梁751區(qū)塊優(yōu)快鉆井技術(shù)研究與應(yīng)用

康廠 王偉

摘 要：梁751區(qū)塊目的層為沙四上純下亞段、完鉆層位純下亞段，平均設(shè)計(jì)井深為3 600 m，井眼軌跡采用三段制設(shè)計(jì)，穩(wěn)斜段長達(dá)1 400 m，施工難度較大。同時(shí)，本區(qū)塊地層為高壓低滲，臨井施工過程中發(fā)生鹽水侵、油氣侵等復(fù)雜情況，固井質(zhì)量難以有效保證。針對以上情況，通過優(yōu)化軌跡設(shè)計(jì)，細(xì)化鉆井液施工方案，優(yōu)選鉆具組合及鉆進(jìn)參數(shù)，達(dá)到了提速提效的目的，同時(shí)有效地保證了固井質(zhì)量，為后期壓裂投產(chǎn)施工打下良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：高壓低滲;井眼軌跡;鉆具組合;鉆進(jìn)參數(shù);優(yōu)快鉆井

中圖分類號：TE243文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號：1003-5168（2020）17-0123-04

Research and Application on High Quality and Fast Drilling Techniques of Liang-751 Block

KANG Chang1 WANG Wei2

（1. Shengli Oil Field New Energy Development Center，Dongying Shandong 257000;2 Shengli Oil Field Petroleum Engineering Supervision Center，Dongying Shandong 257055）

Abstract： The target formation in liang-751 block is the upper pure lower sub-member of ES4 and the lower pure sub-member of drilling horizon， the average designed well depth is 3 600 m， the trajectory of the wellbore adopts a three-stage design， the stable inclined section is 1 400 m long， the construction is more difficult. At the same time， the formation of this block is high pressure and low permeability， salt water invasion and oil and gas invasion occur in the process of adjacent well construction， so the cementing quality is difficult to guarantee. In view of the above situation， through optimizing trajectory design， refining drilling fluid construction scheme， optimizing Bha and drilling parameters， the goal of increasing speed and efficiency is achieved and the cementing quality is effectively guaranteed， it lays a good foundation for later stage fracturing operation.

Keywords： high pressure and low permeability;well trajectory;Bha;drilling parameters;fast drilling

梁751區(qū)塊位于濟(jì)陽坳陷東營凹陷利津洼陷西南坡南端梁751塊，本區(qū)塊鉆遇地層自上而下依次為：第四系平原組;上第三系明化鎮(zhèn)組、館陶組;下第三系東營組、沙河街組（沙一段至沙四段），梁751區(qū)塊油藏類型為受構(gòu)造控制的特低滲透巖性油藏，原始地層壓力46.56 MPa。由于本區(qū)塊布井為叢式井組，井深達(dá)到3 600 m，井眼軌跡設(shè)計(jì)穩(wěn)斜段較長，同時(shí)本區(qū)塊鉆進(jìn)過程中發(fā)生過油氣侵和鹽水侵等復(fù)雜情況[1-3]，給鉆井施工帶來很大的挑戰(zhàn)，固井質(zhì)量難以保證。

1 井眼軌跡控制難點(diǎn)分析與優(yōu)化方案

1.1 設(shè)計(jì)概況

梁751區(qū)塊位于濟(jì)陽坳陷東營凹陷利津洼陷西南坡南端梁751塊，本區(qū)塊目的層為沙四上純下亞段、完鉆層位純下亞段，鉆探目的是開發(fā)梁751井區(qū)沙四段特低滲透巖性油藏。自上而下來看，本區(qū)塊鉆遇地層依次為：第四系平原組;上第三系明化鎮(zhèn)組、館陶組;下第三系東營組、沙河街組（沙一段至沙四上）地層。

梁751區(qū)塊采用三段制軌跡設(shè)計(jì)，井深比較大，達(dá)到3 600 m，同時(shí)造斜點(diǎn)較深，穩(wěn)斜段能達(dá)到1 400 m。定向施工中，開始造斜時(shí)不易起井斜，穩(wěn)斜段較長，不易穩(wěn)斜、穩(wěn)方位。同時(shí)，后期不易調(diào)整、控制軌跡，導(dǎo)致定向施工困難，影響鉆進(jìn)時(shí)效[4-8]。

1.2 井眼軌跡控制難點(diǎn)

1.2.1 直井段防碰嚴(yán)峻，控制難度大。梁751區(qū)塊叢式井組井?dāng)?shù)較多，同時(shí)都面臨著直井段防碰的要求，所以就不能僅僅按照防斜打直要求來施工，鄰井直井段軌跡直接影響施工井的軌跡，給直井段施工帶來困難。

