油气地质调查井钻井技术问题与对策

汲广帅

摘 要：能源矿产地质调查作为中国地质调查的重要工作之一，对于发展国家经济具备重要的引领和推动作用。然而，现有的油气地质调查井多采用机械岩心钻探工艺，该工艺通常应用于固体矿场资源勘查，在油气地质调查井钻井过程中还存在诸多问题，面临巨大的工程风险，亟须得到重视和解决。本文针对油气地质调查井和机械岩心钻探工艺特点，重点研究油气地质调查井钻井工程所面临的技术难点及相应解决方案。

关键词：油气地质调查井;钻井技术;问题与对策

引言

地质调查井是开展地质调查工作的重要手段，主要以获取地层层序、烃源岩特征、含油气性特征等为目的，为盆地油气成藏特征研究提供依据，并可形成一套适用于研究区的油气地质调查钻探技术体系，为油气基础地质调查提供服务。地质调查井以小口径机械岩心钻探施工为主，井深一般不超过2500m，井身结构一般为直井，全孔取心。

1.钻井施工技术

1.1钻井质量及技术要求

钻井涉及钻前工程、钻探施工、录井、测井、井场恢复及资料提交等工序，采用三开井身结构，同步开展录井、测井、固井等项目。井身质量、水平位移范围，按《钻井井身质量控制规范》（SY/T5088—2017）执行。

全井井斜<5°，水平位移<80m，全角变化率<205730m。

1.2完钻层位及原则

（1）完钻层位：寒武系猴家山组，凤山组。（2）完钻原则：钻达目的层并钻达设计井深，完成地质调查井的各项任务。

1.3钻井设备及主要机具

根据钻探目的、地质条件、施工环境、钻探工艺，并充分考虑钻机负荷及井控配套要求，选用了XY8B钻机、BW320/12型泥浆泵、TA70/27m钻塔、S95绳索取心钻具、2ZF-15-21型防喷器。采用当地农用电作为动力电。

1.4井身结构优化

考虑到上部第四系、新近系松散地层较厚，结构松软，易垮塌，下部石灰岩地层岩溶、溶洞发育，施工难度大，隐患多，施工采用三开结构，预留一级口径，以防下部出现异常情况。

1.5钻进工艺及钻头使用

综合考虑地层条件、岩石硬度等因素，主要采用硬质合金及金刚石钻头，金刚石钻头以胎体硬度HRC20-40，唇面形式为同心尖齿、阶梯齿为主，备用PDC取心钻头及三牙轮钻头。

1.6钻井液性能

钻井液与护壁技术的优劣是影响钻探成败的关键因素，根据对钻遇地层岩性特征、岩屑返排速率、井壁稳定性等分析，确定了钻井液配方体系。一开和二开钻遇地层为第四系和新近系，岩性主要为粘土、亚粘土、砾卵石及流沙层等，岩层松散，弱固结，成岩性差，易失水缩径。同时，钻头开孔直径相对较大，在钻进过程中，要充分考虑井眼净化、井壁稳定、降低钻井液滤失量、控斜、防漏等问题。为此一开、二开钻井液体系配方为：膨润土10%-15%+CMC0.1%-0.5%+KHm（腐殖酸钾）2%-4%（或NaHm）;主要性能指标：密度1.10-1.15g/cm3，漏斗粘度25-40s，滤失量<15mL/30min。三开钻遇地层为寒武系地层，岩性以石灰岩、白云质灰岩、页岩及花岗岩为主，且寒武系下部可能存在岩溶及裂隙，岩心破碎，可钻性差，钻进过程中也可能钻遇气层、断层破碎带等异常地层，发生粘卡事故，故使用低固相高分子聚合物类钻井液，适当加入润滑剂，密度：1.05-1.08g/cm3，漏斗粘度：20-30s，滤失量<7-10mL/30min，PH值：8.5-9。同时为有效保护储层，在满足钻井施工、保证安全的前提下，尽可能降低钻井液粘度、密度、固相含量和滤失量;避免造成粘钻事故，以达到防塌、防漏、防喷、防卡目的。

