深井固井井眼准备及下套管技术

深井固井井眼准备及下套管技术川庆钻探工程公司工程技术处二0一0年七月二十七日第一部分井眼准备及下套管技术一、井眼准备川渝地区地质构造复杂，地层承压能力低及井漏普遍存在，为确保套管柱下入和注水泥施工的安全顺利进行，因此井眼准备是下套管及注水泥施工作业前的最重要的工作之一。

1、地层承压能力试验固井施工作业前应了解和掌握地层的三条压力曲线，即地层压力、地层漏失压力和地层破裂压力，固井施工最理想状态是使整个管柱环空当量液柱压力，大于地层压力而小于地层漏失压力，上述几条压力曲线是设计固井施工参数（水泥浆密度、注替排量等）的最重要依据。

地层压力和地层破裂压力可通过钻井设计和实钻资料了解和掌握，而地层漏失压力多数情况下不得而知，常常需要对地层做承压试验来了解。

在下套管作业前，通常采用三种方式对地层进行承压试验，即井口憋回压（其前提条件：在不发生静止井漏或循环井漏的情况下，井内静液柱压力与憋压值之和折算为当量泥浆密度应小于上层套管鞋处地层破裂压力梯度，否则不能采用）、加重钻井液摸拟固井施工压力和加大循环排量摸拟固井施工压力，或上述几种的综合应用，如龙岗构造、九龙山构造、七里北构造等各构造的井普遍进行了承压试验，根据试压结果最终确定施工方案和施工主要参数。

2、堵漏及提高地层承压能力为了满足固井施工安全和固井质量要求，对于实钻中发生井漏和承压试验发生漏失的井，都必须进行堵漏作业。

针对不同漏失性质分别采取颗粒级配的复合堵漏材料、随钻堵漏材料和注水泥堵漏等多种方法。

九龙山构造的龙16井、龙17井和铁山坡构造的坡1-X2井等在下生产套管前，都耗费了大量物力、财力进行了长达数十天的堵漏及提高地层承压能力工作。

3、钻井液性能处理及循环固井施工作业前，钻井液性能是否得到优化处理和调整以及充分有效的循环对于固井作业安全和提高固井质量的严重影响愈来愈受到固井界工程技术人员的高度重视。

充分认识到钻井与固井是两套不同的钻井液性能要求，钻井主要重视钻井液对砂屑的携带、悬浮和对井壁保护的能力，而固井则要求其具有较低的粘切和屈服值，使其易于被顶替；注水泥前对钻井液充分有效的循环有助于破坏其结构力、改善其流动性和对井筒的清洁、净化，更有利于确保施工安全和进一步提高水泥浆顶替效率。

固井施工设计中即规范了固井对钻井液性能和钻井液的循环要求，彻底改变了以前固井前不管泥浆性能好坏，下完套管开泵正常即施工的习惯做法。

4、通井针对目前川渝地区所钻直井、定向井、水平井及井身结构情况，按照摸拟入井套管柱的刚性、尺寸的原则，规范和制定了从表层到油层的各层次套管下井前的各次通井钻具底部结构。

确保各层次套管的安全顺利下入和扶正器安全加入，提高套管居中度。

二、下套管技术下套管作业是固井工程中一个十分重要的关键环节，它是固井过程中作业时间最长、工作量最大的一道工序，同时也具有工序不断重复的特点。

下套管作业的成功是固井施工的前提，在大多数情况下下套管成功即意味着80%的固井工作量已完成。

尤其是随着钻井新工艺、新技术的快速发展和普遍推广应用，下套管作业在固井过程中占有愈来愈重要的位置，它不仅关系到固井施工能否顺利进行，也直接影响到固井质量的好坏。

如套管柱是否下至设计井深，下套管柱过程中对井眼原平衡体系的影响（如原井内钻井流体与地层流体间形成的平衡体系、钻井液与井壁间形成的平衡稳定等是否遭到破坏），整个套管柱在井内的扶正居中情况等等。

因此，下套管作业的重要性也愈来愈引起广大钻井和固井界工程技术人员的高度重视。

下入大尺寸表层及技术套管遇阻的典型案例（一）川西地区的白马、松华、邛西等几个构造表层第四系岩性主要为长段未能胶结成岩的砾石层（俗称鹅卵石），其主要分布在井段20-200m范围。

