蘇5-16-46AH井快速鉆井技術(shù)

甘霖　戴巍　涂建平

（中國石油川慶鉆探工程有限公司川西鉆探公司，四川成都　610051）

蘇5-16-46AH井快速鉆井技術(shù)

甘霖戴巍涂建平

（中國石油川慶鉆探工程有限公司川西鉆探公司，四川成都610051）

蘇里格氣田下古馬家溝組埋藏深度達(dá)3 400 m，該儲層為碳酸鹽巖地層，可鉆性較差。縱向上劉家溝組易井漏，“雙石層”易井塌，山西組、太原組、本溪組等存在大段煤層，復(fù)雜地質(zhì)條件制約了鉆井速度。針對鉆井提速難點(diǎn)，著重從直井段防斜提速、PDC鉆頭優(yōu)選與螺桿鉆具匹配、定向段井眼軌跡控制與鉆具組合優(yōu)化、水平段地質(zhì)導(dǎo)向與工程定向技術(shù)結(jié)合及復(fù)合鹽聚磺鉆井液體系等方面進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)與現(xiàn)場試驗(yàn)，初步形成了適應(yīng)該構(gòu)造鉆井提速技術(shù)模式。2014年，蘇5－16－46AH井完鉆井深4 600 m，水平段長801 m，將該構(gòu)造最快鉆井周期64.08 d縮短到43.85 d，機(jī)械鉆速由6.32 m／h提高到8.77 m／h，增幅38.8%，實(shí)現(xiàn)了該構(gòu)造水平井的安全快速鉆井。

蘇里格氣田馬家溝組水平井井眼軌跡煤層垮塌

0　引言

蘇里格氣田主要產(chǎn)氣層在上古石盒子組盒7、盒8段，該構(gòu)造勘探開發(fā)多年，儲層巖性以砂巖為主。但砂體薄、孔隙度低、物性差，開采一段時間后遞減較快，產(chǎn)能每年平均遞減22%左右，具有“低壓力、低滲透率、低儲量豐度”的三低特性。因此，要實(shí)現(xiàn)天然氣穩(wěn)產(chǎn)，需進(jìn)行縱向勘探。在縱向勘探過程中發(fā)現(xiàn)下古馬家溝組富含天然氣資源，該儲層為碳酸鹽巖地層，巖性以白云巖為主。碳酸鹽巖地層裂縫、孔洞發(fā)育較好，孔隙度高，物性好，具有儲量規(guī)模大、產(chǎn)量高、易開采的特點(diǎn)。但該儲層埋藏深度大，通常在3 400 m左右，地質(zhì)條件復(fù)雜，導(dǎo)致機(jī)械鉆速低，鉆井周期長。馬家溝組水平井最快鉆井周期為64.08 d，平均機(jī)械鉆速僅為6.32 m／h，急需探索并將近年來的鉆井新技術(shù)應(yīng)用到該構(gòu)造以實(shí)現(xiàn)鉆井提速目標(biāo)。2014年蘇5－16－46AH井圍繞PDC鉆頭選型、螺桿鉆具匹配、井眼軌跡控制、鉆井液體系優(yōu)化及降低井下復(fù)雜事故等方面進(jìn)行了科研攻關(guān)和現(xiàn)場試驗(yàn)，鉆井提速效果顯著。

1　難點(diǎn)分析

1.1劉家溝井漏及“雙石層”井塌

劉家溝組地層承壓能力低，而“雙石層”石千峰組、石盒子組的大段泥巖水化力極強(qiáng)，易出現(xiàn)水化膨脹，導(dǎo)致井壁垮塌。由于劉家溝組易漏地層與“雙石層”易塌地層同處在同一裸眼井段，壓力窗口窄，解決好易塌層垮塌和提高上部易漏層承壓能力是技術(shù)的關(guān)鍵。

