涪陵平橋與江東區(qū)塊頁巖氣水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)

楊海平

(中石化江漢石油工程有限公司鉆井一公司，湖北潛江 433121)

2016年，涪陵平橋與江東區(qū)塊初期完鉆水平井16口，平均鉆井周期128.00 d，鉆井過程中出現(xiàn)了漏失垮塌同存、井筒沉砂多、直井段易發(fā)生井斜、穩(wěn)斜段井眼軌跡控制困難、摩阻大、扭方位托壓嚴(yán)重、鉆頭進(jìn)尺少、機(jī)械鉆速低、井筒壓力復(fù)雜和水平段井眼軌跡調(diào)整頻繁等問題，其原因是導(dǎo)管未封住易垮塌地層、采用清水鉆進(jìn)大尺寸井眼井段長、地層傾角復(fù)雜、穩(wěn)斜段長、扭方位段井斜角大、常規(guī)鉆頭適應(yīng)性差、地層承壓能力低、氣顯示活躍、鉆井液密度高、油基堵漏材料少和地質(zhì)導(dǎo)向困難。為提高鉆井速度，筆者優(yōu)化了井身結(jié)構(gòu)及井眼軌道，研制了適用于不均質(zhì)地層、研磨性地層的高效鉆頭及大尺寸大扭矩低速螺桿，優(yōu)選了大尺寸直井段及復(fù)雜壓力系統(tǒng)井段的鉆進(jìn)方式、復(fù)雜軌道造斜段及傾角復(fù)雜水平段導(dǎo)向鉆進(jìn)方式、高效水力振蕩器、低密度強(qiáng)抑制強(qiáng)封堵水基鉆井液及油基膠凝堵漏材料，形成了涪陵平橋與江東區(qū)塊頁巖氣水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)，現(xiàn)場應(yīng)用32口井，平均鉆井周期由128.00 d縮短至76.25 d，取得了很好的提速效果。

1 鉆井技術(shù)難點(diǎn)

1.1 地層主要特點(diǎn)

平橋區(qū)塊、江東區(qū)塊分別位于涪陵地區(qū)焦石壩區(qū)塊東南部及西部。平橋區(qū)塊為狹長斷背斜，東西兩翼地層產(chǎn)狀較陡(20°～45°)，斷裂帶發(fā)育，核部及東南部地層較平緩(5°～15°)，儲(chǔ)層埋深2 600.00～4 000.00 m。江東區(qū)塊西南部傾角平緩(10°～20°)，東北部傾角較徒(20°～30°)，儲(chǔ)層埋深超過3 200.00 m，比焦石壩主體增深了500.00～900.00 m。

江東與平橋區(qū)塊鉆遇地層從上到下為三疊系須家河組、雷口坡組、嘉陵江組和飛仙關(guān)組，二疊系長興組、龍?zhí)督M、茅口組、棲霞組和梁山組，石炭系黃龍組，志留系韓家店組、小河壩組和龍馬溪組及奧陶系五峰組。平橋區(qū)塊地表以嘉陵江組地層為主，江東區(qū)塊地表以須家河組或雷口坡組地層為主。

須家河組地層底部為黑色頁巖；雷口坡組地層中部為棕紅色頁巖，底部為角礫巖；雷口坡組及嘉陵江組地層溶洞、裂縫及地下河發(fā)育；韓家店組、小河壩組及龍馬溪組上段為泥巖夾粉砂質(zhì)泥巖或泥質(zhì)粉砂巖；龍馬溪組碳質(zhì)頁巖地層和五峰組泥質(zhì)頁巖地層局部裂縫或斷層發(fā)育。

長興組、茅口組、棲霞組、韓家店組、小河壩組、龍馬溪組、五峰組和茅口組及以上地層的壓力系數(shù)為0.85～0.95，棲霞組至黃龍組地層壓力系數(shù)為1.00～1.05，韓家店組和小河壩組地層壓力系數(shù)為1.10～1.25，龍馬溪組和五峰組地層壓力系數(shù)為1.25～1.35，其中，長興組、茅口組、棲霞組和龍馬溪組地層為裂縫性氣層。

