大斜度定向井技術(shù)與應(yīng)用探討

王慶峰

摘要：目的區(qū)塊內(nèi)泥頁(yè)巖發(fā)育，有機(jī)碳含量較高，成熟度較高，具有較好的勘探潛力。針對(duì)地質(zhì)復(fù)雜、斷層發(fā)育、定向井鉆井周期長(zhǎng)、鉆井成本高等難點(diǎn)，開(kāi)展巖石可鉆性提取、井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化、鉆頭類(lèi)型優(yōu)選和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具、油基鉆井液體系及防氣竄固井技術(shù)應(yīng)用等配套技術(shù)研究，并在大斜度定向井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中得到成功的應(yīng)用。與前期所鉆井相比，鉆井周期縮短10%，機(jī)械鉆速提高49%，優(yōu)質(zhì)高效地完成1050.5m目的層井段的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向施工，目的層鉆遇率高100%，目的層井段沒(méi)有發(fā)生任何鉆井和安全事故，生產(chǎn)套管固井質(zhì)量?jī)?yōu)秀，標(biāo)志著大斜度定向鉆井技術(shù)取得重大進(jìn)展，并為其他區(qū)塊鉆井和開(kāi)發(fā)提供了借鑒作用。

關(guān)鍵詞：大斜度定向井；鉆頭類(lèi)型優(yōu)選；旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具；井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

區(qū)塊主體面積1189.72km2；區(qū)塊東西長(zhǎng)37km，南北寬32km；鉆井主要目的層最大埋深為2600m。由于儲(chǔ)層地層孔滲性低、傾角變化大，目前只有通過(guò)沿優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖層走向鉆大斜度定向井，加上后期儲(chǔ)層大規(guī)模水力壓裂改造的方式，才能達(dá)到商業(yè)開(kāi)發(fā)的目的，所以如何優(yōu)快鉆井是經(jīng)濟(jì)性開(kāi)發(fā)核心技術(shù)之一。針對(duì)鉆井施工技術(shù)難題，通過(guò)巖石可鉆性研究、鉆頭選型、合理井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、井身剖而優(yōu)化和控制、應(yīng)用以旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向和油基泥漿為代表的鉆井新工具、新工藝等措施，保障了施工的順利進(jìn)行，形成了配套齊全的優(yōu)快鉆井技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)低成本開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

1鉆井技術(shù)難點(diǎn)

（1）地表?xiàng)l件差，可供使用的井場(chǎng)較少，通常井場(chǎng)處于山區(qū)的山間平地，屬于山地鉆井，存在交通不便、道路狹窄崎嶇、后勤供應(yīng)難等困難。（2）地層出露老，上部地層灰?guī)r裂縫溶洞發(fā)育，地下水活躍，鉆井過(guò)程中有井漏和地下水涌出風(fēng)險(xiǎn)。（3）古生代地層可鉆性差，巖石強(qiáng)度高，致密堅(jiān)硬，機(jī)械鉆速低，單只鉆頭進(jìn)尺低。（4）本區(qū)地層傾角一般在20°～50°。左右，由于地層傾角大，地層造斜能力強(qiáng)，井眼軌跡控制困難，井眼軌跡不光滑、鉆壓傳遞困難、扭矩摩阻大。（5）目的層井段裸眼長(zhǎng)、井斜大、巖屑上返行程長(zhǎng)，泥漿攜砂困難，容易形成砂床。（6）目的層優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖薄，僅10m左右，且分布不均勻，層理發(fā)育給地質(zhì)導(dǎo)向帶來(lái)了挑戰(zhàn)。（7）生產(chǎn)套管固井壓差大、易漏、頂替效率低影響固井質(zhì)量，給后續(xù)的壓裂射孔試氣帶來(lái)困難。

2優(yōu)快鉆井技術(shù)方案

2.1合理井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

地質(zhì)必封點(diǎn)主要有：淺部地層出水層；頁(yè)巖層的易漏、易垮塌地層。實(shí)鉆揭示河壩組之上地層致密，比較穩(wěn)定，為正常地層壓力系統(tǒng)（地層壓力系數(shù)1.0，破裂壓力系數(shù)為1.6～2.0。根據(jù)地層壓力和必封點(diǎn)、完井要求，形成了簡(jiǎn)化“導(dǎo)管+三級(jí)套管”井身結(jié)構(gòu)方案：φ508mm導(dǎo)管下入50m左右，用于封隔地表風(fēng)化的松軟地層；φ339.7mm表層套管下深500m，主要封固地下淺水層和漏失層；φ244.5mm技術(shù)套管下至龍二段泥質(zhì)粉砂巖，封隔A靶點(diǎn)以上造斜井段和易垮塌薄弱地層；φ139.7mm生產(chǎn)套管下到目的層，用來(lái)封隔層，作為壓裂和生產(chǎn)管柱。

2.2巖石可鉆性研究和鉆頭選型

地層以致密性砂、泥頁(yè)巖和碳酸巖為主，地層偏硬、研磨性強(qiáng)、可鉆性差，為了更好地優(yōu)選鉆頭，提高鉆進(jìn)效率，對(duì)巖石可鉆性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。利用聲波測(cè)井資料，提取了巖石的抗壓強(qiáng)度和可鉆性。結(jié)果表明：巖石抗壓強(qiáng)度（UCS）大多介于100～200MPa之間，巖石可鉆性級(jí)值介于5.78～6.60級(jí)，巖石屬于中—硬地層，提出了適合區(qū)塊鉆頭的選型方案。