1.2煤層段易垮塌

鉆遇地層山西組、太原組、本溪組存在煤層夾層且較長，當(dāng)斜井段進(jìn)入煤層時井斜已達(dá)60°，易出現(xiàn)井壁失穩(wěn)，垮塌、掉塊等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致后期施工困難［1］。

1.3軌跡控制難度大

大斜度井段長、裸眼段長，鉆具貼在下井壁，造成旋轉(zhuǎn)扭矩和滑動摩阻增加，防卡潤滑難度大，定向滑動托壓嚴(yán)重。PDC鉆頭在定向滑動鉆進(jìn)中，工具面穩(wěn)定性較差，鉆速慢，施工效率較低。靶前位移長，靶點(diǎn)垂深規(guī)律性差，儲層所在位置不穩(wěn)定。實(shí)鉆資料顯示，橫向間隔僅幾十米，儲層垂深會發(fā)生很大的變化。在斜井段入窗鉆進(jìn)過程中，需要頻繁調(diào)整井眼軌跡，軌跡控制難度大。

1.4水平段靶窗窄

水平段目的層白云巖較薄，巖性非均質(zhì)性強(qiáng)，儲層變化大，鉆進(jìn)過程中鉆具復(fù)合鉆增斜率高，規(guī)律性較差，需要頻繁定向滑動，調(diào)整井眼軌跡，以實(shí)現(xiàn)更高儲層鉆遇率［2］。

2　快速鉆井技術(shù)

2.1直井段防斜提速技術(shù)

蘇里格以下古馬家溝組為目的層的水平井在表層和二開幾個井段極易產(chǎn)生井斜。采用鐘擺鉆具和自浮式單點(diǎn)測斜的傳統(tǒng)組合不僅測斜耗用時間長，而且在井斜產(chǎn)生后，只能通過控制鉆壓吊打的方式進(jìn)行糾斜，這在一定程度上影響了鉆井速度［3］。

蘇5－16－46AH井設(shè)計造斜點(diǎn)2 800 m，針對直井段長且易斜的特征，繼續(xù)依靠傳統(tǒng)鐘擺鉆具組合及單點(diǎn)測斜的方式嚴(yán)重制約鉆井速度，而采用“四合一”鉆具組合（PDC鉆頭＋彎螺桿＋扶正器＋MWD），根據(jù)錄取的井眼軌跡數(shù)據(jù)隨鉆糾斜，同時解放鉆井參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)提速和保障井身質(zhì)量的目的。防斜主要依靠MWD＋彎螺桿隨鉆測斜和糾斜來實(shí)現(xiàn)；提速主要依靠PDC鉆頭＋螺桿解放鉆井參數(shù)提高機(jī)械鉆速，依靠MWD＋彎螺桿減少起下鉆次數(shù)和縮短測斜時間提高行程鉆速來實(shí)現(xiàn)。

2.2PDC鉆頭和螺桿鉆具優(yōu)選

考慮到蘇里格下古馬家溝構(gòu)造紙坊組含礫石，“雙石層”存在大段泥巖，目的層馬家溝組為碳酸鹽巖地層，可鉆性較差，造斜段定向滑動工具面不穩(wěn)定，定向效率差，選用六刀翼PDC鉆頭配合低轉(zhuǎn)速、大扭矩的7頭螺桿［4］。根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)情況表明，高效PDC鉆頭搭配螺桿鉆具有效提高了機(jī)械鉆速，并且延長了使用壽命，減少了起下鉆次數(shù)，提高了鉆井時效。造斜段平均機(jī)械鉆速達(dá)到4.21 m／h，水平段機(jī)械鉆速達(dá)到8.33 m／h。

2.3鉆具組合優(yōu)化與井眼軌跡控制技術(shù)

