高壓地區(qū)定向探井鉆井實(shí)踐

郭世侯，溫富貴，吳泓璇，徐先覺，蔣建樂

(1川慶鉆探工程公司鉆采工程技術(shù)研究院2國(guó)家能源高含硫氣藏開采研發(fā)中心鉆完井工程技術(shù)研究所3川慶鉆探國(guó)際工程公司)

土庫(kù)曼斯坦阿姆河右岸C區(qū)塊位于土庫(kù)曼斯坦東部，地下分布了阿蓋雷、霍賈古爾盧克、召拉麥爾根等多個(gè)小構(gòu)造，地表存在山丘、峽谷、村莊、農(nóng)田等，部分井由于受到地下目標(biāo)和地表情況的雙重限制，不得不用定向井開發(fā)。在先期少量直井鉆探中，發(fā)現(xiàn)基末利階存在高壓鹽水層，所用鉆井液密度在2．35～2．47 g/cm3之間，而且由于其埋深較深(一般在2 500～3 400 m之間)，井段較長(zhǎng)、下部?jī)?chǔ)層裂縫發(fā)育，漏噴風(fēng)險(xiǎn)大、產(chǎn)量高等特點(diǎn)，且探井還有其他不可預(yù)見的風(fēng)險(xiǎn)，需用?311．2 mm井眼鉆過高壓鹽水層，為下部井眼鉆探備用一層技術(shù)套管。大尺寸井眼鉆高壓鹽水層本已不易，用定向井鉆探，必然會(huì)遇到更多鉆井困難。

一、地質(zhì)簡(jiǎn)介

C區(qū)塊地層從上至下為第四系、新近系、古近系、白堊系上統(tǒng)、白堊系下統(tǒng)(阿爾布階、阿普特階、巴雷姆階、戈捷里夫階、凡蘭吟階)、侏羅系上統(tǒng)(提塘階、基末利階、卡洛夫－牛津階)提塘階為砂泥巖，一般厚度在200 m左右，屬正常壓力梯度地層;基末利階(細(xì)分為上石膏層、上鹽層、中石膏層、下鹽層、下石膏層)為巨厚鹽膏層，一般厚度在500～1 100 m，是區(qū)域蓋層，也是異常高壓層，壓力系數(shù)達(dá)到2．2～2．32 g/cm3;卡洛夫—牛津階為灰?guī)r，是主要儲(chǔ)層，裂縫發(fā)育，易噴易漏，壓力系數(shù)一般1．7～1．9 g/cm3。

二、技術(shù)難點(diǎn)分析

1．儀器工具受限

(1)在大尺寸井眼、高密度條件下，泵壓高，排量低，螺桿無力易制動(dòng)，滑動(dòng)鉆進(jìn)幾乎不可能。

(2)高密度下，大尺寸螺桿鉆具壽命較短，一般壽命只有20～80 h，因此也不能全程用螺桿復(fù)合鉆來防止縮徑［1］。

(3)MWD儀器在高密度鉆井液中沖蝕嚴(yán)重，損壞機(jī)率大，不能確保隨時(shí)有信號(hào)。

(4)高密度鉆井液條件下，用測(cè)斜儀吊測(cè)時(shí)，測(cè)斜儀有可能下落不到位且容易造成卡鉆，只能進(jìn)行起鉆投測(cè)，增加了起下鉆次數(shù)，成本較高、井控風(fēng)險(xiǎn)大。

2．井眼軌跡控制難點(diǎn)分析

(1)基末利階是高壓層，其下方就是儲(chǔ)層，用定向井鉆探，高壓層段必然是斜井段，需要采取控制措施。且高壓水經(jīng)常出現(xiàn)在上鹽層，造成高壓層段長(zhǎng)，軌跡控制難度大。

(2)由于儲(chǔ)層裂縫發(fā)育，漏噴風(fēng)險(xiǎn)大、產(chǎn)量高等特點(diǎn)，且探井還有其他不可預(yù)見的風(fēng)險(xiǎn)，需用?311．2 mm井眼鉆過高壓鹽水層，為下部井眼鉆探備用一層技術(shù)套管，所以基末利階高壓層是用?311．2 mm大尺寸井眼施工，大尺寸井眼定向時(shí)扭矩波動(dòng)大，工具面不穩(wěn)定［2］，控制難度更大。

(3)對(duì)于探井，設(shè)計(jì)地質(zhì)分層不準(zhǔn)確，地層垂深不確定性較大，施工過程中需要調(diào)整井眼軌跡實(shí)現(xiàn)中靶要求，造成井眼軌跡有起伏，不平滑，增加了控制難度。