1.2 主要鉆井技術(shù)難點(diǎn)

1) 采用清水鉆進(jìn)須家河組或雷口坡組地層時(shí)漏失和垮塌同存，井下情況復(fù)雜，處理困難。

2) 嘉陵江組、飛仙關(guān)組及茅口組地層造斜能力強(qiáng)，直井段提速、防斜與防碰矛盾突出。

3) 地層承壓能力低，氣顯示活躍，局部存在異常高壓，二開和三開井漏、氣侵及井涌頻繁。

4) 龍?zhí)督M至黃龍組、小河壩組石英砂層及龍馬溪組濁積砂層可鉆性差。

5) 摩阻大，采用常規(guī)導(dǎo)向鉆井技術(shù)鉆進(jìn)時(shí)托壓嚴(yán)重。

6) 儲(chǔ)層傾角復(fù)雜，水平段軌跡調(diào)整頻繁[1]。

2 優(yōu)快鉆井技術(shù)

2.1 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

平橋與江東區(qū)塊初期采用“單導(dǎo)管+三開”井身結(jié)構(gòu)[2]：導(dǎo)管段，采用φ609.6 mm鉆頭鉆進(jìn)，φ473.1 mm套管下深50.00～60.00 m，封固地表水層及黏土層；一開，采用φ406.4 mm鉆頭鉆進(jìn)，下入φ339.7 mm套管，封固飛仙關(guān)組三段及以上溶洞、裂縫、地下暗河及水層；二開，采用φ311.1 mm鉆頭鉆進(jìn)，下入φ244.5 mm套管，封固龍馬溪組濁積砂層及以上漏層、氣層及低承壓層等復(fù)雜地層，為三開采用高密度油基鉆井液鉆進(jìn)創(chuàng)造條件；三開，采用φ215.9 mm鉆頭鉆進(jìn)，下入φ139.7 mm套管，采用套管射孔完井。該井身結(jié)構(gòu)在采用清水鉆進(jìn)大尺寸井眼時(shí)易出現(xiàn)井漏垮塌同存等井下復(fù)雜情況，二開定向鉆進(jìn)過程頻繁出現(xiàn)托壓現(xiàn)象，為此對導(dǎo)管及技術(shù)套管下深進(jìn)行了優(yōu)化。

1) 導(dǎo)管優(yōu)化。取須家河組底部黑色頁巖及雷口坡組中部棕紅色砂質(zhì)頁巖進(jìn)行水化試驗(yàn)，巖樣在清水中浸泡1 min時(shí)出現(xiàn)裂紋，5 min后呈碎屑狀?？疾炻额^巖心發(fā)現(xiàn)，雷口坡組角礫巖呈堆積狀，膠結(jié)極差，井下打撈上來的角礫巖，最大的一塊超過3.00 kg，證實(shí)采用清水鉆進(jìn)角礫巖地層時(shí)垮塌嚴(yán)重。若φ473.1 mm導(dǎo)管無法封固自流井組、雷口坡組水敏性泥巖層或雷口坡組底部角礫巖層，需增加一層導(dǎo)管，形成“雙導(dǎo)管+三開”井身結(jié)構(gòu)。導(dǎo)管1，采用φ863.5 mm鉆頭鉆至井深25.00～30.00 m，下入φ719.9 mm套管，封固地表黏土層及水層；導(dǎo)管2，采用φ609.6 mm鉆頭和膨潤土漿鉆穿雷口坡組中部棕紅色泥巖地層，下入φ473.1 mm套管；或采用φ609.6 mm鉆頭及清水鉆穿雷口坡組底部角礫巖層，下入φ473.1 mm套管。

