川南地區(qū)頁巖氣水平井定向技術(shù)

曹文 梁定火 周小波

（中石化江漢石油工程有限公司鉆井一公司 潛江 433121）

1 引言

近幾年頁巖氣產(chǎn)量迅猛增長，已成為我國能源戰(zhàn)略部署的重要組成部分，為提高頁巖氣產(chǎn)量、降低開發(fā)成本，頁巖氣采用井工廠叢式水平井的開發(fā)模式。從2013年涪陵地區(qū)頁巖氣會戰(zhàn)開始，至2018年已累計完鉆400多口水平井，三維水平井鉆井技術(shù)趨于成熟，但與涪陵地區(qū)相比，川南瀘州區(qū)塊水平在定向鉆井過程中出現(xiàn)了新的技術(shù)特點。

2 川南頁巖氣水平井定向技術(shù)難點

2.1 剖面設(shè)計的特殊性

川南區(qū)塊一般平臺布井4-8 口，井網(wǎng)密集，相鄰兩口井間隔僅隔5m，水平井設(shè)計靶前距小，垂深較深，且采用雙排井設(shè)計，剖面設(shè)計須考慮定向段與鄰井的防碰，圓弧剖面適應(yīng)性不足，根據(jù)井型特點，大部分水平井采用對靶前距要求較低的雙二維剖面設(shè)計，并且業(yè)主方要求必須嚴(yán)格執(zhí)行鉆井設(shè)計剖面，軌道設(shè)計的約束，也增加了鉆井的難度。而涪陵地區(qū)大部分井相鄰兩口井間隔10m，防碰壓力相對變低，并且都是采用三維剖面設(shè)計。

2.2 地層復(fù)雜限制了定向井段的選擇

從川南地區(qū)地質(zhì)特點可以看出，二開涼高山組可鉆性差，三開須家河組、龍?zhí)督M可鉆性也差，飛仙關(guān)組上部地層易泥包鉆頭，棲霞組至韓家店組易井漏，均不適合定向，三開井段僅嘉陵江組適合定向施工，若在其他地層設(shè)計定向工作量，將極大降低鉆井效率，且瀘20X 井區(qū)在三開后期因井控要求采用不帶螺桿的常規(guī)鉆具鉆進。因此剖面設(shè)計必須考慮諸多因素，在三開井段僅在嘉陵江地層設(shè)計定向工作量。若采用圓弧剖面，在復(fù)雜地層中定向不可避免。

2.3 高密度鉆井液造成定向困難

從涪陵地區(qū)焦石區(qū)塊到平橋區(qū)塊，再到川南地區(qū)瀘州區(qū)塊，區(qū)塊地質(zhì)特點不一，尤其是地層壓力系數(shù)逐步升高，從三個區(qū)塊的鉆井實踐來看，井下摩阻隨著鉆井液密度的升高大幅提升。瀘州區(qū)塊鉆井液密度高達(dá)2.20～2.30g/cm3，高密度的鉆井液使得鉆具與井壁密切接觸，側(cè)向力增加，摩阻大幅增加，以往實踐來看，滑動鉆進極為困難，不利于提高鉆井時效。

2.4 旋導(dǎo)儀器故障率高，嚴(yán)重影響了鉆井周期

目前旋導(dǎo)儀器在瀘州區(qū)塊施工中，主要存在以下幾點問題：

（1）水平段井溫高（135°以上更加明顯），儀器故障率高。

（2）鉆進過程，因井下震動大，出現(xiàn)儀器解碼差的現(xiàn)象，調(diào)試儀器花費時間長，強化鉆進參數(shù)受限，造成機械鉆速降低，時效下降。

儀器故障率較高主要原因之一是井底溫度高。井底循環(huán)溫度低于130℃，共21趟鉆。其中儀器故障6趟次，儀器故障率為28.6%。當(dāng)井底循環(huán)溫度高于130℃時，共5趟次。其中儀器故障4趟次，儀器故障率為80%。

儀器故障率較高主要原因之二是井底儀器震動過高。長時間高震動會降低其儀器使用壽命。瀘20X 井區(qū)，進入水平段后，儀器震動普遍偏高。震動級別高共有18趟次，其中6趟次因儀器故障起鉆。

3 川南頁巖氣水平井定向技術(shù)

根據(jù)前期在川南區(qū)塊施工經(jīng)驗，結(jié)合涪陵工區(qū)好的成熟的定向技術(shù)，將定向技術(shù)進一步進行優(yōu)化。

3.1 定向剖面設(shè)計優(yōu)化

執(zhí)行設(shè)計，將雙二維井剖面設(shè)計優(yōu)化為二維+小三維剖面設(shè)計，直井段主動防碰，提前增斜至2～3°，滿足與同排井的防碰要求；減少大井眼定向工作量；優(yōu)化定向點，避開高鉆時地層和不穩(wěn)定地層，提高大井眼井段和三開機械鉆速。

（1）陽10XHX-8 井偏移距453m，靶前距264m，水平段長2008m，該井偏移距大，穩(wěn)斜段長。

（2）陽10XHX-3井偏移距98.48m，靶前距312m，該井原設(shè)計在須家河組定向，為了提高鉆井速度，避開須家河這樣的高鉆時地層，優(yōu)化剖面設(shè)計，將定向點下移至嘉陵江組井段，減少大井眼的定向工作量，采用直-增-穩(wěn)-增（扭）-增-平的斜面圓弧剖面設(shè)計。

