高45平1井井眼缩径问题探究Word文件下载.docx
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1、概述
高45-平1井是一口浅层位移较大的滚动勘探井，位于济阳坳陷东营凹陷青城凸起北部斜坡带，设计井深1918.75，造斜点为593.00米，最大井斜96.5度，方位210.60度，实际井深为1309.10米，A点井深1115.04米，垂深925.84米，方位201.54米，位移:
324.05。
井底井深1428.00米，垂深921.13米，方位201.10米，位移:
636米。
水平段位312.96米。
该井造斜点较浅，且地层松软，易漏、易垮塌，给钻井施工带来一系列的技术难题。
并且在施工过程中，出现了井眼缩径现象，导致钻具不易起下，给整口井的施工进度带来一定影响，但通过该井的安全顺利实施，为我队水平井施工积累了经验。
2、技术难点
（1）这是一滚动勘探井，地层情况复杂。
（2）造斜点浅、造斜率大和地层松软，钻头易泥包和携沙困难。
（3）钻井液需具备良好的悬浮稳定性，流动特性、润滑性，防止粘附、沉沙、压差卡钻，满足井下要求。
（4）井眼曲率大，钻柱所承受的摩阻力、扭矩较大，易发生钻具事故。
（5）水平井段较长，容易垮塌。
3、技术措施
（1）一开直井段
针对大尺寸钻头，采取大排量、小钻压吊打的技术措施防斜打直。
（2）二开斜井段
1）、针对造斜点浅、造斜率大、大尺寸钻头和地层松软的特点，选用了钢齿牙轮钻头、采取大排量钻进的技术措施，防止了泥包和携沙困难的难点。
2）、采取200m进行短起下的技术措施修整井眼，保证井壁的稳定和平滑。
同时，将井底的钻屑通过短起下赶至上部，利于井眼清洁。
（3）二开水平段
1）、井眼清洁。
大排量钻进，及时将钻屑带出。
同时，采取每钻进10根钻杆（约100m）进行一次短起下（300m），再钻进10根钻杆进行一次长短起下（起至直井段），即每钻进20根钻杆（200m）进行一次小短起下和一次长短起下。
这样有利于将钻屑通过短起下赶至上部井眼，再次开泵循环时将其及时清理。
同时通过频繁短起下也起到了修整井壁的作用，保证了井眼的平滑。
2）、下钻困难。
由于该井垂深较浅，水平段较长和水平段井斜较大（设计91.17度），下钻时阻力较大，钻具下入困难。
采取钻具倒置，即加重钻杆放于直井段，增加钻具上部重量，利用钻具自重下入钻具。
二、遇到的复杂情况--井眼缩径
在钻井施工过程中，由于井眼缩径而导致起下钻时经常发生钻具遇阻、遇卡的现象。
如对遇阻、遇卡的原因分析不清楚，会导致处理决策的失误，因而带来的是埋钻具或者大段井眼报废等工程事故，造成严重的经济损失。
因此，分析产生井眼缩径的原因，制订处理缩径的相应对策，提高钻井平均机械钻速，保证钻探成功率，取得更好的经济效益。
起下钻遇阻，应及时判断出缩径还是掉块，及时做出处理，否则，会引起埋钻事故。
例如，上钻遇阻是由于井壁掉块引起，如果未及时开泵循环并调整泥浆比重和粘度，仍采用象处理缩径一样的办法上下串动，那就很快发生掉块埋钻事故。
起钻遇阻，如果是掉块造成的，那它遇阻的位置就不固定，而是每上下串动一次，遇阻位置下降一小段，当合上方钻杆，开泵循环时，上钻就畅通无阻。
