蘇5-16-46AH井快速鉆井技術

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

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，復雜地質條件制約了鉆井速度。針對鉆井提速難點，著重從直井段防斜提速、PDC鉆頭優選與螺桿鉆具匹配、定向段井眼軌跡控制與鉆具組合優化、水平段地質導向與工程定向技術結合及復合鹽聚磺鉆井液體系等方面進行了技術攻關與現場試驗，初步形成了適應該構造鉆井提速技術模式。2014年，蘇5－16－46AH井完鉆井深4 600 m，水平段長801 m，將該構造最快鉆井周期64.08 d縮短到43.85 d，機械鉆速由6.32 m／h提高到8.77 m／h，增幅38.8%，實現了該構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

蘇里格氣田主要產氣層在上古石盒子組盒7、盒8段，該構造勘探開發多年，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，要實現天然氣穩產，需進行縱向勘探。在縱向勘探過程中發現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、孔洞發育較好，孔隙度高，物性好，具有儲量規模大、產量高、易開采的特點。但該儲層埋藏深度大，通常在3 400 m左右，地質條件復雜，導致機械鉆速低，鉆井周期長。馬家溝組水平井最快鉆井周期為64.08 d，平均機械鉆速僅為6.32 m／h，急需探索并將近年來的鉆井新技術應用到該構造以實現鉆井提速目標。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、鉆井液體系優化及降低井下復雜事故等方面進行了科研攻關和現場試驗，鉆井提速效果顯著。

1　難點分析

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，易出現水化膨脹，導致井壁垮塌。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的關鍵。

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，當斜井段進入煤層時井斜已達60°，易出現井壁失穩，垮塌、掉塊等現象，從而導致后期施工困難［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，造成旋轉扭矩和滑動摩阻增加，防卡潤滑難度大，定向滑動托壓嚴重。PDC鉆頭在定向滑動鉆進中，工具面穩定性較差，鉆速慢，施工效率較低。靶前位移長，靶點垂深規律性差，儲層所在位置不穩定。實鉆資料顯示，橫向間隔僅幾十米，儲層垂深會發生很大的變化。在斜井段入窗鉆進過程中，需要頻繁調整井眼軌跡，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，巖性非均質性強，儲層變化大，鉆進過程中鉆具復合鉆增斜率高，規律性較差，需要頻繁定向滑動，調整井眼軌跡，以實現更高儲層鉆遇率［2］。

2　快速鉆井技術

2.1直井段防斜提速技術

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生井斜。采用鐘擺鉆具和自浮式單點測斜的傳統組合不僅測斜耗用時間長，而且在井斜產生后，只能通過控制鉆壓吊打的方式進行糾斜，這在一定程度上影響了鉆井速度［3］。

蘇5－16－46AH井設計造斜點2 800 m，針對直井段長且易斜的特征，繼續依靠傳統鐘擺鉆具組合及單點測斜的方式嚴重制約鉆井速度，而采用“四合一”鉆具組合（PDC鉆頭＋彎螺桿＋扶正器＋MWD），根據錄取的井眼軌跡數據隨鉆糾斜，同時解放鉆井參數，能夠實現提速和保障井身質量的目的。防斜主要依靠MWD＋彎螺桿隨鉆測斜和糾斜來實現；提速主要依靠PDC鉆頭＋螺桿解放鉆井參數提高機械鉆速，依靠MWD＋彎螺桿減少起下鉆次數和縮短測斜時間提高行程鉆速來實現。

2.2PDC鉆頭和螺桿鉆具優選

考慮到蘇里格下古馬家溝構造紙坊組含礫石，“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定，定向效率差，選用六刀翼PDC鉆頭配合低轉速、大扭矩的7頭螺桿［4］。根據現場試驗情況表明，高效PDC鉆頭搭配螺桿鉆具有效提高了機械鉆速，并且延長了使用壽命，減少了起下鉆次數，提高了鉆井時效。造斜段平均機械鉆速達到4.21 m／h，水平段機械鉆速達到8.33 m／h。

2.3鉆具組合優化與井眼軌跡控制技術

2.3.1鉆具組合優化

滑動鉆進鉆時是復合鉆鉆進鉆時的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）。當井斜達到20°以后，滑動鉆進容易出現托壓情況，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，當井斜大于30°時，有利于推動鉆具，避免緊貼下井壁，出現粘卡情況。?165.1 mm無磁鉆鋌上端，安放3柱?127 mm加重鉆桿，實鉆表明，復合鉆方位較為穩定，大大減少了滑動鉆進比例，節省了斜井段鉆井時間。

鉆具組合優化為：?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

蘇5-16-46AH井設計靶前距620 m，全井剖面設計造斜率不能過高，不超過5°／30 m，控制在（2.5°～3.5°）／30 m較為適合，實鉆控制中，軌跡“前急后緩”，前部井斜盡量比設計大1°～2°，進入煤層前達到58°，后部煤層段直至入窗以復合鉆進為主，該段復合鉆進比例至少達75%以上。隨時對軌跡進行細化設計，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，減小定向風險，提高機械鉆速。