3.2 各開次井眼軌跡控制技術(shù)

平臺普遍采用雙排4～8 口井部署，井口間距為5m×30m，直井段防碰壓力大，常規(guī)鉆具很難滿足防斜要求，必須下入隨鉆測量儀器實時監(jiān)控，井眼軌跡處于絕對掌控之中。

（1）二開Φ406.4/444.5mm井眼，該井段控制工作重點是防碰。鉆井過程中加強井眼軌跡監(jiān)測，測斜間距不大于30m，每次井斜測量后都必須與鄰井進行防碰計算。與鄰井的中心距為5m～20m 或分離系數(shù)為2.5～3 時，防碰掃描間距應(yīng)小于10m；與鄰井的中心距為4m～5m或分離系數(shù)2～2.5時，防碰掃描間距應(yīng)小于5m。兩井中心距小于4m 或防碰分離系數(shù)小于2.0 時進行防碰繞障作業(yè)。加強巖屑錄井工作，落實專人專崗負(fù)責(zé)連續(xù)監(jiān)測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)井間距變小、鉆時變慢、扭矩增加、憋跳鉆、水泥及鐵屑返出、鄰井井口壓力變化等異常變化時應(yīng)立即停鉆，及時匯報，查明情況，弄清楚原因再采取下步措施。

（2）三開Φ311.2mm井眼，針對雙二維剖面設(shè)計，Φ311.2mm 井眼軌跡控制分為預(yù)增斜井段、穩(wěn)斜井段、降斜井段。該井段控制工作難點是防碰、二維設(shè)計中第一個平面的穩(wěn)斜段和降斜段的軌跡控制。結(jié)合剖面設(shè)計，針對三趟鉆完鉆目的（第一趟鉆鉆至須家河底部，防斜打直；第二趟鉆鉆至茅口組中部，造斜及穩(wěn)斜鉆進；第三趟鉆鉆至棲霞組頂部，穩(wěn)斜或降斜鉆進），剖面設(shè)計與鉆頭程序契合，分段設(shè)計，提高機械鉆速。預(yù)增斜井段與純穩(wěn)斜井段可采用1°單彎螺桿+Φ300-305mm 扶正器組合，在預(yù)增斜井段，井斜、方位要留一定的欠余量，觀察復(fù)合鉆趨勢再做調(diào)整。降斜段軌跡控制困難在于川南地區(qū)埋藏深，偏移距較大，前期勢必要以較大的井斜吃位移，決定了降斜段定向工作量較大，降斜段為了減少定向工作量，須使用大尺寸扶正器，利用復(fù)合鉆自然降斜，若復(fù)合鉆降斜趨勢不能滿足要求，必然通過定向降斜，而大尺寸扶正器存在扭矩大、易卡鉆的缺點，導(dǎo)致定向困難。另外，由于井漏導(dǎo)致井控的問題，在鉆進茅口組前必須更換為常規(guī)鉆具組合，不能使用螺桿鉆具。所以，降斜井段使用常規(guī)鉆具組合。

（3）四開Φ215.9mm井眼，鉆井液密度1.72～2.3g/cm3，高密度造成常規(guī)滑動鉆進極其困難。水平段主探五峰組1小層，厚度薄，優(yōu)質(zhì)儲層軌跡追蹤困難，軌跡頻繁調(diào)整且調(diào)整幅度大，鉆進摩阻40-60T,一旦鉆遇泥巖易發(fā)生井壁坍塌，造成卡鉆風(fēng)險；井底循環(huán)溫度接近150℃，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具儀器失效問題突出。當(dāng)采用斜面圓弧設(shè)計時，需完成增斜同時扭方位工作量；當(dāng)采用雙二維設(shè)計時，需完成從直井段造斜入靶的定向工作量。由于高溫高壓高摩阻，無論近鉆頭或旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向，必須使用抗高溫的儀器，并配合降溫裝置，鉆具組合中加入水力振蕩器、清砂接頭等降摩減阻工具，配備頂驅(qū)扭擺系統(tǒng)，才能確保定向工作的順利進行。

4 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的選擇

目前川南地區(qū)，旋導(dǎo)工具及鉆頭均由業(yè)主方統(tǒng)一協(xié)調(diào)、組織，因此在選型上選擇性較少，主要為斯倫貝謝、哈里伯頓工具。

（1）選用指向式的抗150℃高溫的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，或優(yōu)選低故障率的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，或選擇抗170℃高溫的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具。

（2）使用好地面降溫系統(tǒng)，下鉆過程中分段循環(huán)降溫，鉆進工程中將井底鉆進溫度控制在130℃以內(nèi)，最好不超過135℃，保障儀器使用壽命，達(dá)到水平段全程使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具。

5 結(jié)論與建議

（1）在滿足井身質(zhì)量的前提下避開難鉆地層且摩阻扭矩最小、鉆井周期最短的剖面設(shè)計是鉆井關(guān)鍵。

（2）使用抗高溫抗高震動旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，配合降溫裝置是縮短鉆井周期的有效手段。

（3）建立地質(zhì)、鉆井工程、旋導(dǎo)方的一體化工作聯(lián)動機制，是提速提效和井下安全的有效保障。