井眼实钻特点表现为井壁极不稳定、掉块严重，井径极不规则，井壁凸块较多、且易脱落。

钻进中必须采用高粘膨润土钻井液对付该段砾石层。

表层套管（通常下入244.5mm套管）主要封固上部第四系砾石层，为下开顺利钻进提供有利条件。

下入的表层套管最初采用常规套管串结构即：引鞋+套管鞋+套管2-5根+浮箍+套管串。

但下至数十米井深即遇阻，虽通过反复冲、压、顿、转，甚至开泵处理，仍不能顺利下至设计井深。

经原钻具多次通井再多次下套管，仍无多大进展，始终难以顺利通过砾石层井段。

1、下套管遇阻的原因套管柱结构与井眼条件不匹配导致套管遇阻不能顺利下入。

由于该构造地表存在长段未胶结砾石即大段杂乱堆积的鹅卵石，钻出的井径极不规则、井眼极不稳定（需用高粘钻井液护壁）。

下入带引鞋和浮箍的常规套管柱遇阻后，首先采用冲、压、顿的方式处理，但因管柱重量太轻、井壁阻点太多根本不凑效；再拨转管柱时，由于管柱下端无切割齿难以拨划掉井壁上鹅卵石凸块，来消除沿途众多阻点，这就是此种情况下，套管不能顺利下入的真正原因。

2、解决套管遇阻的技术对策改进入井套管柱结构：取掉管柱下部引鞋、套管鞋和浮箍，采用不加任何套管附件的光管（可让套管遇阻拨划掉井壁上鹅卵石凸块部分进入套管内），只是将入井第一根套管的下端切割成铣齿状并带一定锥度。

这样就完全解决了上述难题。

（二）川北地区的射箭河构造的射箭1井、天井山构造的天井1井、矿山梁构造的矿2井等三口井分别采用φ444.5mm钻头、φ660.4mm钻头、φ444.5mm钻头一开，设计分别下入φ339.7mm 套管、φ508mm套管、φ339.7mm套管，分别至井深1576.85m、28m、474m。

三口井下套管作业中都发生了反复遇阻现象，后经采用钻柱扶正器和扩大器反复通井扩划井眼，才最终将套管下至设计井深。

据统计各井反复通井扩划和下套管作业分别耗时7天、5天、7天。

1、下套管遇阻的原因井身质量差、钻井及通井下部钻具结构不合理，是导致下入套管反复遇阻的主要原因。

上述三井所属构造都隶属于四川盆地龙门山推覆体构造带，属断裂、褶皱和推覆体构造强烈、复杂的区域，上部地层倾角大、断裂发育，岩石硬度大、可钻性差、软硬交错，井眼易斜、易漏，井身质量差等是其主要的钻井地质特点。

因此，各井一开或二开所钻井眼存在井径极不规则、井眼大“肚子”和井壁台阶较多、开眼不直，由于下入套管尺寸大、刚性大，不易弯曲避开井壁阻点，套管往往刚下入数十米井深即发生遇阻。

因此时管柱刚性大、长度短更难弯曲，重量又轻，采用常规处理遇阻的方式（如冲、压、顿、转等）是无法将套管顺利下入的。

2、解决套管遇阻的技术对策①开眼打直。

校直井口、强化钻井技术措施，利用重量平衡法防止方钻杆偏斜而开出斜眼。

②尽可能设计采用刚性满眼钻具组合进行钻进。

使用与钻头直径相近的单扶或多扶钻具结构（最好能在近钻头处加1只扶正器），一则可避免钻头钻遇软硬交错地层或非均质岩性时，钻头侧移导致井眼轨迹错动；二则可防止高钻压时钻铤弯曲使钻头偏斜影响井身质量。

③若没有采用刚性满眼钻具组合钻进，则必须采用摸拟套管刚性（摸拟长度不少于三根套管的总长）的钻具结构进行通井。

利用扩大器加扶正器（扶正器直径最好与钻头直径相近）钻具结构，修整井壁、破除台肩，消除阻点以使井眼达到平滑通畅、无拐腿，以确保大尺寸套管一次性成功下至设计井深。

（三）川西地区所属几个构造上的部分探井和开发井其技术套管设计下深一般在1000-1800m左右，固井目的主要封隔上部松软、易塌、易漏地层和地层破裂压力较低的井段，其套管鞋主要下至遂宁组顶部。