2) 技術(shù)套管優(yōu)化。φ311.1 mm井眼的穩(wěn)斜段及扭方位段處于小河壩組至龍馬溪組地層，為縮短穩(wěn)斜段長度和降低扭方位井段摩阻，以JYr-1HF井和JYi-4H井為例，分析扭方位段井斜角與鉆時(shí)的關(guān)系發(fā)現(xiàn)：扭方位時(shí)井斜角大，鉆時(shí)長；隨著井斜角增大，鉆時(shí)增長，且扭方位段后期鉆時(shí)隨井斜角增大呈非線性增長；井斜角越大，鉆時(shí)越長(見圖1)。根據(jù)分析結(jié)果，優(yōu)化技術(shù)套管下深，將二開中完井深上移，可以減小中完井斜角，縮短φ311.1 mm定向井段長度及降低φ244.5 mm套管下入難度，以有利于提高二開導(dǎo)向鉆井速度。

圖1 φ311.1 mm井眼扭方位段的井斜角與鉆時(shí)Fig.1 Well inclination and drilling time at azimuth changing section of φ311.1 mm hole

2.2 井眼軌道優(yōu)化

平橋與江東區(qū)塊相鄰鉆井平臺(tái)交叉平行布井，具有偏移距大、靶前位移及水平段長的特點(diǎn)，采用漸增式變曲率“直—增—穩(wěn)—扭—增—穩(wěn)”六段制井眼軌道，穩(wěn)斜段最長接近2 000.00 m。實(shí)鉆表明，摩阻會(huì)隨穩(wěn)斜段增長急劇升高(見圖2)，扭方位段摩阻也非常高，采用常規(guī)導(dǎo)向鉆井技術(shù)鉆進(jìn)時(shí)頻繁出現(xiàn)托壓現(xiàn)象，對鉆速影響大。為降低摩阻，將穩(wěn)斜段優(yōu)化為微增斜段[3]，增斜段、微增斜段(穩(wěn)斜段)、扭方位段分段完成，將部分扭方位、微增斜(穩(wěn)斜)的井段移到三開，以增加復(fù)合鉆進(jìn)進(jìn)尺，使井眼更光滑。

圖2 φ311.1 mm井眼穩(wěn)斜段長度與摩阻的關(guān)系Fig.2 Relationship between the length and frictional resistance of the hold-up section of φ311.1 mm hole

JYd-3HF井的漸增式變曲率五段制井眼軌道優(yōu)化為漸增式變曲率“直—增—微增斜—扭方位—微增—扭方位—微增—增—微增—增—穩(wěn)”十一段制井眼軌道，將1 559.05 m長的穩(wěn)斜段優(yōu)化為1 706.00 m長的微增斜段，采用復(fù)合鉆進(jìn)完成，控制造斜率不超過0.02°/m，復(fù)合鉆進(jìn)井段增加147.36 m，扭方位井段縮短244.00 m。

模擬計(jì)算井眼軌道優(yōu)化前后的摩阻和扭矩，發(fā)現(xiàn)與優(yōu)化前相比，滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)的摩阻降低了17.57%，復(fù)合鉆進(jìn)扭矩減小了24.38%，下入φ244.5 mm套管時(shí)的最大摩阻降低了15.82%。

2.3 井眼軌跡控制技術(shù)

1) 直井段防斜降斜技術(shù)。平橋與江東區(qū)塊平臺(tái)布井4～8口，井口間距10.00 m，同一個(gè)平臺(tái)不同井組的距離為30.00～40.00 m。由于這2個(gè)區(qū)塊局部地層的傾角超過45°，最長直井段達(dá)到2 400.00 m，直井段防碰壓力大。防斜打直是直井段防碰的主要措施，也是降低后續(xù)施工摩阻的關(guān)鍵[4]。由于巖溶地層易發(fā)生溶洞性漏失，使用MWD進(jìn)行隨鉆測量及糾斜受到限制，且大尺寸井眼糾斜困難。因此，二開井段應(yīng)用PDS垂直鉆井系統(tǒng)鉆進(jìn)，鉆具組合為φ311.1 mmPDC鉆頭+φ244.5 mm垂直鉆井系統(tǒng)+φ203.2 mm無磁鉆鋌×1根+φ127.0 mm鉆桿。

