采卤对接井施工工艺的工程实践

谷惠东; GU Huidong

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摘要

以江西九二盐业403-404采卤对接井组的施工工程为案例，系统介绍了井区地质情况、钻探施工情况；总结了大口径取心工具的优点，螺杆定向钻进施工工艺及攻克技术难点。

关键词

采卤对接井; 盐井; 定向钻进; 九二盐业

0 引言

常规的钻井采盐时，一直采用单井对流水溶采卤法，这种采卤法存在较多缺点，如矿产回采率不足20%、卤井寿命短、产量低、采出的卤水浓度低而且不稳定等。双井对接连通水溶采卤可克服上述缺点，采用定向钻进技术实现两井对接、三井对接甚至更多的井眼对接，可极大地提高采盐卤水量。

本文就江西盐业的403-404 采卤对接井组进行系统的研究，为该地区下一步开展相关生产工作提供资料。

1 井区及地质情况

1.1 井位及交通

根据项目部署，在江西会昌县实施对接孔施工，井区地理位置在济广高速边，从江西赣州、福建龙岩、广东梅州均是2~3 h可以到达井区，处于三省交界地带，交通便利，通信便捷。

1.2 地层情况

项目位于会昌县周田石盐矿区，采用定向对接井采卤技术拟建对接连通井组。矿区地层仅出露白垩系上统周田群红色碎屑岩层，红色碎屑岩组成周田红层盆地。地层总体呈南北走向。钻遇地层见表1所示。

表1 403-404井钻遇地层简况

井号	地层代号	分层深度/m	岩性简述
403	Q	0~4	第四系残积、坡积、冲积物。与下伏地层不整合接触
	K22-5	4~105	紫红色泥岩
	K22-4	105~565	灰绿色、灰—深灰色泥岩夹紫红色粉砂岩、泥砾岩。泥岩中含叶肢介动物化石和节柏、短叶杉植物化石
	K22-3	565~641.8	紫红色泥岩、灰绿色泥岩互层。含瓣鳃类动物化石及植物化石碎片
	K22-2	641.8~856.9	灰色泥岩，含石膏、钙芒硝、石盐泥砾岩，含薄层石膏及墨点状硬石膏、钙芒硝。盆地中心为泥砾岩互层石盐。产叶肢介、介形虫、瓣鳃类动物化石及节柏、短叶杉植物化石
404	Q	0~4	第四系残积、坡积、冲积物。与下伏地层不整合接触
	K22-5	4~256	紫红色泥岩
	K22-4	256~592.70	灰色泥岩夹紫红色粉砂岩、泥砾岩。泥岩中含叶肢介动物化石和节柏、短叶杉植物化石
	K22-3	592.7~626.40	紫红色泥岩、灰绿色泥岩互层。含瓣鳃类动物化石及植物化石碎片
	K22-2	624.4~850.63	灰色泥岩，含石膏、钙芒硝、石盐泥砾岩，含薄层石膏及墨点状硬石膏、钙芒硝。盆地中心为泥砾岩互层石盐。产叶肢介、介形虫、瓣鳃类动物化石及节柏、短叶杉植物化石

1.3 钻井难点分析

钻遇地层包括泥岩、砂岩等，需针对不同地层与岩性，优选钻井液与钻进工艺。因砂岩、泥岩以及盐层顶板易垮塌，重点调整了钻井液参数，确保井壁安全；周田群系地层孔隙和裂隙发育良好，其中404井在590~620 m井段出现漏失，漏失量每小时约10 m

3钻井液，采用随钻堵漏剂、复合堵漏剂、锯末、土粉、地层压力增强剂等配制堵漏材料后进行堵漏，成功止漏，顺利完井。

2 钻井质量指标及技术要求

2.1 井身质量

二井井深校钻误差<5‰，井径扩大率<15%。具体井身质量见表2。

表2 403-404井钻杆校正记录

403	校正前孔深/m	49.00	258.73	573.70	804.00	856.90
	校正后孔深/m	49.01	258.75	573.73	804.01	856.93
	执行孔深/m	49.00	258.73	573.70	804.00	856.90
404	校正前孔深/m	40.04	238.71	456.78	592.70	828.46	893.45
	校正后孔深/m	40.04	238.70	456.80	592.68	826.47	893.47
	执行孔深/m	40.04	238.71	456.78	592.70	826.46	893.45

2.2 固井质量

为保证固井质量，二井套管的选择，固井水泥的采购均严格按照设计要求执行，注浆水泥要求选用G级中抗油井水泥。下套管前进行通井、洗井，并对每根套管的外观、壁厚、长度进行检查及记录。套管下入时，接箍丝扣处涂抹丝扣油，并用大钳拧紧。注水泥后严格遵循水泥候凝时间，待表层套管固井候凝>48 h、技术套管固井候凝>72 h后，再进行探孔、通孔作业。

