运用划眼技术解决SH1井井下复杂情况探讨

滕新兴 刘 盈 钟立民

中国石油勘探与生产工程监督中心 （北京 100083）

运用划眼技术解决SH1井井下复杂情况探讨

滕新兴 刘 盈 钟立民

中国石油勘探与生产工程监督中心 （北京 100083）

钻井技术或措施的选择是关系到钻井成功和节约钻井成本的重要环节，方案有时有几种，但选择不当，会造成钻井的失败或成本大大增加，如何确定方案要根据现场的具体情况。介绍了SH1井在深部起下钻遇阻，甚至难以顺利施工时面临是填井还是划眼的措施选择，经过现场技术组的共同研究，确定了划眼方案，并利用综合录井提供的参数，顺利地解决了井下复杂情况，效益显著。通过该综合技术的实施，为现场技术人员更好地处理复杂情况提供了一种有效的方法，学会了如何利用测录井提供的参数帮助钻井技术人员解决类似问题，收益远远大于该技术成功的本身。

深井 划眼技术 钻井

概 况

SH1井位于新疆维吾尔族自治区墨玉县境内，是一口重点预探井。该井于2001年7月26日开钻。钻井期间，由于该区块浅变质岩地层倾角大、自然造斜力强、岩性复杂、高压出水等特点，给钻井施工带来困难。深层划眼就是其中遇到的一个复杂事例，看似简单，但处理过程极其复杂，一不注意就会造成由复杂变为事故。下面简要阐述该井在划眼过程中遇到的困难和采取的技术措施。

施工前的井眼情况及难点分析

1 井眼情况

SH1井在 2001年 8月 24日钻进至 4 739～4 742.14m井段高压水层(含气)，因打开高压水层时的钻井液密度远低于地层压力的当量密度，为了更有效地发现和保护油气层，钻井液采用逐步加重的办法，至9月4日四开井段第一次准备电测时，钻井液密度加重至1.75g／cm3，钻进至井深4 775m，期间共放水浸钻井液127m3，水浸钻井液的最低密度为1.10g／cm3。该层渗透率低，溢流量不大，每小时约0.5～lm3，地层长时间处于浸泡状态，泥岩段垮塌相当严重，仅8月24日至9月4日准备电测前这段时间，振动筛上返出掉块总量超过30m3，泥岩段井眼严重扩大。根据电测资料平均井径457mm(18″)，最大井径超过533mm(21″，井径仪的最大可测直径为2l″)，平均井眼扩大率112%，最大井眼扩大率超过247%，砂岩段井径相对较小，最小井径为228mm(9″)，整个裸眼段成葫芦状。9月27日23：00中途测试二开井后，裸眼段再一次被地层水浸泡，至10月3日12：30下钻至井深4 384m遇阻，浸泡时间长达5d13h30min，井眼再一次严重垮塌，井径进一步扩大。估计电测时井径超过533mm(21″)的井段，经这一次垮塌后，井径超过635mm(25″)的可能性是非常大的，给工程施工带来了极大的困难。

现场工作组经过对井眼状况的认真分析研究，同时对施工队伍进行了一次认真的评估，并将划眼与套管开窗的优缺点进行了认真的分析对比，研究决定于10月3日12：30开始通过划眼施工解除井下复杂情况。

2 划眼施工中遇到的难点分析

在这种浸泡时间长，井壁严重垮塌的井眼中划眼，存在的最主要难题有2个。

（1）大井眼井段携砂问题。由于井眼大，钻井液返速低，携砂能力大大下降，造成井底返砂在此处聚集，当其聚集量大到一定程度，或由于停泵等原因，聚集在此处的砂子将会迅速下沉，造成埋钻具。

（2）泥岩段的井壁掉块问题。4 384m以上井段受钻井液浸泡时间为5d13h30min，而其下部钻头尚未划到的地层还继续浸泡在钻井液中，泥岩受水浸泡后水化严重，整个近井带岩石强度大大降低，维持井壁稳定十分困难，随时有可能大面积垮塌埋死钻具。

