川東北地區超深井優快鉆井技術?

劉 偉 李 麗

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

川東北地區超深井優快鉆井技術?

劉 偉1，2李 麗1

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

針對鉆井速度慢、井身質量難以保證、鉆井成本高等問題，統籌考慮多壓力剖面和鉆井復雜情況，開展四開制井身結構試驗，在此基礎上以優快鉆井為目標，對欠平衡、垂直、復合以及旋轉導向鉆井等關鍵技術進行研究，優選優配各層段鉆井工藝，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和以復合與旋轉導向鉆井配合高效鉆頭的海相地層安全鉆井配套技術。現場試驗表明，優快鉆井方案在鉆井提速、井身質量控制和降本增效方面效果顯著。

優快鉆井深井水平井鉆井技術

0 引言

川東北河壩區塊是中國石化的重點勘探開發領域。HB1與HB2井在飛仙關組測試獲200×104m3／d以上的高產天然氣流，顯示出該區域巨大的勘探開發前景。由于該地區具有高溫、高壓、高陡、高密度及含H2S、易漏等特點，鉆井過程中存在鉆井周期長、機械鉆速慢、復雜情況多等難題[1]。為了縮短鉆井周期，加快勘探開發進程，中國石化西南油氣分公司開展了陸相快速鉆井和海相安全鉆井技術研究與應用實踐，通過近幾年的攻關，形成了河壩區塊優快鉆井技術體系，實現了鉆井整體提速，達到了高效開發的目的。

1 制約優快鉆井影響因素分析

優快鉆井即是指在現有技術條件下，優選優配各種鉆井技術，最終達到滿足地質鉆井需要，最大限度降本增效的鉆井配套技術。制約河壩地區優快鉆井的主要影響因素有以下幾個方面。

1）陸相地層傾角大，水層位置和水量難以準確預測。河壩構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30°～48°。由于構造位置的不同，地層傾角存在一定差異，表現為構造高部位地層傾角相對較大，構造低部位地層傾角相對較小。據氣體鉆井、錄井及測試情況，該區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確預測。地層傾角大和地層出水是制約陸相地層快速鉆井的關鍵因素。

2）自上而下存在多壓力系統，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，螺桿壽命受限，高密度鉆井液所形成的“壓持效應”嚴重制約了鉆井提速。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施，只能依靠常規鉆井或復合鉆井，鉆井提速不明顯。

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

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

綜上所述，要實現河壩地區優快鉆井，應重點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個方面的問題。

表1 井身結構優化方案表

2 井身結構優化技術

在理論情況下，以飛仙關組為主要目的層的深井建立井口后，采用二開制井身結構即可完成鉆井施工，而實際操作起來將存在很大弊端[2-3]。為此，中國石化西南油氣分公司以安全鉆井和優快鉆井為目標進行井身結構設計，見表1。

該井身結構的主要特點是：①將嘉陵江組和飛仙關組在一個井眼內揭示，采用四開制完鉆，節約鉆井成本；②完鉆井眼尺寸為?241.3 mm，可以實現快速鉆井，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，以及日產氣量150×104m3的需要；④根據地層出水情況調整技術套管下深，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，施工過程中不需要更換小尺寸鉆桿。

3 優快鉆井關鍵技術

3.1 陸相地層防斜打快鉆井技術

垂直鉆井技術和欠平衡鉆井技術是當今世界上解決高陡構造鉆井難題的兩大核心技術[3]。

1）垂直鉆井技術。該技術的顯著特點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。由于進口工具租賃費用較高，若地層傾角較大，出水量大于10 m3／h，氣體鉆井應用受限，推薦采用國產垂直鉆井系統。通過扶正器間距、大小等力學性能分析，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。沙溪廟組出水層段和水量大小不確定，純氣體對地層出水、出氣較敏感，轉換過程易出現井壁垮塌情況。優快方案推薦在上沙溪廟組1 500～2 200 m以上井段實施泡沫鉆井，減少出水后轉換風險，第三次開鉆井段繼續試驗氮氣鉆井。河壩地區氣體鉆井中使用塔式鉆具組合鉆直井時，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。在純氣體介質條件下鉆井，空氣錘具有更好的防斜作用，應優先考慮。

