超深頁(yè)巖氣風(fēng)險(xiǎn)探井江頁(yè)探X 井優(yōu)快鉆井技術(shù)

陳明明 呂紅偉 董洪澤 何建超 王 凡 李 華

（中國(guó)石油渤海鉆探工程公司第一鉆井工程分公司,天津 300280）

江頁(yè)探X 井為部署在渝西區(qū)塊護(hù)國(guó)寺向斜西翼的一口頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)直井，位于重慶市江津區(qū)白沙鎮(zhèn)土地村，鉆探目的是落實(shí)川南地區(qū)五峰-龍馬溪組有利區(qū)向川東地區(qū)展布特征及儲(chǔ)層品質(zhì)，擴(kuò)大渝西地區(qū)深層有利區(qū)范圍，進(jìn)行產(chǎn)能評(píng)價(jià)。江頁(yè)探X 井于2020 年5 月10 日開鉆，2020 年10 月20 日鉆進(jìn)至井深4375.00m 直井段完鉆，完鉆層位寶塔組。為進(jìn)一步評(píng)價(jià)該井含氣量略低、含水飽和度略高條件下水平井產(chǎn)能，剖析低電阻、含氣量偏低的原因，將井型變更為水平井。

1 江頁(yè)探X 井簡(jiǎn)介

1.1 基本情況

江頁(yè)探X 井位于東山構(gòu)造西南傾沒端，地質(zhì)構(gòu)造屬川東南弧形褶皺帶華瑩山帶狀褶皺永川帚狀褶皺束，境內(nèi)云霧山、巴岳山、黃瓜山、陰山、箕山5 條低山山脈呈東北-西南走向，成川字排列。井別為風(fēng)險(xiǎn)探井，井型為水平井，設(shè)計(jì)井深6120m，實(shí)際完鉆井深6410m，造斜點(diǎn)3927m，最大井斜82°，井底位移2033m，水平段長(zhǎng)1620m。

1.2 井身結(jié)構(gòu)（圖1）。

圖1 井身結(jié)構(gòu)圖

2 施工技術(shù)難點(diǎn)

2.1 本井為該區(qū)塊實(shí)施的首口水平段超1590m 的水平井，水平裸眼井段較長(zhǎng)，大段泥頁(yè)巖易膨脹垮塌，水平段井眼側(cè)向應(yīng)力大，井壁失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)較大。

2.2 地層鉆穿多種特殊巖性，井溫高，鉆井液需要滿足不同的要求，處理難度大。

2.3 四開最大井斜87°，攜砂困難，井眼清潔問(wèn)題突出，鉆進(jìn)時(shí)易造成沉砂掉塊卡鉆事故。

2.4 四開鉆穿五峰83m，且水平段較長(zhǎng)需要頻繁調(diào)整井眼軌跡，增加完井作業(yè)施工難度。

2.5 水平段長(zhǎng)，鉆井扭矩較大，預(yù)計(jì)扭矩將達(dá)到50kN.m 以上，潤(rùn)滑比較困難。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 鉆頭選型

通過(guò)調(diào)研鄰近井鉆頭使用情況分析，預(yù)測(cè)本井水平段可鉆遇地層特性，上部地層可鉆性差，尤其須家河地層，通過(guò)6 刀16mm 復(fù)合片的使用及復(fù)合鉆頭使用，配合大鉆頭壓降，高水馬力，提高機(jī)械鉆速，下部進(jìn)入龍馬溪組后，因地層研磨性強(qiáng)，對(duì)鉆頭肩部齒和保徑齒磨損嚴(yán)重，選用短拋物線形6 刀翼一體式鉆頭設(shè)計(jì)，16mm 高抗磨性復(fù)合片，雙排布齒，強(qiáng)化保徑設(shè)計(jì)，使用效果較好，見表1。

