涪陵江東區(qū)塊三維水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)
——以焦頁(yè)91平臺(tái)為例

竇玉玲， 唐志軍， 徐云龍， 席鏡陽(yáng)

(勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東 東營(yíng) 257017)

0 引言

涪陵頁(yè)巖氣田主體地處重慶市涪陵區(qū)境內(nèi)，屬山地卡斯特地貌，地面海拔300～1000 m。一期焦石壩區(qū)塊，二期主要包括江東、白濤、平橋、白馬等區(qū)塊。相比一期區(qū)塊，二期區(qū)塊地質(zhì)構(gòu)造更加復(fù)雜，鉆井過(guò)程中出現(xiàn)了許多新的難題。上部地層漏失嚴(yán)重，直井段防斜打直以及同臺(tái)井防碰，地層可鉆性變差，目的層垂深更深，地震資料誤差大著陸困難，水平段地層傾角大而且變化頻繁，軌跡控制難度大，綜上因素導(dǎo)致全井機(jī)械鉆速低，鉆井周期長(zhǎng)。焦頁(yè)91平臺(tái)部署在涪陵二期江東區(qū)塊邊緣，構(gòu)造位置位于川東高陡褶皺帶萬(wàn)縣復(fù)向斜焦石壩背斜帶烏江1號(hào)斷背斜，鉆探目的是進(jìn)一步評(píng)價(jià)江東區(qū)塊西南部單井產(chǎn)能，新建江東區(qū)塊西南部上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖氣產(chǎn)能。

1 江東區(qū)塊地質(zhì)特點(diǎn)

江東區(qū)塊建設(shè)以來(lái)的鉆探情況統(tǒng)計(jì)表明，地質(zhì)構(gòu)造更加復(fù)雜，與一期區(qū)塊存在較大差異，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[1-2]：

(1)上部地層造斜能力強(qiáng)，易偏向一個(gè)方向。

(2)茅口組-龍?zhí)督M地層研磨性強(qiáng)，可鉆性差；棲霞組-小河壩組，夾層多，鉆頭易崩齒，井眼擴(kuò)大率小，扭矩大。

(3)江東區(qū)塊處于構(gòu)造斜坡帶速度橫向變化較大，局部存在井震矛盾，目的層埋藏深，地層設(shè)計(jì)與實(shí)鉆可能存在差異，著陸困難。

(4)水平段地層傾角大，并且變化頻繁。

(5)五峰組地層存在破碎帶。

2 江東區(qū)塊鉆井難點(diǎn)分析

2.1 井漏頻繁發(fā)生

井漏是涪陵頁(yè)巖氣一期開(kāi)發(fā)中常遇到的鉆井難題[3-4]，同時(shí)也是二期開(kāi)發(fā)中的鉆井難題。焦頁(yè)91-2HF井導(dǎo)管2井深260 m，漏水不漏砂，阻卡嚴(yán)重，共漏失膨潤(rùn)土漿332.75 m3，漏失堵漏漿1453.95 m3，漏失清水6787.7 m3，先后4次采用橋漿堵漏無(wú)效情況下，采用水泥漿堵漏依然不成功,導(dǎo)致施工周期比設(shè)計(jì)周期滯后11 d。

2.2 二開(kāi)龍?zhí)督M、茅口組地層可鉆性差

江東區(qū)塊頁(yè)巖氣海相地層古老，膠結(jié)致密、巖石硬度高，地層薄層互層多、巖性交替，跳鉆嚴(yán)重，鉆頭受到的沖擊作用強(qiáng)；特別是長(zhǎng)興組-茅口組研磨強(qiáng)，PDC鉆頭失效快，易崩齒，牙輪鉆頭壽命短，鉆井時(shí)效低。龍馬溪組濁積砂體研磨性強(qiáng)，PDC鉆頭適應(yīng)性差，機(jī)械鉆速低[5-8]。