1.2.2 井眼軌跡控制難度大。三段制設(shè)計(jì)穩(wěn)斜段較長，五段制設(shè)計(jì)要求降斜至0°，同時(shí)由于鄰井防碰的嚴(yán)峻要求，井眼軌跡要及時(shí)調(diào)整，導(dǎo)致井眼軌跡控制的難度加大。

1.2.3 井眼軌跡設(shè)計(jì)復(fù)雜，容易形成巖屑床。本區(qū)塊井眼軌跡設(shè)計(jì)復(fù)雜，井眼不易清潔、摩阻扭矩相對較大且預(yù)測困難，較大的摩阻扭矩極易導(dǎo)致井下事故，同時(shí)也容易引起測井儀器下入困難。

1.2.4 本區(qū)塊井深超過3 600 m，鉆遇地層較多。該地區(qū)地層夾層多，鉆頭、鉆具易磨損，同時(shí)，在鉆遇致密泥質(zhì)巖時(shí)極易導(dǎo)致鉆頭水眼堵塞，造成鉆頭泥包，極大地影響了正常的鉆進(jìn)施工。

1.2.5 五段制軌跡降斜控制困難。五段制軌跡設(shè)計(jì)降斜點(diǎn)一般為2 900 m，這就大大增加了降斜控制的難度，導(dǎo)致定向施工的困難。

1.2.6 穩(wěn)斜段較長，穩(wěn)斜施工不易控制。三段制設(shè)計(jì)中，如果后期穩(wěn)斜段復(fù)合鉆進(jìn)趨勢變化大，軌跡調(diào)整極其困難，從而影響井眼質(zhì)量及鉆進(jìn)效率。

1.3 優(yōu)化技術(shù)方案

針對以上難點(diǎn)，根據(jù)以往該區(qū)塊鉆探經(jīng)驗(yàn)，本井施工過程采用如下幾項(xiàng)技術(shù)方案。

1.3.1 優(yōu)選鉆頭。針對該區(qū)塊的地層條件，同時(shí)根據(jù)軌跡控制的需要，使用三刀翼PDC鉆頭，在沙三下使用五刀翼PDC鉆頭，以增加耐磨性，延長使用時(shí)間。

1.3.2 優(yōu)選螺桿鉆具。在該井井眼軌跡控制施工過程中，為了有效調(diào)整軌跡參數(shù)，選取了比設(shè)計(jì)造斜率稍大的單彎螺桿鉆具。本區(qū)塊軌跡設(shè)計(jì)最大造斜率為15°/100 m，因此選擇1°30′的螺桿鉆具。這樣可以更加主動(dòng)地應(yīng)對實(shí)際鉆進(jìn)過程中遇到的問題，使實(shí)鉆井眼軌跡按照預(yù)先設(shè)計(jì)的軌跡行進(jìn)。

1.3.3 直井段使用無線測量儀器對井眼軌跡進(jìn)行測量和控制。由于本井造斜點(diǎn)靠下，開始造斜時(shí)不易起井斜的狀況，同時(shí)存在直井段臨井防碰的要求，人們需要在直井段鉆進(jìn)的過程中對直井段軌跡進(jìn)行控制調(diào)整，以利于定向施工。因此，二開后直接投入無線測量儀器，隨時(shí)對直井段進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)根據(jù)井眼軌跡設(shè)計(jì)，對直井段進(jìn)行調(diào)整和控制，也為以后的定向施工打下良好基礎(chǔ)。

1.3.4 優(yōu)化鉆具組合及鉆進(jìn)參數(shù)。依據(jù)本區(qū)塊設(shè)計(jì)特點(diǎn)，為提高穩(wěn)斜段穩(wěn)斜效果，采用單彎雙穩(wěn)鉆具結(jié)構(gòu)，其鉆具組合如下：215.9 mm PDC鉆頭+172 mm有扶單彎動(dòng)力鉆具（1.5°）+431×410回壓凡爾+210 mm擴(kuò)大器+127 mm無磁承壓鉆桿+MWD懸掛+加重鉆桿+鉆桿。這樣有效地保證了穩(wěn)斜段鉆進(jìn)效率和穩(wěn)斜效果，提高了井眼質(zhì)量和鉆進(jìn)時(shí)效。

