工程地質(zhì)一體化在寧XX-3井的應(yīng)用

王 能，鄒亞平，田秀明

（大慶鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江 大慶 163413）

1 施工基本情況

寧XX-3 井為三開水平開發(fā)井，位于XX 區(qū)塊，是寧XX平臺的第三口井。設(shè)計井深4791m，實際完鉆井深4950m，水平段長1400m，完鉆層位志留系龍馬溪組，鉆井周期：49.1d，三開鉆井周期23d。

2 提速效果

（1）三開鉆井周期23d，較同平臺鄰井寧XX-1 井三開鉆井周期40.2d節(jié)省了11d，縮短了27.2%；較2020年上半年XX 區(qū)塊三開平均鉆井周期58.2d，縮短了49.8%。

（2）三開平均機(jī)械鉆速9.5m/h，較同平臺鄰井寧XX-1井提速13.1%；較2020 年上半年XX 區(qū)塊三開平均機(jī)械鉆速6.3m/h，提速50.8%。

（3）優(yōu)質(zhì)儲層鉆遇率100%。

3 技術(shù)措施

3.1 提前制定地質(zhì)導(dǎo)向方案和預(yù)測A點

制定寧XX-3 井地質(zhì)工程一體化技術(shù)方案，進(jìn)行多方交流和討論，并且在制定工程方案的基礎(chǔ)上，以安全平穩(wěn)為前提條件下，制定寧XX-3 井地質(zhì)工程一體化施工方案。同時基于地震構(gòu)造模型，融合測井?dāng)?shù)據(jù)及錄井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行迭代刻畫，實現(xiàn)區(qū)域地震地質(zhì)模型精細(xì)化，對A 靶點進(jìn)行重新預(yù)測，預(yù)測A 靶點垂深3151m，較設(shè)計A 靶點垂深3113m 加深38m，與實鉆A靶點垂深3154m 誤差僅為3m。同時在精細(xì)化地質(zhì)模型基礎(chǔ)上，編制地質(zhì)導(dǎo)向方案，進(jìn)行地質(zhì)和工程的專業(yè)化討論，修正地質(zhì)工程一體化方案和形成地質(zhì)工程一體化施工意見。

3.2 軌跡優(yōu)化

通過地震數(shù)據(jù)解釋和地質(zhì)建模,A 靶點預(yù)測為3226m。以預(yù)測的A點垂深，結(jié)合上部井段實鉆軌跡，重新設(shè)計四開待鉆軌跡。韓家店—石牛欄井段，總結(jié)平臺前兩口井該地層的自然規(guī)律，自然降斜，減少滑動定向鉆進(jìn)進(jìn)尺；造斜段保證井眼軌跡平滑，小狗腿入窗；水平段提前預(yù)判地層走向，低狗腿調(diào)整，減小摩阻、扭矩和儀器震動，保障后期安全，快速地鉆進(jìn)。

3.3 優(yōu)選鉆頭。

依托KeepDrilling大數(shù)據(jù)，從純鉆時間、機(jī)械轉(zhuǎn)速、趟鉆進(jìn)尺等方面，分析比較各廠家鉆頭在長寧區(qū)塊的應(yīng)用情況及寧XX-2 鉆頭使用情況，參照表1，優(yōu)選了NOV 的TK56-Z1 型號鉆頭，該鉆頭型號為目前最新設(shè)計，短柄徑、5 刀翼、單排齒、16mm 切削齒，剛體鉆頭，具有很強(qiáng)的攻擊性和穩(wěn)定性，同時具有抗振動強(qiáng)的特性。

表1 XX區(qū)塊三開215.9mm鉆頭使用情況

3.4 優(yōu)選鉆井液參數(shù)

通過WELLPLAN軟件模擬，推薦鉆井液（密度上限2.09g/cm3情況下）塑性粘度上限為53mPa·s,動切力上限為10.5Pa。

3.5 采用震蕩螺桿

推薦并采用震蕩螺桿，解決韓家店、石牛欄底部，地層硬度高、可鉆性差、滑動鉆進(jìn)托壓嚴(yán)重、造斜困難、機(jī)械鉆速低等問題（寧XX-3 的機(jī)械鉆速鉆速達(dá)到6.51m/h，較寧XX-2機(jī)械鉆速3.97m/h提高了64%）。

3.6 更換振動篩篩目

振動篩200目篩布全部更換為260目。

4 工程地質(zhì)一體化施工

（1）工程地質(zhì)多方協(xié)作。

①根據(jù)寧XX-2 井施工效果，龍一12 中部儀器振動超標(biāo)嚴(yán)重，寧XX-3放寬旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向ATC 振動控制級別，由控制在6級以內(nèi)放寬8.5級以內(nèi)；震動持續(xù)超標(biāo)時間不超過30min，既保證機(jī)械鉆速，又減小振動對儀器的傷害。將該地層機(jī)械鉆速由5～7m/h 提升到9～10m/h。