2) 微增斜段井眼軌跡控制技術(shù)。微增斜段設(shè)計(jì)造斜率(0.01°～0.02°)/m，以確保扭方位時(shí)井斜角符合設(shè)計(jì)要求，避免井斜角不符合設(shè)計(jì)要求造成扭方位困難。φ244.5 mm套管接箍外徑為285.0 mm，而鉆具組合的剛性不能低于套管串剛性，因此選用φ285.0 mm螺旋穩(wěn)定器。通過分析不同規(guī)格短鉆鋌對導(dǎo)向鉆具組合造斜率的影響規(guī)律，建議選用長2.30～2.50 m的φ203.2 mm短鉆鋌。微增斜段復(fù)合鉆進(jìn)鉆具組合為φ311.1 mm鉆頭+φ215.9 mm 1.25°彎螺桿+φ203.2 mm短鉆鋌×2.30～2.50 m+單流閥+φ285.0 mm穩(wěn)定器+φ203.2 mm無磁鉆鋌+MWD+φ203.2 mm無磁短鉆鋌+φ127.0 mm加重鉆桿×9根+φ127.0 mm鉆桿。鉆井參數(shù)為：鉆壓120～160 kN，排量40～50 L/s，轉(zhuǎn)速40～60 r/min。

2.4 鉆進(jìn)方式優(yōu)選

1) 一開采用φ406.4 mm鉆頭鉆進(jìn)，中完井深通常為900.00～1 500.00 m，鉆遇地層為嘉陵江組及飛仙關(guān)組地層。一開井眼尺寸大、井段長，如采用清水鉆進(jìn)，由于清水的攜巖能力差，鉆屑上返困難，井筒中鉆屑多、易沉積，發(fā)生沉砂卡鉆的風(fēng)險(xiǎn)高，循環(huán)時(shí)間長。充氣清水具有上返速度快的特點(diǎn)，因此一開采用充氣清水鉆進(jìn)，并優(yōu)化了φ406.4 mm井眼充氣清水鉆井參數(shù):清水排量為40～50 L/s，注氣量為60～70 m3/min。

2) 分析鉆井速度與水平井井型、導(dǎo)向鉆進(jìn)方式的關(guān)系(見表1)發(fā)現(xiàn)，隨著φ311.1 mm造斜段井眼軌道的復(fù)雜化，常規(guī)導(dǎo)向鉆進(jìn)的機(jī)械鉆速及行程鉆速均大幅下降；對于復(fù)雜三維井，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆進(jìn)的機(jī)械鉆速及行程鉆速均比常規(guī)導(dǎo)向鉆進(jìn)快1倍以上。分析φ215.9 mm水平段的鉆井速度與儲(chǔ)層傾角、導(dǎo)向鉆進(jìn)方式的關(guān)系(見表2)發(fā)現(xiàn)：隨著儲(chǔ)層傾角復(fù)雜化以及儲(chǔ)層由龍馬溪組調(diào)整為龍馬溪組+五峰組(通常各占水平段一半進(jìn)尺)，常規(guī)導(dǎo)向鉆進(jìn)的機(jī)械鉆速及行程鉆速大幅下降；采用近鉆頭導(dǎo)向鉆進(jìn)方式，可提高機(jī)械鉆速及行程鉆速，但提速效果不明顯；龍馬溪組及五峰組儲(chǔ)層傾角復(fù)雜的水平段采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)，可提高機(jī)械鉆速及行程鉆速，其中行程鉆速可提高1倍以上，說明旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆進(jìn)比常規(guī)導(dǎo)向鉆進(jìn)的純鉆時(shí)效高。因此，復(fù)雜軌道水平井的造斜段及儲(chǔ)層傾角復(fù)雜的水平段采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆進(jìn)方式。

表1φ311.1mm井眼造斜段鉆井速度與水平井井型、導(dǎo)向鉆進(jìn)方式的關(guān)系

Table1RelationshipsamongROPinφ311.1mmholebuild-upsection,horizontalwelltypesanddirectionaldrillingmethod