二井Ø244.5 mm×10.03 mm表层套管及Ø177.8 mm×8.05 mm技术套管按设计深度下入，下入时顺利下入到位，表层套管与技术套管固井时水泥浆反出地面。

2.3 完井质量

403井终孔后用饱和卤水清洗井底盐粉及其他残渣，下入中心管至建槽位置建槽。404井钻入直井建槽容腔实现二井对接连通，完成钻井工作。

3 钻井施工

3.1 井身结构

根据地层与设计要求，具体两井的井身结构见图1、表3。

图1 403-404井井身结构

表3 403-404井井身结构

井号	井段	钻头尺寸/mm	井深/m	套管尺寸/mm	套管长/m	备注
403	一开	Ø311	0~49	Ø244.5×10.03	48.7	地面
	二开	Ø216	49~573.7
	三开	Ø152	573.7~856.9			取心
	扩孔	Ø216	573.7~804	Ø177.8×8.05	803.79
404	一开	Ø311	0~40.04	Ø244.5×10.03	38.86	地面
	二开	Ø216	40.04~592.7
	三开扩孔	Ø152	592.7~850.62
	三开扩孔	Ø216	560~893.45	Ø177.8×8.05	873.41	造斜

3.2 施工设备及机具

根据钻遇地层以及设计要求等情况，选择施工设备及机具，见表4。

表4 主要钻探设备及定向造斜机具

序号	名称	型号	数量	备注
1	钻机	SPS-2000	1台	配110 kW电机
2	钻塔	MA-23	1付	载荷680 kN
3	泥浆泵	QZ3NB-350	1台	配280 kW电机
4	随钻仪	DST	1台	测井用
5	测井绞车		1台	配1500 m电缆
6	螺杆钻具		3套	造斜强度可调
7	无磁钻铤	Ø95 mm	2根	造斜随钻用
8	钻铤	Ø117.8 mm	4根	加压用
9		Ø159 mm	4根
10		Ø121 mm	8根
11	方钻杆	Ø121 mm	1根
12	钻杆	Ø89 mm	1000 m
13	钻杆	Ø73 mm	500 m
14	岩心管	Ø148 mm	1套	单动双管取心筒
15	取心筒钻头	Ø152 mm	2个	人造金刚石钻头
16	造斜钻头	Ø152 mm	2个	PDC
17	牙轮钻头	Ø311 mm	2个	三牙轮镶齿

3.3 钻具组合

通过以前的工作经验与设计要求，设计出具体的钻具组合，见表5。

表5 403-404井钻具组合

井号	井段	钻具组合
403	一开	Ø311 mm牙轮钻头+Ø177.8 mm钻铤+Ø159 mm钻铤+Ø89 mm钻杆+121 mm方钻杆
	二开	Ø216 mm钻头+Ø177.8 mm钻铤+Ø159 mm钻铤+Ø121 mm钻铤+Ø89 mm钻杆+121 mm方钻杆
	三开	Ø152 mm取心钻头+Ø140 mm双管取心筒+Ø121 mm钻铤+Ø89 mm钻杆+Ø73 mm钻杆＋121 mm方钻杆
	扩孔	Ø216 mm钻头+Ø177.8 mm钻铤+Ø159 mm钻铤+Ø121 mm钻铤+Ø89 mm钻杆+Ø73 mm钻杆+121 mm 方钻杆
404	一开	Ø311 mm牙轮钻头+Ø177.8 mm钻铤+Ø159 mm钻铤+Ø89 mm钻杆+121 mm方钻杆
	二开	Ø216 mm钻头+Ø177.8 mm钻铤+Ø159 mm钻铤+Ø121 mm钻铤+Ø89 mm钻杆+ 121 mm方钻杆
	三开	Ø152 mm取心钻头+Ø152 mm双管取心筒+Ø121 mm钻铤+Ø89 mm钻杆+ 121 mm方钻杆
	造斜	Ø152 mmPDC造斜钻头+Ø120 mm螺杆+Ø120 mm无磁钻铤+Ø89 mm钻杆+ 121 mm方钻杆

3.4 钻井液

403直井、404斜井，盐层顶板以上钻井液均选用优质膨润土为造浆基本原料。选用低固相泥浆钻进，其配方为淡水92%、粘土8%、碱1.8%、CMC0.3%。泥浆性能为：密度1.05 g/cm

