宁晋石盐田Y9-Y10井组对接连通钻修井技术

张 旭

(河北省煤田地质局第二地质队，河北 邢台 054001)

宁晋县境内蕴藏着丰富的岩盐、石油、天然气、煤炭、地热资源，其中岩盐资源储量大，品位好，开采价值高。宁晋盐矿为钙盐型，饱和卤水中有害离子含量很低，一经采出即符合国家一级饱和卤水标准，生产成本低，且生产能力强，采卤能力可持续开采上百年。宁晋石盐田的主要地质灾害是地应力集中、地震频发、盐层蠕动[1]，很容易造成盐井套管变形错断、盐层溶腔缩小、通道堵塞等状况。为组建采卤生产井组，决定对已完井多年的Y10井先进行修井，新建水平定向井Y9井的开工时间根据其修井进度而定，避免因裸孔等待时间较长，给对接造成影响，影响整体工程进度。通过对设备的选取、施工工艺的制定和多方面的配合，完成了两井的对接连通，实现了采卤生产。2018年1月2日至6月3日进行的Y9-Y10井组钻修井工程为河北中盐龙祥盐化有限公司为完成60万t/年制盐项目中的一对井。

1 矿区地理及地质概况

1.1 地理概况

本区位于河北省邢台市宁晋县大陆村镇草厂村、张家庄附近，两井井距320 m，西距宁晋县城约25 km，区内有308国道穿过，可通往京珠高速公路，东部有深(泽)新(河)公路贯通，可通往附近县城，各乡镇之间也有公路相连，交通便利。

1.2 构造

本区处太行山东麓冲积平原，地势低平，由西北向东南缓倾斜，按大地构造单元划分，河北省辖区内以东西向的尚义-赤城断裂为界划分出板缘(尚义-赤城断裂以北)与板内(尚义-赤城断裂以南)两个Ⅰ级构造单元。在板内则根据沉积建造、岩浆活动和地球物理特征等，又进一步划分出Ⅱ级构造单元3个，分别为太行山断褶带、燕山断褶带和冀东南沉积区[2]。本区分布于冀东南沉降区之束鹿断凹[3]之中，向西为晋县断凹，向东为新河断凸。区内盐矿层总体走向北东，倾向南东，地层倾角近似1°。在以往钻井施工过程中未遇到断层，盐矿层呈缓倾斜的单斜发育，断层稀少，对盐矿层影响不大。

1.3 地层特征

钻孔所揭露的地层自上而下依次为：第四系，新近系明化镇组、馆陶组，古近系东营组、沙河街组一段(未揭穿)。

第四系：主要为冲积、洪积、风积、湖积成因的砂质粘土、泥质砂土、中细砂、砂砾及粘土组成，下部为红黄色、棕黄色泥质砂土、砂质粘土及砂砾透镜体，底部为杂色粘土夹砂砾层，分选差，偶见砾石，砾石呈棱角状-次棱角状，砾径2～15 mm。

新近系明化镇组(N2m)：岩性主要由棕红、棕黄、少量灰绿、紫红色泥岩、砂质泥岩，少量石英长石细砾以及石英中粗、粉细砂岩组成，主要成分为石英、长石、粘土矿物，局部见少量砾石。新近系馆陶组(N1g)：岩性为棕红、灰绿、棕黄色泥岩与灰白、浅黄色石英中细、粗砂岩与石英、长石细砾岩呈不等厚互层分布，下部发育一层灰白色粗砂岩，主要成分为石英、长石，分选中等，次棱角状至次圆状，含有砾石，砾径2～5 mm。

古近系东营组(E3d)：岩性主要为棕红、灰绿、紫红、少量褐黄色泥岩、砂质泥岩与灰白色砂岩互层，中部夹有灰白色泥灰岩薄层，胶结程度较好，偶见肉红色长石细砾。古近系沙河街组一段(E3s1)：上部岩性以棕红、暗棕红、灰绿色泥岩、砂质泥岩，夹棕红、灰绿、灰白色粉细砂岩薄层，夹若干层泥灰岩薄层；下部主要为灰、深灰泥灰岩、灰白色、灰色白云质泥岩与岩盐互层，性脆、易碎，胶结程度好，结晶程度较好，偶见少量硬石膏颗粒；底部岩性主要为褐红色白云质泥岩、灰色泥灰岩[4]。

各组地层厚度及深度情况见表1。

2 施工过程

2.1 Y10井修井过程

Y10井是2011年已完钻的直井，此次修井任务是对其进行通井、洗井建槽、起下仪器、配合Y9井对接连通等。

表1 Y10、Y9井地层厚度及埋深统计表Table 1 Formation thickness and depth at Well Y10 and Y9

2.1.1 设备选取

修井工作选取了TSJ3000型钻机，3NB-1300型泥浆泵，12V190、WD6135型柴油机，XYRMGS-1对接仪器等相关配套设备。

2.1.2 井身结构(见表2)

