防卡技术在铜页1HF井中的应用.pdf

43 技术研究2023年第9期铜页1HF井是江苏油田分公司部署在金湖凹陷龙岗凹陷的一口页岩油勘探井。导眼井铜页1井，在阜三段和阜二段钻进发生3次卡钻故障，造成巨大损失。为避免水平井施工垮塌、卡钻故障重复发生，铜页1HF井采用优化侧钻设计、装备能力提升、高效钻井及井眼清洁技术等防卡系列技术。1 铜页 1HF 井地质难点1.1 阜四段和阜三段地层水化膨胀失稳该井段岩屑矿物组分分析表明伊蒙混层含量均大于69%，易膨胀水化。对铜页1井阜三段垮塌物进行清水滚动回收率实验，滚动7.5天后，页岩回收率仅60%，水敏性极强，岩体剥落掉块，井壁失稳。导眼井铜页1井施工周期长，进一步加剧井筒失稳。1.2 阜二段地层易破碎通过对导眼井35643701m阜二段岩心X射线衍射定量测试，如表1所示，黏土平均含量仅为13.6%，石英、方解石、斜长石等脆性矿物平均含量在86.4%左右。通过对井深3602和3607m的岩心做力学分析，其脆性为38.7%，易破碎。表1 铜页1井力学脆性指数深度/m泊松比杨氏模量/MPa脆性，%3602.633602.830.2422537.1341.03606.933607.090.2518956.336.42 铜页 1HF 设计和施工概况2.1 井身结构情况铜页1井导眼井因卡钻故障，最终形成了三开结构：一开为339.7mm套管下至597.28m，二开为防卡技术在铜页1HF井中的应用王恺 付成林 中石化江苏油田分公司石油工程技术研究院 江苏 扬州 225000 摘要：针对导眼井铜页1井出现的阜四段和阜三段泥岩岩水化膨胀垮塌，地层破碎的问题，采用侧钻方式优化技术、装备能力提升技术，油基钻井液体系、坍塌压力预测技术、钻进防卡技术、井眼清洁技术组合配套高效钻井防卡技术体系，该体系在铜页1HF井钻进中应用，平均机械钻速达6.75m/h，复杂故障率为0%，固井质量优异。通过该井的成功实施，形成了一系列钻井防卡技术体系，为破碎应力释放型垮塌地层安全钻进提供参考，有力支撑了江苏油田的页岩油开发。关键词：侧钻优化 装备提升 高效钻井 井眼清洁 防卡技术C o n t r o l S t i c k i n g A c c i d e n t s T e c h n o l o g y i n T o n g y e 1 H FWa n g K a i，F u C h e n g l i n Petroleum Engineering Technology Research Institute Of The Jiangsu Oilfield Branch Company of Sinopec，Yangzhou 225009 Abstract：In view of the problems that the Fu4 and Fu3 members are easy to hydrate and expand and collapse，and the Fu2 formation is easy to be broken in Tongye 1 well，a guide hole.The sidetracking optimization technology and equipment capacity improvement technology，including oil-based drilling fluid system，collapse pressure prediction technology，drilling jam prevention technology and borehole cleaning technology，are applied in the drilling of copper page 1HF well.The average ROP is 6.75m/h，the complex failure rate is 0，and the cementing quality is excellent.The successful implementation of this well has formed a series of drilling jam prevention technology system，which provides a reference for drilling in collapse prone strata and strongly supports the shale oil development in Jiangsu oilfield.Keywords：Side drilling；Equipment capacity to improve；High efficient drilling；wellhole cleaning；Control sticking accidents图1 井身结构情况技术研究 44 2023年第9期244.5mm套管下至3277.76m，三开采用215.9mm钻头裸眼钻进至3705.81m，裸眼完井。