一開(kāi)直井段巖性不均勻、局部含石英硬砂巖，優(yōu)選適合硬地層、金屬軸承密封、壽命高的515、535系列鑲齒牙輪鉆頭。A井在一開(kāi)曾下入KS1662的PDC鉆頭鉆進(jìn)，進(jìn)尺僅14m，機(jī)械鉆速為2.33m/h，鉆頭磨損嚴(yán)重報(bào)廢，鉆進(jìn)效果不理想；后來(lái)選用GJ515G牙輪鉆頭，進(jìn)尺達(dá)到163m，機(jī)械鉆速為2.36m/h，使用效果較好。

2.3井眼軌跡控制技術(shù)

（1）一開(kāi)直井段開(kāi)展復(fù)合鉆進(jìn)，防斜打直。為提高上部井段的機(jī)械鉆速和實(shí)現(xiàn)防斜打直，采用“三牙輪鉆頭+減震器+1.25°單彎螺桿+MWD隨鉆測(cè)量?jī)x”的復(fù)合鉆進(jìn)方式隨鉆防斜，鉆進(jìn)時(shí)隨時(shí)監(jiān)控井斜，若井斜有超標(biāo)的趨勢(shì)則立即進(jìn)行滑動(dòng)鉆進(jìn)糾斜。如A井地層傾角大（28°），地層造斜能力強(qiáng)（增斜（0.2°～0.3°）/10 m），施工中采用了該方式鉆進(jìn)，取得了較好的鉆進(jìn)效果。實(shí)踐證明螺桿鉆具的主動(dòng)糾斜相對(duì)于傳統(tǒng)的塔式鉆具的被動(dòng)防斜效果更好。

（2）二開(kāi)造斜井段控制好造斜率，確保安全著陸。為了實(shí)現(xiàn)按照預(yù)定的井眼軌跡控制好造斜率確保所鉆軌跡安全著陸入靶窗的目的，采用“PDC鉆頭+1.5°單彎螺桿+MWD（帶UR短接）”鉆具組合穩(wěn)斜探油頂技術(shù)，在A靶點(diǎn)前預(yù)留了50m的穩(wěn)斜段，著陸時(shí)要求井斜角有3°～5°的提前角，增強(qiáng)了應(yīng)對(duì)儲(chǔ)層變化、進(jìn)行垂深和著陸姿態(tài)調(diào)整的主動(dòng)性。

2.4優(yōu)選鉆井液體系

直井段鉆井液體系可以采用清水或膨潤(rùn)土漿鉆進(jìn)，必要時(shí)配稠漿清洗井眼。二開(kāi)造斜井段采用氯化鉀/KPAM抑制性水基泥漿體系，主要通過(guò)K+對(duì)泥頁(yè)巖的抑制作用和KPAM對(duì)有害固相的包被作用，達(dá)到控制泥頁(yè)巖分散，有效控制泥漿有害固相的目的。三開(kāi)目的層井段，選擇油基鉆井液體系，可確保作業(yè)的安全順利，減少井下復(fù)雜情況，降低鉆井成本，有利于儲(chǔ)層保護(hù)。

3應(yīng)用成果

通過(guò)鉆井實(shí)踐，形成了以“巖石可鉆性研究、合理井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”為基礎(chǔ)，以“優(yōu)質(zhì)PDC鉆頭、可靠的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具、先進(jìn)的油基泥漿體系和防氣竄固井技術(shù)”為代表的優(yōu)快鉆井技術(shù)，解決了井鉆井投資巨大，建井周期長(zhǎng)、鉆井成本居高不下的問(wèn)題。在2口大斜度井鉆井設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，充分收集己鉆井的資料，引進(jìn)鉆井新工藝、新技術(shù)，積極開(kāi)展鉆井方案優(yōu)化、優(yōu)快鉆井應(yīng)用，收到良好的鉆進(jìn)效果，機(jī)械鉆速大幅度提高，鉆井周期顯著減低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年2口大斜度井的平均井深為2405m，平均垂深為1710.93m，平均目的層段長(zhǎng)1050.5m，全井平均機(jī)械鉆速為4.43m/h，平均鉆井周期為94d、建井周期為97a。與2014年鉆的2口直井相比，鉆井周期縮短了10%，機(jī)械鉆速提高了49%。

4結(jié)論

（1）鉆前通過(guò)鄰井聲波測(cè)井資料分析，建立區(qū)塊巖石可鉆性剖面，優(yōu)選了適合硬地層鉆頭類(lèi)型。（2）通過(guò)對(duì)區(qū)塊地質(zhì)和地層壓力情況的分析，采用簡(jiǎn)化的“導(dǎo)眼+三級(jí)套管”井身結(jié)構(gòu)：一開(kāi)直井段采用“三牙輪鉆頭+螺桿”復(fù)合鉆進(jìn)和糾斜，解決易井斜問(wèn)題，提高了機(jī)械鉆速；二開(kāi)造斜井段采用“PDC鉆頭+彎螺桿”復(fù)合鉆進(jìn)，控制好井眼軌跡，確保入窗中靶；三開(kāi)采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，提高了優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖的鉆遇率。（3）目的層采用油基泥漿體系，解決了泥頁(yè)巖地層井壁穩(wěn)定性問(wèn)題和層保護(hù)問(wèn)題，滿(mǎn)足了測(cè)井對(duì)井眼的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳海力，王琳，周峰，等.四川盆地威遠(yuǎn)地區(qū)頁(yè)巖氣水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)[J].天然氣上業(yè)，2016，34（12）：100-105