瀘州油區(qū)深層頁巖氣鉆井提速工具技術(shù)

華威武 蘇長(zhǎng)路 蘇喜龍 劉樹偉 李光輝 李偉

摘要：瀘2XXH1平臺(tái)為瀘州油區(qū)深層頁巖氣代表性平臺(tái)，共部署四口水平井，設(shè)計(jì)井深5700-6100m。為了解決瀘州地區(qū)頁巖氣機(jī)械鉆速低、地層溫度高等難題，在分析鉆井技術(shù)難點(diǎn)，優(yōu)化鉆井參數(shù)的基礎(chǔ)上，該平臺(tái)率先使用水力減震加壓器、鉆井液地面降溫裝置、旋轉(zhuǎn)下套管裝置等新工具，并取得較好的效果。鉆井提速工具的率先使用為瀘州油區(qū)深層頁巖氣鉆井安全高效施工、鉆井提速提效具有很好的意義。

關(guān)鍵詞：瀘州油區(qū);深層頁巖氣;水力減震加壓器;地面降溫裝置;旋轉(zhuǎn)下套管

川南深層頁巖氣通過技術(shù)攻關(guān)，瀘2XX井放噴測(cè)試關(guān)井最高井口壓力57MPa，頁巖氣日產(chǎn)量達(dá)134萬方，成為國(guó)內(nèi)首口單井測(cè)試日產(chǎn)量超百萬立方米的頁巖氣井，顯示出瀘州油區(qū)深層頁巖氣巨大的開發(fā)潛力，隨即迎來開發(fā)熱潮。深層頁巖氣不同于常規(guī)頁巖氣，其目的層埋藏深、地層溫度和地層壓力高、巖石可鉆性差、優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層薄，使得鉆井機(jī)械鉆速低，周期長(zhǎng)，成本高，制約了其經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)。針對(duì)瀘州油區(qū)深層頁巖氣的特點(diǎn)，為更好的實(shí)現(xiàn)鉆井提速，在鉆井過程中一系列的新工具新工藝投入到生產(chǎn)中來，本文將以瀘2XXH1平臺(tái)為例，著重分析鉆井提速工具在瀘州油區(qū)的使用效果并提出了一些建議。

1 瀘2XXH1平臺(tái)情況

瀘2XXH1平臺(tái)為瀘2XX區(qū)塊深層頁巖氣平臺(tái)，以一字排開、部署四口水平井：瀘2XXH1-1、瀘2XXH1-2、瀘2XXH1-3、瀘2XXH1-4。該平臺(tái)在施工過程中，使用了水力減震加壓器、鉆井液地面降溫裝置、旋轉(zhuǎn)下套管裝置等一系列提速工藝，大大縮減了鉆井周期，取得了較好的提速效果。其中瀘2XXH1-3井導(dǎo)眼井鉆完井周期75天，創(chuàng)瀘2XX區(qū)塊指標(biāo);瀘2XXH1-2井二開鉆井周期4.13天，機(jī)械鉆速達(dá)12.71m/h，在瀘2XX區(qū)塊同開次排名第一。

2 瀘2XXH1平臺(tái)提速工具使用分析

2.1水力減震加壓器

水力震加加壓器時(shí)一種應(yīng)用于鉆井、修井等作業(yè)中的井下工具。它是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，利用循環(huán)時(shí)的泵壓為動(dòng)力把液體壓能轉(zhuǎn)化為鉆壓的一項(xiàng)新型鉆井工具，改變了常規(guī)鉆井是靠下部鉆鋌的重量施加鉆壓的方式，使鉆頭或下部部分鉆具與鉆柱中的其他部分柔性連接，將鉆鋌給予鉆頭或其它工具的剛性加壓變?yōu)橐毫θ嵝约訅海朔藙傂约訅旱姆N種弊端，從而達(dá)到高速度、高質(zhì)量鉆井的目的。