(4)基末利階總厚度大，要避免在基末利階高壓層中造斜，則上移造斜點(diǎn)，造成斜井段較長(zhǎng)，控制難度增大。

(5)用帶穩(wěn)定器組合的鉆具組合控制井眼軌跡時(shí)，調(diào)整穩(wěn)定器尺寸和位置只能對(duì)井斜進(jìn)行控制，對(duì)方位不能進(jìn)行有效控制，需要掌握地層漂移規(guī)律，根據(jù)鉆井經(jīng)驗(yàn)預(yù)留一定漂移量，增加了脫靶風(fēng)險(xiǎn)。

3．施工安全風(fēng)險(xiǎn)

(1)基末利階石膏層可鉆性差，鉆時(shí)慢，用螺桿滑動(dòng)易發(fā)生粘卡;用無井下動(dòng)力鉆具組合，需要的轉(zhuǎn)速高，扭矩大，鉆具易疲勞損壞。

(2)基末利階本身是鹽膏層，易蠕動(dòng)變形，容易造成縮徑卡鉆。

(3)大尺寸井眼、高密度鉆井液條件下，濾餅更厚，摩阻大，卡鉆風(fēng)險(xiǎn)大。

(4)高密度鉆井液中，容易因抽汲和壓力激動(dòng)引起井漏或溢流。

(5)對(duì)于探井，壓力系數(shù)不準(zhǔn)確，鉆井過程中存在溢流、井漏風(fēng)險(xiǎn)，如被高壓鹽水流出，易造成鹽析卡鉆。

三、技術(shù)對(duì)策

(1)在進(jìn)入高壓層前完成定向任務(wù)，然后用穩(wěn)定器組合進(jìn)行高壓層段井眼軌跡控制，下完技術(shù)套管后，再下定向組合對(duì)井眼軌跡進(jìn)行調(diào)整。

(2)軌跡設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)地上、地下目標(biāo)的要求，確定好造斜點(diǎn)、造斜率、定向結(jié)束時(shí)的井斜大小，優(yōu)化穩(wěn)定器組合控制井段的軌跡剖面，反推出最佳的井口位置。

(3)軌跡設(shè)計(jì)要留有余地，要充分考慮地層垂深不確定誤差影響，確保在使用高密度之前已完成定向造斜任務(wù)。

(4)由于穩(wěn)定器組合控制井段長(zhǎng)，要嚴(yán)格控制定向施工末段姿態(tài)和方位預(yù)留量，充分利用地層漂移規(guī)律達(dá)到中靶要求。

(5)根據(jù)地層破裂壓力，保證有效定向施工長(zhǎng)度和有利于減少?311．2 mm斜井段事故復(fù)雜，?339．7 mm套管盡量下深一點(diǎn)。

(6)穩(wěn)定器組合控制井段先使用大尺寸穩(wěn)定器組合，后期可使用小尺寸穩(wěn)定器組合，減少起下鉆劃眼機(jī)率，降低摩阻扭矩，減少鉆具事故。

(7)定向井段嚴(yán)格控制造斜率，及時(shí)修復(fù)井眼，保障井眼光滑，確保上部井眼暢通。

(8)高壓井段鉆進(jìn)期間，每鉆進(jìn)2～3 d進(jìn)行一次短程起下鉆，對(duì)井壁進(jìn)行及時(shí)拉劃，防止縮徑。

(9)在膏鹽層段的技術(shù)套管使用?250．8 mm高強(qiáng)度加厚套管，以提高套管抗膏鹽層蠕動(dòng)變形的抗擠毀能力。同時(shí)，套管串中使用遇油膨脹封隔器，防止高壓鹽水竄通。

(10)?250．8 mm+?244．5 mm套管下至下石膏層底部，防止鉆穿下部低壓儲(chǔ)層發(fā)生惡性井漏，為儲(chǔ)層段施工提供穩(wěn)定的井眼軌道。

(11)控制好?311．2 mm井段最后井斜角大小，要能適應(yīng)探井地層變化對(duì)井眼軌跡的要求，做到在?215．9 mm井段能增、能降，能有在部分井段使用定向組合對(duì)后續(xù)井眼軌跡進(jìn)行控制的能力。

(12)高壓層段有吊測(cè)、投測(cè)和MWD隨鉆測(cè)斜方式，先用MWD隨鉆測(cè)斜摸清穩(wěn)斜組合的穩(wěn)斜效果，再用吊測(cè)或起鉆投測(cè)方式進(jìn)行長(zhǎng)段監(jiān)控。