表1 鉆頭使用數(shù)據(jù)表

通過(guò)前期的鉆頭優(yōu)化選型，水平段平均機(jī)械鉆速達(dá)到4.8m/h，較鄰井機(jī)械鉆速明顯提高，減少了鉆井周期，特別是第二只TK56 鉆頭，在高鉆壓100KN，高轉(zhuǎn)速90rpm，高泵壓40MPa的鉆井參數(shù)下工作穩(wěn)定，機(jī)械鉆速高，造斜能力強(qiáng)，應(yīng)用效果明顯。遠(yuǎn)超過(guò)本井位造斜段預(yù)測(cè)機(jī)速（4m/h），創(chuàng)造了本區(qū)塊同層位單只鉆頭最高進(jìn)尺和機(jī)械鉆速的指標(biāo)。

3.2 井眼軌跡控制技術(shù)

3.2.1 井眼軌跡類型優(yōu)選

結(jié)合地層特點(diǎn)和鉆探要求，優(yōu)化設(shè)計(jì)井眼軌跡剖面類型為“直-增-穩(wěn)-增-水平”型，A 靶靶前位移302.31m，有利于實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制著陸，改善水平井斜井段的井眼形狀，使井眼軌道更加平滑，降低摩阻和扭矩，另一方面控制點(diǎn)A 、B 的確定，則從鄰井地質(zhì)情況明確了水平段箱體穿行方式和目標(biāo)點(diǎn)，有利于井眼軌跡在箱體內(nèi)有效延伸，見表2。

表2 井眼軌跡數(shù)據(jù)表

3.2.2 摩阻、扭矩預(yù)測(cè)和監(jiān)測(cè)技術(shù)

本井充分利用軟件模擬預(yù)測(cè)扭矩與鉤載變化情況，在施工中根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鉆井過(guò)程中扭矩和起下鉆載荷，判斷井下情況，合理安排循環(huán)排砂、短起下作業(yè)的相關(guān)技術(shù)措施，保障施工安全。預(yù)測(cè)的扭矩和實(shí)測(cè)扭矩對(duì)比見圖2。

圖2 扭矩對(duì)比圖

3.2.3 水平段井眼軌跡控制技術(shù)

3.2.3.1 優(yōu)化鉆具組合

鉆具組合：φ215.9mmPDC 鉆頭+ATC 旋導(dǎo)儀器+φ206mm扶正器+φ127mm 無(wú)磁承壓鉆桿+φ165mm 浮閥+φ127mm 加重鉆桿3 根+φ165mm 隨鉆震擊器+φ127mm 加重鉆桿3 根+φ165mm 清砂接頭1+φ127mm 加重鉆桿9 根+411/NC52 轉(zhuǎn)換接頭+φ127mm 鉆桿4 柱+φ165mm 清砂接頭2+φ127mm鉆桿7 柱+φ165mm 清砂接頭3+φ127mm 鉆桿實(shí)鉆效果：該套鉆具可以滿足“增-穩(wěn)-增-水平”井段施工，實(shí)鉆井眼軌跡平滑，達(dá)到預(yù)期效果。

3.2.3.2 優(yōu)化鉆井參數(shù)

采取軟件技術(shù)模擬，計(jì)算不同排量和機(jī)械鉆速下的井眼清潔情況，確定最優(yōu)排量，實(shí)現(xiàn)鉆井參數(shù)的最大程度優(yōu)化，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，鉆進(jìn)排量達(dá)到32L/s、泵壓最達(dá)到38MPa，頂驅(qū)轉(zhuǎn)速100rpm。

鉆井參數(shù)：鉆壓80-120kN，轉(zhuǎn)速100rpm，泵壓38MPa，排量32L/s，扭矩5-15kN.m。

3.3 地質(zhì)導(dǎo)向

本井采用ATC 地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，這也是該技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)的第一次應(yīng)用，在實(shí)際使用過(guò)程中，地質(zhì)導(dǎo)向人員根據(jù)儲(chǔ)層特征、油藏特性及軌跡前行方向地層、構(gòu)造變化情況，結(jié)合氣測(cè)值、巖性變化及伽馬曲線精準(zhǔn)判斷入窗位置，并且在入窗后能夠?qū)崟r(shí)判斷井下箱體的地層傾角，為實(shí)現(xiàn)油層內(nèi)鉆進(jìn)提供有效的保障。

