王國(guó)慶，王建波，陳 廣，郭少帥，張 磊，許義亮

(中石化中原石油工程有限公司鉆井二公司，河南濮陽457000)

1 概況

焦頁12平臺(tái)4口頁巖氣水平井位于重慶市涪陵區(qū)焦石鎮(zhèn)楠木村7組。位于川東南涪陵區(qū)塊中部，地處重慶市涪陵區(qū)東部，距涪陵城區(qū)約35 km。涪陵區(qū)地處四川盆地和盆邊山地過渡地帶，境內(nèi)地勢(shì)以低山丘陵為主，橫跨長(zhǎng)江南北、縱貫烏江東西兩岸。地勢(shì)大致東南高而西北低，西北－東南斷面呈向中部長(zhǎng)江河谷傾斜的對(duì)稱馬鞍狀。本井組4口井，焦頁12－2HF、12－3HF同時(shí)施工;焦頁12－1HF、焦頁12－4HF同時(shí)施工。該井組于川東高陡褶皺帶包鸞－焦石壩背斜帶焦石壩構(gòu)造，地表出露下三疊統(tǒng)嘉陵江組，地層傾角3.40°～5.43°。過井地震測(cè)線反映目的層地震波組相位連續(xù)，地層平緩，構(gòu)造變形弱，利于頁巖氣保存。

本文以焦頁12－4HF為代表詳細(xì)論述該平臺(tái)的鉆井施工過程及技術(shù)措施。

2 焦頁12－4HF 井概況

焦頁12－4HF井設(shè)計(jì)井深4730 m，水平段長(zhǎng)2095.06 m，最大井斜角89.61°，目的層為志留系龍馬溪組。

2．1 鉆井目的

(1)評(píng)價(jià)焦石壩地區(qū)上奧陶統(tǒng)五峰組－下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣資源潛力，落實(shí)水平井單井產(chǎn)能;

(2)優(yōu)化工程工藝技術(shù)，評(píng)價(jià)不同井距、不同簇間距對(duì)單井產(chǎn)能的影響，為該區(qū)頁巖氣整體開發(fā)奠定基礎(chǔ)，并獲取水平井鉆完井及氣層改造的工程工藝技術(shù)參數(shù)。

2．2 井身結(jié)構(gòu)(見表1)

2．3 地質(zhì)分層(見表2)

3 鉆井技術(shù)

經(jīng)過總結(jié)其他井段的施工經(jīng)驗(yàn)，在井壁失穩(wěn)、部分井段地層可鉆性差和堅(jiān)持鄰井資料調(diào)研的基礎(chǔ)上，將其應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中。焦頁12－4HF井主要運(yùn)用了螺桿+PDC鉆頭復(fù)合鉆井技術(shù)、油基鉆井液鉆井技術(shù)、LWD井眼軌跡跟蹤技術(shù)、地層層位分析技術(shù)。

3．1 螺桿+PDC鉆頭復(fù)合鉆進(jìn)

表2 地層分層、巖性描述

根據(jù)地層情況及施工要求，優(yōu)選適合度數(shù)的螺桿和鉆頭類型，組合鉆進(jìn)效果較好。例如，龍馬溪組和五峰組是深灰色粉砂質(zhì)泥巖和灰色含灰泥巖，用PDC鉆頭比三牙輪鉆頭破巖效果好，機(jī)械鉆時(shí)快。牙輪鉆頭在此地層使用壽命是50 h左右，PDC鉆頭則要長(zhǎng)得多，因此，選用PDC鉆頭加螺桿可減少起下鉆換鉆頭時(shí)間，機(jī)械效率大大提高。本井選用1.5°的油基螺桿，在確保螺桿使用壽命的基礎(chǔ)上，一方面可以保證在井眼的擴(kuò)大率，避免因縮徑出現(xiàn)的問題，降低起下鉆時(shí)的風(fēng)險(xiǎn);另一方面可以在鉆進(jìn)過程中，減少滑動(dòng)鉆進(jìn)井段，提高鉆井速度。

3．2 油基鉆井液鉆井技術(shù)