表2 Y10井井身结构

2.1.3 钻具组合

该井通井顺畅，直接通井扫孔至井深2876.40 m，采用的钻具组合为：Ø152.4 mm牙轮钻头+Ø121 mm钻铤+Ø89 mm钻杆。

2.1.4 通井参数(见表3)

表3 通井参数Table 3 Well gauging parameters

2.1.5 钻井液配方及参数

扫孔钻进以低固相水基钻井液作为循环介质，其具体参数见表4。

表4 钻井液参数Table 4 Drilling fluid parameters

2.2 Y9井钻井过程

2.2.1 设备选取

钻井工作选取了ZJ30型钻机、3NB-1300型泥浆泵、12V190型柴油机、NCS-300型除砂器、PLM-MWD连续测斜仪等相关配套设备。

2.2.2 井身结构(见表5)

表5 井身结构Table 5 Wellbore structure

对接连通示意图见图1。

图1 Y9井与Y10井对接连通井身剖面图Fig.1 Cross-section of connection of Well Y9 and Well Y10

2.2.3 钻具组合

一开直井段(0～539.90 m)钻具组合为：Ø346.1 mm牙轮钻头+Ø172 mm钻铤+Ø165 mm钻铤+Ø127 mm钻杆。

二开直井段(539.9～2644.42 m)钻具组合为：Ø241.3 mm PDC钻头+Ø172 mm钻铤+Ø165 mm钻铤+Ø127 mm钻杆[5]。

二开造斜段(2644.42～2877.07 m)钻具组合为：Ø215.9 mm牙轮钻头+Ø172 mm螺杆(1.75°)+Ø165 mm定向直接头+Ø165 mm无磁钻铤+Ø127 mm钻杆。为了顺利下入Ø177.8 mm技术套管，又使用Ø241.3 mm PDC钻头从2664.42 m扩孔至2877.07 m。

二开增斜段(2877.07～2952 m)钻具组合为：Ø152.4 mm PDC钻头+Ø120 mm螺杆(2°)+Ø120 mm定向直接头+Ø89 mm无磁钻杆+Ø89 mm钻杆。

三开水平段(2952～3101.83 m)钻具组合为：Ø152.4 mm PDC钻头+Ø120 mm螺杆(1.5°)+Ø120 mm定向直接头+Ø89 mm无磁钻杆+Ø89 mm钻杆。

2.2.4 钻进参数(见表6)

表6 钻进参数Table 6 Drilling parameters

2.2.5 钻井液配方

一开：0～539.9 m采用低固相粗分散钙处理钻井液[6]。配方为：1 m3水+4%钠膨润土+0.1%Na2CO3+0.1%CMC。

二开：539.9～2580.93 m采用低固相粗分散钙处理钻井液。配方为：1 m3水+4%钠膨润土+0.1%NaOH+0.3%KPAM+0.2%CMC+0.6%～0.9%NH4HPAN。

2580.93～2877.07 m采用低固相粗分散钙处理饱和盐水钻井液[7]。配方为：1 m3水+5%钠膨润土+0.3%Na2CO3+0.1%NaOH+0.2%～0.3%KPAM+0.7%PAC+5%SMP-2+33%NaCl。

三开：2877.07～3101.83 m用低固相粗分散钙处理饱和盐水钻井液。配方为：1 m3水+5%钠膨润土+0.3%Na2CO3+0.1%NaOH+0.2%～0.3%KPAM+0.7%PAC+5%SMP-2+33%NaCl。

为了减少井下高温(2600 m以深温度>80°)对钻井液的影响，加大了耐高温KPAM、PAC的使用量，比例由1%提高至1.5%。钻井过程中转盘负荷加重，起下钻摩阻较大，在保证钻井液性能稳定的同时，尽可能降低钻井液中的有害固相，同时加大石墨等润滑剂的使用，比例由1%提高至1.4%，减少泥饼摩擦系数，提高泥饼质量。每2 h对钻井液进行全套性能检测，特殊情况如涌水、漏水、调浆等加密检测，以便及时对钻井液性能进行调整。

2.2.6 钻井液性能

膏盐层和软泥层的蠕动变形[1]，致使井眼瞬时缩径，导致起下钻遇卡；多套不同的压力层系地层共存，易发生卡钻。

石盐层的溶解，形成大肚子井眼，粉砂岩或硬石膏团块，遇矿化度低的水会溶解，盐溶的结果导致泥页岩、粉砂岩、硬石膏团块失去支撑而坍塌[8]，钻井液密度不易控制。表7为各井段钻井液具体参数[9]。

