鹽城中生界含氣井優(yōu)快鉆井技術(shù)

程智勇 嚴(yán)忠

摘要：鹽城地層井上部地層鹽城組、三垛組縮徑嚴(yán)重;戴南組、阜寧組地層穩(wěn)定性差;原井身結(jié)構(gòu)二開段裸眼段長、地層巖性變化大、壓力層系跨度大，以及阜寧組高壓，二開段施工復(fù)雜異常不斷;且下部中生界地層研磨性強(qiáng)、易漏失、氣侵溢流;給鉆井施工帶來諸多難題。針對(duì)各地層巖性特征、壓力體系、油氣層分布等特點(diǎn)，展開技術(shù)研究，形成了井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化、井壁穩(wěn)定、鉆井工具優(yōu)選以及安全鉆井等技術(shù)，在鹽城后續(xù)井的施工中得以應(yīng)用，取得了良好的施工效果。

關(guān)鍵詞：縮徑、漏失、溢流、復(fù)合井眼、垮塌、劃眼

鹽城凹陷天然氣源于古生界烴源層，相對(duì)于上揚(yáng)子海相，本區(qū)構(gòu)造復(fù)雜、天然氣保存條件苛刻，朱家墩氣藏東部及新洋次凹等地區(qū)20世紀(jì)末部署多口探井，多因構(gòu)造復(fù)雜、氣源輸導(dǎo)條件不利等原因先后失利，二十年來天然氣勘探一直停滯不前。今年以來，油田加大勘探開發(fā)力度，應(yīng)用隱蔽氣藏圈閉評(píng)價(jià)思路，在朱家墩氣藏東部落實(shí)了可鉆構(gòu)造-巖性圈閉。

1鹽城氣井主要施工難點(diǎn)

鹽城地區(qū)地層由上至下包括第四系東臺(tái)組，新近系鹽城組，古近系三垛組、戴南組、阜寧組，中生界白堊系泰州組，該地區(qū)施工難點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1.1 二開地層地層跨度大，井壁穩(wěn)定性差

鹽城組灰綠色泥巖、三垛組棕紅色泥巖易水化膨脹縮徑、造漿，砂礫巖地層易形成厚泥餅造成縮徑，易造成起鉆掛卡、下鉆遇阻。阜寧組泥巖易垮塌、掉塊，尤其是阜二段的“七尖峰”至“四尖峰”灰黑色泥巖垮塌嚴(yán)重。

1.2 井身結(jié)構(gòu)待優(yōu)化

鹽城地區(qū)氣井主要采用三級(jí)常規(guī)井身結(jié)構(gòu)，二開311.2mm井眼自鹽城組至阜寧組，裸眼段長，地層巖性變化、壓力層系跨度大，施工后期縮徑垮塌嚴(yán)重，加之阜寧組異常高壓，且下部中生界地層研磨性強(qiáng)、易漏失、氣侵溢流，給鉆井施工帶來諸多難題。

2優(yōu)快鉆井技術(shù)研究

2.1 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

根據(jù)鄰井實(shí)測(cè)情況，（1）地層壓力方面，E1f2段存在一段高壓油頁巖地層，地層壓力系數(shù)達(dá)到1.55;K2t2地層為低壓層，根據(jù)鄰井實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，地層壓力系數(shù)在0.9-1之間，其他井段為常規(guī)壓力體系。（2）破裂壓力方面，鹽城組地層破裂壓力在1.94左右，阜寧組地層破裂壓力在1.64左右。

前期采用的井身結(jié)構(gòu)，采用Φ444.5mm井眼封住鹽二段以上膠結(jié)疏松不穩(wěn)定地層，采用Φ311.2mm井眼封隔阜一段中部及以上易縮徑、垮塌地層，三開Φ215.9mm自阜一段鉆至泰州組，下入Φ139.7mm套管回接至井口。

前期的井身結(jié)構(gòu)弊端，一是二開裸眼段長，鹽城組及三垛組上部縮徑嚴(yán)重、下部戴南組和阜寧組井壁穩(wěn)定性較差，復(fù)雜故障頻發(fā)，鹽城1井在鹽二段、垛一段起下鉆由于縮徑原因劃眼，鹽城4井三垛組和阜寧組短起下頻發(fā)掛卡、遇阻進(jìn)行劃眼，鹽城1-3井下鉆在鹽城、三垛、戴南及阜寧整段劃眼;二是套管回接井口，固井成本高，不利于降本增效。

為消除弊端、降本增效，優(yōu)化出新三級(jí)復(fù)合井身結(jié)構(gòu)，采用Φ406.4mm井眼封隔鹽二段上部膠結(jié)疏松不穩(wěn)定地層，二開采用復(fù)合井眼，Φ241.3mm井眼鉆至戴南組頂，給鹽城組、三垛組留有縮徑余地，降低后期處理時(shí)效，Φ222.2mm井眼再鉆至阜一段中部，Φ177.8mm套管封隔阜一段中部及以上易縮徑、垮塌地層，以及對(duì)阜寧組可能存在的高壓層進(jìn)行封固，為三開泰州組低壓氣層施工創(chuàng)造井筒條件。三開采用Φ152.4mm井眼對(duì)泰州組專層專打，完井采用Φ127mm無接箍尾管。