2.1.1工作原理

工作時(shí)，開泵循環(huán)泥漿，工具內(nèi)形成壓降，該壓降作用在活塞端面上，形成推力，推動(dòng)活塞下行，直到行程結(jié)束為止，該推力就是鉆頭需要的鉆壓。當(dāng)鉆完一個(gè)行程后，指重表懸重增加，泵壓顯示下降，下放鉆柱送鉆，開始第二個(gè)行程。

2.1.2使用效果分析

該平臺(tái)四口井二開井段鉆進(jìn)過程中均使用了水力減震加壓器，其中瀘2XXH1-3井為平臺(tái)施工的第一口井，使用的是二級(jí)水力減震加壓器，減震效果較差，鉆進(jìn)過程中鉆具振動(dòng)大，加壓困難，頂驅(qū)轉(zhuǎn)速開不起來，嚴(yán)重影響機(jī)械鉆速，機(jī)械鉆速僅為6.90m/h;因減震效果較差，頂驅(qū)導(dǎo)軌反扭矩梁固定螺桿多次被震斷，造成時(shí)效耽誤。瀘2XXH1-1井二開鉆進(jìn)時(shí)換用三級(jí)水力減震加壓器，減震效果明顯提升。在施工第二口井瀘2XXH1-4井時(shí)，繼續(xù)使用三級(jí)水力減震加壓器，通過總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化鉆具組合及鉆井參數(shù)，二開機(jī)械鉆速提升到了11.30m/h，機(jī)械鉆速相對(duì)瀘2XXH1-1井明顯提升，使用效果較好。瀘2XXH1-2井為平臺(tái)二開施工的最后一口井，充分總結(jié)平臺(tái)前3口井的施工經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)性的制定施工方案及鉆井參數(shù)，二開機(jī)械鉆速達(dá)到了12.71m/h，二開鉆井周期4.13天，在當(dāng)時(shí)瀘2XX區(qū)塊同開次排名第一。

2.2鉆井液地面降溫裝置

瀘州油區(qū)相較其它頁巖氣區(qū)塊埋藏更深，目的層均在3500m以深，而且地溫梯度更高，在龍馬溪組目的層，井溫>130℃，鉆進(jìn)時(shí)地面鉆井液溫度達(dá)75-85℃，常規(guī)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具（RSS）無法承受，抗高溫的RSS費(fèi)用高昂，且供不應(yīng)求，難以滿足該區(qū)塊大規(guī)模開發(fā)的需求;此時(shí)，鉆井液地面降溫裝置發(fā)揮了作用。

2.2.1地面降溫裝置使用

瀘2XXH1-2井四開第一趟鉆采用直螺桿加RSS鉆具組合鉆進(jìn)，進(jìn)入水平段前井底溫度在110-115℃，RSS工作正常，進(jìn)入水平段后井溫迅速上漲至120℃，RSS開始出現(xiàn)信號(hào)不穩(wěn)現(xiàn)象，立即開啟地面降溫裝置，處理前鉆井液溫度76℃，處理后的鉆井液溫度降至34℃，經(jīng)循環(huán)罐充分混合攪拌后循環(huán)罐內(nèi)鉆井液綜合溫度降至43℃;一個(gè)遲到時(shí)間過后，井底溫度降至116℃，RSS儀器恢復(fù)正常工作狀態(tài)，信號(hào)不穩(wěn)現(xiàn)象解除。后續(xù)水平段鉆進(jìn)過程中全程開啟降溫裝置，井底溫度始終保持在122℃已下，未出現(xiàn)過因井下高溫導(dǎo)致RSS無信號(hào)而起鉆的情況，較好的解決了常規(guī)RSS在瀘州油區(qū)無法正常使用的問題。瀘2XXH1-2井是瀘州油區(qū)第一口未使用抗高溫RSS完成水平段作業(yè)的井，為該區(qū)塊其它井的施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

