川東北地區(qū)超深井優(yōu)快鉆井技術(shù)?

劉 偉 李 麗

（1.中國(guó)石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院，四川德陽(yáng)618000；2.中國(guó)石油大學(xué)（北京），北京102249）

川東北地區(qū)超深井優(yōu)快鉆井技術(shù)?

劉 偉1，2李 麗1

（1.中國(guó)石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院，四川德陽(yáng)618000；2.中國(guó)石油大學(xué)（北京），北京102249）

針對(duì)鉆井速度慢、井身質(zhì)量難以保證、鉆井成本高等問(wèn)題，統(tǒng)籌考慮多壓力剖面和鉆井復(fù)雜情況，開(kāi)展四開(kāi)制井身結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上以優(yōu)快鉆井為目標(biāo)，對(duì)欠平衡、垂直、復(fù)合以及旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，優(yōu)選優(yōu)配各層段鉆井工藝，形成以垂直與欠平衡鉆井為核心的陸相地層防斜打快鉆井技術(shù)和以復(fù)合與旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井配合高效鉆頭的海相地層安全鉆井配套技術(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，優(yōu)快鉆井方案在鉆井提速、井身質(zhì)量控制和降本增效方面效果顯著。

優(yōu)快鉆井深井水平井鉆井技術(shù)

0 引言

川東北河壩區(qū)塊是中國(guó)石化的重點(diǎn)勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域。HB1與HB2井在飛仙關(guān)組測(cè)試獲200×104m3／d以上的高產(chǎn)天然氣流，顯示出該區(qū)域巨大的勘探開(kāi)發(fā)前景。由于該地區(qū)具有高溫、高壓、高陡、高密度及含H2S、易漏等特點(diǎn)，鉆井過(guò)程中存在鉆井周期長(zhǎng)、機(jī)械鉆速慢、復(fù)雜情況多等難題[1]。為了縮短鉆井周期，加快勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)程，中國(guó)石化西南油氣分公司開(kāi)展了陸相快速鉆井和海相安全鉆井技術(shù)研究與應(yīng)用實(shí)踐，通過(guò)近幾年的攻關(guān)，形成了河壩區(qū)塊優(yōu)快鉆井技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了鉆井整體提速，達(dá)到了高效開(kāi)發(fā)的目的。

1 制約優(yōu)快鉆井影響因素分析

優(yōu)快鉆井即是指在現(xiàn)有技術(shù)條件下，優(yōu)選優(yōu)配各種鉆井技術(shù)，最終達(dá)到滿足地質(zhì)鉆井需要，最大限度降本增效的鉆井配套技術(shù)。制約河壩地區(qū)優(yōu)快鉆井的主要影響因素有以下幾個(gè)方面。

1）陸相地層傾角大，水層位置和水量難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。河壩構(gòu)造地層傾角總體較大，普遍處在2°～20°之間，地表露頭地層傾角最大可達(dá)30°～48°。由于構(gòu)造位置的不同，地層傾角存在一定差異，表現(xiàn)為構(gòu)造高部位地層傾角相對(duì)較大，構(gòu)造低部位地層傾角相對(duì)較小。據(jù)氣體鉆井、錄井及測(cè)試情況，該區(qū)塊須家河組及以上地層普遍含水，水層位置及水量大小難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。地層傾角大和地層出水是制約陸相地層快速鉆井的關(guān)鍵因素。

2）自上而下存在多壓力系統(tǒng)，主要目的層為異常高壓，海相地層含H2S。嘉二段和飛三段為異常高壓帶，地壓梯度為（2.2～2.38）MPa／100 m。高密度條件下，鉆井液性能難以維護(hù)，螺桿壽命受限，高密度鉆井液所形成的“壓持效應(yīng)”嚴(yán)重制約了鉆井提速。雷口坡組深地層含H2S，最高含硫0.65%，H2S的存在制約了欠平衡鉆井的實(shí)施，只能依靠常規(guī)鉆井或復(fù)合鉆井，鉆井提速不明顯。