表7 各井段钻井液参数Table 7 Drilling fluid parameters for each interval

针对盐岩遇水溶解，石膏、泥岩地层遇水不稳定特点，不同的层段采用不同种类的钻井液配比[10]，对冷却钻头、携带岩屑、保护井壁和盐层、接近连通时能够平衡两孔间压力，起到了重要的作用。

2.2.7 钻进过程

一开直井段：1月29日-2月1日，使用牙轮钻头，钻至井深539.90 m；至2月3日完成了测井、下表层套管、固井等工作，随后候凝72 h。

二开直井段：2月26日-3月28日，使用牙轮钻头钻至井深2644.42 m。

二开斜井段：3月31日-4月1日，使用PDC钻头钻至井深2721.19 m；测井后于4月9日继续钻进至2877.07 m；4月13日使用Ø241.3 mm牙轮钻头扩孔至井深2877.07 m，随后下入技术套管至井深2872.28 m处；14日固井后候凝3 d。斜井段钻进时每50～60 m短起下钻具，特别在井斜50°～65°井段，经常起下钻具。要及时活动钻具，防止岩屑沉积卡钻，采用短起下钻具和分段循环钻井液的方法清除岩屑。

增斜段：4月25-29日，使用2°螺杆钻钻进至2952 m。

水平井段：4月30日-5月13日，改用1.5°螺杆继续钻进至3101.83 m至两井连通。

2.2.8 对接连通

两井对接连通后，在替浆过程中出现了Y10井井内沉积的岩粉堵塞了连通通道现象，处理后无果，故决定Y9井尽快下钻通井。Y9井通井至2700.56 m处遇阻，随后开始划眼，划至3019 m处岩粉堵塞严重，加压、短时间复合钻进亦不通。经我队生产、地质技术人员和中盐龙祥公司相关技术人员共同商讨，为避免出现新轨迹井眼，决定提钻换用牙轮钻头和螺杆再下钻通井，最终于5月23日两井再次连通。

两井采用了“点对点”高精度对接连通技术，Y10井下入XYRMGS-1型号对接仪器，Y9井下入PLM-MWD连续测斜仪器，一次对接成功，对接成果见垂直剖面图(图2)和水平投影图(图3)。

图2 连通垂直剖面图Fig.2 Vertical section view of horizontal well

图3 水平投影图Fig.3 Plan projection

2.2.9 采卤生产

两井连通后先用Y9井泥浆泵注入清水，经井底通道循环至Y10井，待钻井液全部替换完后停泵；Y10井开泵，经井底通道循环至Y9井，溶解岩盐生成卤水，再经采卤管道返至中盐卤池；随后由中盐建槽泵接替泥浆泵进行循环，实现了两井的采卤生产。前10 d内统计数据注水压力1.89～4.72 MPa，采卤量60～100 m3/h。两井连通后进入试采期，尽可能加大注水量，增加出卤量[11]。

3 施工安全保障措施

3.1 防卡钻措施[12]

往钻井液中加入润滑剂，改善钻井液的润滑性；从严控制钻井液滤失量，尤其是API中压失水量，降低泥饼厚度；定向钻进时，每钻进30～50 m短起下一次，及时清除岩屑床，防止岩屑卡钻[13]；钻具中配合使用震击器，有助于解卡[14]。

3.2 对接连通及连通后的操作注意事项

事先铺设井口地面管线，不要影响修井设备的安装和拆卸；Y9井钻井时，维持钻井液密度1.38～1.42 g/cm3，另外储备钻井液60 m3，以备连通后钻井液需要。Y9井打开钻井液回灌管路，提钻，并且确保井口时刻灌满钻井液，维持钻井液对井壁盐层的平衡压力，防止盐层蠕动缩径[15]造成连通通道堵塞。在确保Y9井钻井液充足的情况下，Y10井适度打开井口阀门泄压，流量控制在5 m3/h左右，逐渐实现两井的钻井液平衡。

4 总结及建议

(1)各个井段要密切注意钻井液性能参数的变化，根据所遇地层及时调整。

(2)水平连通井采卤较单井循环采卤有着资源利用率高，投资小回报高，卤水产量大浓度高的特点。

(3)两井连通后，应加大注水量，短期内不要停止循环采卤，以免造成连通通道的堵塞。

(4)优化钻具组合，能增大直井段、斜井段与水平段的钻进能力与效率，加大各个生产环节质量把控，最大限度地减少设备故障与事故的发生。

(5)本区可采盐层较厚，若裸眼段、水平段过长，长时间开采容易造成砂堵，建议裸眼段控制在150 m左右，水平段控制在100 m左右。