四川盆地震旦系燈二段水平井段優(yōu)快鉆井技術(shù)
——以高石123井為例

張春林 古光平 劉德平 張 杰任文峰 張亞明 胡仁德 彭 聰

1.中國石油川慶鉆探工程有限公司川東鉆探公司 2.中國石油川慶鉆探工程有限公司張杰工作室

0 引言

根據(jù)高石梯區(qū)塊鉆探資料顯示[1-8]，以震旦系燈影組四段為目的層的主要有高石001-X5、X6、X7井，其中高石001-X7井在燈四段橫向上鉆遇裂縫，漏失上千立方米，堵漏未成功。以燈二段為目的層完鉆井的有高石1、2、3、6、9、10井，其中高石1井燈二段測(cè)試產(chǎn)量102.15 104m3/d，其余各井產(chǎn)量均未超過15.0 104m3/d。

為有效提升高石梯區(qū)塊單井產(chǎn)量，推進(jìn)區(qū)域產(chǎn)能建設(shè)步伐，降低鉆井成本，部署高石 123 井，設(shè)計(jì)垂深超過5 300 m，水平位移677.2 m，井斜80°，是1口評(píng)價(jià)井，旨在探明區(qū)域燈二段儲(chǔ)氣情況以及開發(fā)產(chǎn)能。該井燈影組氣藏存在埋藏深，高溫、高壓、含硫等地質(zhì)特征，燈四段溢漏同存、燈三段頁巖易垮、燈二段滑動(dòng)定向困難，嚴(yán)重影響安全快速鉆進(jìn)。

開展JFS鉆井液體系、承壓試驗(yàn)、鉆頭和高溫螺桿優(yōu)選、高溫高壓LWD儀器、防托壓等技術(shù)集成應(yīng)用，預(yù)期安全鉆成高石梯區(qū)塊首口燈二段水平井，并達(dá)到降低復(fù)雜處理時(shí)率，縮短鉆井周期的目的。

1 基本情況

高石123井是四川盆地樂山—龍女寺古隆起高石梯構(gòu)造首口以燈二段為目的層的水平井，位于四川盆地川中古隆起平緩構(gòu)造區(qū)高石梯構(gòu)造，地理位置位于四川省資陽市安岳縣團(tuán)結(jié)鄉(xiāng)。設(shè)計(jì)入靶點(diǎn)為燈二段頂5 350 m（垂深），水平位移451.7 m，井斜80°，方位84°；出靶點(diǎn)：5 390 m，水平位移677.2 m，井斜80°，方位84°。采用?149.2 mm井眼鉆至6 300 m完鉆，井身結(jié)構(gòu)如表1所示。在燈三段頁巖以及燈二段長水平段易垮采用JFS防塌鉆井液體系（表2），并于燈四段底成功實(shí)施了1.50 g/cm3鉆井液密度的承壓試驗(yàn)，為下步易塌層的安全鉆進(jìn)創(chuàng)造了條件。地質(zhì)分層見表3。

表1 井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)對(duì)比表

表2 JFS鉆井液配方表

表3 地質(zhì)分層數(shù)據(jù)對(duì)比表

2 鉆井難點(diǎn)

高磨地區(qū)的燈影組包括燈四、燈三、燈二、燈一段。該井鉆探目的層位燈二段。分析多口井鉆井資料，燈四段井漏、燈三段垮塌，燈二段是產(chǎn)層，因此同一裸眼段井漏、垮塌、溢流風(fēng)險(xiǎn)共存，鉆井難度大[9-15]。而水平井的復(fù)雜治理難度更大。

1）燈四段堵漏效果差。高石12井?177.8 mm套管下至井深5 049.5 m 。用密度1.32 g/cm3聚磺鉆井液鉆進(jìn)至井深5 225.39 m（燈四段）發(fā)生放空失返井漏，后續(xù)又鉆遇5 254.50～5258.00 m，5 280.50～5 281.50 m 2個(gè)漏層。經(jīng)隨堵、復(fù)堵、3H、雷特堵漏共計(jì)31次，處理井漏長達(dá)2個(gè)臺(tái)月，處理困難，鉆至井深5 314.50 m提前完鉆。分析燈四段的地層壓力系數(shù)低，且屬于裂縫溶孔性氣藏，氣活躍，使用密度1.32 g/cm3鉆井液鉆進(jìn)，鉆進(jìn)中遇多個(gè)裂縫性漏層，各種堵漏方法堵漏效果都差，后降密度到1.17 g/cm3鉆進(jìn)，出現(xiàn)鉆進(jìn)中氣測(cè)值高，井漏現(xiàn)象，停泵不斷流，無法起鉆，井控風(fēng)險(xiǎn)很大。井漏處理難度大。