優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)，一開縮小井眼可提高循環(huán)返速、提高攜砂效果，提高施工進(jìn)度;二開復(fù)合式井眼可有效降低上部鹽城組、三垛組地層縮徑引起的復(fù)雜異常處理時(shí)間;三開在不影響后續(xù)井下作業(yè)的前提下，采用無接箍尾管進(jìn)行懸掛，節(jié)約可觀套管、固井費(fèi)用。

2.2井壁穩(wěn)定技術(shù)

（1）井壁失穩(wěn)機(jī)理分析

鹽城地區(qū)上部井段鹽城組灰綠色泥巖易縮徑，三垛組棕紅色泥巖易水化膨脹縮徑、造漿;下部阜寧組尤其是阜二段的“七尖峰”至“四尖峰”灰黑色泥巖遇水極易垮塌。該地層皆位于二開井段中，所以，控制好上部井段縮徑、下部井段垮塌對(duì)提高施工速度、施工安全尤為重要。阜寧組頁巖段脆性礦物含量較高，粘土礦物中蒙脫石含量較高，頁巖遇水易膨脹、水化分解。

（2）鉆井液井壁穩(wěn)定性能優(yōu)化、維護(hù)措施

為維護(hù)井筒井壁穩(wěn)定需要，尤其是二開長裸眼段井壁穩(wěn)定性，上部鹽城組-三垛組主要考慮防縮徑、垮塌，下部阜寧組主要問題是泥頁巖垮塌處理。

1）鹽城組-垛一段鉆井液處理措施

該段鹽城組灰綠色泥巖易縮徑，三垛組棕紅色泥巖易水化膨脹縮徑、造漿，砂礫巖地層易形成厚泥餅造成縮徑。通過補(bǔ)充PMHA-Ⅱ、NH4-HPAN、乳液共聚物、K2CO3調(diào)整鉆井液性能，保證鉆井液強(qiáng)的抑制性能和適當(dāng)?shù)拿芏?，控制棕色泥巖的造漿和縮徑。

三垛組之前，調(diào)整好鉆井液（控制般含在20-30g/l），加入KCl、PAC-LV、QS-4轉(zhuǎn)換為氯化鉀聚合物鉆井液體系，保持KCL含量不低于5-7%，增強(qiáng)鉆井液的抑制性能，防止地層縮徑。

2）戴二段-阜一段鉆井液處理措施

阜寧組地層易垮，尤其是阜二段灰黑色泥巖遇水極易垮塌。

該井段鉆井液通過采用氯化鉀聚合物+聚胺防塌鉆井液體系、加入適量聚胺抑制劑、補(bǔ)充KCL含量不低于5%，確保鉆井液具有良好的抑制性、包被性和流變性。

進(jìn)入戴一段地層，加入2%GL-1進(jìn)行防塌預(yù)處理，并加入0.2-0.3%聚胺抑制劑PAIR，同時(shí)將密度提到1.28g/cm3，并配合使用QS-4、FT-342，增強(qiáng)封堵抑制防塌能力，確保井壁的穩(wěn)定。

（3）鹽城已完井兩口井井徑情況

鹽城地區(qū)最新兩口完成井井徑擴(kuò)大率分別為10.92%、8.20%，由于以往井資料井徑數(shù)據(jù)缺失，無法橫向?qū)Ρ?，但與工程設(shè)計(jì)要求油層段井徑擴(kuò)大率不大于13%相比，兩口井井徑數(shù)據(jù)皆遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，說明了鉆井液性能可滿足井壁穩(wěn)定的需要。

2.3 安全快速鉆井配套技術(shù)

（1）鉆井工具優(yōu)選

1）鉆頭、螺桿優(yōu)選

①地層巖性成分、可鉆性分析

鹽城地區(qū)鹽二段以上巖性為粘土、礫狀砂巖，膠結(jié)疏松，可鉆性較好。

鹽城-三垛組泥巖極易縮徑，均質(zhì)性差，其中礫巖對(duì)PDC破壞性強(qiáng)。

中下部井段戴南組為粗-細(xì)粉砂巖、泥巖及細(xì)砂礫巖為主，均質(zhì)性好，可鉆性強(qiáng);阜寧組主要為黑灰色硬脆性泥巖，易垮塌;泰州組主要以灰黑色泥巖、云灰質(zhì)砂巖為主，地層研磨性較強(qiáng)。

②鉆頭優(yōu)選

A、針對(duì)一開Φ406.4mm井眼，由于東臺(tái)-鹽二段地層不含大徑礫巖，以粘土、粉砂巖、砂泥巖為主，推薦PDC+鐘擺鉆具，選用Φ16mm復(fù)合片、六刀翼PDC鉆頭，通過加強(qiáng)水力沖刷作用，防斜打直快速鉆進(jìn)。

