针对盐井地层的特殊性,本文从钻井液和固井两方面出发,研究摸索出一套钻井液护壁体系和套管水泥固井护壁技术。根据盐井施工的实际情况,优选井身结构和套管程序、钻井液类型以及固井水泥浆配方;科学地使用和管理钻井液体系,才能有效地防止盐井的坍塌、漏失、超/缩径、水敏性剥蚀、砂侵等井内事故发生,从而保证了盐井钻探施工的顺利进行和工程质量。

钻井工艺及取心方法

湖北省潜江市盐矿勘探及成井工程施工的地层构造复杂,第四系、上第三系覆盖层较厚,含盐矿层厚度大、层数多、埋藏深,一般井深为 1200–1500 米。钻井施工中易发生坍塌、漏失、缩径、剥落、砂侵等复杂情况,给钻探施工增加了难度。

一开、二开、三开均采用全面钻井工艺(牙轮钻头或 PDC 钻头),全面钻进时,环空间隙大,岩屑量大颗粒粗,主要考虑钻井液的携岩能力和胶结性能,四开采用金刚石绳索取心钻具(半合管)进行取心作业。在钻井工艺措施方面,在保证纯钻速度的条件下,应尽量降低钻具转速和钻压。若泥浆粘度、切力大,应适当降低泵量,以免环空压力过高。严格控制起下钻速度,避免或减小因激动压力和抽吸作用对井壁破坏。坚持起钻时回灌钻井液。加强泥浆固相控制,及时清除固相颗粒,防止钻杆结垢。

钻井液设计原则及护壁机理

钻井液设计应考虑地层特点、施工条件、工程要求、安全环保等因素,根据具体情况合理选择不同类型的钻井液体系,以满足井内复杂情况施工的要求,并保证具有较低的固相含量、良好的流变性能、较强的清孔和携岩能力和良好的润滑性能。在钻进如砂岩地层等高渗透性地层,易形成较厚泥饼,容易造成卡钻。钻井液应具有低滤失、封堵性和良好的润滑性能,并配备一定数量的解卡剂。钻进蒙脱石含量高的强水敏性地层,要求钻井液具有较低滤失量和良好的抑制性能,需采用抑制性较强的钻井液,如优质聚合物钻井液、钾基钻井液等。

盐井钻探施工用钻井液护壁机理如下:CMC 高分子聚合物能显著提高钻井液的粘度,从而提高了粘土颗粒的聚结稳定性,有利于保证钻井液中细颗粒的含量,形成致密的泥饼,降低滤失量。水解聚丙烯酰胺(PHP)是一种选择性絮凝剂,在钻井液中主要起絮凝岩粉作用。CMC 与 PHP 可以相互交联形成网状结构,能有效提高完整或部分破碎地层的钻进效率,还具有润滑减阻作用。饱和盐水钻井液由于矿化度高,因此具有较强的抑制性、流动性且性能稳定,能有效地抑制泥页岩水化剥落,保证井壁稳定。

套管护壁及固井

套管护壁是钻探施工有效和可靠的钻井护壁方案之一,盐井钻探施工所用套管有井口管、技术套管、生产管。除生产管以外,其他套管均起到稳定井壁,保证顺利施工的作用。为确保安全,大部分套管柱设计采取的安全系数为:抗拉安全系数 1.5~1.8;抗外压(抗挤)安全系数 1.0~1.25;抗内压(压崩)安全系数 1.1~1.3。

提高注水泥固井质量主要应采取以下措施:一是适当提高水泥浆的回返速度,使之处于紊流而非层流状态;二是适当降低水泥浆的粘度和切力,以改善其流动性;三是钻井时注意井身质量,把井打直,套管扶正;四是水泥浆比重应均匀;五是在渗透性大、易漏的地层采用低失水量的水泥浆;六是在大段泥岩、页岩地层固井,应采用盐水钻井液;七是缩短水泥浆的初凝和终凝时间差;八是采用膨胀水泥,可提高水泥与井壁及套管间的胶结强度;九是精确地进行注水泥计算,采用符合当地实际情况的水泥用量附加系数;十是下管前适当增大排量洗井,既使井内岩粉全部返出,又使井壁适应大排量的冲刷,以防注水泥过程中发生坍塌。

结论

该套钻井液体系和套管护壁工艺技术,不仅可以应用于盐井钻井施工,还可用于其他松散、强水敏性地层的钻探施工。无固相饱和盐水钻井液和低固相饱和盐水钻井液还可应用于冰层冻土、可燃冰层或低温工作条件下的钻探施工的护壁。

(信息来自于中国矿业报)