東溪?dú)馓锷顚禹?yè)巖氣探井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化

黃志遠(yuǎn), 陳思安, 薛 龍

（1.中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院, 山東東營(yíng) 257000；2.中石化勘探分公司, 四川成都 610000）

東溪?dú)馓镂挥谥貞c市綦江區(qū), 于1955年開始勘探開發(fā), 截止2005年底共完鉆井27口, 其中獲氣井25口, 開發(fā)層段以嘉陵江組為主, 茅口組次之[1], 隨著產(chǎn)氣量的逐漸降低, 目前90%以上的井處于報(bào)廢或關(guān)停狀態(tài)。近年來(lái), 隨著頁(yè)巖氣勘探的逐步深入, 特別是義和—鳳來(lái)褶皺帶平橋斷背斜以及涪陵褶皺帶焦石壩箱狀背斜兩個(gè)頁(yè)巖氣高產(chǎn)富集區(qū)的突破, 同屬于川東南盆內(nèi)高陡褶皺帶二級(jí)構(gòu)造單元的東溪?dú)馓镉型瓉?lái)新的機(jī)遇。2017年中石化部署的東頁(yè)深1井成功試獲日產(chǎn)31×104m3方高產(chǎn)工業(yè)氣流, 拉開了東溪?dú)馓镂宸濉堮R溪組深層頁(yè)巖氣勘探的序幕。

東頁(yè)深1井作為中石化在東溪?dú)馓锊渴鸬牡谝豢陬A(yù)探井, 設(shè)計(jì)之初面臨著鄰井鉆井資料不全、地質(zhì)認(rèn)識(shí)不全面等多方面的困難。設(shè)計(jì)使用的井身結(jié)構(gòu)方案較好地滿足了安全鉆進(jìn)的需求, 但仍存在優(yōu)化的空間, 實(shí)現(xiàn)安全性和經(jīng)濟(jì)性[2]的雙贏。

1 東溪?dú)馓锏刭|(zhì)情況

東溪?dú)馓镎w位于齊岳山斷裂下盤, 南部與齊岳山斷裂呈斷洼接觸, 可進(jìn)一步細(xì)化為5個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元：西部向斜、東溪斷背斜、東部向斜、桃子蕩斷洼、東部抬升斷塊。東溪構(gòu)造變形弱, 志留系地層平緩、傾角小, 斷層相對(duì)不發(fā)育。東溪斷背斜屬盆內(nèi)高陡構(gòu)造, 褶皺系數(shù)8.3, 閉合系數(shù)0.14, 向南、北翼傾覆, 東翼較平緩, 與向斜區(qū)呈斷層接觸, F1斷裂向上消失于嘉陵江組膏巖層。東部向斜寬緩, 最寬達(dá)17km, 內(nèi)部發(fā)育少量小斷層, 東部與齊岳山斷層呈斷洼接觸。

地層自上而下鉆遇侏羅系沙溪廟組、涼高山組、自流井組, 三疊系須家河組（以上為陸相地層）、雷口坡組、嘉陵江組、飛仙關(guān)組, 二疊系長(zhǎng)興組、龍?zhí)督M、茅口組、棲霞組、梁山組, 志留系韓家店組、石牛欄組、龍馬溪組, 奧陶系五峰組、臨湘組、寶塔組、十字鋪組、牯牛潭組、湄潭組[3]。其中頁(yè)巖氣目的層段五峰—龍馬溪組埋深約4021～4386m左右。

2 東溪?dú)馓镢@井難點(diǎn)分析

東溪?dú)馓锷顚禹?yè)巖氣探井目前采用導(dǎo)眼井+側(cè)鉆水平井模式實(shí)施勘探開發(fā), 在地質(zhì)資料基礎(chǔ)上結(jié)合鄰井實(shí)鉆情況, 綜合分析鉆井施工中面臨的主要難點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：

（1）地層壓力高, 壓力層系復(fù)雜?？v向上呈現(xiàn)出常壓—高壓—異常高壓—高壓走勢(shì)。須家河組及以上地層為常壓地層, 地層壓力系數(shù)1.10；雷口坡組—龍?zhí)督M為高壓地層, 地層壓力系數(shù)1.30～1.70, 其中嘉陵江組為早期開發(fā)主要產(chǎn)層, 東24井鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)生強(qiáng)烈井噴, 東21、東24井也發(fā)生不同程度的井涌現(xiàn)象；茅口組為異常高壓層, 地層壓力系數(shù)1.85～2.00, 為早期開發(fā)另一次要產(chǎn)層, 東22、東24井鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)生多次井噴；棲霞組—寶塔組為高壓地層, 地層壓力系數(shù)1.50～1.70, 目的層段地層壓力系數(shù)1.60左右。

（2）地層承壓能力差, 易漏失。早期完鉆的東4-1井、東15井、東21井、東22井、東24井在沙溪廟組—茅口組均有不同程度的漏失。其中, 東22井在嘉陵江組一段共漏失鉆井液8363m3；東24井在須家河組漏失鉆井液1754m3, 嘉陵江組一段漏失鉆井液1033m3、清水6244m3, 茅口組漏失4196m3。茅口組以下地層鄰近無(wú)實(shí)鉆資料可參考, 雖然距離東溪?dú)馓?5km左右的丁山區(qū)塊、隆盛區(qū)塊茅口組及以下地層未出現(xiàn)惡性漏失的情況, 但仍需針對(duì)性做好防漏、堵漏的準(zhǔn)備[4]。