2.3 井震矛盾突出，地層判斷不清，三開(kāi)施工難度大

地震剖面顯示水平段走向平緩，實(shí)鉆水平段地層傾角變化大，造成軌跡調(diào)整頻繁，鉆進(jìn)后期摩阻扭矩大，定向易托壓甚至卡鉆。三開(kāi)在水平段穿行時(shí)，地質(zhì)導(dǎo)向?qū)Φ貙觾A角變化趨勢(shì)難以把握，無(wú)法做到提前定向，導(dǎo)致經(jīng)常以高造斜率來(lái)定向追層，軌跡調(diào)整指令下發(fā)頻繁，平均每口井調(diào)整軌跡30次左右，使得軌跡波浪前進(jìn)，施工愈發(fā)困難，導(dǎo)致三開(kāi)施工周期普遍較長(zhǎng)[9-12]。

2.4 五峰組井壁不穩(wěn)定

頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的層理及微裂縫發(fā)育，泥質(zhì)含量高，水化膨脹應(yīng)力強(qiáng)，揭開(kāi)儲(chǔ)層后鉆井液濾液進(jìn)入其層理間隙，水敏性會(huì)使頁(yè)巖內(nèi)部的粘土礦物遇水膨脹，形成新的孔隙或膨脹壓力，削弱圍巖結(jié)構(gòu)力，導(dǎo)致井眼周?chē)膽?yīng)力場(chǎng)變化及井壁的穩(wěn)定性變差、井壁失穩(wěn)。二開(kāi)小河壩組的泥巖地層和龍馬溪上部的頁(yè)巖地層被鉆開(kāi)后，經(jīng)水基鉆井液長(zhǎng)時(shí)間浸泡，極易出現(xiàn)失穩(wěn)垮塌、起下鉆困難及卡鉆等井下故障[13-15]。

3 焦頁(yè)91-2HF井施工分析

焦頁(yè)91平臺(tái)是涪陵二期部署在江東區(qū)塊邊緣的一個(gè)鉆井平臺(tái)，共部署5口井，目前已完鉆3口井。焦頁(yè)91-2HF井是第1口井，鉆井周期超出了設(shè)計(jì)周期，通過(guò)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，優(yōu)選井下工具，優(yōu)化技術(shù)措施，后期完成的焦頁(yè)91-4HF井、焦頁(yè)91-3HF井機(jī)械鉆速大幅提高，施工周期大幅縮短。

3.1 焦頁(yè)91-2HF井施工周期與設(shè)計(jì)周期對(duì)比(見(jiàn)表1)

3.2 超周期原因分析

焦頁(yè)91-2HF井是該平臺(tái)的第1口井，由于該區(qū)塊施工經(jīng)驗(yàn)不足，在生產(chǎn)銜接、鉆頭優(yōu)選、工具配套、鉆井液不落地、清水供應(yīng)、軌跡優(yōu)化等方面出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致施工周期比設(shè)計(jì)周期延后64.71 d。具體原因分析如下。

(1)第一層導(dǎo)管鉆進(jìn)0.77 d，導(dǎo)管中完2.44 d，較設(shè)計(jì)延誤了1.21 d，滯后的主要原因是中完時(shí)間超出設(shè)計(jì)1.44 d。

(2)第二層導(dǎo)管鉆進(jìn)10.98 d，導(dǎo)管中完6.02 d，本開(kāi)次較設(shè)計(jì)延誤了11.00 d，施工周期延誤的主要原因有:

①機(jī)械鉆速不高，設(shè)計(jì)機(jī)械鉆速為5.00 m/h，實(shí)際平均機(jī)械鉆速為4.04 m/h。

②鉆進(jìn)至60.00 m發(fā)現(xiàn)漏失，隨著井深增加漏速逐漸增大，鉆至井深211.00 m開(kāi)始發(fā)生失返性漏失。因?yàn)榈貙犹匦?，該井段漏液不漏砂，?dǎo)致鉆井施工阻卡嚴(yán)重，先后4次采用橋漿堵漏無(wú)效情況下，采用水泥漿堵漏依然不成功。清水強(qiáng)鉆至井深260.00m，提前中完，堵漏施工耗時(shí)7.16 d。