3、粘度21~25 s、pH值8.5~10、失水量8~9 L/30 min，泥皮厚度0.5 mm。三开及扩孔均采用无粘土饱和卤水钻进，卤水浓度>24波美度。

3.5 钻进参数

根据井内岩层情况合理的选用钻压、转速和泵量。钻压值一般为钻铤重力的2/3，正常情况下选取的钻进参数如表6。

表6 403-404井各井段的钻进参数

井号	井段/m	钻进参数
403	0~49	转速65 r/min、钻压5~40 kN、流量10~12.5 L/s、泵压0.1~1.8 MPa
	49~573.7	转速65 r/min、钻压20~60 kN、流量10~12.5 L/s、泵压1~3 MPa
	573.7~856.9	转速65 r/min、钻压20~34 kN、流量10~12.5 L/s、泵压2~3.8 MPa
	扩孔573.7~804	转速65 r/min、钻压20~30 kN、流量10~12.5 L/s、泵压2~3.5 MPa
404	0~40.04	转速65 r/min、钻压5~40 kN、流量10~12.5 L/s、泵压0.1~1.8 MPa
	40.04~592.7	转速65 r/min、钻压40~70 kN、流量10~12.5 L/s、泵压1~2.3 MPa
	592.7~850.62	螺杆钻输出转速150~190 r/min、钻压20~30 kN、流量14~19 L/s、泵压4~9 MPa

3.6 施工进度总结

403直井：2019年10月23日组织设备及其施工人员进场安装，并做好各项开钻前的准备工作。10月29日一开钻进，11月3日二开钻进，11月13日三开取心钻进，于12月1日，井深856.9 m三开取心钻进完毕。12月2日自573.7 m扩孔钻进至804 m，12月3日，水泥浆固井，12月20日建槽、起钻完成403直井施工任务。历时58 d。

404斜井：2020年1月1日一开钻进，1月10日至5月21日，受疫情影响停待，5月21日二开钻进，6月1日三开取心钻进，至6月18日，三开取心钻进完毕。6月25日造斜钻进至井深893.45 m，成功与403直井溶腔对接，7月13日，下入技术套管，7月19日，扩孔、钻进至893.45 m，403直井井口返水，再次成功对接圆满完成任务。历时200 d。

4 井眼轨迹控制技术

4.1 403井井眼轨迹控制

一开Ø311 mm和二开Ø216 mm直井钻进时，钻具组合采用塔式钻具组合，在钻进过程中充分考虑钻挺的自重和浮重，选择合理的钻压吊打保斜。钻进时加强测斜，掌握井斜与钻头、钻井参数的关系，优化参数，实钻保斜效果较好。具体数据见表7。

表7 403井测井数据及三轴坐标计算值

序号	井深/m	井斜/(°)	方位/(°)	累计沿线位移X/m	累计离线位移Y/m	累计垂深/m
1	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
2	60.00	2.90	24.60	1.43	0.76	59.97
3	200.00	7.00	50.20	10.34	8.67	199.43
4	320.00	11.40	57.80	21.57	25.00	317.76
5	440.00	14.20	59.80	34.92	47.86	434.78
6	580.00	10.40	53.50	50.36	72.56	571.69
7	660.00	13.00	51.20	60.05	85.10	650.11
8	720.00	14.30	48.40	69.44	95.78	708.39
9	780.00	15.20	48.70	79.33	107.16	766.47
10	840.00	15.00	47.70	89.71	118.76	824.42
11	856.00	15.00	47.70	92.50	121.82	839.87

4.2 404井井眼轨迹控制

本井段为Ø152 mm定向造斜井段，也是本井井眼轨迹控制的重要井段。采用“可调单弯螺杆钻具”，使用PDC钻头定向造斜，使用有线随钻测斜仪（DST）监测井斜。钻进中及时调整工具面及钻井参数，在造斜初期控制钻压、排量，避免钻具反扭矩过大给施工带来不利和不安全因素。根据实钻数据显示及时调整钻井参数，控制方位和井斜在设计目的层水平段的中线上，以便在水平段钻进实时根据靶点要求对轨迹进行控制调整。具体数据见表8。

表8 404井造斜段测井数据及三轴坐标计算值

序号	井深/m	井斜/(°)	方位/(°)	累计沿线位移X/m	累计离线位移Y/m	累计垂深/m
1	450	20	29.9	-81.26	-11.27	438.35
2	510	14.9	33.8	-95.52	-16.61	496.36
3	517.66	15.64	35.2	-97.37	-17.41	503.75
4	546.6	4.97	343.1	-100.14	-18.95	532.18
5	565.81	6.46	210.9	-99.90	-17.76	551.34
6	574	10	208	-98.79	-17.39	559.44
7	614	12	201	-91.36	-15.67	598.71
8	624.65	12.3	201.1	-89.15	-15.28	609.12
9	662.69	21.38	179.5	-78.74	-15.33	645.63
10	701.24	31.17	171.7	-62.92	-20.68	680.32
11	739.82	43.99	162.1	-41.63	-30.10	710.96
12	778.53	57.05	160.2	-15.56	-44.95	735.29
13	826.58	57.13	162.1	19.55	-65.37	760.97
14	865.17	56.04	165.7	47.66	-79.78	783.11
15	894.00	56.04	165.7	69.28	-90.00	799.21

