康3井巨厚砾石层钻井技术研究

2020-01-15刘光辉解丕基赵成刚西部钻探工程有限公司准东钻井公司70202队新疆克拉玛依834000

化工管理 2020年6期

刘光辉解丕基赵成刚（西部钻探工程有限公司准东钻井公司70202队，新疆克拉玛依834000）

康3 井位于新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市米东区境内，在准噶尔盆地南缘冲断带阜康断裂带上，是一口二级风险预探井。康3 井一开设计井深500m，一开完钻井深920m，其中前844m 为纯砾石层，一开用时36 天，施工中遇到严重憋跳钻、掉块多、提下钻困难等问题，采取了各种措施，最后φ444.5井眼钻深920m 巨厚砾石层，并成功完成φ339.7 下套管作业和固井作业，累积了巨厚砾石层安全快速钻进的一些经验，对以后巨厚砾石层的钻井施工有重要的参考价值。

1 康3井地层分析

康3井位于准噶尔盆地南缘冲断带阜康断裂带西段阜康断裂上盘，属于博格达山前喜马拉雅期推覆构造体系。西段既有海西晚期至燕山期断裂的多期活动，又有喜马拉雅期断裂的强烈改造，由于多期构造运动的影响，造成了错综复杂的构造格局。康3 井一开设计井深500m，由于第四系深度未知，要求钻揭明显成岩的地层，一直钻到844m 才开始有泥岩显示，钻到920m一开完钻下套管。

地层岩性：0～200m 为完全松散的杂色砾石层，粒度不均匀，大块砾石成游离状态，属于新生界第四系；200～844 为松散和半胶结的杂色砾石和砂砾石层，属第四系；844～920m出现含砾泥岩、泥质小砾岩，属新近系。

2 钻井技术难点

2.1 井壁不稳定

康3 井表层从地面到844m 为砾石层，砾石段长井眼不稳定，在钻进和起下钻过程中掉块严重，井壁非常不稳定，可能造成井壁坍塌，存在蹩泵、卡钻、蹩钻、断钻具、埋钻具的风险。井眼一旦打开，井壁附近的粘土吸水膨胀，砾石失去原有的支撑从井壁脱落，水力冲刷或起下钻时发生机械碰撞也会造成掉块和坍塌，只有井径扩大到一定程度，泥饼填充将砾石之间的空隙填充起来，重新建立砾石支撑，井壁才能达到稳定状态。

2.2 蹩跳钻严重

由于井底本身存在大段连续砾石层或有大量游离状态的大块砾石存在于井底或由井壁脱落到井底，钻进中与钻头挤压碰撞呈无规则运动，可能会引起钻头蹩跳，钻井参数难以掌握和强化，钻进时无法合理加压，机械钻速很慢，且对钻头磨损严重，单只钻头成本较高，钻头消耗大，钻具也会因为蹩跳产生的冲击和扭矩载荷而损伤，需定期更换，大大加重了钻井成本。

2.3 地层渗漏

由于表层的结构松散，胶结性差，极易漏失。而大块砾石的携带和井壁的支撑需要增加钻井液的密度，从而又加大了渗漏的风险，一旦发生漏失，浪费大量钻井液，影响工程进度，增加钻井成本。

2.4 井眼不规则

井壁垮塌和掉块也很容易形成“大肚子”，井径扩大率增大，环空返速低，严重影响岩屑的携出，形成砂床，起下钻会有挂卡遇阻，停泵后大块的砾石可能沉降，接单根放不到底，易导致卡钻、堵水眼等井下复杂。

3 施工分析

（1）对于存在巨厚砾石层的井，要求合理设计井身结构，合理的井身结构设计要求封固上部砾石层，以减少上部砾石层对下部施工的影响。在康3井施工过程中，即使很好的控制了泥浆性能，防止了渗漏和垮塌，但掉块一直较为严重，对后续的钻进影响较为严重，对于不同胶结程度的砾石层应分别用导管、表层套管、技术套管封隔松散砾石层。康3 井表层套管下深920m，920m之下再次出现大段含砾层，二开所下PDC钻头磨损特别严重，同时严重掉块，划眼、起下钻有大量大块砾石和泥团掉块返出，牙轮钻头、复合钻头的机械钻速均不太理想，严重影响二开的钻进速度。根据实钻情况，可不必将砾石层打穿再下套管，可以考虑将表层套管下至500m左右，这样可以提高500m至之后含砾地层的机械钻速，再下套管将大段含砾地层全部封住，这样可以减小对下部地层施工的影响，提升下部施工的速度，大大节约钻井周期。

（2）砾石层的钻进难度较大，地层的情况不同，对于钻井参数的选择也应随机应变，选择合理的钻井参数可以提高机械钻速，同时也能保护钻头。首先要控制好钻压，过大或过小的钻压都不利于快速钻进，在不同的地层也应在钻进过程中找出并选择最合适的钻压；然后控制好转速，在不蹩跳的情况下可以加大转速，提高机械转速。

（3）康3 井所用钻头，提速效果都不太明显，且地层对钻头磨损较为严重，主要表现在牙齿和轴承寿命的不匹配上，影响了钻进速度，造成了钻头浪费，目前还没有特别适合钻厚砾石层的钻头，亟待新技术的研发来解决针对厚砾石层的钻头选择问题。

（4）对于上部胶结差的厚砾石层，可以选用正电胶-膨润土钻井液体系，康3井所用高坂含的坂土浆钻井液有效的封堵了地层，在一开钻进过程中没有发生井漏和垮塌等事故。

（5）康3井在接单根和起下钻划眼时会有大量掉块，易堵水眼，可以采用循环钻井技术，实现在接单根、起下钻期间保持介质的连续循环，避免井底积液引起的井壁垮塌，降低卡钻风险，提高钻井效率。