鉆頭特征：整體6刀翼、穩(wěn)定性好，緩解PDC復(fù)合片過早崩齒失效;16mm抗沖擊復(fù)合片，大齒間距、小后傾角強(qiáng)攻擊型設(shè)計(jì);鼻部、肩部減震齒設(shè)計(jì)，提高鉆頭抗沖擊性能;多噴嘴結(jié)構(gòu)，水力沖刷強(qiáng)。

B、針對(duì)鹽一段-三垛組地層易縮徑、均質(zhì)性差、大徑礫巖特點(diǎn)，PDC齒崩齒失效，重點(diǎn)解決砂礫巖、夾層造成的復(fù)合片崩齒失效的問題，推薦Φ19mm復(fù)合片、六刀翼、雙排齒結(jié)構(gòu)的PDC鉆頭，匹配4級(jí)5：6頭Φ197mm等壁厚螺桿

鉆頭特征：19mm抗沖擊性復(fù)合片，大齒間距提高鉆頭破巖效率;雙排齒設(shè)計(jì)，提高鉆頭壽命;多噴嘴結(jié)構(gòu)，避免泥包現(xiàn)象。

C、戴南組-阜寧組地層均質(zhì)性強(qiáng)，以泥巖、硬質(zhì)泥巖、粉砂巖互層為主，常規(guī)PDC鉆頭面臨吃入地層困難、機(jī)械鉆速慢的問題，推薦攻擊型較強(qiáng)的Φ16mm復(fù)合片5刀翼的“尖峰”PDC鉆頭，匹配3.5級(jí)5：6頭Φ172mm等壁厚螺桿。

鉆頭特征：整體5刀翼、鉆頭中心兩主刀翼、深排屑齒、多噴嘴結(jié)構(gòu);采用尖圓齒，提高鉆頭破巖效率;Φ16mm高抗沖擊性復(fù)合片。

2）鉆具組合推薦

一開采用PDC+塔式鐘擺鉆具組合防斜打直;二開Φ241.3mm、Φ222.2mm井眼分別采用Φ197mm、Φ172mm單彎螺桿雙扶雙穩(wěn)預(yù)彎曲鉆具配合MWD防斜鉆進(jìn);針對(duì)Φ152.4mm小井眼，采用Φ127mm無扶單彎+Φ120mm鉆鋌+Φ88.9mm鉆桿鉆具配合MWD鉆進(jìn)。

（2）復(fù)雜故障預(yù)防處理

1）阜二段高壓層溢流風(fēng)險(xiǎn)

阜二段地層壓力系數(shù)達(dá)到1.55，鹽城后續(xù)井鉆進(jìn)至阜二段前需將鉆井液密度提至1.40g/cm3左右;且需加強(qiáng)井控意識(shí)，發(fā)現(xiàn)溢流跡象及時(shí)關(guān)井，避免高套壓。

后續(xù)根據(jù)關(guān)井套壓情況可采取節(jié)流循環(huán)壓井等方式處理，注意防止長裸眼段鉆具粘卡，可通過調(diào)低半封管匯壓力的方式對(duì)關(guān)井鉆具進(jìn)行活動(dòng)，確保井下鉆具安全。

2）泰州組漏失風(fēng)險(xiǎn)

根據(jù)以往鉆井資料顯示，泰州組泰二段、泰一段屬于低壓氣藏，地層壓力系數(shù)為0.9-1，且含玄武巖，漏失風(fēng)險(xiǎn)高。

鉆遇該井段前需根據(jù)設(shè)計(jì)適當(dāng)控制鉆井液密度，加強(qiáng)液面觀察，并進(jìn)行隨鉆堵漏，提高地層的承壓能力，進(jìn)而降低漏失的幾率。

3現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

鹽城地區(qū)已完井2口，通過實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了快速、安全鉆進(jìn)，井下復(fù)雜、故障時(shí)效大為降低，機(jī)械鉆速大幅提高，鉆井周期大幅縮短。相較于以往施工井，實(shí)施后鉆井周期縮短60.26%，機(jī)械鉆速提高127.88%，復(fù)雜故障時(shí)效降低57.44%。

其中YC5井完鉆井深4086.8m，鉆井周期61天，機(jī)械鉆速8.51m/h，較已鉆井平均機(jī)械鉆速提高了116%、鉆井周期較設(shè)計(jì)節(jié)約28.08%，刷新了鹽城氣田全井機(jī)械鉆速最快、鉆井周期最短兩項(xiàng)紀(jì)錄。

4、結(jié)論與建議

（1）針對(duì)長裸眼、巖性、壓力系統(tǒng)差異大井段，采用復(fù)式井眼結(jié)構(gòu)有效降低了復(fù)雜故障幾率，施工效率得到很大提升。

（2）針對(duì)地層巖性特點(diǎn)優(yōu)化鉆頭結(jié)構(gòu)、采用高強(qiáng)度復(fù)合片、異型齒，可取得良好的提速效果。

（3）下部井段采用氯化鉀聚合物+聚胺防塌鉆井液體系，確保良好的抑制性和包被性，井壁穩(wěn)定性大為提高。

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