1.3.5 加強(qiáng)監(jiān)測，合理施工。及時(shí)監(jiān)測鉆井液性能，根據(jù)實(shí)鉆工況及時(shí)調(diào)整維護(hù)，保證鉆井液潤滑性，提高井壁穩(wěn)定性及攜巖效果。施工中及時(shí)進(jìn)行短起下鉆，長短結(jié)合。造斜、扭方位的井段要及時(shí)進(jìn)行短起下鉆，修復(fù)井眼，保持井眼暢通，從而達(dá)到攜巖、凈化井眼的目的。

1.3.6 優(yōu)化防碰技術(shù)措施。本區(qū)塊井網(wǎng)密集，防碰工作相當(dāng)嚴(yán)峻。由于井組內(nèi)井眼間距小、軌跡精度要求高、防碰控制嚴(yán)峻，直井段要實(shí)時(shí)監(jiān)控，隨時(shí)根據(jù)鄰井軌跡進(jìn)行調(diào)整，斜井段要做好繞障與防碰工作。本研究采取了以下防碰措施。

1.3.6.1 直井段。叢式井井距很近，直井段鉆進(jìn)時(shí)加強(qiáng)觀測，密集測斜，根據(jù)鄰井軌跡控制待鉆井軌跡。同時(shí)，根據(jù)當(dāng)前直井段軌跡，及時(shí)預(yù)算待鉆井眼軌跡，及時(shí)調(diào)整直井段軌跡，為后續(xù)施工提供良好的保障。

1.3.6.2 斜井段。對存在防碰問題的井，必須嚴(yán)格控制其井身軌跡，以便給后期待鉆的相鄰井提供足夠的防碰空間（先期施工的井必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求控制）。

2 鉆井液施工難點(diǎn)與控制措施

2.1 鉆井液施工難點(diǎn)

一是井眼縮徑。明化鎮(zhèn)底部與館陶組中上部地層，施工周期長，易吸水膨脹縮徑。二是井壁不穩(wěn)定。沙河街組，泥巖垮塌掉塊嚴(yán)重，藥品選擇和搭配維護(hù)好井壁是難關(guān)。三是易黏卡。井眼軌跡設(shè)計(jì)復(fù)雜，穩(wěn)斜段長，要做好鉆井液潤滑與施工的順利配合。四是鉆井液性能維護(hù)難。本區(qū)塊存在油氣侵、鹽水侵等復(fù)雜情況，且?guī)r屑攜帶困難，易磨細(xì)，造成低黏切維護(hù)難且糊井眼。五是本井軌跡不易控制，滑動(dòng)鉆進(jìn)過程中，如何保證鉆井液潤滑性能，以利于定向施工。

2.2 鉆井液施工措施

對于二開井段410～1 500 m，本階段的主要任務(wù)是嚴(yán)格控制鉆井液固相含量，保持低黏切低固相性能，配合高鉆頭壓降，實(shí)現(xiàn)最大限度的快速鉆進(jìn)及井眼清潔。將一開鉆井液稀釋并減少容量，1 t CaCl2配溶液備用。使用一開鉆井液吊打鉆進(jìn)出表層套管80 m，排量為1.6 m3/min，保護(hù)好套管鞋。隨后將配制的CaCl2溶液配合清水補(bǔ)充至鉆井液中，加速固相聚沉，使鉆井液盡快達(dá)到低黏切低固相性能狀態(tài)。鉆進(jìn)期間，開鉆后按每100 m進(jìn)尺200 kg的加量補(bǔ)充CaCL2，漏斗黏度控制在30～33 s。

鉆進(jìn)期間確保設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，施工連續(xù)，避免定點(diǎn)循環(huán)或中途起鉆，如遇有特殊原因起鉆，應(yīng)使用老漿封下部井段。1 500～2 800 m適度控制濾失量，進(jìn)一步提高鉆井液抑制性能，保持井眼清潔及快速鉆進(jìn)。定向鉆進(jìn)及穩(wěn)斜鉆進(jìn)過程中，根據(jù)摩阻扭矩變化情況，適當(dāng)添加油基潤滑劑-2，降摩減扭，防止黏附卡鉆。鉆進(jìn)過程中按設(shè)計(jì)配方加入各種鉆井液材料，并根據(jù)實(shí)際消耗情況及時(shí)補(bǔ)充，維持處理劑的有效含量。

