川南地區頁巖氣水平井定向技術

曹文 梁定火 周小波

（中石化江漢石油工程有限公司鉆井一公司 潛江 433121）

1 引言

近幾年頁巖氣產量迅猛增長，已成為我國能源戰略部署的重要組成部分，為提高頁巖氣產量、降低開發成本，頁巖氣采用井工廠叢式水平井的開發模式。從2013年涪陵地區頁巖氣會戰開始，至2018年已累計完鉆400多口水平井，三維水平井鉆井技術趨于成熟，但與涪陵地區相比，川南瀘州區塊水平在定向鉆井過程中出現了新的技術特點。

2 川南頁巖氣水平井定向技術難點

2.1 剖面設計的特殊性

川南區塊一般平臺布井4-8 口，井網密集，相鄰兩口井間隔僅隔5m，水平井設計靶前距小，垂深較深，且采用雙排井設計，剖面設計須考慮定向段與鄰井的防碰，圓弧剖面適應性不足，根據井型特點，大部分水平井采用對靶前距要求較低的雙二維剖面設計，并且業主方要求必須嚴格執行鉆井設計剖面，軌道設計的約束，也增加了鉆井的難度。而涪陵地區大部分井相鄰兩口井間隔10m，防碰壓力相對變低，并且都是采用三維剖面設計。

2.2 地層復雜限制了定向井段的選擇

從川南地區地質特點可以看出，二開涼高山組可鉆性差，三開須家河組、龍潭組可鉆性也差，飛仙關組上部地層易泥包鉆頭，棲霞組至韓家店組易井漏，均不適合定向，三開井段僅嘉陵江組適合定向施工，若在其他地層設計定向工作量，將極大降低鉆井效率，且瀘20X 井區在三開后期因井控要求采用不帶螺桿的常規鉆具鉆進。因此剖面設計必須考慮諸多因素，在三開井段僅在嘉陵江地層設計定向工作量。若采用圓弧剖面，在復雜地層中定向不可避免。

2.3 高密度鉆井液造成定向困難

從涪陵地區焦石區塊到平橋區塊，再到川南地區瀘州區塊，區塊地質特點不一，尤其是地層壓力系數逐步升高，從三個區塊的鉆井實踐來看，井下摩阻隨著鉆井液密度的升高大幅提升。瀘州區塊鉆井液密度高達2.20～2.30g/cm3，高密度的鉆井液使得鉆具與井壁密切接觸，側向力增加，摩阻大幅增加，以往實踐來看，滑動鉆進極為困難，不利于提高鉆井時效。

2.4 旋導儀器故障率高，嚴重影響了鉆井周期

目前旋導儀器在瀘州區塊施工中，主要存在以下幾點問題：

（1）水平段井溫高（135°以上更加明顯），儀器故障率高。

（2）鉆進過程，因井下震動大，出現儀器解碼差的現象，調試儀器花費時間長，強化鉆進參數受限，造成機械鉆速降低，時效下降。

儀器故障率較高主要原因之一是井底溫度高。井底循環溫度低于130℃，共21趟鉆。其中儀器故障6趟次，儀器故障率為28.6%。當井底循環溫度高于130℃時，共5趟次。其中儀器故障4趟次，儀器故障率為80%。

儀器故障率較高主要原因之二是井底儀器震動過高。長時間高震動會降低其儀器使用壽命。瀘20X 井區，進入水平段后，儀器震動普遍偏高。震動級別高共有18趟次，其中6趟次因儀器故障起鉆。

3 川南頁巖氣水平井定向技術

根據前期在川南區塊施工經驗，結合涪陵工區好的成熟的定向技術，將定向技術進一步進行優化。

3.1 定向剖面設計優化

執行設計，將雙二維井剖面設計優化為二維+小三維剖面設計，直井段主動防碰，提前增斜至2～3°，滿足與同排井的防碰要求；減少大井眼定向工作量；優化定向點，避開高鉆時地層和不穩定地層，提高大井眼井段和三開機械鉆速。

（1）陽10XHX-8 井偏移距453m，靶前距264m，水平段長2008m，該井偏移距大，穩斜段長。

（2）陽10XHX-3井偏移距98.48m，靶前距312m，該井原設計在須家河組定向，為了提高鉆井速度，避開須家河這樣的高鉆時地層，優化剖面設計，將定向點下移至嘉陵江組井段，減少大井眼的定向工作量，采用直-增-穩-增（扭）-增-平的斜面圓弧剖面設計。