四、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐及認(rèn)識(shí)

1．對(duì)策實(shí)施情況

目前已在C區(qū)進(jìn)行了WJor－21(西召拉麥爾根－21)和EHojg－21(東霍賈古爾盧克－21)兩口定向探井的設(shè)計(jì)和施工。兩口井都是在進(jìn)入高壓層前完成定向施工，后面用穩(wěn)斜組合鉆到固井井深，下技術(shù)套管后，再根據(jù)情況進(jìn)行增降斜控制。兩口井都達(dá)到了設(shè)計(jì)靶區(qū)要求，施工總體比較順利，技術(shù)對(duì)策基本能夠滿足井身軌跡控制和安全鉆井的要求。WJor－21設(shè)計(jì)用33．82°穩(wěn)斜705 m，實(shí)際從2 745 m穩(wěn)斜鉆至中完井深3 407 m，穩(wěn)斜段最小井斜角29．29°，最大井斜角34．93°，最后方位角203．57°，井斜和方位波動(dòng)都小，井眼軌跡控制非常成功。EHojg－21設(shè)計(jì)用47．74°穩(wěn)斜841 m，實(shí)鉆中因后期摩阻扭矩大，機(jī)械鉆速低，穩(wěn)斜557 m后，提前中完。

2．成功的做法

2．1優(yōu)化WJor－21井井眼軌跡設(shè)計(jì)

(1)設(shè)計(jì)造斜點(diǎn)2 530 m，并在預(yù)計(jì)高壓層前50 m完成定向增斜作業(yè)，以避免受探井層位劃分不準(zhǔn)確的影響。

(2)使用5°/30 m左右的低造斜率，減少后續(xù)穩(wěn)斜段頻繁起下鉆形成鍵槽的可能性。

(3)設(shè)計(jì)穩(wěn)斜段井斜大于25°，降低長(zhǎng)段穩(wěn)斜時(shí)，方位發(fā)生過大漂移造成脫靶的風(fēng)險(xiǎn)。

(4)?250．8 mm套管固井后，能使用定向組合進(jìn)行一定的井眼軌跡控制，達(dá)到矢量入靶或適應(yīng)地層垂深變化的要求。WJor－21井井眼軌跡設(shè)計(jì)見表1。

表1WJor－21井井眼軌跡設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表

2．2優(yōu)化WJor－21井井身結(jié)構(gòu)

(1)二開使用?444．5 mm鉆頭鉆進(jìn)至巴雷姆階頂部10 m，下?339．7 mm套管，水泥返至地面。封固巴雷姆階以上成巖性差，膠結(jié)疏松的不穩(wěn)定地層，套管鞋坐在白堊紀(jì)巴雷姆階頂部地層，提高地層承壓能力，增強(qiáng)井控能力，為三開順利鉆進(jìn)創(chuàng)造穩(wěn)定的上部井眼條件。

(2)三開使用?311．2 mm鉆頭鉆進(jìn)至下石膏層底部，下?244．5 mm+?250．8 mm復(fù)合技術(shù)套管，水泥返至地面。封隔鹽膏層以上不穩(wěn)定井段和高壓鹽膏層段，為四開順利鉆進(jìn)創(chuàng)造穩(wěn)定的上部井眼條件。為防止鉆進(jìn)至下部層位造成井漏，見下石膏底部薄灰?guī)r夾層即可中完。WJor－21井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見表2。

表2WJor－21井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表

2．3優(yōu)化高壓層段穩(wěn)斜鉆具組合

由于鹽與石膏物理性質(zhì)相差大，可鉆性不同，需要根據(jù)可能鉆遇的巖性來選擇穩(wěn)斜效果好的鉆具組合，配合適當(dāng)?shù)你@井參數(shù)來實(shí)現(xiàn)井眼軌跡控制和高效鉆進(jìn)。預(yù)測(cè)的地質(zhì)分層精度越高，選擇的鉆具組合越合適，井眼軌跡越平滑，起下鉆越少。

(1)提塘階及上石膏層穩(wěn)斜較好的組合:?311 mm PDC鉆頭+?203 mm浮閥+?203 mm鉆鋌 ×2．07 m+?308 mm扶正器+?203 mm無磁鉆鋌1根+?203 mm鉆鋌×2柱+631×410轉(zhuǎn)換接頭+165．1 mm鉆鋌×1柱+127 mm加重鉆桿×10柱+127 mm鉆桿。