鉆進(jìn)過程中，視井下具體情況，及時(shí)進(jìn)行短起下鉆作業(yè)，確保所鉆井眼暢通。距離鉆頭800、1 100、1 400 m，接210 mm擴(kuò)大器擴(kuò)明化鎮(zhèn)組至東營組地層。本階段主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)本井復(fù)合鹽鉆井液體系轉(zhuǎn)型，確保井壁穩(wěn)定、防油氣侵、防漏，保護(hù)好油氣層。鉆進(jìn)期間嚴(yán)格控制循環(huán)量，2 080 m后開始轉(zhuǎn)化為復(fù)合鹽封堵防塌體系鉆井液。鉆進(jìn)過程中逐步補(bǔ)充KCl及NaCl，達(dá)到設(shè)計(jì)要求含量。本段地層鉆進(jìn)過程中注意防塌，保持鉆井液的較強(qiáng)抑制性，同時(shí)加入封堵防塌類處理劑對地層進(jìn)行有效封堵，防止塌陷。

鉆進(jìn)過程中，要注意觀察井口返漿情況以及振動(dòng)篩上的巖屑返出量、巖屑形狀的變化，及時(shí)調(diào)整鉆井液密度、黏度等性能指標(biāo)，使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求，提高鉆井液的懸浮、攜帶巖屑能力，防塌防油氣侵，確保正常鉆進(jìn)。要確保鉆井液性能穩(wěn)定，提高鉆井液抗油氣污染能力，如遇到油氣顯示活躍、壓力系數(shù)高、鉆井液流變性能變差等情況，加入降黏劑改善鉆井液流變性能。進(jìn)入目的層井段后，為確保施工安全，每次起鉆前要確定井下油氣層的壓力情況，搞好短起下鉆，測量循環(huán)周，確定油氣的上竄速度在安全范圍內(nèi)，方可起鉆。要注意控制起下鉆速度，避免因壓力過高引起井漏，起鉆按井控標(biāo)準(zhǔn)灌好鉆井液，防止拔活塞造成拔塌井壁或抽吸井噴等復(fù)雜情況發(fā)生。

3 固井施工難點(diǎn)及方案優(yōu)化

3.1 固井施工難點(diǎn)

梁751區(qū)塊井眼軌跡復(fù)雜，井深較大，定向段較長，滑動(dòng)鉆進(jìn)比例較大，井徑不規(guī)則，同時(shí)套管不易居中，影響頂替效率，鉆井液在頂替過程中容易發(fā)生竄槽，無法保證水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量。

鉆進(jìn)過程中發(fā)生油氣侵、鹽水侵等復(fù)雜情況，存在顯示異?；钴S現(xiàn)象，鉆井液含油比例高，與水泥漿相溶性差，且含油層段間隔長，保護(hù)油氣層要求高，使水泥漿失水、自由水、流變性、相溶性、稠化時(shí)間等必須滿足固井現(xiàn)場施工要求，增加了水泥漿體系配方難度。

由于鉆進(jìn)過程中，大量惰性材料附著在井壁上，固井過程中濾餅難以清除，二界面固井質(zhì)量難以保證。梁751區(qū)塊油藏類型為特低滲透巖性油藏。主要目的層油層多且各層間隔大，封固段較長，從而導(dǎo)致不易保證固井質(zhì)量。

該區(qū)塊沙四上純上亞段為主力目的層（井底100～300 m），巖性砂泥互層，存在鹽水侵和油氣侵等復(fù)雜情況;后期穩(wěn)斜段井眼質(zhì)量與鉆進(jìn)速度存在矛盾;五段制井眼且較深（一般完井在3 500 m左右）;后期開采前先壓裂，對固井質(zhì)量要求高。

3.2 固井方案優(yōu)化措施

針對以上難點(diǎn)，本區(qū)塊固井施工采用了如下幾項(xiàng)技術(shù)方案。

3.2.1 兩個(gè)浮箍之間加入1根套管（盡量長套）。過去固井協(xié)調(diào)會(huì)發(fā)現(xiàn)，有的井直接采用兩個(gè)浮箍串聯(lián)的情況或者僅加入一根短套管在浮箍之間;大多數(shù)生產(chǎn)井的主要產(chǎn)層皆在井底幾十米處，固井膠塞下行過程中刮下的混漿（泥漿和水泥漿）容易進(jìn)入主要產(chǎn)層，造成固井質(zhì)量不好。井深接鉆進(jìn)過程中，人們要視井下具體情況，及時(shí)進(jìn)行短起下鉆作業(yè)，確保所鉆井眼暢通。

3.2.2 做好同甲方和施工方溝通。去現(xiàn)場共同了解情況，同時(shí)提出技術(shù)方案并針對特點(diǎn)進(jìn)行小范圍試驗(yàn)整改。監(jiān)督和建議甲方在固井公司開完井會(huì)，結(jié)合固井公司意見，單獨(dú)為區(qū)塊進(jìn)行水泥混灰，經(jīng)過兩次調(diào)整水泥漿體系配方，水泥量建議返到井口再減少一車，目前效果良好。