划眼施工处理过程

划眼施工于10月3日12：30正式开始。

在扩划眼期间，共发生较小的卡钻事故(10min之内解卡)10余次，较严重卡钻事故5次，事故累计损失时间6h55min，5次较为严重的卡钻事故的发生过程及处理结果如下：

第 1次：2001年 10月 6日 17：05划眼至4 595m,划眼参数：钻压 2～3t；转速 60r/min；排量22L／s；泵压19.5MPa。转盘突然被蹩死，同时泵压蹩压至28.2MPa。此时上提下放钻具不能活动，被卡死(上提至2t多，下放至80t，原悬重117t)。处理卡钻时的钻具轴向拉力变化情况见图1(资料来源于综合录井资料)。

图1 处理卡钻事故时的钻具轴向拉力

开泵十分困难。通过反复上提、下放和转动转盘来振动钻具，至18：00开泵成功。19：10振动筛见大量泥岩掉块，掉块最大直径可达4～5cm。19：40上提下放钻具恢复正常，但转动转盘时，仍有蹩泵现象。至20：00转动转盘正常，事故解除，事故损失时间：2h55min。

第2次：10月8日。 划眼参数为：钻压2～3t；转速 60r/min；排量 22L／s；泵压 19.5MPa。 1：20 划眼至井深4 606m，转盘突然被蹩死，同时泵压蹩压至28.9MPa，见图2(资料来源于综合录井仪)。此时上提下放钻具，钻具不能活动，被卡死(上提至190t，下放至80t，原悬重117t)，开泵困难。至1：50通过多次上提下放钻具、转动转盘，开泵成功。2：30上提下放钻具恢复正常，转动转盘正常，事故解除，事故损失时间：lh10min。

第3次：10月12日。划眼参数：钻压2～3t；转速40r/min；排量 22L／s；泵压 19.5MPa。 10：00 划眼至4 642m，转盘突然被蹩死，同时泵压蹩压至24MPa。此时上提下放钻具，钻具不能活动，被卡死(上提至190t，下放至80t，原悬重 117t)。 开泵困难，间断蹩泵。至10：20通过多次上提下放钻具，转动转盘，开泵正常。10：50上提下放钻具恢复正常，转动转盘正常，事故解除，事故损失时间：50min。

图2 划眼过程最大蹩泵泵压

第4次：10月12日。划眼参数：钻压2～3t；转速40r/min；排量 22L／s；泵压 19.5MPa。 18：10 划眼至4 655m，转盘突然被蹩死，同时泵压蹩压至24MPa。此时上提下放钻具不能活动，被卡死(上提至190t，下放至80t，原悬重117t)。开泵困难，间断蹩泵。至18：35通过反复上提下放钻具，转动转盘，开泵正常。18：50上提下放钻具恢复正常，转动转盘正常，事故解除，事故损失时间：40min。

第5次：10月14日。扩划眼参数：钻压2～3t；转速 35r/min；排量 20L／s；泵压 19.5MPa。 9：20 划眼至4 675.5m，转盘突然被蹩死，同时泵压蹩压至24MPa。此时上提下放钻具，钻具不能活动，被卡死(上提至190t，下放至80t，原悬重117t)。开泵困难，间断蹩泵。至9：50通过反复上提下放钻具，转动转盘，打通了流道，开泵正常。10：40上提下放钻具恢复正常，转动转盘正常，事故解除，事故损失时间：1h20min。

10月3日1 2：30下钻至井深4 384m遇阻，此后开始划眼，至10月25日 12：00划眼至原井深4 817.5m。划眼井段长433.5m，累计划眼时间21d23h30min。划眼期间从振动筛上返出掉块总量达34m3，发生较大的卡钻事故5次，事故总损失时间6h55min，蹩泵、蹩转盘多次，其中两次最高蹩泵泵压分别达28.2MPa和28.9MPa。最频繁时，间隔不到1h转盘蹩死一次。最大解卡钻具拉力达208t(原钻具悬重为117t)。