3）巖石致密、可鉆性差，鉆頭選型難優(yōu)化。海相巖心及露頭牙輪鉆頭可鉆性級(jí)值集中在5～6之間，部分達(dá)9以上；PDC鉆頭可鉆性級(jí)值在5～8之間，部分可達(dá)9，海相地層可鉆性級(jí)值高于陸相，整體表現(xiàn)為中硬—硬地層。實(shí)鉆資料證實(shí)：自流井組底部普遍發(fā)育一套礫巖，厚度為15～44 m，給鉆頭選型、施工參數(shù)優(yōu)化增加了難度。

4）易出現(xiàn)塌、漏、涌、卡等復(fù)雜情況。在厚度為3 500 m左右的陸相地層，泥頁(yè)巖厚度占地層厚度50%左右，井壁失穩(wěn)、卡鉆時(shí)有發(fā)生。沙溪廟組和自流井組易發(fā)生滲透性漏失，須家河組、嘉陵江組和飛仙關(guān)組易發(fā)生裂縫性漏失，海相儲(chǔ)層的高壓含硫特征決定了鉆井方式為過(guò)平衡或近平衡常規(guī)鉆井，在高密度條件下只能采取隨鉆堵漏。完鉆的6口井復(fù)雜情況處理時(shí)間占鉆井周期的20%左右。

綜上所述，要實(shí)現(xiàn)河壩地區(qū)優(yōu)快鉆井，應(yīng)重點(diǎn)解決陸相地層防斜打快、海相地層安全鉆井和井眼軌跡控制3個(gè)方面的問(wèn)題。

表1 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案表

2 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)

在理論情況下，以飛仙關(guān)組為主要目的層的深井建立井口后，采用二開(kāi)制井身結(jié)構(gòu)即可完成鉆井施工，而實(shí)際操作起來(lái)將存在很大弊端[2-3]。為此，中國(guó)石化西南油氣分公司以安全鉆井和優(yōu)快鉆井為目標(biāo)進(jìn)行井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，見(jiàn)表1。

該井身結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是：①將嘉陵江組和飛仙關(guān)組在一個(gè)井眼內(nèi)揭示，采用四開(kāi)制完鉆，節(jié)約鉆井成本；②完鉆井眼尺寸為?241.3 mm，可以實(shí)現(xiàn)快速鉆井，且留有余地；③油層套管采用?177.8 mm套管，滿足?88.9～?101.6 mm油管的順利下入，以及日產(chǎn)氣量150×104m3的需要；④根據(jù)地層出水情況調(diào)整技術(shù)套管下深，盡量采用欠平衡鉆井提速；⑤避免大斜度井段油層套管磨損；⑥全井使用大尺寸鉆桿，施工過(guò)程中不需要更換小尺寸鉆桿。

3 優(yōu)快鉆井關(guān)鍵技術(shù)

3.1 陸相地層防斜打快鉆井技術(shù)

垂直鉆井技術(shù)和欠平衡鉆井技術(shù)是當(dāng)今世界上解決高陡構(gòu)造鉆井難題的兩大核心技術(shù)[3]。

1）垂直鉆井技術(shù)。該技術(shù)的顯著特點(diǎn)是高鉆壓條件下井斜得到良好控制。陸相地層的上沙溪廟組、下沙溪廟組、千佛崖組、自流井組、須家河組地層均適合垂直鉆井技術(shù)。由于進(jìn)口工具租賃費(fèi)用較高，若地層傾角較大，出水量大于10 m3／h，氣體鉆井應(yīng)用受限，推薦采用國(guó)產(chǎn)垂直鉆井系統(tǒng)。通過(guò)扶正器間距、大小等力學(xué)性能分析，宜采用? 228.6 mm或?203.2 mm鉆鋌，扶正器距垂鉆工具為3～5 m。

