劍閣區塊井身結構現狀與優化

黃升超

（川慶鉆探工程有限公司川西鉆探公司，四川 成都 610051）

0 引言

劍閣區塊具有高溫高壓、壓力系統復雜、異常高壓發育、縱向上多產層等特點。當前主要開發三疊系下統飛仙關和二疊系上統長興組，完鉆井井深6 578～7 793 m。因地質條件復雜，當前使用的主要是六開六完的非常規井身結構，井身結構已經達到極限。若要鉆探下部的的二疊系下統茅口組，因壓力系統復雜，當前使用的井身結構已經不能保證能成功鉆至下二疊統，鉆井難度大。在下文中對當前使用的井身結構進行了總結，并針對新部署鉆探茅口組的風險探井JT1井，對現有井身結構進行了優化設計，調整套管下入層位，在確保實現鉆探茅口組的同時，且條件允許的情況下，減少一層套管，實現更大尺寸套管完井。

1 地層特點

1.1 地層分層

劍閣區塊地層層序正常，以新部署的JT1井為例，自上而下分別鉆遇白堊系劍門關組；侏羅系蓬萊鎮組、遂寧組、沙溪廟組、涼高山組、自流井組珍珠沖段；三疊系須家河組、雷口坡組、嘉陵江組、飛仙關組；二疊系長興組、吳家坪組、茅口組。主要目的層為飛仙關、茅口組，設計進入茅口組100 m完鉆。特殊巖性主要有：珍珠沖、須家河含礫巖、石英砂巖，地層可鉆性差，機械鉆速低；雷口坡、嘉陵江含鹽巖、石膏，為塑性地層，易造成井眼縮徑，易溶解后形成大肚子造成上部井壁失去支撐造成垮塌；吳家坪、茅口含燧石和硅質灰巖，可鉆性差，機械鉆速低。

1.2 地層壓力特點

參考完成井實測壓力及鉆井液密度數據，預測劍門關組-涼高山組為常壓地層，壓力系數1.0～1.2；珍珠沖段壓力系數1.35；須家河組為高壓地層，壓力系數2.10；雷口坡組-飛仙關組壓力系數1.70；長興組相對低壓，壓力系數1.40；吳家坪組-茅口組為高壓地層，壓力系數2.0。

2 井身結構現狀和存在的問題

2.1 完成井情況

劍閣區塊二疊系的井目前已完鉆JM1、LG61、LG62、LG63、LG68、LG69、LG70等井，除LG70井鉆穿下二疊統茅口組、棲霞組以外，其他井均鉆至上二疊統長興組完鉆。

2.2 井身結構應用歷程

劍閣區塊的井身結構主要經歷JM1井和之后的LG61、LG62等井兩個階段。JM1井原設計Φ177.8 mm套管下至飛仙關，實鉆中因須家河鉆遇高壓地層而提前下入，導致下部Φ149.2 mm小井眼鉆進井段長達2 007 m。之后設計了六開六完的非常規井身結構，應用在LG61、LG62、LG63、LG68、LG69等井,該套井身結構為當前劍閣區塊的主流井身結構[1-3]。

2.3 存在的主要工程地質難點分析

⑴珍珠沖段存在異常高壓，可能發生氣侵或溢流。⑵須家河組為高壓氣層，且易漏失，安全密度窗口窄，鉆井過程中可能溢漏同存。⑶嘉陵江組含鹽巖、石膏，鉆井過程中可能發生卡鉆等復雜；且存在高壓水層，需注意防鹽水侵。⑷飛仙關存在異常高壓，可能發生溢流。⑸長興組為區域產層，本井若鉆遇生物礁，可能發生井漏、溢流、卡鉆等復雜。⑹吳家坪～茅口組安全密度窗口窄，鉆井過程中可能溢漏同存。⑺高溫、高壓、含H2S。JT1井底垂深7 435 m，預計井底溫度177 ℃；須家河、吳家坪-茅口為高壓地層，地質設計預測壓力系數分別為2.10、2.00。