3.3.1 鉆具組合：215.9mm 鉆頭（TK56）+ 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向（ATC）+127mm 無(wú)磁承壓鉆桿1 根+165mm+止回閥+127mm 斜坡加重鉆桿3 根+旁通閥+127mm 斜坡加重鉆桿1 根+隨鉆震擊器+127mm 斜坡加重鉆桿9 根+127mm 斜坡鉆桿+140mm 斜坡鉆桿。

3.3.2 鉆井參數(shù)：鉆壓：80-150kN，轉(zhuǎn)速：80-120 r/min，排量：不小于30L/s。

3.3.3 執(zhí)行旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向作業(yè)技術(shù)措施及注意事項(xiàng)，同時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行《川渝頁(yè)巖氣卡鉆防治工作手冊(cè)》要求，完成地質(zhì)指令要求。

3.3.4 ATC 對(duì)泥漿要求：PH 值小于12 高于9.5，如果過(guò)大將導(dǎo)致工具部件密封失效。鉆井工具要求泥漿固相含量盡可能低，含砂量應(yīng)小于0.3%。鉆井液材料要求：中等粒度，大小在0.5～3mm 間。

3.3.5 由于本井井溫較高，ATC 施工時(shí)需要配合地面泥漿降溫設(shè)備，同時(shí)需要采取循環(huán)，短起下等降溫措施。

3.3.6 當(dāng)水平段施工中井底溫度過(guò)高（超過(guò)125-130℃）時(shí)，后期井段考慮用高溫旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向儀器施工。

3.4 井壁穩(wěn)定技術(shù)

為解決長(zhǎng)水平段井壁穩(wěn)定等技術(shù)難題，本井選用了油基鉆井液體系，該體系鉆井液具有強(qiáng)封堵、高抑制等特性，配合科學(xué)合理的鉆井液技術(shù)措施，輔助優(yōu)快鉆井技術(shù)，減少裸眼侵泡時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了本井無(wú)漏失、坍塌現(xiàn)象，為優(yōu)質(zhì)快速完井提供的保障。具體措施如下：

3.4.1 密度的選擇貼合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，根據(jù)地層和軌跡變化進(jìn)行合理調(diào)整。

3.4.2 進(jìn)入大斜度井段以后，嚴(yán)格控制中壓失水，且高溫高壓失水控制在9ml 以下，配合物理防塌手段，有效的保證了水平段井壁穩(wěn)定，為該井順利施工奠定了基礎(chǔ)。

3.4.3 嚴(yán)格控制般含和固相含量，維持泥漿性能穩(wěn)定，三開后強(qiáng)化固控設(shè)備的使用，特別是鉆進(jìn)工況下，離心機(jī)全程運(yùn)轉(zhuǎn)，有效降低了有害固相，保證井下安全。

4 結(jié)論及建議

4.1 江頁(yè)探X 井是中石油西南油氣田分公司部署在渝西區(qū)塊施工的首口頁(yè)巖氣重點(diǎn)井，該井應(yīng)用多種水平井配套技術(shù)順利完成，為該區(qū)塊后期的大規(guī)模開發(fā)積累了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)。

4.2 鉆頭的選型立足于PDC 鉆頭為主，通過(guò)調(diào)研鄰井井鉆頭實(shí)際使用情況，從開鉆前與鉆頭廠家共同改進(jìn)了PDC 鉆頭,本井實(shí)際使用效果較好，全井段平均機(jī)械鉆速達(dá)到3.85m/h，尤其是三開井段選用短拋物線形、5 刀翼一體式鉆頭TK56，采用16mm 進(jìn)口復(fù)合，雙排布齒，強(qiáng)化保徑設(shè)計(jì)，實(shí)際使用效果較好。

4.3 進(jìn)口旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向隨鉆測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用從根本上改變了螺桿鉆具的施工模式，全井段轉(zhuǎn)動(dòng)鉆進(jìn)大大提高了機(jī)械鉆速及井眼軌跡平滑度，降低了后期完井階段的施工難度，但由于工具本身的局限性，抗溫級(jí)別不能滿足高溫條件下的施工要求，多次起鉆更換儀器，影響施工的連續(xù)性。

4.4 優(yōu)質(zhì)的鉆井液體系，合理的鉆井液排量，做好鉆井液四級(jí)凈化，是保證井眼清潔的關(guān)鍵。