2）欠平衡鉆井技術(shù)。沙溪廟組出水層段和水量大小不確定，純氣體對(duì)地層出水、出氣較敏感，轉(zhuǎn)換過(guò)程易出現(xiàn)井壁垮塌情況。優(yōu)快方案推薦在上沙溪廟組1 500～2 200 m以上井段實(shí)施泡沫鉆井，減少出水后轉(zhuǎn)換風(fēng)險(xiǎn)，第三次開(kāi)鉆井段繼續(xù)試驗(yàn)氮?dú)忏@井。河壩地區(qū)氣體鉆井中使用塔式鉆具組合鉆直井時(shí)，推薦選用大尺寸鉆鋌，即?444.5 mm井眼使用?279.3 mm＋?228.6 mm＋?203.2 mm組合；? 314.1 mm井眼使用?228.6 mm＋?203.2 mm＋? 139.7 mm加重鉆桿。在純氣體介質(zhì)條件下鉆井，空氣錘具有更好的防斜作用，應(yīng)優(yōu)先考慮。

3.2 海相地層安全快速鉆井技術(shù)

海相地層具有高壓、高產(chǎn)、含H2S的特點(diǎn)，鉆井以安全和順利中靶為主。鉆井方式主要采用高效鉆頭＋螺桿復(fù)合鉆進(jìn)。

1）復(fù)合鉆井技術(shù)。海相地層巖石致密，常規(guī)轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井機(jī)械鉆速慢，鉆井周期長(zhǎng)，采用螺桿鉆具復(fù)合鉆井是提速的首選[4]。根據(jù)螺桿特性分析和廠家資料，從提高螺桿強(qiáng)度和保持較大的造斜與通過(guò)能力考慮，?314.1 mm井眼優(yōu)選?216 mm直螺桿，定向井考慮造斜能力優(yōu)選?197 mm單彎螺桿。從通過(guò)能力、造斜能力等綜合指標(biāo)考慮，宜優(yōu)選?216 mm單彎螺桿，?241.3 mm井眼優(yōu)選?197 mm直螺桿，定向井優(yōu)選?185 mm單彎螺桿，度數(shù)為0.5°～1.5°。通過(guò)調(diào)整螺桿度數(shù)或扶正器位置實(shí)現(xiàn)對(duì)軌跡控制，螺桿優(yōu)選結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 河壩地區(qū)推薦螺桿選型方案表

2）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井以旋轉(zhuǎn)方式鉆進(jìn)，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)井斜和方位，尤其適合用于大位移井的長(zhǎng)穩(wěn)斜段和水平井導(dǎo)向鉆進(jìn)。HJ203H井采用貝殼公司的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)造斜段和水平段鉆井施工，平均機(jī)械鉆速達(dá)到2.85 m／h。實(shí)踐表明：井眼曲率一般小于4°／30 m，宜采用分段增斜模式，造斜率遵循“先小后大”原則；使用CaCl2與重晶石配合加重以降低重晶石用量，為防止脈沖器被堵，使用粒徑小于1mm的堵漏材料；?241.3mm井眼多采用?139.7mm鉆桿降低循環(huán)壓耗。

3）軌跡控制技術(shù)。飛仙關(guān)組井底循環(huán)溫度達(dá)130℃，常規(guī)螺桿鉆具和隨鉆測(cè)量?jī)x器難以滿足施工需要。通過(guò)對(duì)螺桿鉆具組合和軌跡測(cè)量控制工具（MWD、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)、LWD）的調(diào)研分析，優(yōu)化出3套適合于河壩區(qū)塊定向鉆井的螺桿鉆具型號(hào)和配套鉆具組合，形成了抗溫165℃，抗壓158.6 MPa（23 000 psi）的高溫高壓無(wú)線隨鉆測(cè)量設(shè)備配套技術(shù)。HB1-1D井和HF203井采用抗高溫MWD和電子多點(diǎn)均成功實(shí)現(xiàn)定向井鉆井施工。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

