进至 2976m 时开始井漏，先后 7 次注水泥堵漏效果不明显，第 8 次 MTC 堵漏成功。50593 T86196 3039 先后 2 次注水泥堵漏效果不明显，第 3 次 MTC 堵漏后，承压实验成功。50629 T86139 3056 钻进至 3056m 时井漏，注水泥堵漏失败后，采用 MTC 堵漏成功。50602 85076A 3150 桥堵多次，水泥堵漏两次，效果均不佳，采用 MTC 堵漏成功。但因其多年的注水开发，地层原始压力遭到破坏，且注水受地层连通性与渗透率影响，产生的压力效果不均一，地层压力难以准确预测。八区乌尔禾组调整井区 2003
16、 年部署井大约有 10%的断层井，北部有部分井将穿过南白碱滩断裂，由于受断层的影响，存在局部高压或低压区域，易导致复杂情况的发生。井漏是八区调整井钻井所面临的严重问题，有时井漏引起井塌、溢流、卡钻事故，难以处理，不得不提前完钻，甚至报废。堵漏成功与否已经成为一口井乃至一个区块钻井成败的技术关键。研究了八区井漏的地质特征，确定了易发生井漏的复杂情况的井段：主要复杂井段：目的层乌尔禾组，裂缝发育段易漏、水层易溢流、含气层易喷；一般复杂井段：八道湾组及以上地层，其中主要是解决八道湾组的渗漏。特别是研究了裂缝及其漏失规律，在此基础之上制定了一系列预防井漏的技术措施，结合桥塞堵漏的方法，提出了有效的防漏
17、堵漏措施，在井深 3050m 以上的堵漏成功率达到了 90%以上。防漏堵漏技术主要体现在：1）钻进中的防漏 正常压力梯度井密度的控制：吐谷鲁组至八道湾组，密度范围：1.051.25g/cm 3；白碱滩组至克下组密度范围：1.251.35g/cm 3；乌尔禾组以下密度范围：1.351.42g/cm 3。提密度按每循环周 0.02g/cm3 梯度均匀加重。采用 241mm 钻头钻至 1750m，降低环空阻耗。从二开就开始使用除砂器、除泥器和离心机，使用率达到设计要求，保持泥浆低固相和良好的泥浆性能。正常钻进中保持泥浆具有良好的流变性，漏斗粘度控制在 60s 以内，静终切力控制在8Pa 左右，动切力
18、控制在 6Pa 左右。防止瞬间的激动压力导致井漏。2）提下钻中的防漏 根据油田实际情况，确定合适的抽吸压力和激动压力系数。严格控制下钻速度，进入油层和漏层时，速度控制在每柱 40s 以上。每次提钻前必须充分洗井，当振动筛基本无岩屑返出时再提钻；起钻时必须由专人负责灌泥浆，值班干部负责检查泥浆是否能正常灌入。起钻作业中，必须勤灌泥浆，要求每提 2 柱钻杆灌满一次泥浆，每提 1 柱钻铤灌满一次泥浆，每起钻（或下钻）10 柱，泥浆工校核一次灌入或返出的泥浆量。起钻时必须勤观察井口，若发现钻头或扶正器发生“泥包”造成的“拔活塞”现象，应停止起钻，接方钻杆转动转盘，洗井确认钻头或扶正器消除“泥包”现象后
19、，再继续起钻。起钻中出现挂卡，若有开泵蹩压，循环不通的情况时，要注意防止蹩漏地层，可下钻并选择一个井壁相对稳定、无挂卡情况的安全井段再试开泵，直到井下恢复正常。提下钻挂卡严重，若开泵正常时，洗井 30min，若仍挂卡，必须接方钻杆“倒划眼”起出，划眼中要注意泵压的变化，防止蹩漏地层，直到井下恢复正常。3）钻开漏层前的防漏 先期防漏：钻入乌尔禾组后均匀加入 1综堵剂，2核桃壳进行防漏，然后根据井浆内堵漏剂组分含量和膨胀程度及时筛除部分已膨胀堵漏材料，并补充新的堵漏材料，提高先期防漏的效果。目的层钻进中，若钻时明显加快，应停钻观察是否有井漏情况发生。特别是接近完钻前，若钻时由 120min/单根以
20、上加快到 90min/单根以内时，应立即停钻观察，并及时汇报到项目经理部技术办。不钻揭或尽量少钻揭乌尔禾组下部裂缝发育恶性漏失段，各钻井队应积极配合管井地质员卡准复杂层段，并可要求其提供临井相关资料。（5）提高八区钻井生产时率的组织措施要求井队继续抓好各个环节的生产组织与衔接工作，钻机设备能力必须最大限度地满足钻井的需要，不断提高岗位人员素质，落实技术措施和岗位责任，进一步减少非生产时间，提高生产时率。技术管理上，要着重抓好井下事故和复杂情况的预防与处理，积极开展八区调整井高效安全钻井技术研究项目研究与应用工作。针对实际情况，落实乌尔禾组复杂井段的钻井技术措施，防止事故与复杂，八区乌尔禾组地层