如果是缩径造成的，那它遇阻的位置就是固定的，每上下串动一次，上升一小段，当同样开泵循环时，遇阻位置不变。
循环时泵压增大，上提困难，下放容易，起出的钻杆接头的上部经常有松软泥饼。
下钻遇阻，如果是缩径造成的，那开泵划眼，遇卡的井段是断断续续的，返出井口的钻井液无大的岩屑和掉块，加杆能下到已划眼的位置甚至更深一些。
如果是掉块造成的，那开泵循环后，泵压会略有上升，井口有大的岩屑和掉块的，划眼后加杆下不到已划眼的位置，无法加杆，卸掉方钻杆后，钻杆内喷浆。
判断出遇阻原因后，要很快拿出解决方案。
对于缩径遇阻，就不用处理钻井液，只需上下串动，划眼即可。
对于掉块遇阻，就需要开泵循环，在钻井液循环的过程中，加防塌剂、钠土、硅酸钾等材料，快速提高钻井液比重和粘度，稳定住井壁不再坍塌掉块并且将已落于井内的岩块携带出井外。
在本井起钻过程中发现遇阻位置固定（在1000米左右），上提困难，下放容易，循环时泵压增大，起出的钻杆接头的上部经常有松软泥饼。
判断该次遇阻为缩径引起的，则分析形成缩径的原因。
井眼缩径常发生在膨胀性地层和渗透性、孔隙度良好的井段。
由于钻井液性能不好，失水量大，在井壁易形成胶状疏松的泥饼，当泵排量小，钻井液上返速度低时，易在泥饼上面沉积较多的粘土颗粒、岩屑及加重剂，致使井径缩小。
2、形成井眼缩径的主要因素
2.1地层岩性引起的缩径
容易形成井眼缩径的岩性有欠压实的泥岩、页岩、膏质泥岩和膏盐岩。
钻穿这些岩性后的井眼井壁，长时间受钻井液的循环和浸泡，因水化分散和吸水膨胀造成井眼井径缩小；
另外，被钻头破碎的地层岩屑分散混在钻井液中难以清除，尤其是小直径的岩屑随钻井液的循环逐渐粘附在井壁上形成较厚的滤饼，使已钻过的井眼小于原井眼。
2.2地质构造应力及断层引起的缩径
地层倾角大的地层钻出新井眼后，因构造受地质应力作用使地层在侧压力的作用下产生层间的蠕动或位移，发生塑性变形，使原井眼出现位移后形成不规则的小井眼，严重时将造成井壁的垮塌。
2.3液柱压力对低压地层造成的缩径
在钻井过程中，为了使井筒内的钻井液液柱压力与地层压力平衡，经常采取的措施是选择合适的钻井液密度。
在钻遇低压力或者渗透性强的地层时，若钻井液的密度大，井筒内的液柱压力大于地层压力，因而发生井漏或使钻井液的失水量增加，容易形成厚滤饼使井眼缩小。
2.4钻井液性能及质量引起的缩径
2.4.1钻井液密度
因为钻井液密度是按照所钻地层及套管封隔层段的最高地层压力确定的，钻井液密度高将导致失水量增加，高密度形成的高固相含量使滤饼增厚造成井眼缩径。
2.4.2钻井液矿化度低
钻井液的矿化度低于地层水的矿化度，则容易渗透进入粘土晶胞层面间产生渗透水化膨胀。
失水越大，进入泥、页岩的钻井液滤液就越多，泥、页岩水化膨胀使缩径更严重。
2.4.3钻井液滤液的性质
滤液中若含有较多的Na+、OH-或CO32-等，可与粘土表面产生物理、化学或离子交换吸附，导致粘土表面所带负电荷增多，水化能力增强，使泥、页岩水化膨胀产生缩径。
2.5不当的工艺措施造成缩径
2.5.1技术工艺不当
钻进中所加钻压不均匀或定点转动钻头使井壁形成台阶和不规则的井眼，使用过大的排量钻进或定点较长时间的循环使冲蚀的井壁失稳，导致坍塌，或过小的钻井排量因环空返速低不能有效地把岩屑带出地面，使井内垮塌物或岩屑下沉在井眼台肩或不规则处堆积形成砂桥造成井眼缩小。
