海拉尔油田乌东区块螺旋井壁成因分析与解决方法

2013-05-16李欢欢武艳红

钻探工程 2013年3期

李欢欢，武艳红

(1.大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院设计中心，黑龙江大庆163413;2.大庆钻探工程公司地质录井二公司，吉林松原138000)

0 引言

海拉尔油田自2009年钻井提速至今，经钻井完井电测曲线反映，许多井出现螺旋井壁现象，比例达15.60%，尤其在乌东区块发生螺旋井壁就达到36口，占乌东区块全部钻井的28.8%。造成测井时曲线出现周期性摆动变化，尤其是密度、声波、井径、感应等曲线受影响的比较普遍，甚至造成曲线形态和幅度失真。导致地质人员油气层划分难、油水层识别难、射孔井段选择难，给地质分层解释上带来不利影响。对于钻井施工方，由于螺旋井眼的产生，易造成钻具失效快、井眼清洁困难、倒划眼切削新岩石、井眼质量变差、建井费用增加等问题，延长了完井周期，增加了钻井投资成本，甚至影响到建井能否成功。随着钻井技术的进步，为满足勘探开发、减少钻井费用、测井、采油、作业等要求，螺旋井壁问题的研究及如何解决螺旋井壁显得日益迫切。

1 乌东区块螺旋井壁造成的危害

1.1 乌东区块螺旋井壁情况统计

从2009年海拉尔钻井提速至今，海拉尔油田出现螺旋井壁情况最为显著的是2009、2010年2年，因统计数据较多，选取有代表性的部分统计数据见表1。

表1 乌东区块出现螺旋井壁部分数据

从统计数据可以看出，大部分受影响的曲线多是AC、RHOB、CAL等，发生层位多在2000 m左右南屯组处，且受影响程度较为明显。乌140－88井测井曲线的显示见图1。

图1 乌140－88井电测曲线截图

从图1可看出，井径(CAL)、深浅侧向电阻率(LD、LS)和密度校正值(DRHO)均在同一井段出现正弦周期波动，现场小队通常可以依此判断此段出现了螺旋井壁情况。另外在现场，有时也参考校正岩性密度测井曲线值(ZCOR)来判断是否出现了螺旋井壁。

1.2 乌东区块螺旋井壁造成的主要危害

螺旋井壁形成以后，不仅会导致井眼质量变差，还会产生一系列危害：

(1)起下钻以及钻进过程中，滑动摩擦力较高，从而导致下钻困难;钻进中钻压传递困难;钻头工作状态不稳定，致使机械钻速降低;导致钻具失效快，钻头寿命短。

(2)在螺旋井眼中倒划眼时会切削岩石，同样会降低钻井时效和钻头的使用寿命。

(3)螺旋井壁形成后，易造成井眼清洁困难，致使岩屑沉积;而且起下钻时冲击井壁，井壁坍塌致使卡钻事故。

(4)螺旋井壁会使测井响应不稳定，造成密度、声波、井径、感应等曲线出现周期性摆动变化，影响曲线的识别，影响地质及含油气解释结果。

2 乌东区块螺旋井壁的成因分析

井眼的形成受地层、钻具组合、钻井参数等多重因素的影响，并且钻进过程中钻头是旋转的，当钻头偏离井眼的中心线钻进，就会在井壁上产生螺纹，形成螺旋井壁。归纳起来，影响螺旋井壁产生的因素主要有如下几个方面。

2.1 地质因素

(1)海拉尔油田属断陷盆地，岩性复杂，储层横向变化快、纵向岩性复杂。主要以南屯组、铜钵庙组、大磨拐河组为目的层，岩性以泥岩为主夹大段杂色砂砾岩，地层泥岩、砂岩互层频繁，砾石发育，可钻性差、研磨性强，钻进过程中憋钻、跳钻严重，地层软硬交替导致钻具跳钻严重，造成钻头不正常切削，极易造成螺旋井壁。

(2)海拉尔油田南屯组地层倾角达到30°～40°，而且倾角规律性不强，井斜控制十分困难;并且由于地层的各向异性、倾角以及可钻性不同，在钻进过程中，钻头受这些不可抗因素的影响，钻出的井眼井斜、方位频繁变化，极易出现螺旋井壁。