发生卡钻时，首先是蹩泵、蹩转盘，蹩泵后再重新开泵十分困难，每次卡钻蹩泵后都要反复试开多次，开泵成功后，短时间内泵压也非常不稳，波动剧烈，排量并未改变而泵压却会发生异常变化。其次泵冲难以掌握，常常几升的排量泵压就会高达20MPa以上。图3为第一次卡钻后开泵泵压变化情况(资料来源于综合录井仪)。从图3可以看出泵开的前10min是泵压变化最频繁的时间段，往后逐渐趋向平稳，20min左右泵压才基本正常。分析其原因是，卡钻蹩泵是由垮塌引起的，刚开始开泵时钻头周围全被掉块堵死，造成开泵困难，开泵后，钻头周围仍存在着大量掉块，随时可能下落堵塞泥浆通道，表现出泵压不稳定，随着循环时间加长，掉块逐渐被带离井底，钻头周围的岩块越来越少，堵塞泥浆流道的可能性越来越小，因此泵压逐渐趋于正常。

图3 发生卡钻后开泵泵压变化情况

另外在划眼过程中转盘扭矩变化大，蹩死转盘情况时常发生，正常情况下每班发生数次，严重时每小时发生1～2次，扭矩的变化也难以找到规律。由图4可以看出，在“井底”比较清洁的情况下转盘扭矩虽然变化频繁，但仍处于相对稳定状态，一旦有较大、较多掉块落入“井底”，钻头被这些掉块所蹩，不能正常转动，转盘扭矩就会发生异常变化，严重时蹩死转盘。图4是在正常划眼情况下较为典型的转盘扭矩变化情况(资料来源于综合录井仪)。

划眼施工措施及经验总结

1 安全措施

井下安全是一切技术所要保证的核心问题。井下情况复杂，井壁随时有可能垮塌，卡钻的可能性随时存在。制定的原则是：

图4 划眼过程中转盘扭矩变化情况

（1）工程上要谨慎，划眼不能急于求成，不能长驱直入，不能让井下存在大井段垮塌的可能。一旦井下发生大段井壁垮塌，大量的掉块埋死钻具，容易造成钻具卡死，后果不堪设想。如果垮塌的量较小，就设法开泵，一旦能开泵，事故就容易解除。

（2）泥浆性能要设法保证已划过井段的井壁稳定，不产生大段井壁垮塌，提高泥浆悬浮能力，使垮塌的掉块不致于迅速沉入“井底”埋死钻具。

（3）充分发挥综合录井有关参数的效能，加强井下异常情况的预报和提示，一旦发现泵压、扭矩、悬重异常，立即通知司钻，以便司钻及时采取相应的措施，避免情况复杂化，然后再迅速告知驻井工程技术人员，采取进一步措施。

2 工程技术措施

工程措施就是如何避免井下大段垮塌，将造成卡钻的可能性降到最低点。主要采取了以下几方面的措施。

（1）采用灵活多变的划眼钻压。不同井段，地层岩性不同，对地层水的敏感性不同，因此垮塌程度不同，垮塌掉块的大小、形状不同。在划眼过程中表现的划眼进度，转盘扭矩等特征不相同。如果钻压不做及时调整，一方面对井下安全不利，另一方面会影响工程进度。①如果遇到垮塌严重，垮塌掉块较碎且压实性差的井段，较大的钻压会致使扩划眼进尺的加快，遇到这种情况时，采用低钻压(1～2t)进行慢速研磨，让钻头附近的“滞留岩层”尽早垮塌，破碎后带出井底，降低险情。②如果遇到垮塌掉块较大且压实得比较好的井段，即使采用较大的钻压划眼进尺依然较慢，如果仍采用低钻压划眼虽然安全系数较高，但会影响工程进度。可适当将钻压提到6t左右，这样可以加快划眼进度。

