河北某地热井坍塌处理措施

王德敬 毛连义 夏秋田 赵长亮

(山东省鲁北地质工程勘察院 山东德州 253015)

河北某地热井坍塌处理措施

王德敬 毛连义 夏秋田 赵长亮

(山东省鲁北地质工程勘察院 山东德州 253015)

本文通过具体工程施工,阐述了在钻进泥膏地层出现坍塌的原因,总结了坍塌的现象、危害及处理措施。

钻井液 坍塌 处理措施

1 前言

我公司于2009年8月15日受河北某有限公司委托,在河北施工一眼井深3500m地热井,在穿过泥膏岩地层钻进时出现坍塌现象,引起施工困难,曾一度出现提下钻遇阻现象,最大阻力曾增加40t,给施工带来很大风险。我公司技术人员利用钻井液技术进行处理,解决了坍塌的现象,降低了施工风险,顺利穿过泥膏层,安全下入技术套管对该地层进行有效封隔,大大减轻了后续施工的风险。于2010年1月15日顺利完成施工任务。本文结合实际情况详细阐述了此类地层坍塌的原因、危害及处理措施,给此类地区进行钻井施工提供借鉴作用。

2 工程概况

2.1 井身基本情况

此地热井是该公司在牛驼镇地区发育的牛东断裂构造上部署的一口地热井,设计井深3500m,设计为四开井。钻探目的层为蓟县系雾迷山组。一开井眼尺寸:φ444.5mm,完钻井深:365m,套管尺寸:φ339.7mm,套管下深:360m,二开井眼尺寸:φ311.1mm,完 钻 井 深:2565.00m,套 管 尺 寸:φ244.5mm,套管下深:2565.00m,三开井眼尺寸:φ215.9mm,完 钻 井 深:3053.00m,套 管 尺 寸:φ177.8mm,套管下深:3053.00m,四开井眼尺寸:φ152.4mm,完钻井深 :3500.00m,裸眼完井 ,该井由于井身结构和地层较复杂,增加了施工难度。

2.2 该井所钻遇地层情况

依据甲方所提供该井可行性论证,可知该井自上而下所钻遇地层为:

0～407m,第四系Q,棕黄色粘土层与砂砾层呈不等厚互层,性松软,可钻性极好,与下伏地层呈不整合接触。

407～925.0,上第三系明化镇组Nm,棕红色泥岩与灰色、灰黄色砂岩、砂砾岩呈不等厚互层,与下伏地层呈角度不整合接触。

925.0～2560.0,下第三系沙河街组 Es+孔店组 Ek,灰色泥岩与灰色、灰白色粉砂岩、细砂岩、砂砾岩呈不等厚互层,与下伏地层呈不整合接触。

2560.0～2800.0,寒武系 ∈,杂色、灰色灰岩 、鲕灰岩与棕红色泥岩呈不等厚互层,与下伏地层呈平行不整合接触。

2800.0～3050.0,青白口系Qn,岩性为紫红色、灰绿色泥灰岩,棕红色泥岩,灰色石英砂岩,与下伏地层呈平行不整合接触。

3050.0～3250.0,蓟县系铁岭组Jxt,岩性为灰色白云岩,灰质白云岩夹薄层深灰色泥岩。

3250.0～3500.0,雾迷山组Jxw,颜色为灰色、灰白色白云岩、灰质白云岩、硅质白云岩。

2.3 该井所使用的施工工艺

(1)依据工程概况选用主要设备见表1

表1

(续表)

(2)井身结构见图1。

(3)钻进参数见表2。

表2

图1

(3)钻井液工艺选择见表3

表3

(4)固井工艺

表层套管,套管串结构(由上至下):浮鞋+套管1根+浮箍(内插座)+套管串,采用普42.5R硅酸盐水泥,水泥浆密度1.8g/cm3,水泥返出地面。施工结束后,如果井口水泥浆面下沉,必须注水泥浆补充。

二开固井,套管串结构(由下至上):浮鞋+套管2根+浮箍+套管串+水泥伞+3根套管+注水泥转换器+5根套管+变径转换接头+钻杆,采用 G级水泥,水泥浆密度1.8g/cm3。

三开固井,套管串结构(由下至上):套管串结构(由下至上):浮鞋+套管2根+浮箍+套管串+水泥伞+3根套管+注水泥转换器+5根套管+变径转换接头+钻杆,采用 G级水泥,水泥浆密度1.8g/cm3(根据实际钻进地层情况调节水泥浆密度,确保水泥浆返高)。