2.3旋轉(zhuǎn)下套管裝置

瀘2XXH1平臺(tái)龍馬溪組目的層較薄，為瀘州油區(qū)福集向斜的邊緣構(gòu)造，目的層厚度不足5m，地層傾角變化大，存在較長(zhǎng)的螞蟻體破碎帶，斷層較發(fā)育。為保證優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層鉆遇率，水平段鉆進(jìn)時(shí)頻繁調(diào)整井眼軌跡，導(dǎo)致平臺(tái)四口井的井眼軌跡及其復(fù)雜。其中瀘2XXH1-3井，完鉆井深5335m，水平段長(zhǎng)1650m，造斜段最大狗腿達(dá)到了9.98°/30m，水平段最大狗腿超6°/30m，鉆進(jìn)鉆時(shí)正常懸重110t，起鉆時(shí)懸重上提至180t仍難以將鉆具正常起出，不得不采取倒劃眼起鉆的方式起鉆，常規(guī)下套管方式風(fēng)險(xiǎn)極高，平臺(tái)四口井均采用旋轉(zhuǎn)下套管。

2.3.1使用效果分析

瀘2XXH1平臺(tái)四開套管為BG140V×139.7mm×12.7mm，扣型為BGT2氣密封扣，最佳上扣扭矩26.99KN.m，整個(gè)旋轉(zhuǎn)下套管過程中扭矩均未超過最佳上扣扭矩，未對(duì)絲扣造成損傷。中途循環(huán)頂通時(shí)可使套管保持轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，有效的避免了套管粘卡風(fēng)險(xiǎn)。其中瀘2XXH1-4井水平段長(zhǎng)2550m，使用旋轉(zhuǎn)下套管裝置將套管一次性下到位，為后期完井安全奠定了基礎(chǔ)。

3結(jié)論

（1）瀘州油區(qū)上部地層研磨性強(qiáng)、可鉆性差，鉆進(jìn)過程中時(shí)常伴有蹩跳鉆現(xiàn)象，鉆具振動(dòng)大、加壓困難等嚴(yán)重制約機(jī)械鉆速，水力減震加壓器能較好地緩解鉆具振動(dòng)大的問題，有效的提高機(jī)械鉆速。

（2）瀘州油區(qū)龍馬溪組地層溫度高，常規(guī)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具難以滿足作業(yè)需求，配合使用鉆井液地面降溫裝置能有效降低地面鉆井液溫度，使得常規(guī)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具在該區(qū)塊能夠得以正常使用，填補(bǔ)高溫旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具缺口。

（3）瀘州油區(qū)常規(guī)的下套管工藝難以滿足施工要求，旋轉(zhuǎn)下套管裝置能較好地彌補(bǔ)常規(guī)下套管工藝的不足，且旋轉(zhuǎn)下套管工藝在該區(qū)塊的運(yùn)用已相對(duì)成熟，能夠?qū)崿F(xiàn)安全、高效下套管作業(yè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]龔德章.頁巖氣“井工廠”開發(fā)模式及水平井眼軌跡控制技術(shù)[J].工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，2021，08（03）：104-110.

[2] 周濤，向東，陳耀輝，等.局部降溫工程中冷凝熱排放方案探討及工程實(shí)踐[J].中國(guó)煤炭，2012，38（12）：90-94.

[3]王建龍，馮冠雄，吳嘉澍，等.長(zhǎng)寧頁巖氣鉆井提速提效難點(diǎn)與對(duì)策分析[J].西部探礦工程，2020，32（10）：70-72.

[4]楊燦，王鵬，饒開波，等.大港油田頁巖油水平井鉆井關(guān)鍵技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù)，2020，48（02）：34-41.

[5]陳宏宇. 水力加壓器結(jié)構(gòu)性能仿真分析與優(yōu)化[D].西南石油大學(xué)，2019.

作者簡(jiǎn)介：

華威武，男，出生于1995年，畢業(yè)于東北石油大學(xué)海洋油氣工程專業(yè)，工程師職稱，從事頁巖氣鉆井開發(fā)工作。

基金項(xiàng)目：

中國(guó)石油渤海鉆探工程有限公司重大工藝研究項(xiàng)目《2021ZD18Y-01瀘州、渝西深層頁巖氣水平井安全優(yōu)快鉆完井及配套技術(shù)研究》及《2021ZD14Y-02川渝深層頁巖氣長(zhǎng)井段一趟鉆與福山一趟鉆提速提效技術(shù)研究》聯(lián)合支助。