河壩區塊井身結構和鉆井工藝探索與實踐

李凱賢 狄 杰

1.中國石化西南石油工程有限公司重慶鉆井分公司 重慶 400042；2.河南技師學院 河南鄭州 450007

川東北河壩區塊由于地質環境極其復雜，地層非均質性強，不確定性因素多，主要表現在以下幾個方面：一是低壓層易漏失，目的層高壓同時又為漏層，同一裸眼井段鉆井液密度安全窗口窄，以至于井漏和堵漏貫穿整個鉆井施工過程；二是地層傾角大，易井斜；三是地層非均質性強，預測地層壓力誤差大；四是同一裸眼段存在多套壓力體系，漏、塌、卡等井下故障發生率高。

1 鉆井工程難點分析

結合河壩區塊地質特征及前期施工情況析，本區塊鉆井工程難點主要體現在以下兩個方面。

1.1 井漏風險極高

根據已施工井情況看，河壩構造淺表層地層裂縫較發育，地層承壓能力低，井漏頻繁，部分井施工中井漏和堵漏工作貫穿整個施工過程，HB1 井井深442.91m 上沙溪廟組即開始出現井漏，全井累計發生井漏14 次，漏失量813.86m3；HB1- 1D 井全井漏失8 次，漏失層位在須家河組和嘉陵江組，累計漏失量701.5m3；HB101 井漏失貫穿全井所有地層，全井漏失次數341 次，累計漏失量達到15613.47m3。

1.2 部分地層傾角大、易井斜

由于受區域構造運動影響，工區陸相地層高陡，地層傾角測井表明沙溪廟組、千佛崖組、自流井組、須家河組井段地層傾角較大，在7°～10°，HB1 井實測地層傾角達到38°～43°，鉆井過程中易自然造斜，井斜失控對軌跡控制、套管防磨等造成巨大影響。HB1 井采用牙輪鉆頭施工導管，井深53m 井斜達3.27°，控制參數小鉆壓（40～140kN）吊打，井斜降至0.58°，一開Φ444.5mm 井眼在井深1900m 井斜達到3.86°；河壩101 井上部井段采用空氣、泡沫鉆井，井深2100m，井斜達到12.9°。

2 前期施工井概況

河壩區塊由于地質構造極其復雜，地層壓力差異大，地質預測資料存在不確定性，給該區域井身結構設計帶來了巨大挑戰。

HB1 井鉆井過程中先后鉆遇了大段鹽膏層、低壓漏失層、高壓天然氣層等復雜地層，地層壓力層系復雜，為了完成地質目標，實鉆中多次調整井身結構設計，全井共下入7 層10 種套管。

HB101 井施工一直頻繁惡性井漏，并伴隨有嚴重井壁垮塌現象，因地層的低承壓問題等造成井身結構多次更改，原設計井身結構為四開制，套管完井，最終完鉆井身結構為五開制，五開采用Φ116mm 小井眼裸眼完井。

2017 年部署的HJ201H、HJ202H 井兩口開發井均以嘉陵江組二段為目的層，設計為三開制井身結構，全井設計兩個必封點，第一必封點位于上沙溪廟組下部，封上沙溪廟組中上部地層，第二必封點設置在嘉陵江組二段頂部穩定白云巖層段，具體井身結構如表1 所示。

表1 HJ201H、HJ202H 井井身結構表

3 井身結構設計優化

3.1 必封點設置優化

為降低開發成本，結合地層特性進行必封點設置的優化如下：

（1）河壩區塊地表普遍存在河流，淺層水資源較為豐富，部分地區居民飲用水為山泉水，該區域探井HB101 井施工過程中出現表層井漏污染居民取水點的情況，因此井身結構設計中有必要在地表淺水層以下設置第一個必封點，以防下部高壓地層施工中高密度鉆井液壓漏淺部地層，保護水資源。

（2）該區域地層壓力預測數據表明，上沙溪廟組地層易漏，下沙溪廟組有微含氣層，考慮隔斷上沙溪廟組易漏地層和下部有油氣顯示地層需求，在上沙溪廟組下部設置第二個必封點，為下部地層井控安全創造有利條件。

（3）下沙溪廟組至嘉三段壓力梯度預測為1.00～1.60MPa/ 100m， 嘉二段地層壓力梯度高達2.20MPa/ 100m；同時為了多鉆遇優質儲層，井眼軌跡設計以定向井或者水平井為主，進入嘉陵江組開始造斜施工，嘉二段上亞段上中部為灰白色硬石膏巖夾灰色云巖，下部為灰色含泥白云巖，巖性較為穩定，優質儲層位于中亞段，因此第三個必封點設置在嘉二段上亞段下部的白云巖層段，為三開嘉二段高壓儲層專層專打創造有利條件。

3.2 鉆頭及套管程序優化

兼顧完井方式及后期儲層改造需要，三開采用元壩區塊較為成熟的Φ165.1mm 井眼，下入襯管完井，考慮到陸相地層穩定性差的問題，為保證套管順利下入，增加井眼間隙，二開采用Φ241.3mm 鉆頭，下入Φ193.7mm 套管；一開采用Φ320.68mm 鉆頭，下入273.1mm 套管，導管2 采用Φ444.5mm 鉆頭，下入Φ346.1mm 套管，導管1 采用Φ660.4mm 鉆頭，下入Φ508mm 導管。