2）燈三段容易垮塌。高石9井用密度1.21 g/cm3，黏度36的鉀聚磺鉆井液鉆進(jìn)至井深5 894.09 m，發(fā)生井壁垮塌卡鉆，經(jīng)過活動(dòng)鉆具、爆炸松扣、套銑打撈等處理40 d、余落魚278 m完鉆。分析燈二段的地層壓力系數(shù)低，屬于溶孔和裂縫性氣藏，鉆井液密度遠(yuǎn)高于地層壓力系數(shù)，引發(fā)井漏。井漏造成虛厚泥餅及壓差，燈三段頁巖（厚度46 m）較長時(shí)間浸泡以及堵漏泥漿進(jìn)入，惡化了鉆井液性能，同時(shí)密度降低造成井筒壓力降低等多重作用，造成頁巖段井壁失穩(wěn)垮塌。帶到喇叭口以上位置的巖屑（包括部分垮塌巖屑），由于上返速度降低，堆積在吶叭口附近鉆具接頭，特別是帶出的大塊垮塌巖屑。

3）長段小井眼鉆進(jìn)卡鉆風(fēng)險(xiǎn)大。

磨溪21井燈四段密度1.30 g/cm3鉆井液鉆進(jìn)至井深5 271.41 m發(fā)生垮塌，通井作業(yè)中鉆鋌斷裂。經(jīng)過6次套銑+6次打撈撈獲落魚232.28 m，井底剩落魚1.18 m，處理困難，提前完鉆。分析燈四段鉆遇巖石發(fā)育破碎帶，泥漿密度低，井筒壓力對(duì)井壁支撐力不夠，鉆井液的攜砂能力和懸浮能力不夠，鉆具性能不符合復(fù)雜井需要。

3 針對(duì)措施

針對(duì)燈影組井漏、垮塌、溢流同存的復(fù)雜情況，從鉆井工具、設(shè)備配套、鉆頭優(yōu)選、參數(shù)強(qiáng)化、井眼軌跡優(yōu)化、鉆井液性能控制等方面開展集成技術(shù)應(yīng)用，減少故障復(fù)雜，提高復(fù)雜處理能力；減少起下鉆次數(shù)，提高鉆井速度。

1）鉆井工具及設(shè)備配套：使用?127 mm大水眼鉆具+?101.6 mm大水眼鉆具，有效提升鉆進(jìn)排量，保證小井眼環(huán)空返速，提高螺桿鉆速，推動(dòng)鉆進(jìn)提速；?101.6 mm 鉆桿在提拉噸位上優(yōu)于?88.9 mm鉆桿，提高了鉆遇復(fù)雜時(shí)處理能力。

2）鉆頭選型：該井燈影組主要在燈四段中下部和燈三段可鉆性較差，其中燈四段又為主要增斜段，定向鉆進(jìn)對(duì)鉆頭損傷較高，易造成偏磨[8-14]。在鉆頭選型上均采用7刀翼13 mm的PDC鉆頭，該鉆頭可兼顧耐偏磨，定向鉆易擺工具面，同時(shí)兼顧攻擊性，整個(gè)燈四段平均機(jī)械鉆速達(dá)2.8 m/h，燈三段2.7 m/h，燈二段3.0 m/h。其中燈二水平段復(fù)合鉆機(jī)械鉆速在6.0 m/h以上。五開共計(jì)7趟鉆，其中三次因?yàn)槎ㄏ騼x器故障導(dǎo)致，起出鉆頭除鉆過燈四段中下部和燈三段的2只嚴(yán)重磨損以及崩齒、碎齒外，其余均較完好。

3）采用螺桿最佳推薦排量13～16 L/s，滿足了環(huán)空攜砂；使用“?127 mm+?101.6 mm”大水眼鉆具，泵壓控制在25 MPa以內(nèi)，減輕了鉆井泵工作壓力。