铜页1HF井采用215.9mm钻头在244.5mm套管侧钻，下139.7mm套管完井。实际钻井周期27.8天，钻完井周期36.8天，平均机械钻速6.75m/h，生产时效100%，纯钻时效32.48%，复杂故障时效0%。2.2 侧钻方式优选为避免原井眼钻井液和水泥浆混浆对地层的应力破坏，导致侧钻夹壁墙的垮塌，尽快远离老眼。采用在技术套管内，井深3150m处开窗侧钻。优选胜利钻井研究院的YT-210开窗侧钻一体化工具，一趟钻完成斜向器坐挂和开窗作业，节约一趟钻，提高侧钻效率，确保窗口地层稳定，相比常规的打水泥塞裸眼侧钻，节约周期2天。2.3 装备能力提升措施按效益开发的原则，为节约投资，采用50钻机施工，安全系数较小。其设计立根容量不足，承载较小。实钻中钻具重量较大，为防止钻台坍塌，采用起钻中拆甩钻具的方法，保证了设备的安全1。通过对最大负荷精确校核，实现了钻机能力最大化运用，安全与成本双兼顾。图2 铜页1HF井地层三压力曲线2.4 高效安全钻井技术2.4.1 强封堵油基防塌钻井液体系对导眼井的岩心开展三压力研究。预测水基钻井液条件下本井的Ef3 坍塌压力在1.501.60g/cm3，Ef2 坍塌压力在1.251.50g/cm3之间（见图2）。导眼井采用水基泥浆，钻井液密度1.55g/cm3，发生2次卡钻。事实表明水基钻井液体系不能满足安全钻井要求。水平井优选白油基防塌钻井液体系，有效地抑制阜宁组泥岩的水化膨胀，防止泥岩掉块垮塌。考虑油气发现需要，先以1.35 g/cm3钻进，并严格控制钻井液的失水量，高温高压失水量2mL，钻进过程中振动筛返出大量掉块，粒径45cm，钻具挂卡频发，顶驱扭矩波动大，风险较高。后逐步按循环周逐步提升钻井液比重至1.50 g/cm3，井壁趋于稳定，预测坍塌压力与实际吻合。2.4.2 防卡钻进技术铜页1HF隐蔽小断层发育，轨迹调整频繁；长水平段导致携砂困难，滑动托压严重，上提下放摩阻大，扭矩高。优选江钻 KDS1652FPTY型防卡钻头，该型钻头刀翼的背部设计有尖圆齿，可用于破坏掉块，减小倒划眼时的扭矩，降低卡钻风险。在满足造斜率的前提下，选择大扭矩、抗高温、长寿命的无扶螺杆，螺杆整体外径不超过172mm，进一步降低卡钻风险2。采取限扭矩操作法，设置钻进扭矩上限为正常钻井扭矩值再附加3kNm，倒划扭矩上限值为空转扭矩值再附加3kNm。顶驱憋停，采取反向活动钻具的方法，上提或下压30t左右即可解卡。铜页1HF井钻进至3746m，上提倒划至3741m，顶驱憋停，挂卡。立即下放钻具，悬重下压30t，钻具解卡。采用双根钻进法代替接立柱钻进，增加钻具活动距离，防止接完钻具后发生卡钻，钻具没有活动空间。2.4.3 井眼清洁技术（1）重稠浆清扫井眼技术大径掉块滞留在井筒内不能带出，易造成造成钻具挂卡、扭矩大幅度波动3。每200300m或当摩阻或钻进扭矩明显变化时，使用重稠浆段扫井眼。要求重稠浆密度不低于原钻井液密度2个点，漏斗黏度不低于90s。重稠浆返出后，入独立罐回收，防止破坏原钻井液性能，且可重复利用，节约成本。（2）变排量钻进技术实钻密度1.50g/cm3，致水眼压耗激增，泵压达到32MPa，超系统额定泵压80%，设备满负荷运转，设备损坏频发，维修时间激增4。钻进中排量下调至28L/s，控制泵压不超过28MPa左右；划眼时排量提高至32L/s，大排量携砂。高低排量间断交替使用，兼顾设备保护和井下安全。（3）专项通井技术针对水平段长、套管下入难；不易居中，水平段顶替效率低；油基钻井液易在井壁和套管上形成油膜，不易冲洗干净影响第一界面和第二界面的胶结质量等多个固井难题，采用单扶钻具通（下转第6 8 页）技术研究 68 2023年第9期料锑化铟既可在自然界中直接获取简化了制作工艺，并且对温度极其敏感，所以锑化铟太赫兹吸收器结构中存在重要的作用。3 总结本文设计了一种温度可调的基于开口谐振环的锑化铟材料吸收器，该吸收器由顶层金属谐振环，中间可调半导体介质层和底层金属连续薄膜构成，在吸收结构中利用四个不同的谐振环和锑化铟圆柱复合结构吸收入射的电磁波。