深部膏盐层钻井工艺技术

【摘 要】膏盐类物质在浅层或地表以固体形式存在，而深部高温高压下呈塑性状态，在上覆地层压力作用下向低压区蠕动。钻井作业形成的井眼内，钻井液液柱压力远远小于上覆地层压力，膏盐向井内蠕变使得井径缩小，钻井施工中如何解决好深部膏盐层的钻井难题，是所有钻井工作者共同的愿望。

【关键词】膏盐层 蠕变 钻井 工艺

在深部膏盐层钻井过程中，由于膏盐层的塑性蠕变和非均质性、含盐泥岩的垮塌等地质因素，常常引起卡钻、埋钻、套管挤毁等工程事故，施工作业风险极大，本文将从膏盐层蠕变特性、钻井难点与对策等方面重点介绍工艺研究。

1 膏盐层蠕变特性

（1）膏盐层化学成分。膏盐层主要化学成分是氯化钠，夹杂石膏、软泥岩等物质，盐类易溶解，软泥岩膨胀缩径。

（2）膏盐层蠕变特性。深部膏盐层蠕动的主要能量来自于上覆地层压力，其蠕变分三个阶段：①初始蠕变：又称瞬态蠕变，开始速率很高，随后速率变缓；②次级蠕变：又称稳态蠕变，蠕变速率恒定。③第三级蠕变：又称加速蠕变，岩体破坏断裂。

（3）影响膏盐层蠕变速率的主要因素。①井温：盐岩层的蠕变随温度的升高而急剧增大。②井深：塑性变形随其埋藏深度的增加而加剧。③钻井液密度：变形速率随钻井液密度增加而下降。

2 钻井难点与对策

2.1 主要难点

（1）深部膏盐层初始蠕变速率很大，钻进过程中挤卡钻头，扭矩较大，易发生卡钻事故；（2）钻开的井眼内，膏盐层以稳态蠕变的速率使得井径缩小，时间越长，缩径越严重。

（3）使用不饱和盐水泥浆，CL-含量过低，井径偏大；（4）高密度钻井液钻进，易发生井下漏失、钻具粘附。

2.2 钻井对策

2.2.1准备工作

（1）施工前检查好地面设备，特别是动力系统、传动系统、提升系统等，确保盐层钻进时正常运转。

（2）入井钻具经过严格探伤检查，避免钻具事故；尽量准备较长的方钻杆，钻进时预留部分方余，以备处理井下复杂或事故。

（3）井眼准备。如盐层上部存在低压层，应先期承压堵漏。

（4）储备足够的加重材料、堵漏材料、润滑剂等。

（5）储备一定量同密度的淡水泥浆，穿盐一旦发生卡钻，立即打入井内，以利于解卡。

2.2.2钻进措施

（1）穿盐过程中，将CL-含量控制在合适范围，使用欠饱和盐水泥浆溶蚀部分蠕变盐岩。

（2）简化钻具结构，采用光钻铤塔式钻具带随钻震击器，以利于防卡和解卡；下井钻头选用带有保径齿的高效牙轮钻头。

（3）尽可能提高钻井排量，增强钻井液对井壁的冲刷，减轻井眼的缩小。

（4）钻开塑性地层后其初始蠕变速率很高，因此应调整钻井参数，严格控制钻时。

3 实钻情况

3.1 施工方案

某井是苏北盆地淮安中断陷一口资料井，完井井深2800m。

（1）三开前对井场入井钻具包括钻铤、加重钻杆、各种配合接头、井口工具等进行全面探伤，对井场设施进行认真检查与保养。

（2）穿盐前钻井液CL-含量调整在100000～110000mg/l范围内，钻进时控制在140000～160000mg/l。

（3）钻具结构：φ215.9mmPDC钻头+φ165mm无磁钻铤+φ165mm螺旋钻铤+柔性长轴+震击器+φ127mm加重钻杆+φ127mm斜坡钻杆。

（4）盐层钻进控制钻时在10～15min，以钻时控制钻压。

（5）第一次钻进盐层10m左右，循环钻井液两周，起至技套内，停4h～5h后下钻，盐层段缓慢下探，如无阻卡显示，该时间为安全时间。

3.2 扩眼措施

扩径工具采用长城钻探工程院所出产的水力扩孔器，最大扩径尺寸273mm。其工作原理为：开泵后钻井液流经活塞上的喷嘴，产生一定的压降，从而推动活塞下行，活塞上的支撑装置支撑三个扩眼刀翼外张，当扩眼刀翼达到最大外张位置时，可进行扩眼钻进作业；作业完毕后，停泵压降消失，活塞在弹簧的反力作用下复位，扩眼刀翼收回到刀槽内。

（1）扩进参数：盐膏层：钻压5～15KN，转速50～60rpm，排量22～25l/s；泥岩段：钻压20～30KN，转速50～70rpm，排量22～25l/s。

（2）工具入井前对其严格检查并进行试验，试验排量至少达到22l/s，排量稳定后记录工具自身压降，一般为2～4Mpa，达到要求后连接钻具入井。

（3）下钻操作要求平稳，严格控制下钻速度，尤其是工具入转盘、喇叭口、封井器及特殊井段，以防造成工具损坏、套管损伤或其它更为严重的钻井事故发生。

3.3 测井、下套管安全时间测定

为保证测井、下套管安全，在进行施工前必须进行拉井壁、通井、测膏盐层蠕变速度，并根据蠕变速度调整钻井液比重及通井扩眼的时间和次数。

4 结论与认识

（1）深部膏盐层在高温高压下呈塑性状态，在地层上覆压力作用下向低压区蠕动。钻井形成的井眼内液柱压力远小于地层上覆压力，盐层蠕变严重；正确认识膏盐蠕变规律，制定切实可行的技术措施，可有效解决膏盐层钻井难题。

（2）使用欠饱和盐水钻井液，通过溶蚀作用，减轻盐层段缩径；尽可能提高钻井液密度，以抵抗膏盐及软泥岩的塑性流动。

（3）通过计算下套管安全时间，确定能否进行下套管作业。采取降低CL-含量和提高钻井液密度，可延长下套管安全时间。

参考文献：

[1]吴应凯等.深部盐膏层安全钻井技术的现状及发展方向研究.天然气工业，2004；24（2）.

[2]孟伟.钻井配套技术在川东北的应用与实践[M].北京：地质出版社，2007.

[3]膏盐层钻井技术规程.石油天然气行业标准（SY） SY/T6709-2008[S].

[4]李伟廷.元坝1井超深井钻井技术研究与应用[J].石油天然气学报，2009（02）.

作者简介：李海伟（1986—），男，助理工程师，2010年毕业于中国石油大学（华东）资源勘查工程专业，现主要从事盐穴储气库钻井、井下作业工程管理工作。