水平段越長(zhǎng)，摩阻就越大，鉆進(jìn)操作就越困難。選用摩阻小的強(qiáng)封堵油基鉆井液，使鉆具在長(zhǎng)水平段的摩阻維持在一個(gè)較低值，提升了鉆進(jìn)效率，也降低了因摩阻過大帶來的井下風(fēng)險(xiǎn);采用高密度鉆井液，密度控制在1.50～1.60 g/cm3，提高液柱壓力對(duì)井壁的支撐作用，防止頁巖垮塌。同時(shí)，堅(jiān)持做好4級(jí)固控，用好振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、離心機(jī)等固控設(shè)備，嚴(yán)格控制含砂量，維護(hù)好鉆井液性能，保持住鉆井液的穩(wěn)定性，確保油基鉆井液真正發(fā)揮作用，通過減少托壓的發(fā)生，穩(wěn)定鉆頭，提高機(jī)械鉆速。

3．3 LWD井眼軌跡跟蹤和地層層位分析技術(shù)

本井采用了LWD+伽馬組合跟蹤分析技術(shù)，在施工前期利用compass軟件設(shè)計(jì)增斜段，全角變化率控制在25°/100 m，減小水平段后期的摩阻及扭矩，降低后期施工難度;使用LWD精確卡取測(cè)點(diǎn)，保證每個(gè)測(cè)點(diǎn)的準(zhǔn)確性，確定造斜井段的實(shí)際造斜率;在滿足施工要求及“狗腿度”不超標(biāo)的前提下，將滑動(dòng)鉆進(jìn)放在快鉆時(shí)井段進(jìn)行，有效提高鉆進(jìn)效率;實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)伽馬值變化情況，伽馬值出現(xiàn)明顯變化時(shí)及時(shí)通知地質(zhì)監(jiān)督，協(xié)助地質(zhì)監(jiān)督分析地層變化情況，及時(shí)作出井斜、方位調(diào)整，以適應(yīng)地層的變化。

4 鉆井施工

4．1 導(dǎo)眼井段(0～52.33 m)

鉆井參數(shù):鉆壓10～40 kN;轉(zhuǎn)速30～40 r/min。

4．2 一開井段(52.33～727 m)

4．2．1 施工情況

一開井段52.33～727 m，鉆遇地層:嘉陵關(guān)組、飛仙關(guān)組、長(zhǎng)興組;主要巖性:以灰色含云灰?guī)r、灰色灰質(zhì)泥巖、灰色灰?guī)r、灰黑色炭質(zhì)泥巖為主。

在這一區(qū)域，首次嘗試用PDC鉆頭+螺桿進(jìn)行鉆進(jìn)，效果良好。鉆達(dá)井深727 m，一開完鉆。本段進(jìn)尺674.67 m，純鉆時(shí)間100.5 h，平均機(jī)械鉆速6.71 m/h。一開最大井斜0.54°/186.85 m，井身質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

4．2．2 一開施工的主要難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

4．2．2．1 施工難點(diǎn)

(1)鉆進(jìn)時(shí)易跳鉆，鉆具中帶減震器，每趟鉆需對(duì)鉆具進(jìn)行檢查，井場(chǎng)備好一定數(shù)量的公錐及卡瓦撈筒，出現(xiàn)鉆具事故及時(shí)打撈。

(2)一開大井眼，且鉆遇地層較硬，鉆井速度得不到保證。

(3)一開井眼鉆頭尺寸大，需要大尺寸鉆鋌配合高鉆壓才能提高機(jī)械鉆速，而鉆壓較大時(shí)容易產(chǎn)生較大井斜，優(yōu)選鉆進(jìn)參數(shù)有較大難度。

(4)地層軟硬交錯(cuò)，憋跳嚴(yán)重，巖性變化較大，鉆時(shí)幅度變化快。且地層有可能出水，井下鉆具易卡、地層易垮塌。

(5)通井過程中劃眼困難，憋停嚴(yán)重，且憋停后上提鉆具困難。通井到底后有沉砂，下套管作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大。

(6)井眼及套管尺寸大，裸眼井段長(zhǎng)，固井施工中容易發(fā)生泥漿竄槽，上部地層承壓能力較低，有可能漏失，一開固井難度大。

4．2．2．2 應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)焦頁12－4HF井所遇到的難點(diǎn)，通過參考鄰井資料合理采用新技術(shù)，主要的應(yīng)對(duì)措施如下。