3.2 各開次井眼軌跡控制技術

平臺普遍采用雙排4～8 口井部署，井口間距為5m×30m，直井段防碰壓力大，常規鉆具很難滿足防斜要求，必須下入隨鉆測量儀器實時監控，井眼軌跡處于絕對掌控之中。

（1）二開Φ406.4/444.5mm井眼，該井段控制工作重點是防碰。鉆井過程中加強井眼軌跡監測，測斜間距不大于30m，每次井斜測量后都必須與鄰井進行防碰計算。與鄰井的中心距為5m～20m 或分離系數為2.5～3 時，防碰掃描間距應小于10m；與鄰井的中心距為4m～5m或分離系數2～2.5時，防碰掃描間距應小于5m。兩井中心距小于4m 或防碰分離系數小于2.0 時進行防碰繞障作業。加強巖屑錄井工作，落實專人專崗負責連續監測，當發現井間距變小、鉆時變慢、扭矩增加、憋跳鉆、水泥及鐵屑返出、鄰井井口壓力變化等異常變化時應立即停鉆，及時匯報，查明情況，弄清楚原因再采取下步措施。

（2）三開Φ311.2mm井眼，針對雙二維剖面設計，Φ311.2mm 井眼軌跡控制分為預增斜井段、穩斜井段、降斜井段。該井段控制工作難點是防碰、二維設計中第一個平面的穩斜段和降斜段的軌跡控制。結合剖面設計，針對三趟鉆完鉆目的（第一趟鉆鉆至須家河底部，防斜打直；第二趟鉆鉆至茅口組中部，造斜及穩斜鉆進；第三趟鉆鉆至棲霞組頂部，穩斜或降斜鉆進），剖面設計與鉆頭程序契合，分段設計，提高機械鉆速。預增斜井段與純穩斜井段可采用1°單彎螺桿+Φ300-305mm 扶正器組合，在預增斜井段，井斜、方位要留一定的欠余量，觀察復合鉆趨勢再做調整。降斜段軌跡控制困難在于川南地區埋藏深，偏移距較大，前期勢必要以較大的井斜吃位移，決定了降斜段定向工作量較大，降斜段為了減少定向工作量，須使用大尺寸扶正器，利用復合鉆自然降斜，若復合鉆降斜趨勢不能滿足要求，必然通過定向降斜，而大尺寸扶正器存在扭矩大、易卡鉆的缺點，導致定向困難。另外，由于井漏導致井控的問題，在鉆進茅口組前必須更換為常規鉆具組合，不能使用螺桿鉆具。所以，降斜井段使用常規鉆具組合。

（3）四開Φ215.9mm井眼，鉆井液密度1.72～2.3g/cm3，高密度造成常規滑動鉆進極其困難。水平段主探五峰組1小層，厚度薄，優質儲層軌跡追蹤困難，軌跡頻繁調整且調整幅度大，鉆進摩阻40-60T,一旦鉆遇泥巖易發生井壁坍塌，造成卡鉆風險；井底循環溫度接近150℃，旋轉導向工具儀器失效問題突出。當采用斜面圓弧設計時，需完成增斜同時扭方位工作量；當采用雙二維設計時，需完成從直井段造斜入靶的定向工作量。由于高溫高壓高摩阻，無論近鉆頭或旋轉導向，必須使用抗高溫的儀器，并配合降溫裝置，鉆具組合中加入水力振蕩器、清砂接頭等降摩減阻工具，配備頂驅扭擺系統，才能確保定向工作的順利進行。

4 旋轉導向工具的選擇

目前川南地區，旋導工具及鉆頭均由業主方統一協調、組織，因此在選型上選擇性較少，主要為斯倫貝謝、哈里伯頓工具。

（1）選用指向式的抗150℃高溫的旋轉導向工具，或優選低故障率的旋轉導向工具，或選擇抗170℃高溫的旋轉導向工具。

（2）使用好地面降溫系統，下鉆過程中分段循環降溫，鉆進工程中將井底鉆進溫度控制在130℃以內，最好不超過135℃，保障儀器使用壽命，達到水平段全程使用旋轉導向工具。

5 結論與建議

（1）在滿足井身質量的前提下避開難鉆地層且摩阻扭矩最小、鉆井周期最短的剖面設計是鉆井關鍵。

（2）使用抗高溫抗高震動旋轉導向工具，配合降溫裝置是縮短鉆井周期的有效手段。

（3）建立地質、鉆井工程、旋導方的一體化工作聯動機制，是提速提效和井下安全的有效保障。