1.7井斜控制

全井共进行了36次井斜测量，克服了岩层节理裂隙发育，地层倾角大，顶角易朝一个方向增大等特点，通过转速、钻压来控制顶角变化，稳压钻进，从而有效地控制了钻井的顶角，完钻实测顶角4.56°，终孔水平偏距53.93m，满足合同要求及地质设计目的。

1.8岩心编录

小口径油气地质调查井对岩心采取率有较高的要求，为提高岩心采取率和钻井效率，采用绳索取心钻进工艺。自356.46m开始取心，总进尺1443.82m，岩心长1370.18m（670.78-678.94m仅捞取岩屑），取心率95.37%，岩心采取率高，编录及时、准确，完全满足设计要求。

2.施工中遇到的问题及改进措施

2.1表层取心

一开钻井时采用单管取心工艺，井段长，起下钻时间多，辅助时间长，且由于岩性松软，粘土质成分较多，泥浆造浆严重，失水量大，孔内缩径严重，致使钻井效率低，反复扩孔。为此，在扩孔时对泥浆性能进行了调整，加人腐殖酸钾1250KG，提高了泥浆PH值，循环净化除砂，全井彻底循环更换，降低滤失量及含沙量，提高了钻井效率。

2.2钻头优选

根据钻遇地层岩性软硬变化快、溶洞、裂隙发育等问题，先后采用PDC、金剛石HRC15-40等多种钻头进行尝试，影响了钻井效率。为此，在对钻头性能充分分析的基础上，经过反复实验，最终确定在进人稳定岩层后采用HRC1520金刚石取心钻头，直至完钻。

2.3变径钻具组合

为解决上部井段因环空过大引起的泥浆流速降低、岩屑沉淀问题，确保施工安全、减少钻井周期，经分析采用了倒塔式钻具组合工艺。钻具组合方式：Φ100mm金刚石取心钻头+Φ100.4mm金刚石扩孔器+Φ91mm钻具+Φ100.5mm金刚石扩孔器+Φ91mm绳索取心钻杆1116m+Φ114mm绳索取心钻杆670.50m+主动钻杆。采用本钻具组合方式，三开在井深1000m以后，钻机正常施工，取心效果良好，钻进效率保持30m/d左右的进尺，未发生任何井内事故，同时，解决了上部钻具因高速旋转而造成的脱扣、断裂问题。

2.4粘卡处理

在孔深1116.97m，钻机离合器发生故障，在检修的过程中，发生了钻具吸附粘钻事故，提下困难，强力提拔孔内钻杆数次，最大提升力达320KN，仍无效。经分析研究后决定实施碱浴解卡。配置碱水共3m3，共加入NaOH250kg，比例为8%，经充分溶解后，通过泥浆泵注循环至孔内。注人碱水后，再泵人钻井液7m3，将碱水压人环空，静置分解泥皮，静置时间1.5h，期间每15min循环泥浆5min。次日解卡成功。

2.5内管遇卡

施工中频繁遇到取心内管遇卡致使取心絞车钢丝绳拉断问题，造成多次起钻检查钻具现象。如在井深900m左右，由于操作不当致使杂物进入内管，造成钢丝绳拉断，不得不起钻检查。通过分析，找出原因：（1）取心筒内管磨损严重;（2）绞车钢丝绳拉力不够;（3）杂物堵塞;（4）岩心破碎采用的解决方法：检查更换内管总成，更换取心绞车钢丝绳。施工中，上提内管要稳，认真检查人井钻具，人井钻具及时通径，同时，割心前充分循环泥浆一周，彻底清理井底岩粉。

结语

钻井通过优选钻头、优化钻具组合、钻进参数等解决了该区施工中取心内管遇阻、易粘钻、卡钻、井斜大等难题，顺利完成了各项目的任务，可为后期该施工相关类型提供经验和借鉴，同时，获取了钻井、录井、测井及岩心资料，为评价该区油气资源潜力提供了资料支撑。

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