2.3.1鉆具組合優(yōu)化

滑動鉆進(jìn)鉆時是復(fù)合鉆鉆進(jìn)鉆時的3～4倍以上，為了盡可能縮短鉆井周期，必須遵循“多復(fù)合，少滑動”原則［5］。為了滿足較高造斜率（5°／30 m），斜井段井眼軌跡控制采用“PDC鉆頭＋1.5°單彎螺桿”組合（螺桿扶正器?212 mm）。當(dāng)井斜達(dá)到20°以后，滑動鉆進(jìn)容易出現(xiàn)托壓情況，倒裝鉆具，不少于12柱?127 mm加重鉆桿放置在井斜小于30°位置，這樣鉆具組合剛性增強(qiáng)，當(dāng)井斜大于30°時，有利于推動鉆具，避免緊貼下井壁，出現(xiàn)粘卡情況。?165.1 mm無磁鉆鋌上端，安放3柱?127 mm加重鉆桿，實(shí)鉆表明，復(fù)合鉆方位較為穩(wěn)定，大大減少了滑動鉆進(jìn)比例，節(jié)省了斜井段鉆井時間。

鉆具組合優(yōu)化為：?215.9 mmPDC＋?172 mm×1.5°螺桿（扶正器?212 mm）＋回壓閥＋定向接頭＋?165.1 mm無磁鉆鋌＋?127 mm加重鉆桿3柱＋?127 mm鉆桿17柱＋?127 mm加重鉆桿12柱＋?127 mm鉆桿（注：上部加重鉆桿放于井斜小于30°處，不少于12柱。）

2.3.2井眼軌跡控制技術(shù)

蘇5-16-46AH井設(shè)計靶前距620 m，全井剖面設(shè)計造斜率不能過高，不超過5°／30 m，控制在（2.5°～3.5°）／30 m較為適合，實(shí)鉆控制中，軌跡“前急后緩”，前部井斜盡量比設(shè)計大1°～2°，進(jìn)入煤層前達(dá)到58°，后部煤層段直至入窗以復(fù)合鉆進(jìn)為主，該段復(fù)合鉆進(jìn)比例至少達(dá)75%以上。隨時對軌跡進(jìn)行細(xì)化設(shè)計，定向滑動盡量避開難定向、可鉆性差、鉆時慢、易托壓、煤層地層，從而提高造斜效率，減小定向風(fēng)險，提高機(jī)械鉆速。

表1　蘇5-16-46AH井井眼軌跡優(yōu)化表

山西組、太原組、本溪組地層有多段煤層，煤層遇水極易分散，進(jìn)入煤層井斜接近60°，井壁不穩(wěn)定，容易垮塌，在采取提高鉆井液密度，控制API及HTHP失水，滿足攜砂的前提下采用較低排量鉆進(jìn)，同時在軌跡方面進(jìn)行預(yù)先處理和優(yōu)化，保證煤層段全復(fù)合鉆快速、安全穿越［6］。

由于MWD無線隨鉆測量儀，測點(diǎn)距鉆頭約有12 m的距離，每次測斜需對井底走向進(jìn)行預(yù)測，根據(jù)不同鉆井方式、不同層位及不同井斜角的增斜規(guī)律和方位漂移規(guī)律，推判出井底的井斜角和方位角［7］。

蘇5－16－46AH井有4段煤層，煤層斜長38 m，煤層中泥巖夾層斜長130 m，其復(fù)合鉆增斜率高，井眼曲率達(dá)到2.30°／30 m，且方位左漂。針對這些情況，定向入窗軌跡優(yōu)化如下：①進(jìn)入煤層前，井斜不超過60°，控制在58°左右，井眼曲率（2.7°～3.0°）／30 m，以復(fù)合增斜為主；②方位預(yù)留2°，防止煤層復(fù)合鉆方位左漂，軌跡失控；③煤層段全復(fù)合鉆進(jìn)，井眼曲率控制在2.30°／30 m較為合適；④穿越煤層段后，距設(shè)計入窗點(diǎn)50 m井斜達(dá)到84°左右，井眼曲率控制在（3.0°～3.3°）／30 m，穩(wěn)斜鉆進(jìn)至目的層頂部，配合地質(zhì)導(dǎo)向提前做好入窗準(zhǔn)備，為及時調(diào)整留余地（表1）。