2.4 當前井身結構存在的主要問題

劍閣區塊若鉆探飛仙關、長興組，當前井身結構應用較成熟，但若鉆探下部的茅口組高壓層，則井身結構存在較大風險。下文以新部署的風險探井JT1井來進行分析。

通過對地層壓力和鄰井的資料進行分析，JT1井自下而上存在的必封點有：①吳家坪-茅口為高壓、窄密度窗口地層，需要在吳家坪頂部下套管；②～③須家河為高壓、窄密度窗口地層，需要在須家河頂和底分別下套管封隔；④下表層套管，建立井口裝置；⑤因JT1井井場為填方，散石厚度11 m，需要下導管封隔不穩定地層。因此，JT1井至少需要六開井身結構。

長興組壓力系數1.4，雷口坡-飛仙關正常壓力系數1.7，雖然相差較大，但通過實鉆分析，JM1井、LG70井飛仙關組均未鉆遇異常高壓），且順利完成正常情況下可以使用當前井身結構（標記為方案一）。此方案相對比較成熟，但飛仙關可能鉆遇異常高壓，無法實現鉆探茅口組的地質目的。

3 井身結構優化設計

為了確保鉆至茅口組氣藏、實現地質目的，設計時按飛仙關鉆遇異常高壓來考慮，必需對當前井身結構進行優化。設計思路為調整須家河以上井段套管下深，減少一層套管以備對長興組進行專封。通過總結已鉆井實鉆密度和漏失情況，分析相對低壓層段承壓能力如下：⑴推測劍門關組-蓬萊鎮組承壓能力當量密度高于1.47 g/cm3。依據為：①相鄰以須家河為目的層的JM102井在306～3 686 m井段（劍門關-沙溪廟）密度1.55 g/cm3未顯示井漏；②JM104井在300～3 625 m井段（劍門關-沙溪廟）密度1.47 g/cm3未顯示井漏。⑵推測遂寧組-珍珠沖段該段承壓能力當量密度高于1.80 g/cm3，可能達到2.34 g/cm3以上。依據為：①LG61井在1 812～4 065 m（遂寧組-須家河）井段密度2.34 g/cm3未顯示井漏；②LG62井在1 790～3 833 m（遂寧組-珍珠沖段）井段密度1.84 g/cm3未顯示井漏；③LG63井在2 013～4 476 m（遂寧組-珍珠沖段）井段密度1.80 g/cm3未顯示井漏。⑶推測雷口坡組-飛仙關組地層承壓能力當量密度高于2.10 g/cm3。依據為：①JM1井對裸眼段5 002～6 038 m(雷口坡-嘉陵江)承壓試驗井漏，折合當量密度2.11～2.17 g/cm3；②LG62井密度 1.80 g/cm3鉆至6 227 m（飛仙關）氣侵，提密度至2.18，基本未漏失；③LG69井飛仙關發生溢流，密度1.93 g/cm3提高至2.21 g/cm3，未發生漏失。⑷推測長興組地層承壓能力當量密度高于1.80 g/cm3。依據為：①JM1、LG61井在長興組分別采用鉆井液密度1.85 g/cm3、1.80 g/cm3鉆進未發生漏失；②LG70井對長興組進行承壓試驗，當量密度1.82 g/cm3未漏失。其中JM1井、LG70井飛仙關組未鉆遇異常高壓，均將雷口坡組-長興組一起打，并順利完成。

基于以上分析，認為：①劍門關-涼高山壓力系數1.0～1.2，鄰井未見異常高壓，鉆井液密度控制在1.45 g/cm3以內，該段承壓能力高于1.47 g/cm3，可以考慮在一起打；②珍珠沖壓力系數1.35，存在異常高壓，密度可能超過1.80 g/cm3，與劍門關-涼高山一起打存在較大井漏風險，通過LG61井實鉆情況分析，珍珠沖段承壓能力超過2.34 g/cm3，因此可考慮將珍珠沖與須家河一起打；③雷口坡組-飛仙關組承壓能力強，即使飛仙關鉆遇異常高壓，雷口坡組-飛仙關組也可以一起打；④在飛仙關組不鉆遇異常高壓的情況下長興組可以和上部的雷口坡組-飛仙關組一起打。