（3）地層高含硫化氫, 井控風(fēng)險(xiǎn)高。東溪?dú)馓锛瘟杲M普遍含硫化氫, 嘉四—嘉三含量最高, 東4-1井嘉四硫化氫含量最高, 達(dá)到11400ppm。鄰區(qū)丁山地區(qū)隆盛3井茅口組硫化氫濃度達(dá)到81.2～172.3ppm, 丁頁(yè)4井在雷口坡組硫化氫含量最大達(dá)11ppm。鄰區(qū)焦石壩地區(qū)焦頁(yè)1井長(zhǎng)興組硫化氫濃度也達(dá)到52～55ppm。綜合地質(zhì)分析及鄰井實(shí)鉆情況, 三疊系雷口坡組、嘉陵江組可能鉆遇較高濃度的硫化氫, 在二疊系長(zhǎng)興組、茅口組和志留系石牛欄組也有可能鉆遇硫化氫顯示。

（4）水平段較長(zhǎng), 井壁穩(wěn)定性存在不確定因素。東溪?dú)馓镯?yè)巖氣目的層段五峰組—龍馬溪組埋深約4021～4386m左右, 設(shè)計(jì)井深5820～6195m, 水平段長(zhǎng)度1500m左右。設(shè)計(jì)的東頁(yè)深1井為當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣設(shè)計(jì)垂深、井深最深的頁(yè)巖氣水平井, 可供參考的資料較少, 井壁穩(wěn)定性無(wú)法判斷。

3 東頁(yè)深1井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)施效果

在綜合分析地質(zhì)資料, 結(jié)合東溪?dú)馓铩⒍∩絽^(qū)塊鄰井實(shí)鉆情況, 東頁(yè)深1井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案如表1所示。

表1 東頁(yè)深1井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案表

導(dǎo)管目的是封隔淺層水和淺層漏失井段。

表層套管以封隔雷口坡組地層、不鉆開嘉陵江組任何產(chǎn)層為原則確定完鉆深度, 為下一開次打開嘉陵江組、茅口組高壓地層創(chuàng)造條件。

導(dǎo)眼井二開使用?311.2mm鉆頭鉆至設(shè)計(jì)井深, 裸眼完鉆。

側(cè)鉆井二開使用?311.2mm鉆頭鉆至A靶點(diǎn), 下入?244.5mm技術(shù)套管, 為長(zhǎng)水平段施工創(chuàng)造條件。

側(cè)鉆井三開采用?311.2mm鉆頭鉆至設(shè)計(jì)井深, 下入?139.7mm套管完井。

若導(dǎo)眼井二開鉆進(jìn)過(guò)程中鉆遇惡性漏失、異常高壓等難以處理的復(fù)雜情況, 提前下入?244.5mm技術(shù)套管封隔復(fù)雜層位。導(dǎo)眼井三開使用?215.9mm鉆頭鉆至井深4426m, 裸眼完鉆。側(cè)鉆水平井使用?215.9mm鉆頭鉆至設(shè)計(jì)井深, 下入?139.7mm套管完井。

東頁(yè)深1井2017年10月28日開鉆, 于2018年6月20日完鉆, 實(shí)際鉆井周期215d, 平均機(jī)械鉆速3.31m/h。試獲日產(chǎn)31×104m3高產(chǎn)工業(yè)氣流, 取得深層頁(yè)巖氣勘探重大突破[5]。實(shí)鉆井身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)對(duì)比如表2所示。

表2 東頁(yè)深1井身結(jié)構(gòu)實(shí)鉆與設(shè)計(jì)對(duì)比表

可以看出東頁(yè)深1井導(dǎo)管、表層套管嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)下深原則。導(dǎo)眼井二開鉆進(jìn)過(guò)程中嘉陵江組、茅口組等地層未出現(xiàn)任何井漏、井涌等井下復(fù)雜情況, 井眼情況良好, 二開裸眼完鉆。側(cè)鉆二開鉆進(jìn)過(guò)程中, 由于大尺寸鉆頭定向困難, ?244.5mm技術(shù)套管未下到預(yù)定深度（A靶點(diǎn)）。側(cè)鉆三開使用油基泥漿+旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向施工工藝, 順利完成長(zhǎng)水平段井眼施工。

4 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

東頁(yè)深1井實(shí)施較為順利, 未出現(xiàn)井下復(fù)雜情況, 后期部署新井井身結(jié)構(gòu)存在優(yōu)化的空間。

4.1 導(dǎo)管

東頁(yè)深1井導(dǎo)管鉆進(jìn)過(guò)程中未鉆遇淺層地表水及淺層漏失層位, 且在沙溪廟組未鉆遇氣層及其它復(fù)雜情況。因此, 可減少導(dǎo)管下深至30～60m, 建立循環(huán)。