3.2.3 集合專業(yè)技術(shù)優(yōu)勢。監(jiān)督小組由定向、固井、鉆井三個(gè)專業(yè)技術(shù)人員組成，針對區(qū)塊五段制井眼及鉆井、固井現(xiàn)場，加大監(jiān)督力度，在三者必到的前提下，每口井定向增斜及降斜鉆進(jìn)時(shí)，到現(xiàn)場進(jìn)行井身軌跡檢查監(jiān)督，重點(diǎn)環(huán)節(jié)，從通井就開始駐人直至固井作業(yè)完成，提高了區(qū)塊工程質(zhì)量。

3.2.4 嚴(yán)格控制尾漿數(shù)量、稠化時(shí)間、入井密度。主要是尾漿，通過控制返高達(dá)到壓穩(wěn)的目的?？上薅ㄖ饕夤潭斡肎韌，密度為1.98～2.00 g/cm3;油頂以上100～200 m用G降，密度為1.80～1.90 g/cm3;至井口用G油粉，密度為1.65～1.50 g/cm3?，F(xiàn)場施工水泥漿密度上下浮動(dòng)不超過0.03 g/cm3，保證均勻穩(wěn)定。根據(jù)實(shí)際施工時(shí)間，尾漿稠化時(shí)間附加15～30 min，即候凝60～70 min達(dá)到稠化，G降水泥的靜膠凝強(qiáng)度（48～240 Pa）過渡時(shí)間要大于120 min。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量提高水泥漿觸變能力。

3.2.5 靈活確定水泥返高?，F(xiàn)場鉆進(jìn)過程中，有的井存在漏失情況。通過與東勝公司及固井公司協(xié)調(diào)會(huì)議定，固井實(shí)際水泥返高低于設(shè)計(jì)，確保固井過程中不發(fā)生漏失，影響固井質(zhì)量。

3.2.6 根據(jù)該地區(qū)實(shí)際情況，監(jiān)督提出設(shè)計(jì)中的管外封隔器可以不使用，通過體系壓穩(wěn)及現(xiàn)場措施的嚴(yán)格監(jiān)督執(zhí)行來提高固井質(zhì)量，樊107斷塊每口井工具費(fèi)用節(jié)約10多萬元，累計(jì)節(jié)約費(fèi)用140余萬元。

4 現(xiàn)場應(yīng)用情況

優(yōu)化技術(shù)方案后，鉆完井周期縮短，如圖1所示。梁751區(qū)塊應(yīng)用復(fù)合鹽鉆井液體系，取得良好的效果，有效保證了井眼質(zhì)量，同時(shí)為后期完井作業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。針對梁751區(qū)塊油氣侵的狀況，鉆進(jìn)油氣層前200 m，提前逐步提高鉆井液密度至1.35 g/cm3，從而有效預(yù)防油氣侵，達(dá)到提高鉆進(jìn)效率的目的。采取以上固井優(yōu)化措施后，本區(qū)塊固井優(yōu)質(zhì)率提高至75%。

5 結(jié)語

梁751區(qū)塊井眼軌跡控制難度大，為確保工具造斜能力和定向一次成功，宜采用大角度單彎螺桿鉆具造斜。施工時(shí)，嚴(yán)格控制造斜率，保證電測的順利進(jìn)行以及大尺寸套管順利下入。為避免在大井斜條件下鉆進(jìn)，出現(xiàn)鉆柱吸附卡鉆，宜采用加重鉆桿替代鉆鋌，可滿足鉆機(jī)負(fù)荷提升;用斜坡鉆桿可減少鉆具摩阻;增加鉆井液排量及鉆井液環(huán)空返速，輔之倒劃眼和短起下鉆，可有效清潔井眼。同時(shí)，根據(jù)井下情況，及時(shí)搞好短起下鉆。

通過優(yōu)化井眼軌跡、高精度軌跡控制技術(shù)措施，該井的鉆進(jìn)效率有效地提高，為以后該區(qū)塊的施工提供經(jīng)驗(yàn)積累。優(yōu)質(zhì)的鉆井液性能，可以保證本井鉆進(jìn)的順利進(jìn)行，有效地防塌、防粘、防漏等，同時(shí)對后期完井作業(yè)施工打下良好的基礎(chǔ)。本區(qū)塊后期采用壓裂投產(chǎn)，對固井質(zhì)量要求很高，通過提高固井質(zhì)量，有效保證了后期順利投產(chǎn)。

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