因此，設計了方案二井身結構：一開Φ914.4 mm鉆頭開鉆，下720 mm導管至25 m左右，封固地表散石等不穩定地層；二開Φ660.4 mm鉆頭鉆至480 m左右，下Φ508 mm表層套管，封固上部水層、漏層、垮塌層，安裝井口；三開Φ444.5 mm鉆頭鉆至珍珠沖頂4 100 m，下Φ365.1 mm套管，封隔上部相對低壓層；四開Φ333.4 mm鉆頭鉆至雷口坡頂5 238 m，下Φ273.05 mm + Φ282.58 mm套管，封隔須家河高壓層；五開Φ241.3 mm井眼考慮飛仙關鉆遇異常高壓，鉆至長興頂7 090 m下入Φ219.08 mm懸掛套管；六開Φ190.5 mm鉆頭鉆至吳家坪頂7 352 m，懸掛Φ168.3 mm套管，再回接Φ193.68 mm + 177.8 mm套管；七開Φ139.7 mm鉆頭鉆至完鉆井深7 574 m，下114.3 mm尾管完井。

方案二井身結構在實施過程中，若五開Φ241.3 mm井眼在飛仙關組未鉆遇異常高壓，則繼續鉆完長興組至吳家坪 組 頂 部，下Φ193.68 mm+Φ177.8 mm+Φ184.15 mm油層套管，采用先懸掛Φ177.8 mm+Φ184.15 mm套管，再回接Φ193.68 mm+Φ177.8 mm套管的固井方式；六開使用149.2 mm鉆頭鉆至完鉆井深，下Φ127 mm尾管完井。從而簡化井身結構，擴大完井尺寸。基于方案二井身結構的可靠性，推薦該方案作為JT1井的實施方案。

4 井身結構進一步優化建議

采用方案二井身結構，最終可能為Φ114.3 mm尾管完井，這樣井眼尺寸小，不利于完井和后期井下作業，鑒于長興組為相對低壓地層，建議應用膨脹管技術，進一步擴大井眼尺寸。初步設計為：前五開與方案二相同；六開Φ190.5 mm鉆頭鉆至吳家坪頂7 352 m，對長興組擴眼后下膨脹管，要求膨脹管膨脹后通徑不小于Φ149.2 mm；七開Φ149.2 mm鉆頭鉆至完鉆井深7 574 m，下Φ127 mm尾管，然后分段回接Φ193.68 mm+Φ177.8 mm+Φ168.3 mm套管完井。按照行業標準[6]，計算膨脹管最低強度要求為：抗內壓61 MPa、抗外擠38 MPa。這樣，即使飛仙關鉆遇異常高壓地層，也能保證最終Φ127 mm尾管完井。

5 結語

⑴劍閣區塊當前使用的六開六完非常規井身結構基本可以滿足鉆探飛仙關組、長興組氣藏，但鉆探下二疊統茅口組風險較大，可能不能實現地質目標。⑵針對鉆探下二疊統的JT1井，通過分析各段地層的承壓能力，提出井身結構優化方案，將Φ365.1 mm套管深下至珍珠沖頂，節省一層套管作為下部飛仙關鉆遇異常高壓后的備用，設計七開七完井身結構，若飛仙關未鉆遇異常高壓，則轉換為六開六完，擴大完井井眼尺寸。⑶為了保障優化后的井身結構順利實施，相關方進行了調配ZJ80型鉆機、引進48～70大尺寸防噴器組、采購大套管高鋼級套管和加厚套管等技術準備。⑷采用方案二井身結構，最終可能為Φ114.3 mm尾管完井，這樣井眼尺寸小，不利于完井和后期井下作業，鑒于長興組為相對低壓地層，建議應用膨脹管技術，進一步擴大井眼尺寸。