昭通地區(qū)頁巖氣鉆井技術(shù)難點(diǎn)與對策

王俊英

近年來，隨著四川盆地及鄰區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)工作的不斷深入，昭通龍馬溪組頁巖氣已成為國內(nèi)頁巖氣勘探的重要區(qū)域。頁巖作為天然氣儲集體，具有吸附氣和游離氣并存、特低孔滲、嚴(yán)重非均質(zhì)性等特點(diǎn)。由于其儲層性質(zhì)，頁巖氣開采具有一定難度，通過對昭通地區(qū)頁巖氣鉆井技術(shù)難點(diǎn)分析總結(jié)，歸納總結(jié)出昭通地區(qū)頁巖氣特色鉆井技術(shù)。

1 昭通地區(qū)頁巖氣鉆井難點(diǎn)

1.1 斷層多，井漏垮塌多發(fā)

滇黔北昭通地區(qū)為喀斯特地貌，飛仙關(guān)組、樂平組溶洞、裂縫發(fā)育，地層承壓能力低，地層破碎，井漏事故極為普遍；頁巖氣開發(fā)井型多為大斜度井和水平井，目的層龍馬溪組地層裂縫發(fā)育，液相侵入容易造成力學(xué)失穩(wěn)易發(fā)生垮塌，尤其在高伽馬井段，極易發(fā)生惡性垮塌[1]。

1.2 部分層段可鉆性差

表層井段多產(chǎn)水，飛仙關(guān)組泥質(zhì)含量高，易泥包鉆頭；樂平組含凝灰質(zhì)砂巖，鉆速低；茅口組、棲霞組富含黃鐵礦、燧石結(jié)核，研磨性強(qiáng)；韓家店組、石牛欄組巖性變化快，地層可鉆性差。

1.3 定向段造斜率高

龍馬溪組為定向、水平段，定向作業(yè)“托壓”現(xiàn)象和長裸眼段會造成定向鉆進(jìn)效率低和井下安全風(fēng)險(xiǎn)。且叢式井組具有防碰、繞障，增加了定向鉆進(jìn)難度。

1.4 表層充氣鉆防碰難度大

按照川西南頁巖氣布井模式，多口井都需依據(jù)第一口井執(zhí)行淺層繞障并控制軌跡鉆進(jìn)，井間距為5 m，給表層防碰帶來了較大風(fēng)險(xiǎn)。針對惡性漏失多采用空氣霧化鉆井，不具備隨鉆監(jiān)測與定向調(diào)整手段[2]。

1.5 長水平段鉆井難度高

西南昭通頁巖氣水平段長平均在1 500～1 800 m，最長達(dá)2 200 m以上，長水平段、井壁應(yīng)力穩(wěn)定性差，巖屑在水平段因自重作用貼底邊下沉，極易堆積形成頁巖巖屑床，攜砂困難，造成鉆進(jìn)、劃眼困難，影響鉆井時(shí)效。

1.6 縱向壓力系統(tǒng)多，井控風(fēng)險(xiǎn)大

昭通區(qū)塊飛仙關(guān)組、樂平組、茅口組前期多口井鉆井過程出現(xiàn)氣侵、氣測異常。其中茅口組屬氣侵與漏失同存層；韓家店組、石牛欄組鄰井鉆進(jìn)中均有油氣顯示；龍馬溪組為主要目的層，預(yù)測地層壓力系數(shù)高[3]。

2 昭通地區(qū)頁巖氣鉆井技術(shù)對策

根據(jù)昭通地區(qū)頁巖氣鉆井難點(diǎn)，針對性提出6項(xiàng)鉆井技術(shù)措施，保證頁巖氣安全快速鉆井。

2.1 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

依據(jù)平臺地層壓力預(yù)測，確定必封點(diǎn)，確保復(fù)雜地層的封隔，采用三開井身結(jié)構(gòu)，以Φ660.4 mm鉆頭開眼，鉆30～50 m下入Φ508 mm導(dǎo)管封隔地表竄漏、不穩(wěn)定層段；第二必封點(diǎn)確定在飛仙關(guān)組頂部，封隔嘉陵江漏層及水層，表層以Φ444.5 mm鉆頭開眼，下Φ339.7 mm套管封隔嘉陵江組地層惡性井漏；Φ311.2 mm井眼段必封點(diǎn)確定在韓家店組中部，Φ244.5 mm技術(shù)套管設(shè)計(jì)下至韓家店中上部，封隔上部可能存在的漏、垮等復(fù)雜層段，為斜井段水平段高密度鉆進(jìn)提供有利條件。三開采用Φ215.9 mm鉆頭鉆至龍馬溪組水平段完鉆井深，下入Φ139.7 mm油層套管，保證套管順利下入。井身結(jié)構(gòu)如圖1所示，井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)見表1。

2.2 井眼軌跡控制

昭通地區(qū)頁巖氣平臺井組大部分井設(shè)計(jì)是三維井眼軌跡，三維水平井存在橫向位移大、空間方位變化大的特點(diǎn)。軌跡設(shè)計(jì)總體采用“直增穩(wěn)扭增”模式中靶[4]，主要采用單點(diǎn)/多點(diǎn)測斜、隨鉆測斜、地質(zhì)導(dǎo)向、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向進(jìn)行井眼軌跡控制，具體方式見表2。

上部直井段軌跡控制依據(jù)實(shí)鉆數(shù)據(jù)，及時(shí)測斜優(yōu)化調(diào)整，減少井眼相碰風(fēng)險(xiǎn)；石牛欄組致密砂巖夾層發(fā)育，定向扭方位困難，采用穩(wěn)斜復(fù)合鉆進(jìn)；進(jìn)入龍馬溪組后，充分利用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向扭方位增斜。定向過程嚴(yán)格控制曲率，YS108H9井鉆進(jìn)過程中多次出現(xiàn)高曲率井眼造成的鉆進(jìn)托壓情況，嚴(yán)重影響鉆井速度。