(2)上鹽層穩(wěn)斜較好的組合:?311 mm PDC鉆頭+?203 mm浮閥+?308 mm扶正器+631×630定向接頭+?203 mm無磁鉆鋌1根+?203 mm鉆鋌×2柱+631×410轉(zhuǎn)換接頭+?177．8 mm鉆鋌1柱+?165．1 mm鉆鋌 ×1柱+?127mm加重鉆桿10柱+?127 mm鉆桿。

(3)中石膏層穩(wěn)斜較好的組合:?311 mm PDC鉆頭+?216 mm 1．25°彎螺桿+?308 mm扶正器+回壓凡爾+631×630定向接頭+?203 mm無磁鉆鋌×1根+?203 mm鉆鋌×1柱+631×410轉(zhuǎn)換接頭+?177．8 mm鉆鋌1柱+?127 mm加重鉆桿×10柱+?127 mm鉆桿。

(4)下石膏層穩(wěn)斜較好的組合:?311．2 mmPDC鉆頭+浮閥+?203 mm鉆鋌×1．5 m+?306 mm扶正器+?203無磁鉆鋌1根+?203 mm鉆鋌×1柱+631×410轉(zhuǎn)換接頭+?177．8 mm鉆鋌×1柱+?127 mm加重鉆桿×10柱+?127 mm鉆桿。

2．4主要控制措施

(1)WJor－21井實(shí)際從設(shè)計(jì)造斜點(diǎn)上50 m，井深2 480 m開始造斜，目的是防止直井段井斜過大對(duì)下部軌跡控制造成影響。

(2)因是大尺寸井眼定向，反扭矩大，工具面穩(wěn)定性差，起始造斜使用牙輪鉆頭，井斜達(dá)到15°后，換PDC鉆頭提速。本井鉆至2 658 m，井斜19°后換PDC鉆頭鉆至井深2 745 m，井斜32．3°，方位199°，起鉆換穩(wěn)斜組合。

(3)根據(jù)定向結(jié)束后，井斜還有增斜趨勢(shì)，預(yù)留了1．5°井斜、2°方位向右飄移量。

(4)穩(wěn)斜段使用隨鉆和投測(cè)監(jiān)測(cè)井眼軌跡數(shù)據(jù)，根據(jù)測(cè)斜結(jié)果和可能鉆遇的地層巖性，及時(shí)調(diào)整鉆具組合。

(5)改變鉆壓、排量等鉆井參數(shù)能夠使同一鉆具組合表現(xiàn)出增斜和降斜效果，達(dá)到減少起下鉆的目的。

(6)高壓井段鉆進(jìn)期間，每鉆進(jìn)2～3 d進(jìn)行一次短程起下鉆，對(duì)井壁進(jìn)行及時(shí)拉劃，防止縮徑。

3．出現(xiàn)的問題及建議

(1)WJor－21井初始造斜段地層軟硬交錯(cuò)，跳鉆嚴(yán)重，工具面不穩(wěn)定，造斜率低，井徑較大。今后盡量把造斜段選在單一層位，避免鉆過多個(gè)地層。

(2)高密度下，吊測(cè)儀器落不到底，被迫投多點(diǎn)測(cè)斜儀起鉆。今后可從儀器加重桿重量和鉆井液性能調(diào)整上加以改進(jìn)。

(3)海藍(lán)MWD在2．40 g/cm3鉆井液密度下能夠正常工作，可用于穩(wěn)斜段軌跡監(jiān)測(cè)，但沖蝕嚴(yán)重，應(yīng)兼顧成本，不宜長(zhǎng)期使用。

(4)螺桿在2．40 g/cm3鉆井液密度下壽命短，起鉆劃眼困難，建議高密度下不用螺桿。

(5)WJor－21井出現(xiàn)下鹽層缺失，地質(zhì)分層達(dá)到了50 m以上差異，說明探井的軌跡設(shè)計(jì)一定要留有調(diào)整余地。

(6)WJor－21井用2．36 g/cm3鉆進(jìn)至井深3 182．03 m出現(xiàn)井漏，層位為中石膏層，最大漏失速度15 m3/h，降排量循環(huán)一段時(shí)間停漏，鉆井液密度從2．36 g/cm3降至2．34 g/cm3，地層縮徑，起鉆出現(xiàn)上鹽層長(zhǎng)段劃眼，出口返出7～8 cm的大塊鹽，劃眼非常困難，后把鉆井液密度提高到2．40 g/cm3才得到緩解，提密度至2．40 g/cm3未再漏。說明降密度容易造成井壁失穩(wěn)，井漏后不宜盲目降密度。