②地質(zhì)導(dǎo)向?qū)⒕睆?4.5°降至83.5°穿層，并結(jié)合“多頻次、小傾角”調(diào)整措施，保證軌跡平滑，確保施工安全。

（2）造斜段精細(xì)控制，確保準(zhǔn)確入靶。本井實際靶點與設(shè)計靶點垂深相差41m，誤差大。通過鉆前地質(zhì)模擬，預(yù)測靶點位置與實際僅差3m，在實鉆中，通過在造斜段確立了5個控制點，不斷修正地質(zhì)模型，保證了精確中靶。通過對比，5個控制點設(shè)計深度與實際鉆遇深度，以及設(shè)計鉆遇軌跡和實際鉆遇軌跡高度吻合，軌跡誤差在1.6°以內(nèi)。

（3）水平段基于地震橫向預(yù)判技術(shù)，將水平段劃分為“三低兩高”五個區(qū)域，綜合利用伽馬成像和元素錄井進(jìn)行精細(xì)軌跡控制，在整體水平段傾角變化范圍自下傾6.0°至上傾0.5°的大幅度變化范圍情況下，通過提前預(yù)判，提前調(diào)整，實現(xiàn)水平段軌跡優(yōu)化控制和優(yōu)質(zhì)儲層鉆遇率100%的“雙優(yōu)”指標(biāo)，最大狗腿2.1°/30m，超2°/30m只有1個點，有效實現(xiàn)了水平段軌跡平滑效果。

（4）針對寧XX-3井造斜段扭矩波動大的現(xiàn)象，使用WELLPLAN 工程軟件進(jìn)行分析、模擬并結(jié)合實際優(yōu)選最佳的轉(zhuǎn)速和鉆壓，保證機(jī)械鉆速和井下安全，同時模擬井下摩阻和巖屑床位置、厚度，科學(xué)指導(dǎo)短起下和起鉆作業(yè)。

（5）遠(yuǎn)程進(jìn)行技術(shù)支持，通過Keepdrilling系統(tǒng)實時監(jiān)控錄井?dāng)?shù)據(jù)和鉆井參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)井上異常情況，同時通過遠(yuǎn)程實時伽馬數(shù)據(jù)傳輸，根據(jù)地質(zhì)模型和地震數(shù)據(jù)對鉆遇情況進(jìn)行提前預(yù)判，針對風(fēng)險級別及時下發(fā)施工風(fēng)險提示單。

（6）ATC 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向精細(xì)化操作。通過多方協(xié)調(diào)精選技術(shù)骨干、精細(xì)施工方案、精準(zhǔn)控制軌跡，技術(shù)專家駐井指導(dǎo)技術(shù)難點，積極組織協(xié)調(diào)工程地質(zhì)一體化團(tuán)結(jié)協(xié)作，討論制定了各項保障措施：

①利用導(dǎo)向頭造斜率計算軟件及動態(tài)旋轉(zhuǎn)方位曲線方向變化趨勢，實時優(yōu)化調(diào)整導(dǎo)向頭肋板壓力和電流，盡量避免狗腿度超標(biāo)和局部超標(biāo)，保證井眼軌跡平滑。

②合理利用ATC 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具軌跡指令調(diào)整模式：造斜段使用Steer Mode，水平段使用Hold Mode，充分發(fā)揮兩種不同模式對軌跡控制的優(yōu)勢，保證井眼軌跡平滑，減小局部狗腿度、減小摩阻、扭矩以及儀器導(dǎo)向頭振動創(chuàng)造有利的井下條件。

③通過提前預(yù)測井斜、方位在地層中的漂移量，在立柱打完磨壓過程中，下發(fā)指令，減少單獨發(fā)指令的次數(shù)；制定停泵測斜程序，接完立柱直接開泵測斜，減少測斜停關(guān)泵的時間(通過這兩個措施，每立柱可節(jié)省15～20min)。

④實鉆過程中，建立地層與機(jī)械鉆速、振動的對應(yīng)關(guān)系，如表2所示。結(jié)合工程地質(zhì)一體化，提前調(diào)整，避開高振動地層，并且滿足地質(zhì)導(dǎo)向的硅鋁交匯面積大的要求，優(yōu)選二小層下部為優(yōu)質(zhì)層位，本井水平段在此層位的鉆遇率為100%，實現(xiàn)機(jī)械鉆速13.67m/h。

表2 層位—鉆速—振動對應(yīng)表

（7）地質(zhì)錄井公司采取前后協(xié)同作業(yè)模式，保障施工進(jìn)度。通過收集鄰井地質(zhì)數(shù)據(jù)和元素數(shù)據(jù)，根據(jù)現(xiàn)場巖屑觀察分析判斷，結(jié)合元素數(shù)據(jù)，同時將數(shù)據(jù)實時回傳至后方專家組，共同分析預(yù)判地層變化和走勢，確保井下施工安全。