2.2 工程原因

2.2.1 钻头类型及结构的影响

(1)自从海拉尔钻井提速以来，在钻头类型的选择上，大多使用的是PDC钻头，从而使机械钻速得到较大提高。但同时径向侧切能力也大大加强，增加了井壁的螺旋趋势。

(2)钻头结构方面也有很大的关系，根据统计得出，使用PDC钻头配合使用单弯螺杆时，一些保径短的钻头，在井底工作的稳定性及抗地层作用的能力较差，会加剧钻头的侧切效果，尤其斜翼钻头在钻具自转和公转的共同作用下，比直翼钻头更容易产生螺旋井壁(见表2)。

表2 乌东区块螺旋井壁情况

2.2.2 螺杆钻具的影响

目前在海拉尔油田使用的钻具组合多是φ215.9 mm钻头 +φ172 mm螺杆(单弯、直)+φ177.8 mm钻铤+φ212 mm扶正器+钻铤+钻杆。统计发现，无论是直螺杆还是单弯螺杆都可能发生螺旋井壁，但从全部统计结果可看出，单弯螺杆发生螺旋井壁的可能性大于使用直螺杆。在乌东区块选取其中2个统计数据见表3。

表3 乌东区块螺杆钻具组合使用

表3钻具组合中的φ172 mm直螺杆，尺寸、刚性较小，与井眼之间间隙较大，稳定性差，当钻压接近或达到一次弯曲临界钻压时，直螺杆很容易发生一次弯曲，使钻头的破岩方向偏离井眼轴线方向，在钻具公转的作用下也容易形成螺旋井壁，此时直螺杆作用相当于单弯螺杆，单弯螺杆则更加严重;单弯螺杆外壳有一个弯角，还带一个螺旋扶正器，起到了支点作用。这样的结构，使得钻头中心线与钻具轴线之间固有一个夹角，钻头偏指向井壁。在钻进过程中，钻压在径向上有一个分力周向切削井壁，在钻具的公转作用下，随着井眼的延伸，逐渐形成了螺旋井壁，但总体来说，单弯螺杆易发生螺旋井壁，而直螺杆则好得多。

2.2.3 钻井参数的影响

钻井参数中除转速、钻压外，其它参数与钻进速度之间的关系对形成螺旋井眼的作用都不大。钻压主要是在滑动钻进过程中影响较大，钻压越大钻具越接近一次弯曲，造成钻具反向公转的幅度越大，同时形成螺旋井眼的侧向分力也越大。转速无论大小都将导致钻具的公转，只是转向不同而已。公转是形成螺旋井眼的必要条件，在此基础上，钻速的大小则决定螺旋井眼的严重程度，即螺距的大小，其为某一值时将影响到测井的效果。

井眼扩大也是发生螺旋井壁的原因之一。因为井眼扩大不仅会导致涡动，而且会影响侧向力和钻头偏转角，自然会形成螺旋井壁。

3 螺旋井壁的解决方法

螺旋井眼的形成是很难避免的，而带有结构弯角的导向钻具在旋转钻进过程中必然产生螺旋井眼。应从以下几个主要方面防止螺旋井眼的形成。

3.1 加强地层规律性的总结和分析，提前预防

加强地层规律性的总结和分析，对不同区块出现螺旋井眼现象的井，分层位进行分析。对易产生螺旋井眼的层位进行提前预防：如增加短起下钻的次数，适当的进行钻井参数、钻具组合的调整，钻头选型进行更换。

3.2 目的层进行重点预防，采取多重措施防止螺旋井眼大段出现

首先，在目的层钻进要使用牙轮钻头，采用合理的钻进参数，均匀送钻，适当提高转盘转速，同时控制钻速。钻速较快时采用降低钻压控制钻速措施。若在目的层易发生螺旋井眼井段钻进采用划眼措施，提前预防。表4为推荐使用的钻进参数。

表4 推荐使用钻进参数

其次，目的层井段避免使用单弯螺杆钻具组合复合钻进。若目的层使用单弯螺杆，则纠斜井段起出纠斜钻具后，在该井段要认真划眼。

3.3 设备、工具、工艺选用上的优化

(1)增强螺杆扶正器的扶正特性。如适当增加螺杆扶正器的直径，确保螺杆扶正器起到修正井壁的作用。如有可能，直井段选用较大尺寸的螺杆钻具，对防斜及预防螺旋井眼将有很好的效果。定向或纠斜时尽量选用弯角、扶正器外径均较小的单弯螺杆。在进入易产生螺旋井眼的层位，尽量采用直螺杆加钻头复合钻进，消除螺旋井眼的根源。