2.5.1为了短期利益
盲目使用清水或无固相钻进，或工作图方便向钻井液内冲入大量地面水。
起钻未及时灌足钻井液等。
忽视了对井壁失稳的保护。
特别是在泥、页岩、膏盐岩层段造成吸水后产生水敏效应而膨胀，使井眼缩小，甚至造成井壁垮塌。
3、本井情况
该井在钻至1200米处时，进行短起下，在1000米左右处遇阻，出现上提困难，拔活塞现象，钻具不易起出。
然后决定下钻到正常井段，进行大排量循环，循环一小时后，再次起钻，但在该处仍然出现遇阻。
4、分析遇阻原因
通过地质取样和钻井施工中振动筛处，了解到遇阻井段为较大的泥岩层，并通过起钻起上来的钻头，发现有白色块状物，分析下部有盐膏层。
泥岩层和盐膏层容易发生吸水膨胀，引起井眼缩小，并受无机盐离子的影响，钻井液粘切增高，滤失量增大，形成较厚的泥饼，再者遇阻井段井斜为50~60度，这段井眼净化最困难，容易引起岩屑堆积，形成岩屑床。
通过以上种种原因，引起井眼缩小，导致起钻遇阻。
4.1钻井液与泥页岩的水化作用
一般来说，从钻开井眼开始，泥页岩地层与钻井液在井下温度和压力条件下接触产生以下的相互作用：
①离子交换；
②泥页岩与钻井液中水的化学势差异产生了渗透作用；
③在井底压差作用下钻井液中的水岩泥页岩的微裂隙侵入；
④毛管力产生的渗析等。
总的结果一般是使泥页岩吸水、膨胀产生水化应力，其作用程度和范围随时间而扩大。
泥页岩将从钻井液中吸水，产生水化膨胀，增大井壁的孔隙压力，减弱强度，这不利于井壁的稳定；
反之，泥页岩产生解吸脱水，减小井壁的孔隙压力，强度增大等有利于井壁的稳定。
三、处理方法
1、优化钻井液体系
针对泥岩的膨胀特性,应选择抑制性泥浆。
即该类型泥浆对泥页岩地层中的粘土有抑制水化、膨胀及分散的作用。
要起到这种作用,泥浆必须具备提供抑制性化学环境的功能,使所钻岩屑在此种化学环境中不易水化、膨胀和分散,并控制地层造浆使固相含量及流变性保持稳定,同时能稳定井壁,打出规则的井眼,减少井下复杂情况。
结合泥岩膨胀机理,这种化学环境由两个方面提供：
其一是某些高分子聚合物;
其二是某些无机盐。
泥页岩地层易吸水膨胀、蠕变、坍塌、缩径、扩径等特点,结合上述分析,该类地层所用的钻井液应主要具备以下几个特点：
（1）降低滤失量
钻井液中侵入地层的除了固相填塞物外,大部分为滤液成分,因此控制钻井液的活度,尤其是控制钻井液中自由水的活度是降低滤失量有效的办法。
降低有害的滤失量就可以降低地层失稳的危险性。
加入无机或有机电解质是目前通用的降低钻井液活度的办法。
钻井液降滤失的主要途径有：
①平衡或减小泥浆与地层孔隙流体之间的压差；
②选用优质造浆粘土和有关处理剂,增加水化膜厚度；
③增加泥浆中粘土的含量；
④选用能提高水溶液粘度的降水剂；
⑤增加泥浆滤液粘度选用造壁性能优越的添加剂,降低泥饼厚度及泥饼渗透率；
⑥加快在复杂地层段的钻进速度,减少井壁裸露时间；
⑦减少钻井液循环对井壁的冲刷。
（2）提高钻井液的抑制性
抑制性钻井液不仅能有效抑制钻屑中造浆粘土的水化分散,还可以抑制钻井液增稠的趋势,从而能降低循环压降,减小压力激动,稳定井壁。
（3）较好的剪切稀释性
钻井液在循环系统中流动时,具有不同的流态如尖峰型层流、平板型层流和紊流等。
