1、第 36 卷 第 1 期2014 年 1 月石 油 钻 采 工 艺OIL DRILLING Liu-109 well; slim hole; stuck drill; carbonate rock; acidification stuck-freeing作者简介： 许京国， 1967 年生。1990 年毕业于中国石油大学（华东）钻井工程专业，现在渤海钻探第三钻井公司从事钻井技术管理工作，高级工程师。电话：022-25927647， 13821528030。E-mail ： 。柳 109 井是位于玉门油田酒泉盆地酒西坳陷青西凹陷柳沟庄构造上的一口三开评价井，钻井目的是评价柳沟庄断层下盘柳 4-
2、柳 108 井区 K1g2+3、 K1g1段东部泥云岩的含油气性。该井完井方式是筛管完井，设计井深 4 500 m，实际完钻井深 4 470 m，卡 钴时井身结构： 273.1 mm 套管 802.42 m+177.8 mm 套管 3 973.36 m。该井三开应用了小井眼欠平衡钻井技术，钻井液中充氮气，要求钻井液密度不大于 1.08 g/cm3。在下沟组灰色白云质泥岩段易发生掉块卡钻事故，防塌、防掉块卡钻事故是本井三开施工的重点和难点。1 柳 109 井卡钻经过柳 109 井于 2012 年 7 月 22 日 8:00 至 23 日 4:20 在三开小井眼进行倒划眼作业，倒划井段 4 050
3、 4 047 m，随后下放至井深 4 048 m 甩单根，准备接方钻杆继续倒划，接上方钻杆后，循环开泵，排量 12 L/s，泵压 19 MPa，返浆正常。上提钻具时拉力增至 950 kN（悬 重 860 kN，正常拉力 900 kN）无法提出，于是开始循环下压钻具，当下压至悬重 830 kN 左右时，上面钻具开始倒转，分析认为，钻具组合中带直马达，下部钻头被卡，在开泵情况下致使上面钻具石油钻采工艺 2014 年 1 月 （第 36 卷 ）第 1 期92倒转。停泵逐渐多次加大下压钻具力度至 600 kN，钻头未压活，立即开泵用原悬重给扭矩 20 圈 2 次，分别倒回 5 圈、 6 圈，判定钻头被
4、卡，钻具可以转动。开始上提钻具，从原悬重 860 kN 逐步加大上提拉力至 1 000 kN，钻头未解卡，被卡钻头位置在井深4 048 m。卡钻时钻具组合为： 152.4 mm M1 365（ PDC）钻 头 0.25 m+ 120 mm 直螺杆 4.47 m+ 120 mm 单流阀 0.79 m（ 2 个） + 121 mm 钻铤 101.18 m+ 89 mm 加重钻杆 109.52 m+ 89 mm 钻杆。卡钻地层为下沟组，岩性为灰色白云质泥岩。卡钻时钻井液性能：密度 1.22 g/cm3、黏 度 56 s、失水 4 mL、滤饼厚 0.5 mm、切 力 3/10 Pa、含 砂 0.3%、
5、pH 值 9、 Cl含量 3 899 mg/L。2 卡钻初期处理过程卡钻事故发生在三开小井眼井段，在常规井眼中对卡钻依次采取泡解卡剂、震击、套铣倒扣等方法来处理，但由于小井眼受到井眼和处理工具尺寸的限制，只能采取泡解卡剂的方法来处理1-3。于是采取了下列处理措施：循环活动钻具，上提拉力 1 000 kN，下压钻具 600 kN，配密度 1.20 g/cm3、黏 度 150 s稠塞 15 m3，通过循环返出后发现没有异常返出物；又打入密度 1.20 g/cm3、黏 度 44 s 稀塞 12 m3，顶替冲刷井壁，未解卡。现场决定采用浸泡柴油和解卡剂的方法来解卡。第 1 次配制密度 1.21 g/c
6、m3的解卡浆 20 m3（柴油 10 m3、 SR301 解卡剂 3 t、快速渗透剂 0.6 t、石 灰石 8 t、清 水 3 m3），然后泵入解卡浆 10 m3，替基浆10.6 m3，停泵活动钻具，上提拉力 1 100 kN，下压钻具至 460 kN，解卡无效。下压悬重至 540 kN 浸泡，每小时活动钻具一次，上提至 1 300 kN，下压钻具至400 kN，未解卡。第 2 次配制密度 1.20 g/cm3的解卡浆 26 m3（柴油 18 m3、 SR301 解卡剂 4 t、快速渗透剂 1.2 t、石 灰石 8 t、清 水 3 m3），泵入解卡浆 12.35 m3，替基浆 9.82 m3，