2.4水平段地質(zhì)導(dǎo)向與工程定向結(jié)合技術(shù)

蘇5－16－46AH井地質(zhì)導(dǎo)向堅持“隨鉆測井資料、錄井資料、與工程資料”3種資料結(jié)合，制定“靶點(diǎn)提前、靶點(diǎn)滯后、側(cè)向穿出、頂部或底部穿出”等調(diào)整預(yù)案，努力實(shí)現(xiàn)提高水平井機(jī)械鉆速以及有效儲層鉆遇率的目標(biāo)［8］。

由于隨鉆測斜工具測量點(diǎn)距離鉆頭有一定距離，測斜零長約12 m，伽馬零長約14 m，測斜及隨鉆伽馬數(shù)據(jù)具有較大的滯后性，在井斜低于85°或者機(jī)械鉆速低的時候，巖屑錄井具有更快的反應(yīng)速度。當(dāng)鉆遇泥巖時，伽馬API數(shù)值在100以上。將隨鉆伽馬與巖性、鉆時、氣測、鄰井地質(zhì)資料進(jìn)行綜合分析，可對正鉆地層是否發(fā)生變異做出及時、準(zhǔn)確的判斷，從而及時采取定向措施調(diào)整軌跡［9］。

工程上為了滿足水平段快速鉆進(jìn)要求，選用高效PDC鉆頭搭配動力強(qiáng)勁的單彎螺桿鉆具，并在實(shí)鉆中以復(fù)合鉆進(jìn)為主，定向滑動為輔的方式進(jìn)行井眼軌跡控制。采用“1.0°單彎螺桿＋尾扶”的鉆具組合，在水平段施工中能夠基本保證井斜、方位維持在一定范圍內(nèi)，使得井眼軌跡更加平滑，并且需要調(diào)整軌跡時，定向造斜率能夠滿足相應(yīng)要求。實(shí)鉆表明，水平段井斜控制在±2°以內(nèi)較為合理，如巖性發(fā)生變化，井斜可按±5°偏差探明地質(zhì)情況，重新進(jìn)入儲層繼續(xù)鉆進(jìn)［10］。

水平段鉆具組合進(jìn)行倒裝，靠近無磁鉆鋌處放置2柱加重鉆桿，另再放置不少于15柱加重鉆桿在井斜低于30°處，能夠更好推動井下鉆具，有效改善定向托壓情況，提高滑動鉆速。水平段平均機(jī)械鉆速達(dá)到8m／h以上，滑動比例在6%以內(nèi)。

水平段鉆具組合：?152.4 mmPDC鉆頭＋?127 mm×1.0°螺桿（扶正器?146 mm）＋?147～148 mm扶正器＋回壓閥＋定向接頭＋?120.7 mm無磁鉆鋌＋311×ST39接頭＋?101.6 mm加重鉆桿2柱＋?101.6 mm鉆桿50柱＋?101.6 mm加重鉆桿16柱＋?101.6 mm鉆桿。

2.5鉆井液技術(shù)

1）表層流砂層采用高黏切膨潤土漿鉆進(jìn)。配方：10%OCMA土＋0.1%CMC-HV＋0.1%Na2CO3。鉆穿流砂層后轉(zhuǎn)化為復(fù)合鹽聚合物無固相鉆進(jìn)，強(qiáng)化抑制、包被能力，配方：0.4%KPAM＋0.4%CMP＋3%KCL＋5%NaCL；鉆完表層后充分使用高黏切膨潤土漿舉砂并墊滿整個井筒，保障套管順利下入。

2）第二次開鉆直井段繼續(xù)采用強(qiáng)包被、強(qiáng)抑制性的復(fù)合鹽聚合物無固相鉆進(jìn)，進(jìn)一步提高復(fù)合鹽濃度，保障長段泥巖穩(wěn)定。