井型導(dǎo)向方式行程鉆速/(m·d-1)機(jī)械鉆速/(m·h-1)二維井常規(guī)導(dǎo)向121.069.47常規(guī)三維井常規(guī)導(dǎo)向98.629.00復(fù)雜三維井常規(guī)導(dǎo)向60.775.92復(fù)雜三維井旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向135.5011.15

注：常規(guī)三維水平井是方位扭轉(zhuǎn)幅度59°～73°的水平井；復(fù)雜三維水平井井是方位扭轉(zhuǎn)幅度≥110°或反方向位移的水平井。

表2φ215.9mm水平段鉆井速度與儲(chǔ)層傾角狀態(tài)、導(dǎo)向鉆進(jìn)方式的關(guān)系

Table2RelationshipsamongROPinφ215.9mmholehorizontalsection,formationinclinationangleanddirectionaldrillingmethod

導(dǎo)向方式儲(chǔ)層傾角評價(jià)機(jī)械鉆速/(m·h-1)行程鉆速/(m·d-1)常規(guī)導(dǎo)向龍馬溪組平緩10.31143.08常規(guī)導(dǎo)向龍馬溪組+五峰組平緩7.4593.01常規(guī)導(dǎo)向龍馬溪組+五峰組復(fù)雜6.0971.67近鉆頭導(dǎo)向龍馬溪組+五峰組復(fù)雜6.8179.90旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向龍馬溪組復(fù)雜7.33165.80

3) 長興組、茅口組、棲霞組、龍馬溪組地層裂縫發(fā)育，且氣顯示活躍，由于地層承壓能力低，采用平衡鉆井易發(fā)生井漏、氣侵和井涌等井下故障。統(tǒng)計(jì)平橋與江東區(qū)塊已完鉆井資料發(fā)現(xiàn)：二開采用密度為1.25～1.54 kg/L的水基鉆井液鉆進(jìn)，噴漏同存井占60.00%；三開采用密度為1.50～1.95 kg/L的油基鉆井液鉆進(jìn)，噴漏同存井占24.00%。為解決鉆進(jìn)長興組、茅口組、棲霞組、龍馬溪組地層時(shí)的井漏、氣侵和井涌等問題，在鉆至長興組地層時(shí)，采用控壓鉆井技術(shù)[5]。

2.5 油基膠凝堵漏材料應(yīng)用

針對常用水基復(fù)合堵漏材料對頁巖層理及微裂縫漏失[6-7]堵漏效果差的情況，將球狀凝膠防漏劑[8-9]與顆粒狀、片狀、纖維狀剛性材料按緊密堆積理論進(jìn)行級(jí)配，使其實(shí)現(xiàn)微米級(jí)粒徑分布(120目篩篩余量小于10%)，膠凝復(fù)合堵漏漿配方為井漿+10%NFJ(凝膠)+10%架橋顆粒(0.5～1.0 mm)+8%礦物纖維+13%片狀復(fù)合堵漏劑(中細(xì))。JYi-2HF井三開采用密度1.75 kg/L的油基鉆井液鉆進(jìn)，發(fā)生漏失，使用膠凝復(fù)合堵漏漿將承壓能力提高至1.95 kg/L。

2.6 關(guān)鍵鉆頭研制與降阻工具優(yōu)選

1) 龍?zhí)督M、茅口組上部及龍馬溪組的濁積砂層采用HJT537GK型和HJT617G型牙輪鉆頭進(jìn)行復(fù)合鉆進(jìn)或定向滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)，切削齒大量斷裂，分析認(rèn)為是齒的韌性不足、齒偏高造成的。采用圓柱齒PDC鉆頭進(jìn)行復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)，出現(xiàn)鼻部環(huán)磨、內(nèi)錐出心和鼻部及肩部嚴(yán)重崩齒，分析認(rèn)為是PDC復(fù)合片抗磨性能不足所致。觀察巖心及鉆屑發(fā)現(xiàn)，龍?zhí)督M—茅口組地層上部分布硅質(zhì)條帶及結(jié)核，局部含黃鐵礦，龍馬溪組濁積砂層長石含量高，地層研磨性強(qiáng)，因此要防止牙輪鉆頭切削齒斷裂，就要提高牙輪鉆頭的抗沖擊能力。為此，研制了新型抗沖擊牙輪鉆頭，該鉆頭采用耐磨性與韌性較好的梯度合金切削齒，將外排齒設(shè)計(jì)為圓偏楔形齒，主切削齒設(shè)計(jì)為凸頂楔形齒，并降低切削齒的高度，以提高切削齒的抗沖擊性、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及破巖效率。