7、下压悬重至 200560 kN 浸泡，每小时活动钻具一次，上提至 1 300 kN，下压钻具至 200 kN，活动无效，钻头未解卡。3 卡钻原因分析两次浸泡解卡浆均未解卡，根据卡钻现象分析，PDC 钻头刀翼被地层掉块硬卡，柴油和解卡浆无法对卡物和井壁产生足够的破坏。加之小井眼施工，小钻具无法给钻头施加一个足够大的拉力。若大力下压，因小钻具柔韧性极强，井深已达 4 000 多米，大部分下击力已在井壁被消耗掉，无法将足够的下击力传至钻头处。若采取爆炸松扣再下入超级震击器对扣震击的方案，螺杆转动轴承处能承受的最大安全抗拉载荷为 500 kN，超级震击器的上击力若太大，极易把转动轴承震断，造成事故复杂
8、化，若震击力太小，又无法提供足够的上击力令钻头解卡。研究认为，如果在被卡钻头周围用酸液造穴，通过化学反应溶解岩石，扩大井径，上提下压钻具，可以甩掉钻头周围堆积物。根据这一方案，准备实施泡酸作业4-7。4 泡酸解卡方案酸化解卡机理是采用适当的酸液和处理方法对被卡钻具浸泡，使得被卡钻具与地层之间的黏结物、地层岩屑或掉块发生酸化反应，使其裂解、破碎、疏松从而使被卡钻具解卡。浸泡酸液一般是盐酸、氢氟酸或盐酸与氢氟酸混合物，为了增强浸泡效果，常常把氢氟酸与盐酸复配使用，氢氟酸与盐酸的混合液为土酸8。在配置土酸时，应取样被卡地层岩性和滤饼样品，做不同比例和浓度混合酸液的酸化试验，使其混合液配合比例、浓度与
9、被卡地层的岩性和滤饼反应达到最佳效果，加快解卡速度。4.1 泡酸解卡配方收集卡点位置上下的岩屑样品进行实验室成分分析，其中碳酸盐岩含量如下： 4 0454 046 m 井段为灰色白云质粉砂岩，碳酸钙含量 15.4%，碳 酸镁钙含量 18.20%；4 0474 049 m 井段为灰色白云质泥岩，碳酸钙含量 10.5%13.4%，碳酸镁钙含量18.20%；4 0504 051 m 井段为灰色白云质粉砂岩，碳酸钙含量 16.5%，碳酸镁钙含量 14.60%。土酸与上述岩屑通过如下化学反应，便可溶解碳酸盐岩及粉砂岩中的石英等成分。CaCO3+ 2HCl = CaCl2+ CO2 + H2OCaMg（
10、CO3）2+ 4HCl =CaCl2+ MgCl2+ 2CO2 + 2H2OSiO2+ 6HF = H2SiF6+ 2H2OCaCO3+ 2HF = CaF2 + CO2 + H2O选取本井两组不同井深处的地质录井岩屑作为岩屑样品，每组岩屑样品制作方法为：等量抽取 5种不同井深处地质录井岩屑，然后混合成 1# 和 2# 样品进行酸化率试验（见表 1）。 1# 样品所处井段 4 036 4 038 m、 3 9924 036 m、 4 0384 046 m、 4 010 4 013 m、 4 0464 056 m。2# 样品所处井段 3 980 3 981 m、 3 9763 978 m、 3
11、9833 984 m、 3 9903 992 m、 3 9783 983 m。由表 1 可见，随着土酸中氢氟酸含量增加，酸93许京国 等： 酸化解卡工艺在柳 109 井的实践与认识岩溶蚀率也逐渐增加，对 1# 样品而言氢氟酸含量由 2% 增至 4%，酸溶蚀率由 49.82% 增至 61.17%；对 2# 样品来说，氢氟酸含量由 2% 增至 4%，酸岩溶蚀率由 38.08% 增至 51.44%。配方中氢氟酸含量为3% 时增幅最大，分别为 8.97% 和 12.03%，继续增加氢氟酸，酸岩溶蚀率增加幅度不大，表明酸岩溶蚀率达到平衡。根据实验情况选择酸配方： 12%HCl + 3%HF + 2% H