4）優(yōu)化鉆井參數(shù)。復(fù)合鉆：鉆壓30～60 kN，頂驅(qū)鉆速25 rpm；定向鉆：鉆壓60～120 kN。

5）井眼軌跡控制方案：①燈四段全力增斜，摸索復(fù)合鉆在不同鉆井參數(shù)下的自然增斜情況，每個(gè)立柱盡量多復(fù)合少定向，嚴(yán)格控制井眼軌跡，狗腿度不超過5 /30m；定向段鉆完后，及時(shí)對(duì)定向井段進(jìn)行拉劃，保證井眼平滑；②燈三段穩(wěn)斜穩(wěn)方位，在燈三段頂井斜達(dá)到預(yù)計(jì)的70°左右后，在燈三段保證井斜不降，方位不飄的情況下，主要以復(fù)合鉆為主，以觀察扭矩，判斷井下異常；③燈二段增斜，穩(wěn)斜穩(wěn)方位進(jìn)入燈二段后，全力增斜至85°；多復(fù)合鉆，對(duì)定向井段多拉劃；增斜至85°后，逐漸下探尋找有利儲(chǔ)層后軌跡擺平，進(jìn)入水平段鉆進(jìn)；④每次下鉆前對(duì)儀器做好檢查和調(diào)試，保證儀器在井底高溫情況下的長時(shí)間平穩(wěn)運(yùn)行。

6）鉆井液維護(hù)處理

鑒于五開燈影組井段地層復(fù)雜，燈四段存在區(qū)域井漏風(fēng)險(xiǎn)，燈三段頁巖層垮塌嚴(yán)重，燈二段氣顯示活躍，顯示頻繁，采用JFS鉆井液體系進(jìn)行鉆進(jìn)，該配方通過對(duì)不同封堵劑、防塌劑的復(fù)配使用，強(qiáng)化了鉆井液的封堵性和防塌性（表4、表5）。具體操作方案如下：①五開作業(yè)替入JFS體系鉆井液，采用精細(xì)控壓、密度1.18 g/cm3鉆井液鉆進(jìn)，先動(dòng)態(tài)承壓，后提密度至1.23 g/cm3，使用的鉆井液潤滑劑要介于5%～6%，確保燈四段造斜定向順利；②預(yù)防燈三段頁巖段垮塌，在燈四底部5 380 m開展密度1.50 g/cm3承壓試驗(yàn)，采用每個(gè)循環(huán)周上提0.05 g/cm3的方式提密度至1.50 g/cm3，以較高的密度對(duì)井壁進(jìn)行力學(xué)支撐，并通過優(yōu)選封堵劑進(jìn)行裸眼段化學(xué)封堵，改善泥餅質(zhì)量，封堵微裂縫、孔隙，阻隔鉆井液滲透，減少頁巖水化膨脹，確保燈三段安全鉆進(jìn)；③針對(duì)燈二段氣顯示頻繁，引入特殊抗高溫穩(wěn)定劑提升了鉆井液抗高溫穩(wěn)定性，保持鉆井液密度均勻，確保鉆進(jìn)、通井及傳輸電測(cè)施工順利。

表4 JFS鉆井液常規(guī)性能參數(shù)表

表5 JFS鉆井液其他性能參數(shù)表

4 復(fù)雜情況預(yù)防措施

4.1 燈四段井漏應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)燈四段區(qū)域漏層，提前做好鉆遇井漏應(yīng)急措施：①提前準(zhǔn)備施工2次堵漏作業(yè)所需材料，粗細(xì)顆粒合理搭配；②生產(chǎn)班組做到第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)井漏并立即匯報(bào)，若漏速小于0.5 m3/5 min鉆進(jìn)觀察，若大于0.5 m3/5 min，司鉆立即帶泵上提鉆具至關(guān)井位置，上下活動(dòng)鉆具循環(huán)測(cè)漏速，失返則停泵吊灌觀察；③高度重視漏轉(zhuǎn)噴井控風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)出現(xiàn)循環(huán)液面上漲、灌不進(jìn)泥漿時(shí)，立即關(guān)井。④在燈四段，堵漏材料顆粒受螺桿、定向儀器限制時(shí)，井漏后考慮控壓起鉆或重漿蓋帽起鉆，簡化鉆具結(jié)構(gòu)下鉆堵漏。