2) 茅口組下部至黃龍組地層采用圓柱齒PDC鉆頭進(jìn)行復(fù)合鉆進(jìn)或定向滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)，大量PDC復(fù)合片齒崩齒。觀察茅口組地層下部巖心發(fā)現(xiàn)，夾層多，呈現(xiàn)非均質(zhì)，而非均質(zhì)地層易產(chǎn)生沖擊載荷，造成PDC復(fù)合片齒崩齒。因此，研制了斧形齒PDC鉆頭，斧形齒受力面積變小，將破巖方式由單一的剪切破巖變?yōu)榍邢?擠壓復(fù)合破巖，提高了切削齒的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及破巖效率。

3) 采用常規(guī)圓柱齒PDC鉆頭鉆進(jìn)平橋區(qū)塊小河壩組石英砂層時(shí)鉆頭磨損快，主要失效方式為肩部磨損，多伴存環(huán)磨及縮徑。其原因是小河壩組為中硬地層，研磨性較強(qiáng)。因此，要需改變破巖方式和提高PDC復(fù)合片切削齒的抗磨能力。為此，研制了抗沖擊牙輪齒及斧形PDC復(fù)合片切削齒混合的鉆頭，該鉆頭將單一的剪切破巖方式變?yōu)閿D壓+剪切復(fù)合破巖方式，牙輪齒預(yù)破碎并改變巖石的應(yīng)力分布，以提高PDC復(fù)合片切削齒的切削效率。

4) 針對采用PDC鉆頭鉆進(jìn)φ609.6 mm井段復(fù)合鉆進(jìn)扭矩大、環(huán)空返速低的問題，研制了φ285.8 mm等壁厚螺桿，其與φ244.5 mm等壁厚螺桿相比，額定扭矩由24.4 kN·m提高至35.0 kN·m，提高了43.44%；額定排量由55 L/s提高至95 L/s，環(huán)空返速提高至0.34 m/s，有利于清水鉆井鉆屑的返出。

5) 針對三開水平段油基鉆井液密度高、水力參數(shù)優(yōu)化困難的情況，選用了壓降低、效果好的φ171.5 mm渦輪式全金屬水力振蕩器[10]，其與φ171.5 mm螺桿式水力加壓器相比，額定工作壓降由3.00 MPa降至2.00 MPa，工作時(shí)間達(dá)到200.00 h，增加了50.00 h。

2.7 強(qiáng)抑制強(qiáng)封堵鉆井液

針對韓家店組、小河壩組地層層理發(fā)育，易發(fā)生誘導(dǎo)性漏失的情況，選用BT-100低密度強(qiáng)抑制強(qiáng)封堵鉆井液，其配方為2.0%～3.0%膨潤土+0.2%Na2CO3+0.8%NaOH+3.0%KCl+1.5%LV-CMC+0.3%PAC-LV+3.0%ZH-1+0.5%K-PAM+3.0%SFT+3.0%QS-2+3.0%BT-100。其性能參數(shù)為：密度1.15～1.17 kg/L，漏斗黏度48～66 s，API濾失量4.0～5.2 mL。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

頁巖氣水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)在江東與平橋區(qū)塊的32口水平井進(jìn)行了應(yīng)用，平均完鉆井深4 909.44 m，平均鉆井周期76.25 d。江東區(qū)塊平均完鉆井深5 414.00 m，平均鉆井周期83.00 d，與應(yīng)用前相比平均鉆井周期縮短了57.00 d；平橋區(qū)塊平均完鉆井深4 816.00 m，平均鉆井周期75.00 d，與應(yīng)用前相比平均鉆井周期縮短了46.00 d。下面以JYk-1HF井為例介紹具體應(yīng)用情況，該井是平橋區(qū)塊一口頁巖氣水平井，目的層為龍馬溪組和五峰組，完鉆井深5 540.00 m，完鉆垂深3 631.12 m，水平段長1 567.00 m，鉆井周期69.67 d。