在入射方向平行于z轴和四个锑化铟圆柱温度均为T=270K的情况下，在共振频率3.1576THz和3.3877THz处得到两个吸收峰值，分别对应96%和99.9%的吸收率，并且改变锑化铟圆柱的温度会使这两个吸收峰值既可以实现同时调节也可以实现单独可调，即分别同时调整和对应对角线改变锑化铟圆柱的温度，并且结构参数的变化也会使得共振频率发生变化。该结构为设计可调频带吸收器提供了新的思路，在多幅调制器、成像和传感等领域具有广阔的应用前景。参考文献1 王生浩，文峰，郝万军，等.电磁污染及电磁辐射防护材料 J.环境科学与技术，2006，29（12）.2LandyNI，SajuyigbeS，MockJJ，etal.PerfectMetamaterialAbsorberJ.PhysicalReviewLetters，2008，100（20）：207402.3TaoH，BinghamCM，StrikwerdaAC，etal.Highlyflexiblewideangleofincidenceterahertzmetamaterialabsorber：Design，fabrication，andcharacterizationJ.AmericanPhysicalSociety，2008，78（24）：241103.4LandyNI，BinghamCM，TylerT，etal.Design，theory，andmeasurementofapolarization-insensitiveabsorberforterahertzimagingJ.PhysicalReviewBCondensedMatter&MaterialsPhysics，2009，79（12）：125104.5YeL，ZengF，ZhangY，etal.Frequency-ReconfigurableWide-AngleTerahertzAbsorbersUsingSingle-andDouble-LayerDecussateGrapheneRibbonArraysJ.Nanomaterials，2018，8（10）：834.6YaoG，LingF，YueJ，etal.Dual-bandtunableperfectmetamaterialabsorberintheTHzrangeJ.OpticsExpress，2016，24（2）：1518.7ZhuJ，HanJ，ZhenT，etal.ThermalbroadbandtunableTerahertzmetamaterialsJ.OpticsCommunications，2011，284（12）：3129-3133.8 白育堃，魏仁霄，马秀荣，等.基于锑化铟的可调超材料太赫兹带阻滤波器（英文）J.红外与毫米波学报，2017，36（3）：261-265；275.9 胡建荣，李九生，程伟.基于温敏介质的温控太赫兹波带阻滤波器研究 J.电子元件与材料，2014，33（5）：57-60.井。通井过程中，在挂卡遇阻的井段反复划眼处理，确保井眼通畅，到底后大排量循环钻井液，清洗井眼。3 结束语（1）阜宁组地层破碎，稳定性较差，水基钻井液体系很难满足长水平段的页岩油施工要求。油基钻井液体系是页岩油水平井首选的钻井液体系。（2）螺杆选择首先考虑造斜率的要求，再考虑安全因素。铜页1区块造斜段，优选有扶螺杆满足造斜需要；水平段优选无扶螺杆，减小卡钻风险，机械钻速大幅提升。（3）采用防卡钻头，反向破碎岩石能力强，配合“寸提”“限扭矩”“重稠浆扫井”等防卡技术措施，对易掉块井眼的防卡效果明显。（4）鉴于导眼井的实钻情况，铜页1区块阜宁组的硬脆性泥岩易剥落，突发性硬卡概率较高。铜页1HF井采用井筒风险预警矩阵预测体系，通过对实钻参数的分析，评价井下的实际状况，防止事故的发生，表明井筒风险评价对于井下故障的预防有明显的效果。参考文献1 殷水平.南海东部古河道卡钻分析及防卡技术 J.石化技术，2022，29（2）：171-173.2 邱崇粤.浅谈莺歌海盆地海上大位移水平井钻井技术优化策略 J.中国石油和化工标准与质量，2022，42（19）：177-179.3 付强.四川盆地页岩气超长水平段水平井钻井实践与认识 J.钻采工艺，2022，45（4）：9-18.4 高德利.非常规油气井工程技术若干研究进展 J.天然气工业.2021，41（8）：53-162.（上接第4 4 页）