表1 施工周期與設(shè)計(jì)周期對(duì)比

③固井多次反擠水泥漿導(dǎo)致候凝時(shí)間延長(zhǎng)。固井于2017年2月6日18:40正注固井完，正注水泥漿25 m3不見(jiàn)返漿。候凝至2月7日0:00，0:00～0:20井口反擠水泥漿14 m3，不見(jiàn)返漿；2月8日17:30～18:00反擠水泥漿17 m3，水泥漿最終返至地面。導(dǎo)眼第二層固井時(shí)由于地層惡性漏失，需要進(jìn)行多次環(huán)空反擠水泥漿，導(dǎo)致候凝時(shí)間延長(zhǎng)。

(3)二開(kāi)鉆進(jìn)37.16 d，中完作業(yè)15.96 d，本開(kāi)次較設(shè)計(jì)延誤了23.12 d，施工周期延誤的主要原因有:

①機(jī)械鉆速不高，設(shè)計(jì)機(jī)械鉆速為7.00 m/h，實(shí)際平均機(jī)械鉆速4.53 m/h。

②由于鉆頭、螺桿等井下工具原因，頻繁起下鉆，共用9趟鉆完成，鉆井時(shí)效低。

③二開(kāi)中完至三開(kāi)準(zhǔn)備期間鉆井液不落地處理水基鉆井液嚴(yán)重滯后，由于藥品不到位，中途停工3 d，井隊(duì)無(wú)法下鉆替漿進(jìn)行油基鉆井液轉(zhuǎn)換，鉆井液不落地處理能力不足,耽誤時(shí)間6.33 d。

(4)三開(kāi)鉆進(jìn)37.41 d，中完作業(yè)22.16 d，本開(kāi)次較設(shè)計(jì)延誤了27.57 d，施工周期延誤的主要原因有:

①該井是一口評(píng)價(jià)井，目的層地層傾角與設(shè)計(jì)不符，入靶后井眼軌跡調(diào)整幅度大，水平段滑動(dòng)鉆進(jìn)進(jìn)尺多，水平段1690 m中滑動(dòng)鉆進(jìn)進(jìn)尺431 m，復(fù)合鉆進(jìn)進(jìn)尺1259 m，滑動(dòng)鉆占比34%，嚴(yán)重制約了鉆進(jìn)時(shí)效。

②機(jī)械鉆速不高，設(shè)計(jì)機(jī)械鉆速為10.00 m/h，實(shí)際平均機(jī)械鉆速5.58 m/h。

③由于螺桿、近鉆頭伽馬無(wú)信號(hào)等原因，共用5趟鉆完成，鉆井時(shí)效低。

④電測(cè)不順利，共“下槍”3趟，對(duì)接12次未成功。

4 優(yōu)快鉆井技術(shù)在后續(xù)井的應(yīng)用

針對(duì)焦頁(yè)91-2HF井的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在后續(xù)的焦頁(yè)91-3HF井、焦頁(yè)91-4HF井施工過(guò)程中采取了一系列的優(yōu)快技術(shù)措施，取得了良好的效果。

4.1 優(yōu)快技術(shù)措施

(1)導(dǎo)管1采用GQ-15型工程鉆機(jī)預(yù)埋，節(jié)約鉆井周期3.21 d，同時(shí)節(jié)約了鉆井成本。

(2)導(dǎo)管2針對(duì)雷口坡組的漏失問(wèn)題，如發(fā)現(xiàn)漏失，繼續(xù)鉆進(jìn)20 m左右，然后靜止堵漏，如果失返，清水搶鉆。中完固井采取“正注反擠”的措施，反擠時(shí)適當(dāng)加大水泥量，爭(zhēng)取一次反擠到井口。

