神府致密氣區塊小井眼井改進研究

賈佳，謝海濤，夏忠躍，解健程

中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司（天津 300467）

神府致密氣區塊沉積條件復雜，儲層非均質性強、連續性差、具有低孔、低溫、低滲，低壓、自然產能低或基本無產能的特點[1-2]。目前使用的小井眼井身結構為：Ф215.9 mm 井眼×Ф177.8 mm 套管+Ф155.6 mm 井眼×Ф114.3 mm 套管，在鉆井過程中，存在鉆井周期較長，鉆速較慢，鉆頭易泥包，固井ECD 值高等問題，需要開展針對性的研究，以解決這些問題。

1 存在的問題

1.1 鉆井周期長，機械鉆速慢

神府區塊已鉆小井眼中，如表1所示，鉆井周期平均30 余天，平均機械鉆速6.7 m/h，制約了小井眼井的快速高效作業。

1.2 鉆頭易泥包

在小井眼鉆進過程中，如表2所示，鉆頭外徑為155.6 mm，泵排量一般開至800 L/min，環空返速0.7 m/s 左右，巖屑的返出效果較差，尤其是在石千峰-石盒子組泥質含量較高的地層，容易引起井底泥質固相含量過高，導致鉆頭泥包[3]。

表1 神府區塊已鉆小井眼井機械鉆速和鉆井周期統計

表2 鉆頭泥包情況統計

1.3 鉆具易損壞

正常鉆進過程中，使用的鉆桿為Ф88.9 mm，其內徑為Ф70.6 mm，鉆具內摩阻較大，比常規鉆具壓力更高，鉆桿易發生刺漏[4-7]。4D 井鉆至井深1 845 m 立管壓力由12 MPa 下降至10 MPa，起鉆至1 337 m，鉆具刺漏兩根；8D 井鉆進至井深778 m，施工過程中立管壓力由10.6 MPa下降至6.0 MPa，起鉆至第14柱發現公母扣臺階面損壞（圖1）。

1.4 固井易井漏

裸眼段擴徑后井徑約168 mm，生產套管外徑為114 mm，環空間隙較小，頂替排量受到限制，頂替效率低，環空鉆井液易形成滯留帶，替漿中易發生竄槽，固井質量一般較差；同時，環空間隙小，摩阻大，固井動態當量密度高，導致下部地層尤其是煤系地層，極易出現漏失。在注入泥漿過程中，Ф155.6 mm井眼，環空返速達到1.7 m/s，同時固井水泥漿失水較大，泥餅不斷被沖刷掉落，形成環空憋壓壓漏地層[8-12]。神府地區下石盒子、劉家溝屬于易漏地層，固井中上部直接壓裂地層，泥漿無法正常循環，井口失返，形成長距離套管自由段；下部地層壓力高，形成局部地層漏失，失水過大，導致部分井段膠結質量差。

現場作業時，3井井身質量較好，固井參數雖達到設計要求，但注水泥漿時井口失返，1 754 m 以上為自由套；2D井注水泥時井口失返，1 800 m以上為自由套（表3）；7 井和9 井，固井過程井口返出和碰壓基本正常，但全井段顯示多段不同程度膠結質量不好（表4）。

表3 神府3井固井時存在長距離自由段

表4 神府7井固井膠結質量不連續井段統計

2 改進研究

2.1 井身結構優化研究

開展井身結構優化研究，將原小井眼井身結構Ф215.9 mm×Ф177.8 mm +Ф155.6 mm ×Ф114.3 mm調整為Ф241.5 mm×Ф193.7 mm +Ф165.1 mm×Ф114.3 mm，該井身結構與小井眼井身結構相比，在泵壓、固井ECD等方面有比較大的優勢[13-17]。

2.1.1 鉆進中受力研究

鉆進過程中，在同等條件下，原井身結構（圖2中井身結構1）中鉆具受力與改進后井身結構（井身結構2）的受力相差不大，同等井深下，鉆具受力相差不超過2 t（圖2）。

圖2 不同井身結構鉆進過程中受力分析示意圖

2.1.2 扭矩分析

在同等條件下，井身結構1 的扭矩值與井身結構2相差不大。尤其隨著深度的增加，在1 000 m以下地層中，扭矩值幾乎一致（圖3）。

圖3 不同井身結構鉆進時扭矩變化示意圖

2.1.3 泵壓變化

鉆進過程中，隨著排量增大，泵壓逐漸增大，在相同排量下，井身結構1的泵壓比井身結構2的大，隨著排量增加，相差的幅度越大。在1 000 L/min的排量下，井身結構1 的泵壓為16.2 MPa，井身結構2的泵壓為8.5 MPa，幾乎相差了1倍（圖4）。