優(yōu)快鉆井方案應(yīng)用于3井次，其中定向井2口，水平井1口。在鉆井提速、井身質(zhì)量控制以及降本增效方面成效顯著。

1）機(jī)械鉆速大幅提高。優(yōu)快鉆井試驗(yàn)井HF203井全井平均機(jī)械鉆速為2.08 m／h，HJ203H井全井平均機(jī)械鉆速為1.93 m／h，分別比前期完鉆井提高73.33%和60.83%，平均提速67.08%。

2）井身質(zhì)量得到良好控制。采用優(yōu)快鉆井工藝后，在提高鉆速的同時(shí)確保了直井段井身質(zhì)量。1 200 m以淺地層采用欠平衡鉆井工藝，全角變化率普遍控制在2°／100 m以下，平均為1.18°／100 m，1 200 m之后由于地層出水、轉(zhuǎn)換鉆井液類(lèi)型、地層垮塌等，全角變化率變化幅度稍大，但大部分井段控制在3.0°／100 m以下，平均為1.83°／100 m。進(jìn)入斜井段后，施工的重點(diǎn)是加強(qiáng)井眼軌跡監(jiān)控，以順利中靶和減少全角變化率為主。HF203井采用常規(guī)MWD隨鉆測(cè)量工具和電子單（多）點(diǎn)測(cè)斜，通過(guò)調(diào)整鉆具組合和鉆進(jìn)參數(shù)控制井眼軌跡，全角變化率普遍控制在5°／100 m以下。HJ203H井采用貝克休斯旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井眼軌跡，實(shí)現(xiàn)了A靶縱向偏差0.34 m，橫向偏差0.04 m；B靶縱向偏差0.06 m，橫向偏差1.88 m的精確控制效果。

3）獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。優(yōu)快鉆井試驗(yàn)井平均鉆井周期為309 d，生產(chǎn)時(shí)間利用率為82.02%。相比前期實(shí)鉆情況，鉆井時(shí)間縮短408.5 d，縮短率為132.20%，非生產(chǎn)時(shí)間縮短近78 d。鉆井日費(fèi)、套管費(fèi)用、鉆頭費(fèi)用節(jié)約3 300萬(wàn)元以上。同時(shí)，在應(yīng)對(duì)復(fù)雜情況、套管防磨等方面具有明顯優(yōu)越性。

5 結(jié)論

優(yōu)快鉆井配套技術(shù)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，滿足目前川東北地區(qū)鉆井的需要，可推廣應(yīng)用。針對(duì)飛三段和嘉二段的深井設(shè)計(jì)四開(kāi)制井身結(jié)構(gòu)，有利于提高鉆井速度、節(jié)約鉆井成本。陸相地層采用氣體/泡沫鉆井或垂直鉆井在防斜打直的同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了快速鉆井。建議川東北地區(qū)陸相地層首選欠平衡鉆井，大斜度定向井、水平井復(fù)雜井段宜采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)。

［1］劉偉，李麗.通南巴深井優(yōu)快鉆井技術(shù)［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2008，37（9）：78-82.

［2］吳建忠，李強(qiáng)，王波.川東北復(fù)雜深井井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究［J］.天然氣技術(shù)，2009，3（1）：51-53.

［3］何龍.川東北地區(qū)優(yōu)快鉆井配套技術(shù)［J］.鉆采工藝，2008，31（4）：23-26.

［4］王希勇，蔣祖軍，鐘水清，等.川東北鉆井新工藝應(yīng)用與效果［J］.鉆采工藝，2008，31（1）：125-127.

（編輯：周娟）

TE22

B

2095-1132（2011）02-0038-03

10.3969／j.issn.2095－1132.2011.02.011

2010－08－09

2011－02－28

?本文系中國(guó)石化油田部項(xiàng)目“通南巴地區(qū)鉆井完井測(cè)試及酸化配套技術(shù)研究”（編號(hào)：G1100-07-2S-0177）的部分成果。

劉偉（1981-），工程師，從事鉆完井工程設(shè)計(jì)工作。E-mail：liuw1999@163.com