2.3 鉆頭及鉆井參數(shù)優(yōu)選

根據(jù)前期實(shí)鉆情況統(tǒng)計(jì)分析，有最優(yōu)指標(biāo)法優(yōu)選各層位適合的鉆頭及鉆井參數(shù)（表3）。

圖1 YS108H9井組井身結(jié)構(gòu)圖

表1 YS108H9井組井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

表2 YS108H9井組井眼軌跡控制方式

表3 YS108H9井組鉆頭及鉆井參數(shù)

2.4 氣體鉆井技術(shù)

昭通頁巖氣嘉陵江-飛仙關(guān)組段地層孔隙極為發(fā)育，可鉆性差，且地層未發(fā)現(xiàn)有H2S氣體，具備氣體鉆井條件。因氣體鉆井對地層防漏效果顯著，且能大幅度提高機(jī)械鉆速，綜合成本優(yōu)勢明顯。YS108H9-4井一開采用常規(guī)鉆井鉆進(jìn)，處理井漏時(shí)間長達(dá)13天；而YS108H9-5井444.5 mm井眼采用氣體鉆井鉆進(jìn)（表4），鉆至井深238 m地層微出水后改為霧化鉆進(jìn)（表5），3天時(shí)間完成表層350 m進(jìn)尺。實(shí)鉆證明，利用氣體鉆井技術(shù)是裂縫-溶洞地層安全鉆進(jìn)、提高鉆速的有效方法。

2.5 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)

昭通地區(qū)頁巖氣前期鉆井過程中，在增斜段均采用螺桿帶MWD的常規(guī)定向鉆具組合進(jìn)行定向鉆進(jìn)，在定向增斜、扭方位過程中極易出現(xiàn)定向托壓，導(dǎo)致鉆井速度慢、卡鉆等事故多發(fā)，嚴(yán)重影響鉆井周期[5]。

目前，昭通頁巖氣開展旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)應(yīng)用，以YS108H9平臺6口井?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，增斜段、水平段采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)周期在3～5天可完成500 m左右進(jìn)尺，平均機(jī)械鉆速7.18 m/h（表6）。

2.6 鉆井液體系優(yōu)化

昭通頁巖氣水平段龍馬溪地層特征主要體現(xiàn)在井壁失穩(wěn)易垮塌、水平段長攜砂困難。相比水基鉆井液，油基鉆井液具有密度可調(diào)范圍大、濾失量低、封堵性強(qiáng)及良好的攜砂性能等特點(diǎn)，能有效解決泥頁巖井壁易失穩(wěn)問題。但由于油基鉆井液成本較高、與上部采用水基鉆井液體系轉(zhuǎn)換工作量大、處理倒運(yùn)環(huán)保壓力大等多方面因素影響，仍有進(jìn)一步改善的空間。

YS108H9平臺后期3口井三開采用油基鉆井液鉆進(jìn)，卡鉆劃眼事故明顯降低、機(jī)械鉆速明顯提高，平均機(jī)械鉆速10.78 m/h，鉆井周期較前期平均縮短14天左右。

3 結(jié)論及建議

1）隨著昭通頁巖氣地層勘探程度不斷深入，對困擾頁巖氣鉆井的技術(shù)難點(diǎn)開展針對性技術(shù)對策研究，并取得了理想的效果，但在鉆井工程設(shè)計(jì)和配套工藝技術(shù)方面仍有拓展的空間。

表4 YS108H9平臺一開444.5 mm井眼氣體鉆井鉆具組合

表5 YS108H9平臺一開444.5 mm井眼氣體鉆井參數(shù)

表6 YS108H9平臺三開215.9 mm井眼鉆具組合

2）氣體鉆井、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具等新工藝新技術(shù)的應(yīng)用，有效地解決了頁巖氣地層上部惡性井漏、水平段托壓等復(fù)雜情況，但在開發(fā)成本、工具適應(yīng)性方面仍需進(jìn)一步加強(qiáng)技術(shù)研究與實(shí)驗(yàn)。

3）為實(shí)現(xiàn)安全環(huán)保鉆井，應(yīng)進(jìn)一步研究完善高性能水基鉆井液性能。主要針對水平段井壁失穩(wěn)垮塌問題，避免后期長時(shí)間浸泡、長井段劃眼造成的鉆井事故復(fù)雜發(fā)生。

[1]王金磊,伍賢柱.頁巖氣鉆完井工程技術(shù)現(xiàn)狀[J].鉆采工藝,2012,35(5):7-10.

[2]徐樹斌.頁巖氣水平井鉆井技術(shù)難點(diǎn)分析[A].吳勝和,岳大力.第二屆全國特殊氣藏開發(fā)技術(shù)研討會優(yōu)秀論文集[C].重慶:重慶科學(xué)技術(shù)協(xié)會,2013:132-136.

[3]劉德華,肖佳林,關(guān)富佳.頁巖氣開發(fā)技術(shù)現(xiàn)狀及研究方向[J].石油天然氣學(xué)報(bào),2011,33(1):119-123.

[4]陳安明,張 輝,宋占偉.頁巖氣水平井鉆完井關(guān)鍵技術(shù)分析[J].石油天然氣學(xué)報(bào),2012,34(11):98-103.

[5]崔思華,班凡生,袁光杰.頁巖氣鉆完井技術(shù)現(xiàn)狀及難點(diǎn)分析[J].天然氣工業(yè),2011,31(4):72-75.