21、易发生恶性井漏、溢流出水的复杂情况，是控制复杂的主要井段，强化井控工作，并制定切实可行的技术措施，严格实施。主要是通过各种技术措施，降低事故与复杂时率，其次是优化钻井设计，有利于调整井钻井过程井下复杂的减少，提高井下复杂情况处理的成功率，增强复杂地质条件调整井钻井能力，缩短钻井周期，降低钻井成本，提高勘探开发效益。二、高效安全钻井效果评价在钻井过程中严格执行技术措施，在安全生产、质量、复杂的控制等各方面，效果显著，具体表现在：1） 泥浆密度适当，井漏、溢流的复杂情况均得到了有效控制，复杂事故时率下降到3.42；2） 防漏、堵漏的成功率大幅度提高，在井深 3050m 以上的堵漏成功率达到了 90
22、%以上；3） 加强科学化管理，质量意识增强，井身质量指标达到较高水平，井底水平位移优质率达到了 80%。表 2 近 3 年部分技术指标对比表年度 进尺 m 开钻口数 完钻口数 井身质量 % 钻机台月 钻机月速 米/台月平均钻速m/h纯钻时率%生产时率%事故时率%复杂时率%2002 57675 19 19 100 16.49 3497.66 8.57 52.77 98.06 0 02003 622921 218 214 100 218.15 2855.47 8.05 49.50 88.47 2.15 9.762004 564651 185 187 100 218.86 2579.95 5.92
23、60.52 96.30 0.93 2.49从上表可以看出，2004 年八区乌尔禾组平均钻速较过去两年都有所下降。具体原因是，2004 年所钻调整井的平均井深达到 3052.17 米，进入下乌尔禾组地层平均达到 454.19 米，比 2003 年的 360米增加了近百米。随着井深梯度的增加，其原有的复杂情况依然存在，井下的复杂程度和钻井风险更高；除此之外，区域地层岩石可钻性相对变差，特别是三叠系至乌尔禾组地层厚度增大，钻速极低；另外，2004 年有 33 口断层井（靠断层井） ，受断层的影响，钻进中极易井斜，并且机械钻速只有常规井的一半，钻井周期一般在 4060 天左右，相应地钻井难度进一步加大
24、。这些原因导致 2004 年的平均钻速有所下降。如果只考虑和 2003 年所钻井平均深度（2958 米）接近的常规井，排除 2004 年所钻的加深井（井深超过 3000 米的井） ，例如深度小于 3000 米的所有常规井，平均机械钻速是 8.34m/h，高出2003 年的 8.05m/h。三、结 论（1）在分析钻井复杂地质环境的基础上，针对钻井技术难题，利用先进的方法提高地层压力预测的精度，确定合理的泥浆密度，优化钻井设计，实现了平衡压力钻井；（2）加强漏失规律和漏失机理的研究，并结合八区钻井工程的实际情况，提高了确定漏层位置的科学性和有效性；（3）采取有效的预防井漏技术，并结合桥塞堵漏及 M
25、TC 等的方法措施，有效地防止了井漏、井塌和溢流的复杂情况的发生；（4）在生产中，实行科学化管理，制定了切实可行的组织措施，并严格实施，形成了一套适合八区调整井高效安全的科学的技术决策方案和作业管理模式。参考文献1. 肖国益等. 调整井复杂地层压力预测的新方法. 石油钻探技术，2002（2）2. 栗广科等. 复杂区块调整井优质快速钻井技术. 石油钻探技术，2003（1）3. 戴榕菁等. 无限大多层油藏渗流问题的解析解及其应用. 应用数学和力学，1989（9）4. 吴应凯，石晓兵等，低压易漏地层防漏堵漏机理探讨及现场应用，天然气工业，2004，24（3）第一作者简介:宋振清,新疆石油管理局钻井公司,工程技术部主任.邮编:834000,手机: 13309906055,办公室电话: 0990-6828328.