3.1 井身結(jié)構(gòu)

JYk-1HF井采用了優(yōu)化的“雙導(dǎo)管+三開”井身結(jié)構(gòu)：導(dǎo)管1，采用φ863.5 mm鉆頭鉆至井深39.00 m；φ720.0 mm套管下至井深38.90 m，封固地表黏土層；導(dǎo)管2，采用φ609.6 mm鉆頭鉆至井深400.00 m，φ473.1 mm套管下至井深398.51 m，封固雷口坡組中部棕紅色頁巖地層；一開，采用φ406.4 mm鉆頭鉆至井深1 535.00 m，φ339.7 mm套管下至井深1 547.04 m，封固飛仙關(guān)組三段；二開，采用φ311.1 mm鉆頭鉆至井深3 070.00 m，φ244.5 mm套管下至井深3 067.25 m，封固韓家店組;三開，采用φ215.9 mm鉆頭鉆至井深5 692.00 m，φ139.7 mm套管下至井深5 672.87 m。該井二開中完時(shí)井斜角由設(shè)計(jì)的57.20°降至40.30°，降低了大尺寸井眼定向鉆進(jìn)及大尺寸套管的下入難度，提高了鉆進(jìn)小河壩組地層時(shí)的鉆井速度，與同平臺(tái)未采用優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)的鄰井相比，鉆井周期縮短了8.65 d。

3.2 井眼軌道

該井采用使用漸增式變曲率“直—增—微增—扭—微增—增—微增—穩(wěn)”九段制井眼軌道，技術(shù)套管封固韓家店組后，在三開井段完成扭方位，增斜段、微增斜段(穩(wěn)斜段)分別在二開和三開完成。該井實(shí)鉆井眼軌跡見表3。該井二開和三開的最大扭矩分別為21和18 kN·m，最大摩阻分別為180和230 kN。與同平臺(tái)未優(yōu)化井眼軌道的鄰井相比，二開和三開的最大扭矩分別降低了7和8 kN·m，最大摩阻分別降低了100和70 kN。

表3 JYk-1HF井井眼軌跡數(shù)據(jù)Table 3 Actually drilled hole trajectory of Well JYk-1HF

3.3 井眼軌跡控制

二開微增斜段(1 644.35 m～3 105.50 m)采用復(fù)合鉆進(jìn)鉆具組合控制井眼軌跡，進(jìn)尺1 461.15 m，一趟鉆完成。鉆具組合為φ311.1 mm鉆頭+φ215.9 mm 1.25°彎螺桿+φ203.2 mm短鉆鋌×2.50 m+單流閥+φ285.0 mm穩(wěn)定器+φ203.2 mm無磁鉆鋌+MWD+φ203.2 mm無磁短鉆鋌+φ127.0 mm加重鉆桿×9根+φ127.0 mm鉆桿。鉆井參數(shù)為：鉆壓130～150 kN，排量50～55 L/s，轉(zhuǎn)速46～55 r/min。井斜角由10.10°增至40.30°，平均造斜率為0.02°/m。與同平臺(tái)鄰井相比，井眼軌跡保持了微增，避免了中途反復(fù)降斜或增斜作業(yè)，減少起下鉆3趟。

