隆頁5-1HF一級(jí)井身結(jié)構(gòu)攻關(guān)研究

孫鋼 姜政華 解赤棟

中石化重慶頁巖氣有限公司 重慶 408400

1 基本情況

隆頁5-1HF為部署于渝東南地區(qū)利川-武隆復(fù)向斜武隆向斜團(tuán)堡次凹南翼的一口水平評(píng)價(jià)井，設(shè)計(jì)井深5129.00m，設(shè)計(jì)完井周期32d。目的層位為龍馬溪組龍一段②小層-③小層下部，壓力系數(shù)為0.8～1.2[1]。地層自上而下依次為三疊系嘉陵江組、飛仙關(guān)組，二疊系長興組、吳家坪組、茅口組、棲霞組和梁山組，志留系韓家店組、小河壩組和龍馬溪組，奧陶系五峰組、臨湘組和寶塔組。通過一級(jí)井身結(jié)構(gòu)可行性研究、制定長裸眼井段提速方案、開展親油水泥漿堵漏研究、優(yōu)化固井方案，隆頁5-1HF在武隆工區(qū)首次成功實(shí)施一級(jí)井身結(jié)構(gòu)，證實(shí)了武隆工區(qū)井身結(jié)構(gòu)簡化降本的可行性，促進(jìn)本工區(qū)常壓頁巖氣效益開發(fā)。

2 一級(jí)井身結(jié)構(gòu)攻關(guān)研究

2.1 一級(jí)井身結(jié)構(gòu)可行性分析

采用一級(jí)井身結(jié)構(gòu)的井意味著多層系暴露在同一裸眼段內(nèi)，不同層位的地層孔隙壓力、地層漏失壓力和地層坍塌壓力是不一樣的。密度窗口的上限為裸眼井段最小地層漏失壓力當(dāng)量密度，下限為裸眼井段最大坍塌壓力當(dāng)量密度。為了確定一級(jí)井身結(jié)構(gòu)的情況下是否具備合理密度窗口，進(jìn)行了地層三壓力剖面研究，建立適當(dāng)?shù)牡貙訅毫τ?jì)算模型和地層壓力剖面[2]。通過對(duì)位于同一區(qū)塊的隆頁1HF井測井資料處理并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)鉆參數(shù)，建立的地層壓力剖面為見圖1，密度窗口為1.35～1.46g/cm3，具備合理的密度窗口。

圖1 隆頁1HF井地層壓力剖面

同時(shí)，對(duì)武隆工區(qū)已鉆井漏失情況進(jìn)行了分析。通過對(duì)武隆工區(qū)9口已完鉆井漏失情況統(tǒng)計(jì)可知，嘉陵江組普遍失返性漏失，需通過清水強(qiáng)鉆，下套管專門封隔。吳家坪組、茅口組地層承壓能力較弱，鉆井液密度過高易導(dǎo)致漏失。韓家店、小河壩組地層較穩(wěn)定，未發(fā)生過漏失。隆頁3HF由于當(dāng)時(shí)地層壓力認(rèn)識(shí)不清晰、龍馬溪組龍一段①小層與②小層夾層易垮塌，鉆進(jìn)過程中鉆井液密度偏高，導(dǎo)致龍馬溪組多次發(fā)生漏失。通過合理鉆井液密度的選取配合堵漏工藝技術(shù)，可有效防范或治理漏失。

根據(jù)對(duì)武隆地區(qū)鉆井工程與地質(zhì)環(huán)境因素的分析，確定了該地區(qū)地層風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)：（1）嘉陵江組易漏失地層；（2）茅口-棲霞組含氣；（3）吳家坪組、茅口組地層承壓能力弱。因此，綜合考慮風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)、三壓力剖面、前期鉆井施工情況等因素，基于必封點(diǎn)的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，確定隆頁5-1HF必封點(diǎn)為嘉陵江組易漏失地層。通過一開鉆進(jìn)至飛仙關(guān)組頂部，下入表層套管，封固嘉陵江組漏失層，安裝好套管頭及井控裝置，防范二開井控風(fēng)險(xiǎn)。二開對(duì)嘉陵江組至龍馬溪組之間地層進(jìn)行鉆進(jìn)，將鉆井液密度控制在密度窗口之內(nèi)，若發(fā)生漏失則進(jìn)行隨鉆堵漏或者打水泥塞堵漏，具備采用一級(jí)井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行鉆井的可行性。

