超深頁巖氣風險探井江頁探X 井優快鉆井技術

陳明明 呂紅偉 董洪澤 何建超 王 凡 李 華

（中國石油渤海鉆探工程公司第一鉆井工程分公司,天津 300280）

江頁探X 井為部署在渝西區塊護國寺向斜西翼的一口頁巖氣評價直井，位于重慶市江津區白沙鎮土地村，鉆探目的是落實川南地區五峰-龍馬溪組有利區向川東地區展布特征及儲層品質，擴大渝西地區深層有利區范圍，進行產能評價。江頁探X 井于2020 年5 月10 日開鉆，2020 年10 月20 日鉆進至井深4375.00m 直井段完鉆，完鉆層位寶塔組。為進一步評價該井含氣量略低、含水飽和度略高條件下水平井產能，剖析低電阻、含氣量偏低的原因，將井型變更為水平井。

1 江頁探X 井簡介

1.1 基本情況

江頁探X 井位于東山構造西南傾沒端，地質構造屬川東南弧形褶皺帶華瑩山帶狀褶皺永川帚狀褶皺束，境內云霧山、巴岳山、黃瓜山、陰山、箕山5 條低山山脈呈東北-西南走向，成川字排列。井別為風險探井，井型為水平井，設計井深6120m，實際完鉆井深6410m，造斜點3927m，最大井斜82°，井底位移2033m，水平段長1620m。

1.2 井身結構（圖1）。

圖1 井身結構圖

2 施工技術難點

2.1 本井為該區塊實施的首口水平段超1590m 的水平井，水平裸眼井段較長，大段泥頁巖易膨脹垮塌，水平段井眼側向應力大，井壁失穩風險較大。

2.2 地層鉆穿多種特殊巖性，井溫高，鉆井液需要滿足不同的要求，處理難度大。

2.3 四開最大井斜87°，攜砂困難，井眼清潔問題突出，鉆進時易造成沉砂掉塊卡鉆事故。

2.4 四開鉆穿五峰83m，且水平段較長需要頻繁調整井眼軌跡，增加完井作業施工難度。

2.5 水平段長，鉆井扭矩較大，預計扭矩將達到50kN.m 以上，潤滑比較困難。

3 關鍵技術

3.1 鉆頭選型

通過調研鄰近井鉆頭使用情況分析，預測本井水平段可鉆遇地層特性，上部地層可鉆性差，尤其須家河地層，通過6 刀16mm 復合片的使用及復合鉆頭使用，配合大鉆頭壓降，高水馬力，提高機械鉆速，下部進入龍馬溪組后，因地層研磨性強，對鉆頭肩部齒和保徑齒磨損嚴重，選用短拋物線形6 刀翼一體式鉆頭設計，16mm 高抗磨性復合片，雙排布齒，強化保徑設計，使用效果較好，見表1。

表1 鉆頭使用數據表

通過前期的鉆頭優化選型，水平段平均機械鉆速達到4.8m/h，較鄰井機械鉆速明顯提高，減少了鉆井周期，特別是第二只TK56 鉆頭，在高鉆壓100KN，高轉速90rpm，高泵壓40MPa的鉆井參數下工作穩定，機械鉆速高，造斜能力強，應用效果明顯。遠超過本井位造斜段預測機速（4m/h），創造了本區塊同層位單只鉆頭最高進尺和機械鉆速的指標。

3.2 井眼軌跡控制技術

3.2.1 井眼軌跡類型優選

結合地層特點和鉆探要求，優化設計井眼軌跡剖面類型為“直-增-穩-增-水平”型，A 靶靶前位移302.31m，有利于實現準確控制著陸，改善水平井斜井段的井眼形狀，使井眼軌道更加平滑，降低摩阻和扭矩，另一方面控制點A 、B 的確定，則從鄰井地質情況明確了水平段箱體穿行方式和目標點，有利于井眼軌跡在箱體內有效延伸，見表2。

表2 井眼軌跡數據表

3.2.2 摩阻、扭矩預測和監測技術

本井充分利用軟件模擬預測扭矩與鉤載變化情況，在施工中根據實時監測鉆井過程中扭矩和起下鉆載荷，判斷井下情況，合理安排循環排砂、短起下作業的相關技術措施，保障施工安全。預測的扭矩和實測扭矩對比見圖2。