3）斜井段一次性轉(zhuǎn)化為復(fù)合鹽聚磺鉆井液。配方：上部井漿＋4%OSMA-K＋4%SMP-2＋3%ZDS＋5%SFT，在定向到井斜25°～30°時提高油含至3%，配合表面活性劑，防止鉆頭泥包。根據(jù)井斜的增加而逐級提高鉆井液密度，井斜30°時密度達(dá)到1.25 g／cm3，井斜45°時密度達(dá)到1.30 g／cm3，井斜60°時密度達(dá)到1.35 g／cm3、API失水控制到2.0mL以內(nèi)，特別防止煤層段井壁失穩(wěn)。煤層段鉆進(jìn)中維持鉆井液流變性指標(biāo)：漏斗粘度為65～70 s，初切為2～3Pa，終切為12～15 Pa，保持優(yōu)良的懸浮攜砂能力［11］。

4）水平段新配鉆井液，采用密度1.05 g／cm3的復(fù)合鹽低固相聚磺鉆井液開鉆，強(qiáng)化潤滑防卡能力，控制API濾失量小于3 mL，油含5%以上，每鉆進(jìn)200 m采用強(qiáng)封堵舉砂液3 m3（配方：井漿＋5% ZDS＋8%原油）舉砂清潔井筒。

2.6鉆井提速效果

2014年3月2日蘇5－16－46AH井開鉆，2014年4月15日第三次開鉆鉆進(jìn)至井深4 600 m完鉆，水平段長801 m，鉆井周期43.85 d，全面實(shí)現(xiàn)了兩個臺月鉆成1口馬家溝組水平井的目標(biāo)，將該構(gòu)造最快鉆井周期64.08 d縮短到43.85 d，減少了20.23 d，機(jī)械鉆速由6.32 m／h提高到8.77 m／h，增幅38.8%。實(shí)現(xiàn)一趟鉆鉆完最長三開水平段和單只鉆頭一趟鉆鉆獲1 740.3 m的最長進(jìn)尺。

3　結(jié)論

1）選用高效PDC鉆頭搭配動力強(qiáng)勁的螺桿鉆具，有效提高了機(jī)械鉆速。造斜段使用等壁厚螺桿能延長使用壽命，減少起下鉆次數(shù)，提高鉆井效率。

2）造斜段軌跡控制遵循“前急后緩”，在前部易定向井段多滑動增斜，根據(jù)該區(qū)塊方位漂移規(guī)律，提前預(yù)留方位；在后部井段以復(fù)合鉆進(jìn)為主，利用自然增斜趨勢，順利入窗。水平段軌跡精細(xì)控制，調(diào)整平緩，運(yùn)用鉆時、巖性、隨鉆伽瑪?shù)葘Ρ确椒ㄟM(jìn)行軌跡調(diào)整，實(shí)現(xiàn)快速鉆進(jìn)和較高儲層鉆遇率。

3）復(fù)合鹽聚磺鉆井液能夠從力學(xué)和化學(xué)兩個方面對煤層井段及水平段井壁起到很好的抑制作用，避免井壁失穩(wěn)、垮塌，良好的流變性和攜砂能力使得井筒更清潔，定向滑動更順暢，機(jī)械鉆速得到大幅度提高。

4）初步形成了以直井段防斜提速、PDC鉆頭與螺桿合理匹配、井眼軌跡優(yōu)化與控制、復(fù)合鹽聚磺鉆井液體系等為核心的適應(yīng)該構(gòu)造水平井安全快速鉆井的配套技術(shù)模式。

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（編輯：李臻）

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2095-1132（2015）06-0039-04

10.3969／j.issn.2095-1132.2015.06.011

修訂回稿日期：2015－10－12

甘霖（1989－），助理工程師，從事定向井技術(shù)研究與現(xiàn)場技術(shù)服務(wù)工作。E-mail：gllvan1026@163.com。