3.4 鉆進(jìn)方式

一開205.00～1 240.00 m井段采用充氣清水鉆進(jìn)，鉆遇地層嘉陵江組—飛仙關(guān)組。一開鉆進(jìn)時(shí)間2.75 d，一趟鉆進(jìn)尺1 035.00 m，機(jī)械鉆速19.09 m/h，行程鉆速376.00 m/d，平均機(jī)械鉆速及平均行程鉆速創(chuàng)涪陵地區(qū)同類井的紀(jì)錄，鉆進(jìn)過程中鉆屑上返快，循環(huán)2～4 min接立柱時(shí)時(shí)無阻卡現(xiàn)象，φ339.7 mm套管順利下至設(shè)計(jì)井深。水平段(4 125.50～5 692.00 m)采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆進(jìn)方式鉆進(jìn)，鉆遇地層龍馬溪組，鉆進(jìn)時(shí)間6.64 d，一趟鉆進(jìn)尺1 567.00 m，行程鉆速236.00 m/d，平均機(jī)械鉆速14.53 m/h，與采用常規(guī)導(dǎo)向鉆進(jìn)方式的鄰井相比，鉆井周期縮短了20.00 d。

3.5 個(gè)性化鉆頭的應(yīng)用

鉆進(jìn)龍?zhí)督M至茅口組地層的1 639.00～2 001.00 m井段，用一只新型抗沖擊牙輪鉆頭完成，進(jìn)尺204.00 m，平均機(jī)械鉆速4.47 m/h；與用常規(guī)牙輪鉆頭的鄰井相比，機(jī)械鉆速提高1.51 m/h，單只鉆頭進(jìn)尺提高95.00 m，且鉆頭出井后無斷齒或掉齒現(xiàn)象。鉆進(jìn)茅口組至黃龍組地層的2 001.00～2 525.00 m井段，用一只斧形齒PDC鉆頭完成，進(jìn)尺524.00 m，平均機(jī)械鉆速5.69 m/h，與采用常規(guī)圓柱齒PDC鉆頭的鄰井相比，機(jī)械鉆速提高1.29 m/h，單只鉆頭進(jìn)尺提高268.50 m。鉆進(jìn)小河壩組石英砂巖地層的3 506.24～3 780.60 m井段，用一只混合鉆頭完成，進(jìn)尺274.36 m，平均機(jī)械鉆速7.62 m/h，與采用常規(guī)圓柱齒PDC鉆頭的鄰井相比，機(jī)械鉆速提高2.69 m/h，單只鉆頭進(jìn)尺提高198.50 m。

3.6 強(qiáng)抑制強(qiáng)封堵鉆井液的應(yīng)用

二開2 498.00 m～3 070.00 m井段(韓家店組地層)采用密度1.16～1.18 kg/L的BT-100強(qiáng)封堵強(qiáng)抑制水基鉆井液鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過程中井眼穩(wěn)定，無掉塊及縮徑現(xiàn)象，測井、下套管等作業(yè)一次性完成。

4 結(jié)論與建議

1) 影響江東與平橋區(qū)塊鉆井速度的主要因素是上部井段漏失和垮塌同存、單只鉆頭進(jìn)尺少、機(jī)械鉆速低、直井段及穩(wěn)斜段易發(fā)生井斜、摩阻大、大尺寸井眼扭方位段井斜角大及井段長、壓力系統(tǒng)復(fù)雜和水平段軌跡調(diào)整頻繁。

2) 形成了導(dǎo)管及技術(shù)套管下深優(yōu)化、漸增式變曲率井眼軌道優(yōu)化、直井段及微增斜段軌跡控制技術(shù)；研制了適用于非均質(zhì)地層及研磨性地層高效鉆頭和大尺寸大扭矩低速螺桿；針對地層的不同特點(diǎn)選用鉆進(jìn)方式和提速工具；采用BT-100強(qiáng)封堵強(qiáng)抑制水基鉆井液及凝膠防漏堵漏劑防漏和堵漏。

3) 摩阻和扭矩大是影響鉆速的關(guān)鍵因素，需繼續(xù)研究降低摩阻和扭矩的井眼軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

4) 復(fù)雜山地對江東與平橋區(qū)塊井位布置的影響大，需針對水平段偏移距、靶前位移、靶點(diǎn)精確度、垂深空間等情況優(yōu)選井眼軌道剖面類型，降低摩阻或定向工作量，為提高鉆速創(chuàng)造條件。

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