4.3 对接连通

当钻头钻进至靶区范围内，出现以下几种现象：（1）泵压突然下降；（2）钻具进尺加快到0.5 m/min 乃至掉钻；（3）泥浆严重漏失，井口长时间不上水，泥浆池中泥浆面下降很快，这时证明403井已与404井对接连通。

5 钻探技术成果

5.1 完成钻探任务，保证了施工质量

403、404井在钻探施工中，完成了一开、二开、三开、扩孔、造斜的钻井、测井、固井、下套管等任务，403直井终孔井深856.90 m，取心段573.7~856.9 m，404斜井终孔井深893.45 m，取心段592.7~850.62 m，两井总进尺为2008.27 m。

5.2 针对不同地层，优选取心工具

根据设计要求和实际钻遇地层情况，403井0~573.7 m采用了岩屑编录，共计采取114个岩样，857个钻时，573.7~856.9 m采用取心编录，共计37个回次，取心283.2 m；404井0~592.70 m采用了岩屑编录，共计采取119个岩样，851个钻时，592.70~850.63 m采用取心编录，共计28个回次，共计取心257.92 m。其中地层有泥岩等地层，优选取心钻具，配合牙轮钻头，用Ø152 mm单动双管取心筒三开取心钻进，保证岩心采取率，但是易堵心，进尺较慢。

5.3 螺杆钻施工工艺总结

螺杆钻在不同地层中的造斜强度不同，相对来说，地层完整、致密，井径与螺杆钻的间隙较小，弯外管或弯接头弯的部分与钻井下边靠得越紧，其造斜能力越强，造斜强度相对较大。相反，软地层或者盐层中钻进，井径与钻头、螺杆钻之间的间隙较大，造斜强度相对较小。一般来说，螺杆钻在软地层、盐层比硬地层的造斜强度要低0.05°/m~0.1°/m。在较硬地层，要加大钻压，因此水泵输出更大的的泵量，而在较软地层，钻压可适当降低。但由于转速较快，产生的岩粉较多，又必须同时考虑较大泵量冲孔，尽量避免重复破碎和埋钻事故。因此在螺杆钻进中，应优选合理的钻进技术参数，包括口径、流量范围、钻头转速、泵压等。

同时在这次施工中，也总结到了一些螺杆钻施工的要点：

（1）下钻时钻杆要拧紧；

（2）倒杆时应停泵；

（3）造斜钻进4~5 m应测斜一次；

（4）及时用电脑计算钻孔轴线轨迹坐标；

（5）在造斜过程中，由于各种原因，均会导致造斜孔段局部孔壁不平滑，因此必须进行修孔，修孔作业时，要慢放，重复多次，直到无阻力为止。

5.4 井身轨迹经验总结

钻井过程中，实钻轨迹和理论设计轨迹完全吻合是不可能的，二者之间必然存在一定的偏差。如果偏差在允许范围之内，可继续钻进；如超过允许范围，须绕障钻进，就应进行随钻修正设计，使钻头在已有偏差的基础上，沿着一条新的理论曲线向目标点钻进。

而404斜井的施工难点在造斜段和水平段，因此在造斜过程中每钻进一根单根，就要用测斜仪测量一次井斜角和方位角，如要改变造斜率，通过改变钻压和装置角进行局部调节，在钻进过程中，井身方位的变化是绝对的，当井身实际方位与设计方位偏离过大时，要用钻具组合强行“扭方位”，操作中关键的控制参数是装置角，应选择适当的扭方位时机，避免在井斜角>15°时扭方位，导致在较短井段扭方位过急，形成严重的狗腿度。

同时技术套管需下入造斜段近水平处，因此造斜段轨迹要求平滑，尽量靠近调整后的设计井眼轨道，下套管前必须进行修井通孔，以确保技术套管的顺利入井，同时严格遵守修井和短程起下规程要求。

6 结语

在江西会昌完成的盐井对接井的施工项目，为后期这个地区盐井对接井开发优选了技术方法，总结了技术经验，减少工程风险，降低施工成本。同时获取了岩心资料，划分了地层厚度、岩性变化特性，基本查明了井区地质构造，为进一步的盐井开发提供了数据资料、数据支撑。

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