(3)一開(kāi)優(yōu)選鉆頭與螺桿，提高行程進(jìn)尺及機(jī)械鉆速，下入MWD隨鉆監(jiān)控井眼軌跡，防止與同臺(tái)井打碰。改進(jìn)供水泵及加粗供水管線，保證清水供應(yīng)。

(4)二開(kāi)提速技術(shù)措施：

①針對(duì)鉆遇地層，優(yōu)選鉆頭及螺桿，焦頁(yè)91-3HF井二開(kāi)用7趟鉆完成，平均機(jī)械鉆速7.34 m/h，比焦頁(yè)91-2HF井提高62.03%。由于龍?zhí)督M-茅口組地層研磨性強(qiáng)，第一趟鉆鉆進(jìn)到龍?zhí)督M上部機(jī)械鉆速變慢時(shí)，起鉆更換牙輪鉆頭，鉆穿茅口組后，再更換PDC鉆頭。

②進(jìn)一步優(yōu)化井眼軌道，充分考慮地層傾角，在小井斜時(shí)調(diào)整方位到位，增斜段下入1.5°單彎，提高造斜率，減少滑動(dòng)鉆進(jìn)進(jìn)尺，從而提高二開(kāi)大井眼定向效率。

③優(yōu)化鉆井液性能，保證潤(rùn)滑性和攜巖能力，提高鉆井時(shí)效。

(5)三開(kāi)提速技術(shù)措施：

①三開(kāi)優(yōu)選鉆頭及螺桿，濁積砂井段采用混合鉆頭及大度數(shù)單彎螺桿(1.5°)，提高鉆進(jìn)濁積砂井段的鉆井時(shí)效。同時(shí)預(yù)防目的層垂深上提，滿足高造斜率追層需要。

②焦頁(yè)91-3HF井鉆穿濁積砂后，采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向施工三開(kāi)造斜段和水平段，一趟鉆進(jìn)尺1775 m，平均機(jī)械鉆速8.83 m/h，純鉆時(shí)效68.8%。

③進(jìn)一步優(yōu)化油基鉆井液性能，保證潤(rùn)滑性和攜巖能力，保證了井下安全，提高了鉆井時(shí)效。

4.2 實(shí)施效果(表2)

表2 后續(xù)2口井鉆完井周期統(tǒng)計(jì)

通過(guò)一系列的優(yōu)化技術(shù)措施，焦頁(yè)91-4HF井比焦頁(yè)91-2HF井鉆井周期節(jié)約21.9 d，完井周期節(jié)約28.96 d，全井平均機(jī)械鉆速提高9.49%。焦頁(yè)91-3HF井在三開(kāi)使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向一趟鉆情況下，機(jī)械鉆速大幅提升，鉆井周期大幅縮短，比焦頁(yè)91-2HF井鉆井周期節(jié)約46.15 d，完井周期節(jié)約55.02 d，全井平均機(jī)械鉆速提高38.49%。

5 結(jié)論及建議

(1)針對(duì)上部地層雷口坡組、嘉陵江組的漏失，在滲漏的情況下，采取靜止堵漏方案，在失返的情況下保障清水供應(yīng)，采用清水強(qiáng)鉆。

(2)二開(kāi)井段優(yōu)選鉆頭及螺桿，提高鉆頭單趟行程及機(jī)械鉆速，從而提高鉆井時(shí)效。龍?zhí)督M-茅口組采用牙輪鉆頭，鉆進(jìn)至茅口組150 m后，起鉆換PDC鉆頭。

(3)從一開(kāi)開(kāi)始下入MWD隨鉆監(jiān)控井眼軌跡，防斜打直，防止與同臺(tái)井打碰。

(4)二開(kāi)定向段優(yōu)化軌道在小井斜情況下進(jìn)行扭方位作業(yè)，同時(shí)更換大度數(shù)單彎螺桿，提高造斜率，減少滑動(dòng)鉆進(jìn)進(jìn)尺，提高定向效率。

(5)對(duì)三開(kāi)水平段，在綜合經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)的前提下，可考慮使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向一趟鉆鉆完水平段。