2.2 長裸眼井段提速攻關(guān)

一級(jí)井身結(jié)構(gòu)下的隆頁5-1HF二開裸眼段長4000m，基于Wellplan等鉆井軟件開展的水力延伸極限、機(jī)械延伸極限模擬分析表明，現(xiàn)有的鉆井設(shè)備、工程技術(shù)能力及地質(zhì)條件能夠滿足裸眼段延伸長度要求。井壁穩(wěn)定性也是影響長裸眼井段順利延伸的關(guān)鍵，進(jìn)行鉆頭螺桿優(yōu)選、優(yōu)化鉆具組合、確定減摩降阻措施，減少長裸眼井段鉆進(jìn)時(shí)間，降低井壁失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。

鉆頭是最主要的破巖工具，鉆頭類型、性能是否與地層條件相配伍將直接影響到鉆井速度、鉆井的質(zhì)量和成本[3]。對(duì)武隆區(qū)塊地層巖石可鉆性、研磨性進(jìn)行分析可知，本井難點(diǎn)主要是吳家坪、茅口組、韓家店組、小河壩組等夾層較多且質(zhì)地堅(jiān)硬的地層，針對(duì)性的選擇抗沖擊性強(qiáng)、6刀翼的PDC鉆頭。為了滿足強(qiáng)化參數(shù)及復(fù)雜工況鉆井需求，選用輸出功率高、扭矩大、壽命長的螺桿鉆具。

結(jié)合武隆工區(qū)地質(zhì)特性及工程特點(diǎn)，對(duì)鉆具組合進(jìn)行優(yōu)化。一開鉆具組合為“φ311.2mm鉆頭+1.25°螺桿+φ290mm扶正器+浮閥+φ203mm無磁鉆鋌+φ203mm鉆鋌+φ127mm加重鉆桿+φ127mm鉆桿”，兼具防斜打直與防碰定向需求。二開直井段、造斜段鉆具組合為“φ215.9mm鉆頭+1.5°螺桿+浮閥+φ127mm無磁承壓鉆桿+φ168mm無磁懸掛+φ127mm無磁承壓鉆桿+φ127mm加重鉆桿+φ127mm鉆桿+φ178mm水力振蕩器+φ127mm鉆桿+φ127mm加重鉆桿+φ127mm鉆桿”，達(dá)到高造斜率、定向中靶的目的；二開水平段鉆具組合采用“φ215.9mm鉆頭+1.5°螺桿（無扶）+浮閥+φ127mm無磁承壓鉆桿+φ168mm無磁懸掛+φ127mm無磁承壓鉆桿+φ127mm加重鉆桿+φ127mm鉆桿+φ178振蕩器+φ127mm鉆桿+φ127mm加重鉆桿+φ127mm鉆桿”，定向追層較靈活的同時(shí)無扶螺桿可提高井下垮塌復(fù)雜處理能力。

減摩降阻措施主要有兩點(diǎn)，一是采用水力振蕩器工具降低鉆具與井眼之間的摩擦力，二是采用油基泥漿增加井眼潤滑性。水力振蕩器在造斜段和水平段提速明顯，使滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)鉆柱和井壁之間的靜摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)摩擦，滑移摩阻減小到正常值的20%～25%，可防止鉆壓堆積，精確控制工具面[4]。油基鉆井液既可有效解決頁巖氣水平井鉆進(jìn)過程中摩阻大、托壓問題，也是維持目的層頁巖井壁穩(wěn)定性的關(guān)鍵技術(shù)。

2.3 親油水泥漿堵漏技術(shù)研究

長裸眼井段井漏風(fēng)險(xiǎn)高，發(fā)生漏失后隨鉆堵漏無果的情況下，通常需要進(jìn)行打水泥漿堵漏。常規(guī)水泥漿堵漏需要注入洗油隔離液，大排量沖刷井壁易導(dǎo)致井壁失穩(wěn)垮塌，且返出的油基廢液處理費(fèi)用高，堵漏之后候凝時(shí)間較長。因此，進(jìn)行了親油水泥漿堵漏研究。

親油水泥漿是在水泥漿內(nèi)加入抗油基泥漿污染劑，改善水泥漿自身親油性，使其被油基泥漿部分污染的情況下仍然能凝固[5]。基本配方：100%G級(jí)水泥+4%降失水劑+2%膨脹劑+3%抗污染劑+44%水。為了驗(yàn)證親油水泥漿抗污染性能，按照不同比例將親油水泥漿與油基泥漿混合，進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)價(jià)見表1。