圖2 扭矩對比圖

3.2.3 水平段井眼軌跡控制技術

3.2.3.1 優化鉆具組合

鉆具組合：φ215.9mmPDC 鉆頭+ATC 旋導儀器+φ206mm扶正器+φ127mm 無磁承壓鉆桿+φ165mm 浮閥+φ127mm 加重鉆桿3 根+φ165mm 隨鉆震擊器+φ127mm 加重鉆桿3 根+φ165mm 清砂接頭1+φ127mm 加重鉆桿9 根+411/NC52 轉換接頭+φ127mm 鉆桿4 柱+φ165mm 清砂接頭2+φ127mm鉆桿7 柱+φ165mm 清砂接頭3+φ127mm 鉆桿實鉆效果：該套鉆具可以滿足“增-穩-增-水平”井段施工，實鉆井眼軌跡平滑，達到預期效果。

3.2.3.2 優化鉆井參數

采取軟件技術模擬，計算不同排量和機械鉆速下的井眼清潔情況，確定最優排量，實現鉆井參數的最大程度優化，在實際應用時，鉆進排量達到32L/s、泵壓最達到38MPa，頂驅轉速100rpm。

鉆井參數：鉆壓80-120kN，轉速100rpm，泵壓38MPa，排量32L/s，扭矩5-15kN.m。

3.3 地質導向

本井采用ATC 地質導向技術，這也是該技術在現場的第一次應用，在實際使用過程中，地質導向人員根據儲層特征、油藏特性及軌跡前行方向地層、構造變化情況，結合氣測值、巖性變化及伽馬曲線精準判斷入窗位置，并且在入窗后能夠實時判斷井下箱體的地層傾角，為實現油層內鉆進提供有效的保障。

3.3.1 鉆具組合：215.9mm 鉆頭（TK56）+ 旋轉導向（ATC）+127mm 無磁承壓鉆桿1 根+165mm+止回閥+127mm 斜坡加重鉆桿3 根+旁通閥+127mm 斜坡加重鉆桿1 根+隨鉆震擊器+127mm 斜坡加重鉆桿9 根+127mm 斜坡鉆桿+140mm 斜坡鉆桿。

3.3.2 鉆井參數：鉆壓：80-150kN，轉速：80-120 r/min，排量：不小于30L/s。

3.3.3 執行旋轉導向作業技術措施及注意事項，同時嚴格執行《川渝頁巖氣卡鉆防治工作手冊》要求，完成地質指令要求。

3.3.4 ATC 對泥漿要求：PH 值小于12 高于9.5，如果過大將導致工具部件密封失效。鉆井工具要求泥漿固相含量盡可能低，含砂量應小于0.3%。鉆井液材料要求：中等粒度，大小在0.5～3mm 間。

3.3.5 由于本井井溫較高，ATC 施工時需要配合地面泥漿降溫設備，同時需要采取循環，短起下等降溫措施。

3.3.6 當水平段施工中井底溫度過高（超過125-130℃）時，后期井段考慮用高溫旋轉導向儀器施工。

3.4 井壁穩定技術

為解決長水平段井壁穩定等技術難題，本井選用了油基鉆井液體系，該體系鉆井液具有強封堵、高抑制等特性，配合科學合理的鉆井液技術措施，輔助優快鉆井技術，減少裸眼侵泡時間，實現了本井無漏失、坍塌現象，為優質快速完井提供的保障。具體措施如下：

3.4.1 密度的選擇貼合現場實際，根據地層和軌跡變化進行合理調整。

3.4.2 進入大斜度井段以后，嚴格控制中壓失水，且高溫高壓失水控制在9ml 以下，配合物理防塌手段，有效的保證了水平段井壁穩定，為該井順利施工奠定了基礎。

3.4.3 嚴格控制般含和固相含量，維持泥漿性能穩定，三開后強化固控設備的使用，特別是鉆進工況下，離心機全程運轉，有效降低了有害固相，保證井下安全。

4 結論及建議

4.1 江頁探X 井是中石油西南油氣田分公司部署在渝西區塊施工的首口頁巖氣重點井，該井應用多種水平井配套技術順利完成，為該區塊后期的大規模開發積累了寶貴的施工經驗。

4.2 鉆頭的選型立足于PDC 鉆頭為主，通過調研鄰井井鉆頭實際使用情況，從開鉆前與鉆頭廠家共同改進了PDC 鉆頭,本井實際使用效果較好，全井段平均機械鉆速達到3.85m/h，尤其是三開井段選用短拋物線形、5 刀翼一體式鉆頭TK56，采用16mm 進口復合，雙排布齒，強化保徑設計，實際使用效果較好。

4.3 進口旋轉導向隨鉆測量技術的應用從根本上改變了螺桿鉆具的施工模式，全井段轉動鉆進大大提高了機械鉆速及井眼軌跡平滑度，降低了后期完井階段的施工難度，但由于工具本身的局限性，抗溫級別不能滿足高溫條件下的施工要求，多次起鉆更換儀器，影響施工的連續性。

4.4 優質的鉆井液體系，合理的鉆井液排量，做好鉆井液四級凈化，是保證井眼清潔的關鍵。