(7)井漏后，一段時(shí)間用排量24 L/s、泵壓11 MPa鉆進(jìn)，攜砂無問題，但鉆時(shí)很慢，井壁濾餅厚，起下鉆困難。后用31 L/s、泵壓18 MPa鉆進(jìn)，鉆時(shí)從200～230 min/m降低到110～140 min/m，機(jī)械鉆速明顯提高。

(8)在高鉆井液密度定向井中，后期用?306 mm穩(wěn)定器能達(dá)到?308 mm穩(wěn)定器的支撐作用，用于近鉆頭處能實(shí)現(xiàn)微增斜而不降斜。

(9)改變鉆壓、排量等鉆井參數(shù)能夠使同一鉆具組合表現(xiàn)出增斜和降斜效果，達(dá)到減少起下鉆的目的。

(10)中完后，剛性較鉆進(jìn)時(shí)更弱的通井組合在井深2 794 m左右上提和下放遇阻，并且遇阻后下放、上提都能解卡，轉(zhuǎn)動(dòng)正常，劃眼無法消除，分析井壁某處存在類似大肚子的環(huán)型槽。經(jīng)過單扶、雙扶和三扶通井后，下放基本正常，上提掛卡有嚴(yán)重趨勢(shì)，后套管順利下到位。

(11)四開用密度1．97 g/cm3，黏度43 s的聚磺鹽水鉆井液鉆進(jìn)至井深3 449．72 m發(fā)生井漏。降密度至1．92 g/cm3后發(fā)生溢流，壓力窗口窄，可供定向施工的井段短，建議固技術(shù)套管后盡快把把井斜方位調(diào)整到位，然后下入穩(wěn)斜組合鉆進(jìn)。

(12)EHojg－21總體設(shè)計(jì)思路與WJor－21井一樣，但穩(wěn)斜段井斜角更大，穩(wěn)斜段更長(zhǎng)，三開后期鉆進(jìn)時(shí)扭矩大。

(13)EHojg－21三開中用密度2．42 g/cm3的聚璜飽和鹽水鉆井液鉆進(jìn)至井深2 482．51 m，發(fā)生溢流;后用密度2.47 g/cm3鉆井液壓井成功。

(14)EHojg－21四開中為防止石膏縮徑，使用了螺桿復(fù)合鉆擴(kuò)大井眼，并在易漏層前調(diào)整好井眼軌跡。

(15)EHojg－21用密度1．80～1．78 g/cm3，黏度50 s的聚磺鹽水鉆井液鉆進(jìn)時(shí)，在井深2 852．81 m、2 985．85 m、2 997．10 m、3 010．02 m等處發(fā)生井漏并伴有氣顯示，說明儲(chǔ)層裂縫發(fā)育，壓力窗口窄。

(16)EHojg－21四開井段設(shè)計(jì)為自由降斜段，放寬靶區(qū)要求，降低了軌跡控制難度，穿過多套產(chǎn)層，最后獲得了高產(chǎn)。可見，探井井斜不宜太大，不應(yīng)過度追求橫向暴露儲(chǔ)層面積，還是應(yīng)以縱向探明產(chǎn)層為主。

五、結(jié)論與建議

(1)實(shí)鉆證實(shí)高壓探井可以用定向井開發(fā)，在進(jìn)入高壓層前完成定向施工，在高壓層中使用穩(wěn)斜組合控制井眼軌跡的總體方案是可行的。

(2)高壓井段的井斜角最好控制在25°～50°，井斜太大，后期鉆進(jìn)扭矩大，軌跡適應(yīng)地層垂深變化的能力減弱;井斜太小，方位漂移較快。

(3)對(duì)于基末利階厚度大的井，建議造斜點(diǎn)再下移一點(diǎn)，使造斜段盡量選在單一地質(zhì)層位，減少短距離穿越多個(gè)層位，避開軟硬交錯(cuò)地層，以便形成更優(yōu)良、光滑的井眼。

(4)優(yōu)選造斜點(diǎn)、造斜率、優(yōu)化井口位置和套管下深，盡量縮短高壓井段長(zhǎng)度等針對(duì)性措施，為高壓區(qū)定向探井鉆井成功創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件。

(5)探井高壓層中存在溢流、井漏、縮徑、卡鉆等多種風(fēng)險(xiǎn)，保持鉆井液性能穩(wěn)定、及時(shí)發(fā)現(xiàn)井下異常并采用應(yīng)對(duì)措施至關(guān)重要。