4.2 表層套管

東頁(yè)深1井表層套管以封隔雷口坡組及以上地層為原則, 目的是保證二開打開嘉陵江組、茅口組高壓地層時(shí)的井控能力。實(shí)際鉆進(jìn)過(guò)程中, 嘉陵江組、茅口組最高鉆井液密度2.00g/cm3, 未發(fā)生溢流、井涌、井噴等復(fù)雜情況。此外, 從區(qū)域鉆探經(jīng)驗(yàn)來(lái)看, 涼高山組—雷口坡組地層承壓能力較高, 可以與嘉陵江組、茅口組地層放在同一開次[6]。因此, 表層套管下深可適當(dāng)減少, 根據(jù)地層埋藏深度, 封過(guò)下沙溪廟組即可（至少下深700m）。

4 .3技術(shù)套管

（1）套管尺寸。若二開嘉陵江組漏失嚴(yán)重, 提前下入?244.5mm技術(shù)套管至茅口組頂部, 后續(xù)鉆井施工過(guò)程中再鉆遇難以處理的復(fù)雜情況, 還需補(bǔ)下一層技術(shù)套管封隔復(fù)雜層位時(shí), 必然會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)套管尺寸的減?。?114.3mm或更?。? 影響后期產(chǎn)能[7]。

因此, 二開將技術(shù)套管尺寸由?244.5mm優(yōu)化成?273.1mm。若嘉陵江組漏失嚴(yán)重, 提前下入本層套管至茅口組頂部, 之后采用?241.3mm鉆頭鉆進(jìn), 再鉆遇復(fù)雜層位可懸掛一層?193.7mm技術(shù)套管進(jìn)行封隔。后續(xù)使用?165.1mm鉆頭鉆進(jìn), 下入?139.7mm+?127mm端部鐓粗套管完井, 保證完井套管尺寸, 滿足后期采氣產(chǎn)能的需求。

（2）套管下深。東頁(yè)深1導(dǎo)眼井實(shí)施順利, 二開裸眼完鉆。側(cè)鉆二開設(shè)計(jì)使用?311.2mm鉆頭鉆至A靶點(diǎn), 下入?244.5mm技術(shù)套管, 但在實(shí)際鉆進(jìn)過(guò)程中?311.2mm大尺寸鉆頭定向困難, 鉆至井斜角47°左右提前下入?244.5mm技術(shù)套管。

從鉆進(jìn)效果來(lái)看, 韓家店組、石牛欄組地層穩(wěn)定性較好, 側(cè)鉆斜井段井徑擴(kuò)大率小于15%, 未發(fā)生坍塌、掉塊等情況。因此, 技術(shù)套管可以考慮下在直井段, 在留足側(cè)鉆空間的前提下盡量下深, 避免大尺寸井眼定向, 減少鉆井周期。

5 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

由于東頁(yè)深1井的重大突破, 中石化加大了東溪?dú)馓锷顚禹?yè)巖氣的開發(fā)力度, 先后部署了東頁(yè)深2、東頁(yè)深3以及東頁(yè)深4井, 采用優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案, 具體參數(shù)如表3所示。

表3 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

6 實(shí)施效果分析

東頁(yè)深3、東頁(yè)深4井均于2019年開鉆, 2020年完鉆, 東頁(yè)深2井開鉆時(shí)間較晚, 于2020年開鉆, 2021年完鉆, 三口井各開次鉆井周期與東頁(yè)深1井的對(duì)比情況如圖1所示。其中, 東頁(yè)深3井鉆井周期180.97d（除去組織停工時(shí)間）, 與東頁(yè)深1相比, 鉆井周期降低16.12%, 全井平均機(jī)械鉆速3.67m/h, 較東頁(yè)深1井提高10.88%。東頁(yè)深4井鉆井周期133.17d（除去組織停工時(shí)間）, 與東頁(yè)深1相比, 鉆井周期降低47.16%, 全井平均機(jī)械鉆速4.43m/h, 較東頁(yè)深1井提高33.84%。在充分總結(jié)分析東頁(yè)深3、東頁(yè)深4實(shí)鉆資料的基礎(chǔ)上, 東頁(yè)深2井綜合應(yīng)用高壓噴射鉆井技術(shù)、多筒取芯等技術(shù), 鉆井周期進(jìn)一步縮短至113.99d, 與東頁(yè)深1相比, 鉆井周期降低47.16%, 全井平均機(jī)械鉆速7.00m/h, 較東頁(yè)深1井提高111.5%。

圖1 東溪?dú)馓锷顚禹?yè)巖氣探井各開次鉆井周期對(duì)比圖

7 結(jié)論與建議

（1）優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)方案減少了各層套管的下入深度, 在保證安全鉆進(jìn)的同時(shí), 大幅降低了鉆井成本；

（2）優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)方案大尺寸鉆頭進(jìn)尺減少, 極大提高了機(jī)械鉆速, 減少了鉆井周期；

（3）從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果來(lái)看, 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案滿足安全、快速鉆進(jìn)的要求, 可以在東溪?dú)馓锷顚禹?yè)巖氣探井中推廣使用。