（2）采用进一步退两步的办法来保证井下安全。每划眼钻进0.5～1m上提钻具至新划出井眼以上部分1～2m，再高速下划2～3次，利用高速旋转的钻头碰撞新划出井段井壁周围的“滞留岩层”，使其尽可能早、尽可能多地被赶至“井底”，防止“滞留岩层”中的滞留掉块过多而失稳，产生大量坍塌而掩埋钻具。

（3）转盘转速合理控制。在扩划眼钻进过程中，保持20～30r/min的低转速，避免钻具撞击井壁造成“滞留岩层”的坍塌。钻具上提后，第二、三次通过该井段扩划眼时，使用较高转速80～90r/min，目的是让“滞留岩层”充分坍塌至“井底”，再破碎带出，降低钻具在井下的危险性。

（4）保证合理的泥浆排量。为了维护井壁稳定，划眼阶段的泥浆黏度较高，泥浆的流动性变差。要使井筒内的掉块及时带出，必须保证一定的返速，而本井由于垮塌严重，井径大，保证返速是相当困难的。为此我们除了保证泥浆性能外，充分发挥泵功率的有效利用率，取消钻头喷嘴，降低钻头压耗，尽可能提高排量，以保证返速，尽快将井筒内的坍塌掉块返出地面。

3 钻井液性能调整

（1）合理的钻井液密度

由于本井地层存在多个高压水层，要保证良好的稳定的钻井液性能，必须平衡地层压力，以确保地层水不对钻井液造成污染，这是保证井眼稳定的前提和基础。本井在划眼过程中，合理确定钻井液密度，定期补充加重材料。开始划眼阶段，钻井液密度相对较低，因井下垮塌严重，逐步将密度提高至1.90g／cm3并保持在 1.90～1.95g／cm3， 有效地防止了由于液柱压力过低引起的坍塌掉块现象，保证了新划出井眼的稳定。图5为划眼期间钻井液密度随井深变化曲线。

图5 划眼期间钻井液密度随深度变化曲线

（2）较高的黏度和切力

为了确保岩屑能够及时返出地面，在这种大井眼、排量有限的情况下，钻井液必须具备较高的动切力和初终切。为了保证上部新划井眼的稳定，钻井液还必须具备较高的黏度，有利于形成滞流层，避免钻井液对井壁的冲刷造成的井壁失稳现象。同时钻井液悬浮能力要强，能够减缓大井眼处岩屑的下滑速度，达到划1m保1m的目的。本井在划眼过程中一直保持钻井液漏斗黏度在150～190s；塑性黏度80～110MPa·s；动切力 25～30Pa。 图 6 为划眼期间钻井液的黏度随井深变化曲线。

（3）低滤失量

本井裸眼段地层基本以泥岩为主，泥岩极易水化膨胀。只有保证较低的滤失量，才能减少地层水化膨胀，以免造成地层局部强度下降，引起地层失稳。由于前期测试造成地层水浸泡裸眼段，在划眼过程中地层水不断侵入钻井液中，加之钻井液滤液矿化度很高(80 000×10-6以上)，造成控制滤失量极其困难。由于井底温度较高，及时调整钻井液配方，加入抗盐抗温强的处理剂SJ-1、SK-1、SMP等，划眼过程中需要不断补充，保证它们的含量。在划眼前期失水高达11mL，经过处理后，滤失量逐步下降，当井深划至4 600m左右时，滤失量已降至5mL以内，最后稳定在2.6～4mL。图7为划眼期间钻井液经调整后滤失量随井深变化曲线。

图6 划眼期间钻井液的黏度随井深变化曲线

图7 划眼期间钻井液的滤失量随井深变化曲线

除采取以上措施外，经常更换细筛布(60目)，尽量减少井内沉砂。同时添加固体石墨润滑剂，改善钻井液的润滑性，避免复杂现象的发生。

划眼过程中加强坐岗制度，增加巡回检查的次数，加密测量钻井液，根据振动筛返砂情况和钻井液性能及时补充各种处理剂，保证钻井液性能。

4 地质录井配合措施

为工程上尽可能提供更多的有用参数，服务于工程，试油期间录井队对综合录井仪及传感器，作了全面的保养，并且对其性能及各项指标，作了严格的校验，以确保其精度，从而使各项参数准确无误。