表1 親油水泥漿與油基泥漿混合稠化試驗(yàn)

通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)可得出以下三個(gè)結(jié)論：一是親油水泥漿混有油基泥漿時(shí)，水泥漿稠度變化不明顯；二是親油水泥漿內(nèi)混合的油基泥漿越多，稠化時(shí)間越長，可以保障施工安全；三是親油水泥漿與油基泥漿混合比例大于1∶1時(shí)，可較快起強(qiáng)度，且強(qiáng)度較高。

2.4 完井工藝優(yōu)化

長裸眼井段摩阻較大，采用常規(guī)下套管方式存在下不到底的可能性，需備用旋轉(zhuǎn)下套管工藝和漂浮下套管工藝。下套管前根據(jù)實(shí)鉆摩阻系數(shù)，選擇不同摩阻系數(shù)、套管扶正器類型及數(shù)量等進(jìn)行模擬，不發(fā)生套管正弦或螺旋屈曲且剩余懸重滿足芯軸坐掛噸位則選擇傳統(tǒng)下套管方式，否則重新模擬旋轉(zhuǎn)或漂浮下套管方式管柱受力情況，選擇最優(yōu)方式[6]。

二開層系多、漏失風(fēng)險(xiǎn)高，且產(chǎn)層固井水泥漿密度遠(yuǎn)高于正常鉆進(jìn)鉆井液密度，水泥漿無法返至井口。通過單級(jí)固井方式，尾漿采用密度1.88g/cm3的彈韌性防氣竄水泥漿，返至A靶以上800m。領(lǐng)漿采用1.45g/cm3低密度彈韌性水泥漿，充填尾漿上部井段，水泥漿充填井段長度約1500-2000m，降低循環(huán)當(dāng)量密度，防范或減小漏失。

3 施工效果

隆頁5-1HF采用一級(jí)井身結(jié)構(gòu)見圖2，一開通過φ311.2mm鉆頭鉆進(jìn)至1195m，揭開飛仙關(guān)組后下入φ244.5mm套管，封固嘉陵江組漏失地層。一開鉆進(jìn)日進(jìn)尺最高為665m，創(chuàng)武隆工區(qū)φ311.2mm井眼單日進(jìn)尺最高紀(jì)錄。二開采用φ215.9mm鉆頭從飛仙關(guān)組鉆進(jìn)至龍馬溪組，下入φ139.7mm生產(chǎn)套管，產(chǎn)層水泥漿返至1695m。實(shí)鉆進(jìn)尺5100m，水平段長1589m，全井平均機(jī)械鉆速達(dá)到17.51m/h，較武隆工區(qū)平均水平提高55.64%。實(shí)際完井周期52.23d，核減復(fù)雜處理時(shí)間20.98天后周期為31.25d，低于設(shè)計(jì)周期32d。

圖2 隆頁5-1HF井實(shí)鉆井身結(jié)構(gòu)

4 結(jié)論及建議

通過武隆工區(qū)三壓力剖面研究得出密度窗口，開展鄰井漏失情況分析找準(zhǔn)地層薄弱點(diǎn)，論證了武隆工區(qū)開展一級(jí)井身結(jié)構(gòu)鉆井的可行性?；诒胤恻c(diǎn)的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，將隆頁5-1HF設(shè)計(jì)為一級(jí)井身結(jié)構(gòu)。

開展了親油水泥塞的研究與應(yīng)用，并在隆頁5-1HF進(jìn)行兩次親油水泥漿堵漏，兩次堵漏施工均起到了封堵漏層、提高地層承壓能力的作用，一次性堵漏成功率100%，相比常規(guī)堵漏，每次堵漏可節(jié)約周期1.5d、節(jié)約30m3油基廢液處理費(fèi)用。

一級(jí)井身結(jié)構(gòu)可提高鉆井速度、降低鉆井周期、減少套管和套管頭等材料成本，但出現(xiàn)井漏、井垮等復(fù)雜后處理周期長、費(fèi)用高。建議開展井身結(jié)構(gòu)簡化與高性能水基鉆井液技術(shù)聯(lián)合攻關(guān)，進(jìn)一步提速降本。