由于上部地层松软易钻，且普遍采用PDC钻头并配以优质轻泥浆，日进尺达100-250m，很快便钻达固井深度进行下套管作业。

部分井套管下至最后10m遇阻，个别井多达50-100m 以上。

遇阻后采用活动套管的方式处理无效，不得不开泵循环冲砂解阻。

为此，至少需耗时2小时左右，多则需6-8小时并可能导致固井进度推迟一天。

1、下套管遇阻的原因快速钻进技术措施不配套、井眼准备工作不充分，下套管作业正处在井眼不稳定周期内，是导致在此种情况下容易出现下部井眼遇阻的主要原因。

2、解决套管遇阻的技术对策①采用大排量、短起下钻，是在松软易钻地层中保证安全快速钻进的关键性技术措施。

由于地层岩性松软易吸水膨胀导致井径缩小和井壁产生掉块垮塌，尤其是刚钻开的新井眼其稳定性更差，采用大排量钻进可以冲刷井壁防止缩径，短起下钻可以拉划井眼，将其处于不稳定状态的易掉、易垮岩石，通过划眼循环进行清理消除，以确保新井眼更加稳定和通畅。

因此，实钻中应结合该构造地质岩性特点（岩石水敏性、稳定性等），根据井下情况确定连续钻进的进尺或时间以决定什么时间短起下钻。

②即使采取了上述技术措施，在下套管作业前还必须再一次进行通井作业。

由于钻速快、钻进时间短，起下钻次数少，井眼仍处在不稳定周期内，通过短起下仍不能完全达到快速钻进井段井眼稳定的要求。

当大尺寸套管柱下入井内时，因产生较大的压力激动和管柱对井壁的冲撞作用，会使井壁产生大量新的掉块甚至垮塌，同样也会导致下入套管柱遇阻。

③若短起下或最后通井作业中，发现井内仍有砂桥或井底沉砂，则应考虑配制高粘稠浆（粘度不小于100s，屈服值3-5Pa）不少于20m3(根据实际情况确定)。

首先进行循环充分带砂以确保井眼清洁通畅，然后再注入井内垫底。

复杂条件下成功下入大尺寸套管的典型案例（一）川北地区矿山梁构造的矿2井采用311.2 mm钻头自井深476m钻至井深1901m，成功下入244.5mm套管至井深1878m 固井。

该井311.2mm裸眼长1425米，裸眼段最大井斜32.60°（井深1414m）。

钻进中使用多种钻井液和多种钻井方法钻进及处理复杂情况，井眼状况极差，井眼大“肚子”及井壁大台阶较多。

钻进中多次出现键槽卡钻和压差卡钻，下部井段起钻摩阻较大。

在1000-1500米井段井眼状况最差，阻卡频繁，划眼困难。

钻至固井深1901m后，下钻头带一柱钻铤通井，下至井深1016米遇阻，从此井深开始逐根向下划眼。

常常是划过的井眼停泵后不能直接放入，需重新开泵划眼才能放入，中间没有出现能直接放入的井段，其间基本连续划眼。

个别井段划眼困难，有时一根单根需反复划数次才能下入，返出砂样基本为页岩垮塌物碎块。

下套管前下电测仪器数次均在1018-1084m遇阻，虽反复通井仍不能下入，后被迫放弃电测。

矿2井在311.2mm井眼成功下入244.5m技术套管所采取的技术对策考虑到该井井眼条件很差,井下情况比较复杂,为减少下套管中途被卡的可能性,特采取特殊的通井措施。

1、采用加入扩大器的下部钻具组合进行三次通井作业。

第一次通井钻具组合：Φ200mm铣鞋+Φ203mm钻铤扩大器1根（外径275mm）+Φ203mm随钻震击器+Φ203mm钻铤2根+Φ127mm钻杆第二次通井钻具组合：Φ200mm铣鞋+Φ203mm钻铤扩大器1根（外径275mm）+Φ203mm钻铤1根+Φ275mm扩大器+Φ203mm 随钻震击器+Φ203mm钻铤2根+Φ127mm钻杆第三次通井钻具组合：Φ311.2mm钻头+Φ203mm钻铤扩大器1根（外径275mm）+Φ203mm钻铤1根+Φ275mm扩大器+Φ203mm 钻铤1根+Φ275mm扩大器+Φ203mm随钻震击器+Φ203mm钻铤1根+Φ127mm钻杆2、每次通井凡遇阻、卡井段必须经过多次提放钻具（或扩划眼），直至该段畅通无阻。