就有效地携带岩屑而言,将动塑比保持在0.36～0.48Pa/mPa.s或n值保持在0.4～0.7是比较合适的。
如果动塑比过小会导致尖峰型层流；
动塑比过大的话,则因为动切力的增大而引起泵压的显著升高。
通常用动塑比和n值来表征钻井液的剪切稀释性能。
若钻井液的动塑比较高或值较低,则其具有较强的剪切稀释性，此时的钻井液携岩能力强,能较好地保持井眼清洁,能避免因为各种钻屑引起的粘度上升情况,从而降低钻井液的循环压降。
（4）较好的润滑性减阻性
钻井液在钻孔内循环,与井壁及钻具间存在摩擦,摩擦力迫使钻井液在井壁形成的泥皮及井壁颗粒剥落,润滑性优的钻井液可以减小这一现象的发生,有利于稳定井壁钻井液在孔内循环有一定的阻力,若循环阻力大则容易形成环空压力激动,而对井壁稳定造成负面影响。
我们通过以下措施进行调整钻井液性能：
（1）合理使用固控设备，尽量清除钻井液中的劣质固相，特别是低密度劣质固相，控制钻井液中粘土含量在合理的范围内，减轻钻井液受盐膏污染时严重增稠的情况。
并维持合理的钻井液密度，减小压差。
（2）采用水基防塌钻井液体系为主，加入适量防塌降粘降失水剂、抗盐防塌降失水剂，降低失水，并且加入两性离子聚合物降粘剂和海水降粘剂，使钻井液保持适当的粘度，提高钻井液抗盐膏污染的能力。
（3）加入无荧光白油润滑剂和原油，降低钻井液的摩擦系数，避免出现吸附卡钻等严重的情况。
（4）采用合理钻井液的流变参数，有效的携带岩屑，减小岩屑的堆积，避免岩屑床增厚，并配合短起下有效的将缩径井段岩屑清除。
2、工程技术
下钻到正常井段，进行大排量洗井，增大环空返速，有效的携带岩屑，将缩径井段岩屑清除。
通过调整钻井液的性能和配合大排量洗井，有效的使井眼缩径情况的以解决。
并且通过调整下部钻具结构（加稳定器）和定进尺（每10m）划眼并强化起下钻，每钻进20根钻杆（200m）进行一次小短起下和一次长短起下，有效预防了井眼缩小情况的再次发生。
2.1预防措施
（1）采用合适的下部钻具结构
入井满眼钻具结构能有效地控制井身质量和井眼轨迹，并且稳定器能起到刮掉井壁滤饼和压实井壁滤饼的作用，形成薄而坚韧光滑的滤饼。
对易吸水膨胀使井眼缩小及破碎、易垮塌的地层应简化钻具结构，在钻柱上安装随钻井眼扩大器，以利在钻井中对可能发生井眼缩小的井段进行钻进和扩眼同时进行。
并可对入井钻具安装倒划眼工具，对起钻在小井眼段遇阻卡可进行倒划眼来扩大井径的作业。
有条件的可配置随钻震击器，以便在井眼缩径处遇阻卡时进行解卡作业。
（2）定进尺划眼并强化短程起下钻
在易塑性变形造成井径缩小的地层钻进。
可采用每钻进ｌ根上提钻具慢速划眼一次，把因塑性变形使井径缩小的那部分岩屑切削掉来保证所钻井眼直径。
3、处理不当危害
（1）起钻硬拔，导致下钻下不去，甚至井眼报废。
（2）缩径卡钻
（3）井壁坍塌或坍塌卡钻
（4）溢流甚至井喷
3.1缩径卡钻
缩径卡钻，就是小井径卡钻。
无论何种原因，钻头通过的井段，其直径小于钻头直径，均可造成卡钻。
缩径卡钻也是钻井工程中常见的事故，处理起来比坍塌卡钻容易些，但比粘吸卡钻要困难。
3.1.1缩径卡钻的原因：
（1）泥页岩缩径：
泥页岩井段一般表现为井径扩大，但有些泥页岩吸水后膨胀，也可使井径缩小。
如A、浅层泥页岩，主要成分为钠蒙脱石，具有较高的含水量，在钻进中极易出现塑性变形。
B、未固结的黏土层。