（8）建立遠(yuǎn)程技術(shù)支持—維修保障—ATC 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)支持中心三方聯(lián)動機(jī)制，遠(yuǎn)程技術(shù)支持對該井施工情況、儀器狀態(tài)、地質(zhì)信息實施7×24h監(jiān)控，出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，啟動聯(lián)動機(jī)制。遠(yuǎn)程技術(shù)支持專家分析問題表象，結(jié)合Wellplan 模擬，組織維修保障和ATC 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)支持中心三方聯(lián)動，給出指導(dǎo)意見。

（9）運(yùn)用鉆井液自動檢測系統(tǒng)（DFS）。經(jīng)過多口井的運(yùn)用，DFS系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率達(dá)到95%以上，運(yùn)行時間100%覆蓋泥漿泵運(yùn)轉(zhuǎn)時間，實現(xiàn)了鉆井液性能的人工檢測與自動檢測“雙監(jiān)測”，能及時判斷鉆井液性能變化趨勢，提前處理，預(yù)防鉆井液性能突變。鉆進(jìn)過程中，在保證井下安全前提下，采取鉆井液低粘切方案，降低壓耗，提升排量，增加鉆頭比水功率。

（10）使用高效油基封堵劑，保證鉆井液高封堵性，針對不同井段，采取不同鉆井液補(bǔ)充維護(hù)措施，A 點之前，新、老漿50∶50 配置，A 點到水平段中部，新、老漿70∶30配置，水平段中部之后，使用100%新配鉆井液補(bǔ)充維護(hù)，有效維持鉆井液高流變性。

5 寧XX-3井非生產(chǎn)時間統(tǒng)計

寧XX-3 井從開鉆到完鉆，鉆井周期為36.96d，其中包括因甲方等停、旋導(dǎo)問題等等原因，損失時間8.84d，如表3所示。

表3 非生產(chǎn)時間統(tǒng)計

6 結(jié)論和建議

（1）繼續(xù)提高旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向ATC工具穩(wěn)定性。寧XX-3井有一趟鉆出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向儀器故障，共損失時間1d,影響鉆井周期，因此加強(qiáng)質(zhì)量檢測，找準(zhǔn)故障原因，確保出廠質(zhì)量。保障施工井的工具均需提高至三級維保等級。

（2）加強(qiáng)地質(zhì)工程一體化技術(shù)完善及應(yīng)用。基于隨鉆自然伽馬的反映物性變化的特征，結(jié)合鉆時曲線和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向振動參數(shù)，尋找伽馬響應(yīng)與工程最優(yōu)之間的對應(yīng)關(guān)系，控制軌跡在地質(zhì)工程雙甜點區(qū)鉆進(jìn)，通過對比分析找到1號小層上部為地質(zhì)工程雙優(yōu)質(zhì)區(qū)域，利用對應(yīng)伽馬響應(yīng)特征以及三維模型的橫向預(yù)測，控制軌跡在1 號小層頂部0.5m 范圍內(nèi)鉆進(jìn)，保證旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具平均機(jī)械鉆速在10m/h以上。

（3）優(yōu)化軌跡設(shè)計。將三維軌跡優(yōu)化設(shè)計為雙二維軌跡，充分利用上部可鉆性好的地層，提前打掉部分偏移距，擺正方位，避免或減少在韓家店和石牛欄等可鉆性差的地層定向，減輕后期定向壓力，降低造斜井段造斜率，進(jìn)一步降低施工摩阻扭矩。

（4）強(qiáng)化鉆井參數(shù)。一是更換復(fù)合鉆具。目前使用的NC52 型127mm 鉆桿，推薦采用139.7mm+127mm 的鉆桿，套管內(nèi)使用139.7mm 鉆桿，套管外使用127mm 鉆桿。通過軟件模擬計算，更換復(fù)合鉆具后，泵壓降低2～3MPa；二是更換為高壓沖管和抗高壓泵配件，提高設(shè)備抗高壓的能力，施工泵壓提高5MPa，達(dá)到37～38MPa，強(qiáng)化施工參數(shù)。

（5）提高固控設(shè)備使用。將原來200目的振動篩篩布換成260目的振動篩篩布，保證高密度鉆井液良好的流變性。合理使用離心機(jī)，采用中、高速離心機(jī)串聯(lián)模式，提高離心機(jī)使用時間和凈化效率，進(jìn)一步增強(qiáng)劣質(zhì)固相清除能力和效率。

（6）通過對寧XX-3井工程地質(zhì)一體化的施工，總結(jié)方法與經(jīng)驗，建立該區(qū)塊的學(xué)習(xí)曲線，優(yōu)化該區(qū)塊的施工方案，推動區(qū)塊的整體鉆井速度，降低鉆井成本。