四川盆地火山岩鑽井難點與對策


四川盆地火山岩鑽井難點與對策

2021-02-23 天然氣勘探與開發

根據預測模型,利用測井數據,建立岩石力學特徵剖面,統計數據如表2 所示,其特徵如下:①各參數隨著埋深的增大而增大,岩石強度按陸相、峨眉山玄武岩組、海相順序依次增大;②各參數值與聲波時差、岩石密度相關性好;③陸相地層力學性質較海相穩定;④峨眉山玄武岩的岩石力學參數差異性大,岩石非均質性強。

1)破裂壓力:峨眉山玄武岩組平均破壓梯度3.08 MPa/100 m ;海相岩石強度> 峨眉山玄武岩組> 陸相,海相、峨眉山玄武岩組破裂壓力急劇升高,陸相平均破壓梯度2.40 MPa/100 m、海相平均破壓梯度3.21 MPa/100 m ;永勝1 井峨眉山玄武岩組6 380 ~ 6 432 m 實施酸化壓裂,井口壓力83 MPa 時,排量微小,幾乎沒壓開地層。

2)坍塌壓力:壓力高值區與擴徑段對應性較好,6 478 ~ 6 500 m 井段擴徑較大,預測該井段坍塌壓力1.76 MPa/100 m,微大於地層孔隙壓力。

3)孔隙壓力:峨眉山玄武岩以上地層壓力係數介於1.0 ~ 1.8MPa/100 m,其中雷口坡組的地層壓力係數爲1.1 ~ 1.3 MPa/100 m,峨眉山玄武岩壓力係數1.8 ~ 2.0 MPa/100 m。

從實鑽情況來看, 二開井眼尺寸大, 爲Ø333.4 mm,裸眼井段長,共3 622 m。因此井眼清潔難度大,起下鑽阻卡頻繁,多次進行長距離劃眼。故對上部地層的井身結構進行了改進:加深導管下深建立淺層井控,加深一開Ø444.5 mm 的井眼深度,以縮短二開裸眼段長,有效封閉陸相地層;同時減小二開井眼尺寸,改爲Ø320 mm 井眼,便於陸相地層提速;三開採用Ø241.3 mm 鑽頭,進入峨眉山玄武岩頂部,卡准儲層,有利於四開採用Ø165.1 mm 鑽頭進行目的層專層專打,最後下入Ø139.7 mm 襯管完井[7-8]。

依據前述火山岩岩石力學參數的建立,火山岩岩石抗壓強度203 MPa±,可鑽性級值8 ~ 9 級,研磨性5 ~ 6 級。因此在鑽頭技術上要求掌背、牙齒、保徑耐磨性好,從工藝上需要強化金剛石保徑及掌背;峨眉山玄武岩中角礫、玄武岩發育,因此要求鑽頭加強軸承保護及穩定性,布齒防崩、斷;岩石抗壓強度大要求鑽頭能與提速工具有效配套,鑽頭具有滾滑複合軸承及高溫密封脂,以達到提速技術的要求[9]。根據以上要求,從國內二疊系火山岩鑽頭應用效果來看,尖錐齒PDC 鑽頭及混合鑽頭能夠滿足硬碎地層的鑽進要求,提速效果是牙輪鑽頭的3.2 倍[10-11]。

旋沖鑽井工具在川西地區馬深1 井四開井段進行了應用,旋沖工具進尺333.84 m,平均機械鑽速2.86 m/h,創二開井段單只鑽頭最高機械鑽速(除空氣泡沫鑽外),同層位與螺杆+ PDC 鑽頭對比,鑽進進尺提高了68.62%,純鑽時間延長55.67%,平均機械鑽速提高了8.33%。

針對火山岩地層井壁穩定需要,在常規聚磺鑽井液基礎上進一步強化抑制封堵性能,優化形成了強抑制強封堵聚磺鑽井液。除了常規的抑制劑外,增加了抑制性能優良的聚胺抑制劑;封堵材料方面同樣選用了多樣化封堵劑,包括常規的超細碳酸鈣和新型防塌劑成膜封堵劑、納米封堵劑、封縫即堵劑,通過多種抑制劑和封堵劑的相結合,可提高儲層保護效果和井壁穩定能力[16-18]。