C、在压力异常带的泥页岩，其含水量和孔隙压力都远远超过正常值，也容易发生塑性变形。
（2）盐膏层缩径：
盐膏层可分为两类，即纯盐层和盐、膏、泥复合层。
纯盐层又可分为原生沉积盐、次生岩脉盐和残存混合盐三种。
原生沉积盐为大段结晶状无机盐（大部分为氯化钠和硫酸钙，也可含有其它盐类，如氯化钾、氯化钙、芒硝等），单层厚度较大，岩性比较稳定，夹层常为不易坍塌的白云岩、石灰岩等。
次生岩脉盐均在次生缝洞内壁呈垂直或斜交盐晶粒生长，并为同生角砾岩的胶结物。
残存混合盐是由原生沉积岩蠕动消失后的残存盐角砾和其它角砾混杂胶结组成。
它给钻井造成的主要困难是上部地层的盐溶扩径和下部地层的蠕变缩径。
盐、膏、泥复合层往往是三者相间，互层多且薄，岩性变化大，往往由盐层、盐膏层、石膏、芒硝、泥岩、含膏泥岩、灰质泥岩、泥页岩等多种岩性组成。
其岩性复杂多变，而且由于沉积环境的不同，产生了富含碳酸盐、硫酸盐的盐岩再加上周期性交互沉积分选差的砂泥岩，形成形形色色的复合盐岩，构成的盐膏岩性质千差万别，蠕变特性差异很大。
这给钻井造成的主要困难不仅有盐溶扩径和蠕变缩径，而且还极可能造成井壁坍塌。
以盐为胎体或胶结物的泥页岩、粉砂岩、等遇到矿化度低的水会溶解，盐溶解的结果导致泥页岩、粉砂岩因失去支撑而坍塌。
夹在盐层间的薄泥页岩、粉砂岩，盐溶后失去承托，而掉块、坍塌。
（3）钻井液性能发生了较大的变化：
如钻遇石膏层、盐层、高压盐水层，泥浆滤失量增加，黏度切力增加，滤饼增厚。
3.1.2缩径卡钻的征兆：
（1）阻卡点固定在井深某几点。
因为小井径总是个别井段，所以下钻遇阻时，提离该点，则一切正常，起钻遇阻时，则下放不会遇阻，而且遇阻点相对固定在某一井深。
有时会有若干个遇阻点，但每个遇阻点的井深相对固定。
（2）多数卡钻是在钻具运行中造成，而不是在钻具静止中造成。
只有少数卡钻是在静止中造成（如钻遇蠕动的盐岩、高含水软泥岩等）。
（3）开泵循环泥浆，泵压正常，进出口流量一样，泥浆性能没有大的变化。
但钻遇蠕动速率较大甚至是塑性流动状态的盐岩、沥青层、高含水软泥岩时，泵压要逐渐升高，甚至会失去循环。
（4）离开遇阻点则上下活动、转动正常。
（5）下钻距井底不远遇阻，可能有两种情况，一是沉砂，另外是钻头后期磨损造成的小井眼。
（6）缩径卡钻的卡点是钻头或大直径工具，而不可能是钻杆或钻铤。
3.1.3缩径卡钻的预防：
（1）下入钻头扶正器或其它直径较大的工具时，应仔细丈量其外径。
使用打捞工具时，其外径应比井眼小10mm以上。
（2）起出的旧钻头和扶正器，应检查其磨损程度，如果发现外径磨小，肯定已钻成了一段欠尺寸井眼。
下入新钻头时应特别注意，快到底遇阻时不能硬压。
（3）在用牙轮钻头钻进的井段，下入PDC及足尺寸的取芯钻头时要特别小心，遇阻不超过50KN。
（4）取芯井段必须用常规钻头扩眼或划眼。
（5）改变下部钻具结构，增加了钻具的刚性或下大尺寸的打捞工具时应控制下钻速度。
绝不充许在阻力超过50KN的情况下强行下入。
（6）下钻遇阻不可硬压。
一般的规律是遇阻后上提的力量要比下压的力量大，所以下压力量越小，上提解卡越容易。
当然也可以用渐进试验法。
（7）起钻遇阻绝不能硬提。
因为下压解卡的力量往往比上提时的阻力大得多，特别是悬重很轻时更要注意。