12、S-1。此土酸配方相对 1# 岩样的酸岩溶蚀率为 58.79%；2# 岩样的酸岩溶蚀率为 50.11%。表 1 各种配方酸液酸岩溶蚀率结果序号 样品编号 酸配方 酸岩溶蚀率 /%1 1# 12%HCl + 2%HF +2%HS-1 49.822 12%HCl + 3%HF +2%HS-1 58.793 12%HCl +4%HF +2% HS-1 61.171 2# 12%HCl + 2%HF + 2%HS-1 38.082 12%HCl + 3%HF +2% HS-1 50.113 12%HCl +4%HF + 2% HS-1 51.44根据分析结果，结合被卡钻具的环空容积计算出酸液配方： 3
13、1% 盐酸 6 t + 氢氟酸 0.6 t + 缓蚀剂 HS-10.2 t + 清水 1 t，总计配制酸液 8 m3。4.2 酸化解卡设备运送和配制酸液的运酸车，为酸化泵车供酸液的供液车，在酸化施工中泵注高压酸液的酸化泵车，显示和记录参数的仪表车，遥控酸化泵车。5 施工过程2012 年 7 月 25 日 16:00-18:00，在地面连接管汇试压后，酸化泵车通过钻具向钻头卡点位置的碳酸盐岩地层泵入酸液 4 m3，第 1 次顶替基浆 11.5 m3，钻具内预留酸液 3 m3，环空顶出酸液 1 m3，施工排量0.5 m3/min，施工最高泵压 18 MPa，停泵酸化地层 30 min。然后每隔 5
14、 min 顶替基浆 0.5 m3，停泵不间断活动钻具，上提拉力 1 200 kN，下压钻具 400 kN，至18:50 共替基浆 13.5 m3后泵压从 18 MPa 突然降至12 MPa，钻具活动开，上提恢复原悬重 860 kN，解 除卡钻，酸化解卡作业结束。6 注意事项（ 1）注酸前检查好钻井设备、井控设备，保证设备灵活好用并时刻处于待命状态。（ 2）施工时人员组织及分工要明确，统一指挥。（ 3）混酸人员戴好手套、护目镜、口罩以及多功能气体报警仪，混酸时要缓慢，人员站在上风口，并备清水一桶，防止酸液烧伤。（ 4）酸液过地层时，由于化学反应会产生大量二氧化碳气体，钻台及振动筛处配好多功能气体
15、检测仪，防止二氧化碳气体窒息和酸性气体中毒。（ 5）酸液与金属反应生成氢气，现场必须做好防火防爆措施。（ 6）酸液最多浸泡卡点时间为 2 h，不管到时是否解卡都要及时循环排酸，防止发生钻具事故，排酸时人员必须远离放喷出口，防止酸液伤人。7 认识与建议（ 1）因小井眼事故处理受到井眼和处理工具尺寸的限制，事故处理难度大于常规井眼，也是本井初期事故处理（采取浸泡柴油和解卡剂的方法）未能奏效的主要原因。（ 2）酸化解卡方法适用于卡钻位置位于酸溶性地层的井段，决定泡酸前，一定要做好卡钻地层岩性成分分析工作，并做好样品酸化率试验，确定最合理的酸液配方。（ 3）针对小井眼事故处理的特殊性，当卡钻位置在碳酸
16、盐岩井段时，若酸液能注到卡点位置，而其他方法又无效时，酸化解卡有着较好的效果。参考文献：1 吴德，王丽军，张小兵，等 . 小井眼井打捞工具的研制与应用J. 石油钻采工艺， 2013， 35（ 4）： 119-121.2 贾正发，黄德辉，樊震刚，等 . 侧钻井小井眼内事故处理技术J. 石油钻采工艺， 2011， 33（ 5）： 99-101.3 赵胜英，沈献良 . 盐酸解卡在开窗侧钻小井眼中的实践与认识J. 钻采工艺， 2002， 25（ 5）： 99-100.4 王文勇，陈永年，陈作荣 . 在灰岩井段应用酸化解卡的实践研究J. 江汉石油学报， 2003， 25（ 1）： 81-82.5 陈在君，韦孝忠，韦海防，等 . 酸化解卡法在靖平 2517井的应用J . 低渗透油气田， 2008， 13（ 3-4）： 120-122.6 刘德胜，胡欣峰 . 酸化解卡方法解除伊朗 TBK-8 井卡钻事故J. 钻井液与完井液， 2006， 23（ 6）： 77-78.7 陈在君，刘顶运，韦海防，等 . 泡酸解除 GP25-17 井卡钻事故J. 钻井液与完井液， 2009， 26（ 1）： 85-86.8 于永刚 ，聂占业 . 浴酸解除卡钻事故 J. 钻采工艺，2002， 25（ 6）： 99， 101.（收稿日期 2013-12-20 ）（编辑 景 暖）