4.2 燈三段垮塌應(yīng)對(duì)措施。

針對(duì)燈三段易垮特點(diǎn)，除了使用JFS防塌鉆井液體系以外，提高鉆井液密度也是有效支撐井壁的方式。該井在以1.20 g/cm3鉆井液密度鉆進(jìn)至燈四段底后，起鉆簡化鉆具結(jié)構(gòu)，下光鉆桿至套管鞋，對(duì)整個(gè)燈四段按當(dāng)量鉆井液密度1.50 g/cm3，逐步做承壓試驗(yàn)，如果試破立即進(jìn)行堵漏，堵漏成功后繼續(xù)做承壓試驗(yàn)，確保燈四段在1.50 g/cm3鉆井液密度下不漏失，降低燈三段垮塌風(fēng)險(xiǎn)。

4.3 燈影組綜合防卡措施。

針對(duì)燈影組地層特性與鉆井特點(diǎn)[16-20]，提前做好綜合防卡措施：①燈四段重在預(yù)防托壓后黏附卡鉆，增斜段定向鉆進(jìn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)托壓立即上提鉆具提離井底，對(duì)定向段劃眼，正常后恢復(fù)鉆進(jìn)；②燈三段重在預(yù)防垮塌卡鉆，減少頁巖段定向作業(yè)，復(fù)合鉆觀察鉆進(jìn)扭矩及立壓變化，發(fā)現(xiàn)異常立即上提鉆具并劃眼正常，定向鉆觀察立壓變化，定向3 m上提鉆具劃眼；③燈二段重在預(yù)防高密度下黏附卡鉆，地層壓力系數(shù)1.0左右，鉆井液密度1.5 g/cm3、儲(chǔ)層發(fā)育良好，易黏附卡鉆，細(xì)化接單根程序，鉆具靜止時(shí)間不超過2 min最佳。④裸眼段作業(yè)，班組人員提高防噴，防卡的意識(shí)，杜絕誤操作井漏，卡鉆操作，做到以井控安全為第一，能上下活動(dòng)、開泵、轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具的時(shí)候必須要操作，清楚認(rèn)識(shí)井下風(fēng)險(xiǎn)以及風(fēng)險(xiǎn)主次順序。

5 現(xiàn)場應(yīng)用效果

高石123井用時(shí)33.8 d，安全鉆進(jìn)到井深6 300 m完鉆，燈二段鉆進(jìn)940 m，其中燈二段水平段穿越700 m，實(shí)現(xiàn)了燈二段大斜度、水平井安全鉆井。高石123井故障復(fù)雜得到有效控制，燈影組段鉆進(jìn)中發(fā)生了一次井漏、一次溢流，損失時(shí)間4 h；未發(fā)生垮塌、卡鉆、鉆具故障等。

高石123井燈二段測(cè)試獲天然氣45.69 104m3/d，工藝水平井增產(chǎn)效果較同區(qū)域直井提高3倍以上。該井測(cè)試獲高產(chǎn)工業(yè)氣流，展示出高磨地區(qū)燈二段儲(chǔ)量規(guī)模升級(jí)和效益開發(fā)的良好潛力，進(jìn)一步明晰了高石梯磨溪地區(qū)燈二氣藏儲(chǔ)量升級(jí)規(guī)模區(qū)域。在該井鉆探技術(shù)基礎(chǔ)上，推廣應(yīng)用到位于高石18井區(qū)東部的高石125井，成功安全快速完鉆，并于燈四段測(cè)試喜獲天然氣56.63 104m3/d的高產(chǎn)工業(yè)氣流，有力推動(dòng)該井區(qū)近700 108m3探明儲(chǔ)量和SEC儲(chǔ)量的順利提交，助推安岳特大型氣區(qū)超萬億立方米儲(chǔ)量的發(fā)現(xiàn)。

6 結(jié)論

1）采用JFS防塌鉆井液體系，合理確定鉆井液密度，進(jìn)入燈三段前及時(shí)進(jìn)行承壓試驗(yàn)，為鉆開下部易塌層段創(chuàng)造了條件。

2）優(yōu)選了“5+4”大水眼鉆具，形成了小井眼鉆具結(jié)構(gòu)、鉆井參數(shù)，提高了小井眼鉆具復(fù)雜處理能力。

3）常規(guī)MWD以及LWD定向儀器在燈三、燈二段水平段穩(wěn)斜穩(wěn)方位效果差，每個(gè)立柱均需要1/3以上的長度來定向，實(shí)鉆中要強(qiáng)化防托壓、防卡操作，優(yōu)選定向工具，減少起下鉆次數(shù)，降低卡鉆風(fēng)險(xiǎn)。