圖4 不同井身結構泵壓隨排量變化示意圖

2.1.4 固井井底ECD變化

在固井過程中，隨著井深增加，ECD 值逐漸增大[16-18]；不同井身結構，ECD 值不同，表現出的規律是：井身結構1的ECD值＞井身結構2的ECD值，井身結構1 進行固井時，井底ECD 接近了1.88 g/cm3，井身結構2 的井底ECD 為1.82 g/cm3。由于井身結構1固井時，存在壓漏地層的情況。所以，為了避免井底ECD 過大，需要控制ECD 值在1.88 g/cm3以下[18-20]（圖5）。

圖5 不同井身結構固井井底ECD變化示意圖

2.2 開展鉆頭針對性研究

對二開石千峰以上地層：對比試驗19 mm 齒和16 mm 齒的現場效果，使用19 mm 齒鉆頭平均機械鉆速14.5 m/h，最高達到22 m/h；使用16 mm 齒鉆頭平均機械鉆速12.5 m/h，最高達到18.5 m/h；提速效果對比16 mm齒平均提速15%；后續井作業時，二開鉆頭使用19 mm齒鉆頭（圖6、圖7）。

圖6 不同鉆頭類型19 mm齒機械鉆速統計

圖7 不同鉆頭類型16 mm齒機械鉆速統計

對二開石千峰以下地層進行對比試驗：使用19 mm 齒鉆頭平均機械鉆速7.5 m/h，最高達到10m/h；使用16 mm 齒鉆頭平均機械鉆速13 m/h，最高達到21.5 m/h；提速效果對比19 mm 齒提速明顯；建議石千峰及其以下地層鉆頭使用16 mm齒鉆頭（圖8）。

圖8 石千峰及其以下地層不同尺寸齒PDC鉆頭

2.3 開展鉆具優化研究

由于小井眼井在實施過程中，使用Ф88.9 mm鉆具，該鉆具柔性大，易發生刺漏的特點，對鉆桿尺寸進行優選，選擇Ф101.6 mm鉆桿與之進行對比研究。

2.3.1 扭矩安全極限

使用Ф88.9 mm和Ф101.6 mm鉆桿進行鉆進時，鉆具的安全扭矩極限不盡相同，Ф88.9 mm鉆桿明顯小于Ф101.6 mm鉆桿，同時，Ф101.6 mm鉆桿的尺寸大，剛性比Ф88.9 mm 鉆桿要強，承受的力也更大（圖9）。

圖9 不同尺寸鉆桿鉆進時理論極限值對比分析圖

2.3.2 泵壓對比

使用Ф88.9 mm 鉆進時，泵壓明顯高于Ф101.6 mm鉆桿鉆進時的泵壓，當排量開至1 000 L/min時，Ф88.9 mm 鉆桿鉆進時泵壓為22.6 MPa，而Ф101.6 mm 鉆桿鉆進時的泵壓僅為15.2 MPa，相差了7.4 MPa，泵壓降低了32%，所以使用大尺寸鉆桿，對大幅降低泵壓，作用突出（圖10）。

3 現場應用

3.1 鉆井工期

現場應用結果表明，改進前，折算2 000 m 平均當量鉆井工期21.55天；改進后，平均當量鉆井工期16.60天；工期縮短了23%(圖11)。

圖10 不同尺寸鉆桿泵壓對比分析圖

圖11 不同井身結構鉆井工期對比示意圖

3.2 機械鉆速

隨著不斷改進，機械鉆速也呈現逐漸加快的趨勢，改進前，平均機械鉆速7.69 m/h；改進后，平均機械鉆速10.12 m/h，機械鉆速提高31%（圖12）。

圖12 不同井身結構機械鉆速對比示意圖

4 結論

1）經過改進，井身結構Ф311.15 mm× Ф244.5 mm+Ф215.9 mm×Ф139.7 mm，更適合目前神府區塊的致密氣鉆井作業。

2）鉆頭使用16 mm齒，可以有效提高機械鉆速，有效緩解鉆頭泥包的發生。

3）可以優選Ф101.6 mm 鉆桿進行鉆進，同等排量下，泵壓可以降低32%。

4）使用改進后的井身結構，可以有效解決固井中ECD較高產生的井漏問題。

5）現場應用表明，改進后的小井眼技術可以提高機械鉆速31%，縮短鉆井工期23%，在神府致密氣區塊可以推廣使用。