3.2 海相地層安全快速鉆井技術

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

1）復合鉆井技術。海相地層巖石致密，常規轉盤鉆井機械鉆速慢，鉆井周期長，采用螺桿鉆具復合鉆井是提速的首選[4]。根據螺桿特性分析和廠家資料，從提高螺桿強度和保持較大的造斜與通過能力考慮，?314.1 mm井眼優選?216 mm直螺桿，定向井考慮造斜能力優選?197 mm單彎螺桿。從通過能力、造斜能力等綜合指標考慮，宜優選?216 mm單彎螺桿，?241.3 mm井眼優選?197 mm直螺桿，定向井優選?185 mm單彎螺桿，度數為0.5°～1.5°。通過調整螺桿度數或扶正器位置實現對軌跡控制，螺桿優選結果見表2。

表2 河壩地區推薦螺桿選型方案表

2）旋轉導向鉆井技術。旋轉導向鉆井以旋轉方式鉆進，可以自動調節井斜和方位，尤其適合用于大位移井的長穩斜段和水平井導向鉆進。HJ203H井采用貝殼公司的旋轉導向系統，實現造斜段和水平段鉆井施工，平均機械鉆速達到2.85 m／h。實踐表明：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鉆桿降低循環壓耗。

3）軌跡控制技術。飛仙關組井底循環溫度達130℃，常規螺桿鉆具和隨鉆測量儀器難以滿足施工需要。通過對螺桿鉆具組合和軌跡測量控制工具（MWD、旋轉導向系統、LWD）的調研分析，優化出3套適合于河壩區塊定向鉆井的螺桿鉆具型號和配套鉆具組合，形成了抗溫165℃，抗壓158.6 MPa（23 000 psi）的高溫高壓無線隨鉆測量設備配套技術。HB1-1D井和HF203井采用抗高溫MWD和電子多點均成功實現定向井鉆井施工。

4 現場應用效果分析

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

1）機械鉆速大幅提高。優快鉆井試驗井HF203井全井平均機械鉆速為2.08 m／h，HJ203H井全井平均機械鉆速為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）井身質量得到良好控制。采用優快鉆井工藝后，在提高鉆速的同時確保了直井段井身質量。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、轉換鉆井液類型、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。進入斜井段后，施工的重點是加強井眼軌跡監控，以順利中靶和減少全角變化率為主。HF203井采用常規MWD隨鉆測量工具和電子單（多）點測斜，通過調整鉆具組合和鉆進參數控制井眼軌跡，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導向系統，實時監測井眼軌跡，實現了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）獲得了顯著的經濟效益。優快鉆井試驗井平均鉆井周期為309 d，生產時間利用率為82.02%。相比前期實鉆情況，鉆井時間縮短408.5 d，縮短率為132.20%，非生產時間縮短近78 d。鉆井日費、套管費用、鉆頭費用節約3 300萬元以上。同時，在應對復雜情況、套管防磨等方面具有明顯優越性。

5 結論

優快鉆井配套技術經現場試驗，滿足目前川東北地區鉆井的需要，可推廣應用。針對飛三段和嘉二段的深井設計四開制井身結構，有利于提高鉆井速度、節約鉆井成本。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還實現了快速鉆井。建議川東北地區陸相地層首選欠平衡鉆井，大斜度定向井、水平井復雜井段宜采用旋轉導向系統。

［1］劉偉，李麗.通南巴深井優快鉆井技術［J］.石油礦場機械，2008，37（9）：78-82.

［2］吳建忠，李強，王波.川東北復雜深井井身結構優化研究［J］.天然氣技術，2009，3（1）：51-53.

［3］何龍.川東北地區優快鉆井配套技術［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

?本文系中國石化油田部項目“通南巴地區鉆井完井測試及酸化配套技術研究”（編號：G1100-07-2S-0177）的部分成果。

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