3 井塌发生段施工情况

当施工至井深2177m,出现提下钻遇阻现象,吸附增加,静止5分种,阻力即增加40t。再次下钻,在1970m时遇阻,开泵循环,边扫孔边下钻,下钻进尺很慢,同时孔内返出大量岩屑。如此反复提下钻,每次提钻后再下钻,到已经扫孔完毕的井段又出现下钻遇阻现象。此时对泥浆进行重新测试,发现泥浆性能变差,p H值达到6.8,失水量达到40。我们专门取样进行了分析,发现地层与甲方所提供地层有所不同,自1970m已开始大量出现泥膏层,泥膏层对钻井液的污染,造成泥浆性能严重变差。必须重新调整泥浆性能,才能继续施工,不然会出现更大事故。

4 井塌处理措施

4.1 井塌发生的原因

经过我们对泥浆及地层的取样分析,证实此次井塌的原因大致有如下几点:

(1)该井段地层属于泥膏层,易吸水澎胀,产生剥蚀,从而发生井塌。

(2)钻井液因泥膏层的侵入对泥浆产生了污染,造成失水量大大增加,加速了泥浆对地层的侵入,从而加速井塌发生。

(3)因对地层吸水澎胀造成的地层压力不了解,致使液柱压力和地层压力不平衡,压力差可能小于该井段地层的澎胀应力,从而使地层失去稳定性,发生井塌。

(4)钻井液性能不好,造成钻头泥泡,起钻拔活塞,从而引起井塌。

4.2 井塌的危害

井塌发生后对工程施工产生很大危害,使钻进不能正常进行,造成提下遇阻卡钻,井径扩大,下钻遇阻出现长井段扫孔而且扫孔困难,同时也给后续施工带来隐患造成固井质量差。

4.3 井塌的处理措施

我公司技术人员经过认真分析,并依据该井段地层特性有针对性的调整钻井液性能,使钻井液的p H值保持在8～10,适当提高粘度达到60s,降低失水量使失水量小于14,并制定严格的钻液性能监测制度,有专人负责钻井液性能调整,出现钻井液性能改变时,即时进行调整,由2009年10月3日井塌发生时井深2177m,到2009年10月20日井塌解决恢复正常钻进,前后长达 17天。出现井塌井段为φ311mm井段,共参加循环泥浆为200m3,为调整泥浆性能自发生井塌后先后加入FCLS5T、NaOH5T、NaCO33T、高粘CMC2T、聚炳烯腈氨盐3T,经过加入以上这些药品进行调整,使泥浆性能达到护壁性能,泥浆性能变化情况可见表4。

表4

在调整后的钻井液保证下,该井顺利穿过泥膏层,安全施工至井深2565m进行技术套管固井,保证后续施工的安全。到2010年1月15日顺利施工至目的井深3508m终孔,完成全部施工任务,进行抽水试验,水温达到98℃,水量达到90m3,完全达到此次地热井施工的目的。

5 经验与教训

(1)井塌出现后及时进行了钻井液性能调整,保证安全施工是此次地热井施工顺利完成的关键。

(2)本井在钻进1970m时就已经出现地层变化,此时应该及时对地层进行验证,以确定用何种钻井液适合。但因施工人员未对此种情况有足够重视,直到钻进至井深2177m发生井塌时,才提到钻井液性能变差,从而造成近17天时间没有进尺。提示以后在进行钻井施工时应随时对地层进行掌握验证,以便采用适当的钻井液。

(3)井塌发生后,未对井塌的出现做出正确认识造成处理周期延长。

(4)依据该工程出现井塌的情况可知井塌出现的现象大致有如下几个:返出岩屑增加,岩屑混杂有上部地层岩屑,有时有大量的岩块返出;泵压不稳,有时产生蹩泵现象,同时钻井液的粘度、比重以及含砂量都增加;钻进时出现蹩钻,接单根下不到井底起钻遇阻;下钻下不到井底,下钻过程中遇阻严重,扫孔时出现蹩钻,打倒车现象,扫孔接单根困难,甚至越扫越浅。

1 中国石油勘探与生产分公司工程技术与监督处.钻井监督.北京:石油工业出版社,2003

2 鄢捷年.钻井液工艺学[M].山东东营:石油大学出版社,2001

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2010年4月12日)