(2)钻进过程中，加强钻井液性能维护，提高井壁稳定性，减少对泥砂岩互层井段的影响。增大钻井液的排量，清洁井眼。

(3)目的层每钻完一个单根划眼不少于3次，修整井壁，使其光滑，必要时毎钻进100～150 m进行短起。

(4)钻具组合方面，在适当增大扶正器的尺寸的同时再加一个扶正器，组成大钟摆，增大钻具组合刚度，既防斜又增加了钻具的稳定性。

(5)在钻铤选用方面，要与螺杆尺寸相匹配，尤其螺杆上边的两根钻铤，使用较大尺寸钻铤，增加钻柱刚度，增强下部钻具的稳定性。

(6)钻头选型方面，油层最好使用牙轮钻头。若用PDC钻头，要选用保径齿切削作用小、加长、直翼保径的钻头，建议厂家生产此类个性化钻头;使用加长钻头冠保径，保径齿切削作用小，保径效果好的PDC钻头。

3.4 测井作业过程中的应对措施。

针对易产生螺旋井眼的层位，电测时要降低测井速度。

在测井过程中，尤其在易形成螺旋井眼的井段，要控制上测速度，减少仪器的旋转和摆动。同时在测井过程中一旦发现有螺旋井眼现象，测井队应提供存在螺旋井眼曲线及井段数据，钻井队在存在螺旋井眼井段采取有效划眼措施，消除螺旋井眼，满足测井录取资料要求。

3.5 补救措施

(1)采取了各种措施，但仍然出现螺旋井眼，要立即停止电测，下入满眼钻具对螺旋段划眼修复，破坏掉井眼的螺旋趋势后重新测井。

(2)针对螺旋井壁波幅小的螺旋井眼，下入满眼钻具或扩眼钻头对螺旋井眼反复划眼，即：φ215.9 mm钻头+φ215 mm扶正器 +短钻铤 +φ215 mm扶正器+1根钻铤+φ215 mm扶正器+3根钻铤+φ215 mm扶正器+钻柱。

(3)井下具备条件时可使用φ215.9 mm的“喇叭”口套铣头+φ208 mm(3～5 m)套铣筒对发生的螺旋井壁的井段进行划眼来修整井壁。

4 应用效果

2012年下半年在乌尔逊凹陷乌36和乌42两口井试验螺旋井眼的避免以及解决方法，取得了较好的效果，特别是乌42井，电测显示井壁光滑，未大面积出现螺旋井眼。

乌42井是部署在海拉尔盆地贝尔湖坳陷乌尔逊凹陷中部隆起带上的一口预探井，设计井深2850.00 m，实钻井深2789.00 m，目的层为南屯组。

乌42井钻井难点多，一是伊敏组到南屯组地层倾角范围为7.6°～19.0°，地层倾角大;二是从2337线地震时间剖面上看，本井将于伊敏组三段+二段下部约840 m、伊一段中下部约1290 m、大一段顶部2110 m左右分别钻遇断层;三是本井于伊敏组、大磨拐河组可能有煤层;四是在南屯组钻遇砂岩及砂砾岩时，控制钻进参数及钻速，防止出现螺旋井眼。

针对乌42井地质条件及可能出现螺旋井眼的情况，制定了施工措施，施工中未大面积出现螺旋井眼，提高了施工质量。

(1)二开采用钟摆钻具组合，轻压吊打确保井眼打直，合理施加钻压，定点测斜，加密测斜，发现井斜上涨趋势，及时采取降斜措施。

(2)二开钻至大磨拐河组前对钻井液进行一次大处理，加足腐钾、防塌剂、树脂和NPAN，达到稳定井壁的目的，后续施工钻井液性能稳定，携砂能力好，从而确保了施工的顺利进行，避免了螺旋井眼的出现。

(3)重视下部地层钻头选型，合理选择钻头类型，钻进过程中时刻观察钻时、扭矩等参数的变化，每次钻头接触井底后轻压启动转盘，避免了瞬间冲击载荷对钻头的损害以及对井壁的不规则影响。从而避免了钻头事故的发生，提高了机械钻速和井身质量。

乌42井实钻井径、井斜均在标准要求内，井壁光滑，井径及井斜情况如图2所示。