划眼期间，为了配合工程安全顺利尽快地划到原井深，针对井径大而不规则，井壁极易垮塌的井下复杂情况，在取精取准各项录井资料的同时，及时对各项参数特别是工程参数(立压，扭矩，悬重……)的变化门限作了调整，使变化范围尽可能地缩小到最小，对各项参数的变化监测更准确，对异常情况的发现和预报更及时，做到防患于未然，及时提醒司钻作出相应有效的措施，避免事态的进一步扩大。利用综合录井提供的参数，顺利地解决了井下复杂情况。此划眼过程中，录井共进行11次险情预报，及时准确率达100%。

采用划眼措施解决SH1井井下复杂的意义与经济效益

1 意义

至9月14日钻进至井深4 817.5m，历时50d。中途测试后，井壁受浸泡时间长，垮塌严重，井下情况十分复杂，如只一味地考虑安全，怕担风险，那么所能做的只有填井侧钻。其实填井侧钻也存在着相当大的风险，存在着下列几点不利因素：

（1）裸眼段找不到可供侧钻的点，只能套管开窗，工序复杂，建井周期会大大延长。填井、测陀螺、套管开窗、定向侧钻这几套工艺成功后才能恢复钻进，比较顺利的情况下钻达原井深(4 817.5m)，需要3个月。

（2）变质岩井段，井身轨迹变化大，对套管的磨损严重，侧钻后钻井周期延长，增加更多的磨套管时间，一旦下部有高压层、高产层，套管难以承受压力。套管严重磨穿后，给起下钻与电测施工带来事故隐患。

（3）侧钻后由于井太深，井眼轨迹不易监测，无法确保新井眼不与老井眼打穿。

（4）套管开窗后，如果短期内不能钻达灰岩层下套管，钻进过程中地层仍有可能坍塌，一旦在出套管的地方发生坍塌，该处在今后的施工过程中将是一个严重的事故隐患点，起下钻有可能卡钻，电测有可能割电缆。

因此划眼成功至少有三点意义：①与套管开窗侧钻相比较，缩短了建井周期，加快了该区块的勘探进程；②大大节约了工程施工费用；③最大限度地降低了下步施工中发生的事故可能性，为该区块的深部勘探早出成果奠定了基础。

2 经济效益分析

本井施工中每天各项消耗(或定额)如下：

钻井工程施工及消耗 5万元；

钻头 0.4万元；

泥浆药品消耗 1万元；

录井日费 0.95万元；

泥浆服务费 0.15万元；

取心服务费 0.1万元；

上级管理费 0.5万元；

合计 8.1万元／日。

填井侧钻至4 817.5m约需要3个月时间，按每天消耗8.1万元计算，需要增加投资729万元，另外填井、测陀螺、套管开窗、定向侧钻费用共需约100万元，共需投资829万元。划眼历时22d，同样按每天消耗8.1万元计算，需要178万元，由此可得划眼成功可节约651万元。

The choice of drilling techniques or measures is the crucial link that is closely related to the success of well drilling and the reduction of drilling cost.Sometimes there are several plans,the incorrect choice of which can result in the failure of well drilling and the increase of cost.Thus how to determine the plan should be decided according to the on-site concrete situation.SH1 Well is introduced as an example in the paper.This well was faced with the problem of whether to fill the well or do redressing while meeting tight point at the drilling round trip in deep layer,and had difficulty in construction.Then through the common discusion of on-site technological group,the plan of hole redressing was determined and successfully used in solving the downhole complexity under the help of parameters offered by comprehensive logging,showing obvious benefits.Because of the enforcement of this comprehensive technique,one effective method is provided for on-site workers to deal with complex situation.Meanwhile,how to utilize the parameters given by well logging to help drilling technicians solve similar problems is also obtained from this practice of the technique.All in all,benefit is much larger than the success of technology itself.

deep well;hole redressing technology;well drilling

黄永场

2010-11-09