主推「以防爲主、防堵結合」的技術思路:在進入目的層前加入隨鑽防漏材料,可有效封堵微小裂縫,達到降低漏失率的目的;發生較大漏失以橋漿堵漏爲主,對較大裂縫可實現大縫變成小縫,減少漏失損失;若漏點較多,選用酸溶率較高的堵漏劑;若反覆漏失則採取擠堵方式,以提高地層承壓能力[19]。

在防漏材料上優選具有架橋能力的高酸溶率的SRD 系列,能在裂縫壁面之間形成卡縫,使裂縫從縫變爲孔;瀝青粉、細顆粒碳酸鈣爲主的填充材料,用於封堵大顆粒材料架橋後形成的微小孔隙,進一步形成緻密而堅實的封堵層;以纖維、QP-1 等爲主的纖維狀材料,可鑲嵌在大顆粒橋堵材料中,提高架橋結構的穩固性並以此提高地層的承壓能力;具有快速堵漏效果的高濾失堵漏材料由滲濾性材料、纖維狀材料、硅藻土、多孔惰性材料、增強劑等複合而成,其能在壓差作用下變稠形成濾餅,繼而壓實堵塞漏失通道,達到快速堵漏的效果,堵漏劑的濾失量越大,濾失速度越快,堵塞的形成就越迅速,主要有DTR、HHH 堵漏劑等。

當儲層壓力較高時,侵入地層的鑽井完井液可通過壓力返排出來;而當地層屬於常壓、低壓油氣藏時,單靠壓力返排一般不能獲得較高的滲透率恢復率,此時必須採用酸化增產作業。因此,裂縫暫堵劑的酸溶率也是必須考察重要因素之一。當儲層發生井漏後,需採用酸溶性堵漏材料。所選用封堵材料的鹽酸酸溶率普遍大於80%,有利於後期酸化解堵[20]。

永探1 井針對二疊系火山碎屑岩發育、儲層好、厚度大等施工難題,量身定製了油氣層保護鑽井液施工方案,並從施工管理、工具優選、鑽井液體系3 個方面進行升級,於2018 年6 月29 日開鑽,11月13 日鑽至井深5 749 m 完鑽,鑽井周期137 天,採用導管+三開制井身結構(圖 2)。

施工管理方面,整個生產周期實現零組停,對比精益鑽井計劃,周期節約85.26 d。工具優選方面,採用複合鑽頭+井下動力鑽具+最優鑽井參數,僅用3 只複合鑽頭29 d 鑽穿須家河組,平均機械鑽速達到3.3 m/h,僅第三開的鑽井周期就縮短33 d ;另外,在目的層峨眉山玄武岩鑽進過程中,氣測顯示

明顯,氣漏同存,考慮在加強快速鑽進與風險預防措施並舉的基礎上,採用精細控壓技術取芯施工,有效降低了井下風險,採取了精細控壓固井工藝,一次性確保Ø177.8 mm 尾管固井成功,固井質量合格率91.5%。在鑽井液體系方面,既要能進行強封堵,維護井壁穩定,防止垮、卡、漏的井下複雜發生,

又要防止、減少鑽井液固體顆粒濾液堵塞儲氣層的孔隙加重油氣層的汙染,針對性採取防塌水基鑽井液體系,同時24 h 連續監測,及時調整流變性,定期補充防塌處理劑,爲連續高效鑽進創造了條件。

2)二疊系火山岩超深井採用目的層專層專打的井身結構,有效提高儲層的鑽探,能夠滿足現場安全鑽井的需要。火山岩井段適合採用旋沖工具或等壁厚螺杆複合鑽進;多種抑制劑和封堵劑的相結合,可提高儲層保護效果和井壁穩定能力;井漏多是由裂縫、孔洞原因造成,採用「以防爲主,防堵結合」的技術思路,優化形成了強抑制強封堵聚磺防漏鑽井液。

譚    瑋:1981年生,副研究員;現主要從事鑽井工程等方面的工作

地 址:四川省德陽市旌陽區龍泉山北路298號

電    話:(0838)2552092

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(修改回稿日期 2019-09-22 編 輯 陳 玲)

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