一般情况下上提力量不能超过钻具重量的1/3。
（8）控制钻井液滤失量及固相含量，使高渗透井段结成薄而韧的滤饼，减少滤饼缩径现象。
（9）如上提遇阻，倒划眼无效，如此时起出的钻具超过井深的一半，可接扩眼器扩眼。
（10）如果井下情况比较复杂，可在钻铤上部接一扩眼器。
（11）在钻柱中接随钻震击器。
（12）在起下钻过程中要详细记录阻卡点。
3.1.4缩径卡钻的处理：
（1）遇卡初期，应大力活动钻具，争取解卡。
在下钻过程中遇卡，应在钻具及设备的安全负荷限度内大力上提，绝不能多压。
在起钻过程中遇卡，应大力下压，绝不能多提。
在钻进过程中遇卡，只能多提和强扭。
在这种时候，捕捉战机是非常重要的，要敢于用大力，可能三下五除二就解决问题了。
如果大力活动数次仍不能解卡，就不要强干了，要在适当的接力压力范围内定期活动钻具，保证卡点不上移。
（2）用震击器震击解卡。
如果钻柱上接有随钻震击器，应立即启动震击器根据情况上击或者下击。
如果没有随钻震击器，要设法接入震击器，因为震击器是缩径卡钻中最有效最经济的解卡办法。
如果是起钻卡死，而且有足够的钻具重量，可用地面震击器。
如果是下钻或在井底卡死，最好是把钻具从卡点以上倒开，把上击器接到离卡点很近的位置，连续上击。
（3）如果发现是缩径与粘吸的复合式卡钻，那就应先浸泡解卡济，然后再进行震击。
（4）如果缩径是盐层蠕动造成的，可以浸泡清水或淡水泥浆以溶化盐层，同时配合震击器震击。
（5）如果大力活动钻具与震击均无效，只好套铣倒扣了。
（6）套铣不成，则只有侧钻一条路了。
四、水平井钻井液技术
1、钻井液的要求
在大位移井钻井技术中，钻井液技术是和井眼轨道测量与控制技术并重的两项关键技术。
大位移井钻井对钻井液的要求很高，主要达到以下几个方面的要求：
（1）在钻大井斜长裸段时保持井眼稳定。
（2）为减少摩阻和扭矩，要具备很好的润滑性。
（3）为有效的携带岩屑，要具有相应的流变性。
（4）把井下复杂情况减少到最低。
（5）对油气层的损害最小。
（6）对环境的污染最小。
2、钻井液体系优选
在该井中为了满足携岩、护壁、防塌，润滑的要求，上部地层选用水基防塌钻井液，在定向段选用润滑性好，解阻防卡能力强，流变性能好的聚合物混油钻井液体系。
3、保持井眼清洁
（1）在定向期间，一定要调整好钻井液的流变性，提高钻井液的动切力，保持合理的动塑比值，保持在0.5~0.7m/s之间。
（2）保证合理的环空返速。
在定向段施工，钻井液的返速应保持在1.0~1.2m/s，使钻井液成紊流状态，提高携带岩屑的能力。
（3）通过钻盘钻速的调节，配合岩屑的清除。
五、结论
1、对造成井眼缩径的因素各不相同，因此，对处理时的工艺技术措施应仔细分析，定出有针对性的技术对策。
若处理不当，将引起一系列复杂情况的发生，引起一些不必要的损失。
2、通过调整钻井液的性能和配合大排量洗井，有效的使井眼缩径情况的以解决。
并且通过调整下部钻具结构和定进尺划眼并强化短程起下钻，有效预防了井眼缩小情况的再次发生。
3、在水平段施工，要提高钻井液的携岩性，调整好动塑比值，防止井眼内形成岩屑床。
4、在钻井过程中，钻井液体技术相当重要，是保证安全、顺利完井的保障。
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