優化后的河壩區塊嘉陵江組開發井井身結構如表2。

表2 優化后的井身結構數據表

采用該井身結構主要優點：①本區域地表普遍存在河流，淺部地層縫隙發育，第一必封點采用Φ346.1mm 導管封隔地表水層，防止地表水污染。根據施工井所處位置實際淺表水層深度，調整導管封隔深度，同時上部易漏地層可采用空氣/ 泡沫欠平衡鉆井，有效的克服井漏的難題，并實現提速提效的目的；②同一裸眼井段地層壓力梯度相近，有利于鉆井液對井筒的平衡；③將上下高低地層壓力梯度不同的地層有效隔開，為嘉二段高壓儲層采用高密度鉆井液鉆進提供了保障，有利于井控安全。

4 鉆井工藝優化

4.1 總體思路

由于該區域施工中無預埋導管，開孔無井口，巖屑返至方井，采用坂土漿鉆至基巖，下入套管建立井口，而根據前期施工井情況，上沙溪廟組上部地層具備實施氣體/泡沫鉆井條件，而上沙溪廟組下部井段井段由于油氣顯示活躍，地層穩定性差等問題，宜采用鉆井液鉆井。

4.2 鉆井方式優化方案

（1）導管1：鉆頭尺寸Φ660.4mm，表層地質疏松，淺水層發育，穩定性差，易塌、易漏，采用牙輪鉆頭+ 塔式鉆具組合常規鉆井，鉆至基巖后，下入Ф660.4mm 導管固井，封隔淺水層并建立一開井口。

（2）導管2：鉆頭尺寸Φ444.5mm，導管段地層疏松、穩定性差，易塌、易漏、地下水豐富，地層傾角大，易井斜，采用牙輪鉆頭+ 塔式鉆具組合，應用泡沫鉆井工藝，應對地層出水的問題，防止鉆井液漏失污染地表水層。

（3）一開：鉆頭尺寸Φ320.7mm，主要鉆遇上沙溪廟組地層，于上沙溪廟組下部中完，采用空氣錘/ 牙輪鉆頭+ 塔式鉆具組合，應用氣體鉆井工藝，規避漏失風險，提高鉆井效率。

（4）二開：鉆頭尺寸Φ241.3mm，主要鉆遇上沙溪廟組至嘉陵江組地層，采用鉆井液鉆井，主要是以PDC 鉆頭配合預彎曲鉆具組合施工，鉆遇漏失層根據漏失情況選擇堵漏方式，必要時簡化鉆具組合進行專項堵漏施工或者鉆穿大型漏失層段，鉆至中完井深后進行全裸眼專項堵漏承壓。

（5）三開：鉆頭尺寸Φ165.1mm，鉆遇嘉陵江組二段目的層，一是受嘉二段目的層優質儲層厚度限制，施工中井眼軌跡調整較為頻繁，要控制好鉆進速度，調整井眼軌跡；二是高密度施工，有粘卡風險；三是局部井段含有膏巖，有井眼縮徑風險，要增加劃眼頻次，修整好井眼。

5 優化后的井身結構及鉆井工藝使用情況

將優化后的井身結構及鉆井工藝方案應用于HJ204H 井，并取得了成功，該井井型為水平井，設計井深6006m（垂深4683m），目的層為嘉陵江組二段。實際完鉆井深6228m，全井水平段長1307.81m，鉆井周期134.58d，較設計146d 提前11.42d，較前期施工的HJ201H 井提前9.42d。

該井0～1902m 井段平均機械鉆速達到9.19m/ h，分別較HJ202H 井和 HJ201H 井提高 21.56%和116.75%，并且有效的避免了上部井段井漏，二開施工中漏失21 次，累計漏失鉆井液1602.29m3，采用橋漿堵漏和專項承壓相結合的方式，有效的縮短了井漏引起的復雜時間，整個二開井漏引起的時效損失為11.67d，而HJ206H井井漏損失達到28.67d，有效的減少了漏失引起的復雜時效。

6 結論及建議

(1) 本文所提出的優化方在HJ204H 井使用中取得了成功，證明其存在一定和科學性和合理性，為下步該區域施工井具有借鑒和指導意義；

（2）HJ204H 井應用優化后的井身結構及鉆井工藝帶來了機械鉆速及周期縮短率上的提高，但是起漏失量仍然達到1600m3，下步要在該區塊堵漏工藝及理念上進一步優化；

（3）淺部地層采用泡沫/ 空氣鉆井具有較好的防漏效果，但是由于該區域布井相對緊密，存在鉆采同步的情況，因此需要找到在泡沫/ 空氣鉆井條件下能進行隨鉆井斜監測的工具，以保證鉆采同步情況下的施工安全；

（4）由于該區塊目前施工井數量較少，而且區域偏于集中，而河壩區塊地層特性變化極大，本文所提出的優化方案在其他區域需要進一步驗證。