表1　蘇5-16-46AH井井眼軌跡優化表

山西組、太原組、本溪組地層有多段煤層，煤層遇水極易分散，進入煤層井斜接近60°，井壁不穩定，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，同時在軌跡方面進行預先處理和優化，保證煤層段全復合鉆快速、安全穿越［6］。

由于MWD無線隨鉆測量儀，測點距鉆頭約有12 m的距離，每次測斜需對井底走向進行預測，根據不同鉆井方式、不同層位及不同井斜角的增斜規律和方位漂移規律，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，其復合鉆增斜率高，井眼曲率達到2.30°／30 m，且方位左漂。針對這些情況，定向入窗軌跡優化如下：①進入煤層前，井斜不超過60°，控制在58°左右，井眼曲率（2.7°～3.0°）／30 m，以復合增斜為主；②方位預留2°，防止煤層復合鉆方位左漂，軌跡失控；③煤層段全復合鉆進，井眼曲率控制在2.30°／30 m較為合適；④穿越煤層段后，距設計入窗點50 m井斜達到84°左右，井眼曲率控制在（3.0°～3.3°）／30 m，穩斜鉆進至目的層頂部，配合地質導向提前做好入窗準備，為及時調整留余地（表1）。

2.4水平段地質導向與工程定向結合技術

蘇5－16－46AH井地質導向堅持“隨鉆測井資料、錄井資料、與工程資料”3種資料結合，制定“靶點提前、靶點滯后、側向穿出、頂部或底部穿出”等調整預案，努力實現提高水平井機械鉆速以及有效儲層鉆遇率的目標［8］。

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

工程上為了滿足水平段快速鉆進要求，選用高效PDC鉆頭搭配動力強勁的單彎螺桿鉆具，并在實鉆中以復合鉆進為主，定向滑動為輔的方式進行井眼軌跡控制。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，使得井眼軌跡更加平滑，并且需要調整軌跡時，定向造斜率能夠滿足相應要求。實鉆表明，水平段井斜控制在±2°以內較為合理，如巖性發生變化，井斜可按±5°偏差探明地質情況，重新進入儲層繼續鉆進［10］。

水平段鉆具組合進行倒裝，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。水平段平均機械鉆速達到8m／h以上，滑動比例在6%以內。

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

1）表層流砂層采用高黏切膨潤土漿鉆進。配方：10%OCMA土＋0.1%CMC-HV＋0.1%Na2CO3。鉆穿流砂層后轉化為復合鹽聚合物無固相鉆進，強化抑制、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采用強包被、強抑制性的復合鹽聚合物無固相鉆進，進一步提高復合鹽濃度，保障長段泥巖穩定。

3）斜井段一次性轉化為復合鹽聚磺鉆井液。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。根據井斜的增加而逐級提高鉆井液密度，井斜30°時密度達到1.25 g／cm3，井斜45°時密度達到1.30 g／cm3，井斜60°時密度達到1.35 g／cm3、API失水控制到2.0mL以內，特別防止煤層段井壁失穩。煤層段鉆進中維持鉆井液流變性指標：漏斗粘度為65～70 s，初切為2～3Pa，終切為12～15 Pa，保持優良的懸浮攜砂能力［11］。

4）水平段新配鉆井液，采用密度1.05 g／cm3的復合鹽低固相聚磺鉆井液開鉆，強化潤滑防卡能力，控制API濾失量小于3 mL，油含5%以上，每鉆進200 m采用強封堵舉砂液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日第三次開鉆鉆進至井深4 600 m完鉆，水平段長801 m，鉆井周期43.85 d，全面實現了兩個臺月鉆成1口馬家溝組水平井的目標，將該構造最快鉆井周期64.08 d縮短到43.85 d，減少了20.23 d，機械鉆速由6.32 m／h提高到8.77 m／h，增幅38.8%。實現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的最長進尺。

3　結論

1）選用高效PDC鉆頭搭配動力強勁的螺桿鉆具，有效提高了機械鉆速。造斜段使用等壁厚螺桿能延長使用壽命，減少起下鉆次數，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，根據該區塊方位漂移規律，提前預留方位；在后部井段以復合鉆進為主，利用自然增斜趨勢，順利入窗。水平段軌跡精細控制，調整平緩，運用鉆時、巖性、隨鉆伽瑪等對比方法進行軌跡調整，實現快速鉆進和較高儲層鉆遇率。

3）復合鹽聚磺鉆井液能夠從力學和化學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、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、井眼軌跡優化與控制、復合鹽聚磺鉆井液體系等為核心的適應該構造水平井安全快速鉆井的配套技術模式。

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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，從事定向井技術研究與現場技術服務工作。E-mail：gllvan1026@163.com。