(1)穿長(zhǎng)興組前，加強(qiáng)應(yīng)急預(yù)案的演練和防硫知識(shí)的培訓(xùn)工作，確保井隊(duì)安全生產(chǎn)，預(yù)防H2S事故的發(fā)生。

(3)根據(jù)實(shí)鉆及巖性的變化及時(shí)調(diào)整、優(yōu)化鉆進(jìn)參數(shù)。滿足攜巖要求，保證正常鉆進(jìn)，鉆完立柱后充分循環(huán)劃眼攜帶井底巖屑。

(4)測(cè)斜或起鉆前充分循環(huán)，見排砂口巖屑明顯減少，井下正常后方可測(cè)斜或起鉆。

(5)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行通井和下套管作業(yè)，制訂出完善的技術(shù)措施，盡量保證在下套管過程中不發(fā)生井漏，嚴(yán)格按固井設(shè)計(jì)施工，做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，確保固井施工安全順利進(jìn)行，保證固井質(zhì)量。

4．3 二開井段(727～2377 m)

4．3．1 施工情況

4．3．1．1 直井段鉆進(jìn)(727 ～1922 m)

掃塞完出現(xiàn)進(jìn)尺，進(jìn)入二開鉆進(jìn)，鉆至1922 m處，循環(huán)起鉆準(zhǔn)備進(jìn)入增斜段。

鉆進(jìn)參數(shù):鉆壓160～240 kN，轉(zhuǎn)速50 r/min，排量 50 L/s，立壓8 ～16 MPa。

4．3．1．2 增斜段鉆進(jìn)(1922 ～2377 m)

增斜鉆具組合下鉆到井底，循環(huán)排凈沉砂后開始增斜段鉆進(jìn)。

鉆進(jìn)參數(shù):鉆壓160～240 kN，轉(zhuǎn)速50 r/min，排量50 L/s，立壓16 ～20 MPa。

鉆進(jìn)至井深2377 m，地質(zhì)錄井通知二開中完，循環(huán)短起下完，再次循環(huán)后起鉆。二開進(jìn)尺1650 m(727～2377 m)，純鉆時(shí)間358.5 h，平均機(jī)械鉆速4.60 m/h。平均井徑318.1 mm，平均井徑擴(kuò)大率2.18%;最大井斜54.10°/2376.00 m。井身質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

4．3．2 二開施工井斜的控制措施

(1)水基泥漿后期定向時(shí)，每次起鉆檢查扶正器外徑，確保扶正器尺寸;

(2)每鉆進(jìn)200 m短程起下鉆，并測(cè)斜，及時(shí)掌握井斜情況，并根據(jù)井斜變化情況及時(shí)調(diào)整鉆井參數(shù)及井下鉆具組合。

4．3．3 二開施工的主要難點(diǎn)和技術(shù)措施

4．3．3．1 施工難點(diǎn)

二開鉆進(jìn)井段所鉆遇層位較多，地層巖性變化大，且存在氣層、漏層，主要難點(diǎn):

(1)二開井段含多處氣層，全烴顯示活躍，井控風(fēng)險(xiǎn)大;

(2)上部井段地層可鉆性差，鉆具憋跳現(xiàn)象嚴(yán)重，且地層研磨性較強(qiáng)，鉆頭磨損嚴(yán)重;

(4)大斜度段，定向拖壓現(xiàn)象非常嚴(yán)重。

4．3．3．2 技術(shù)措施

針對(duì)以上難點(diǎn)，我隊(duì)在公司駐井領(lǐng)導(dǎo)的精心指導(dǎo)下制定了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募夹g(shù)措施:

(1)加強(qiáng)井控培訓(xùn)工作及坐崗監(jiān)管制度，實(shí)行三崗聯(lián)坐制度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)井下異常情況;

(2)當(dāng)鉆進(jìn)過程中發(fā)生漏失時(shí)，根據(jù)漏速情況選擇合理的堵漏漿配方及堵漏方式，在配制堵漏漿過程中及時(shí)向井筒內(nèi)吊灌泥漿，防止液面下降過快，當(dāng)井口失返時(shí)，開泵上提鉆具至正常井段后停泵、關(guān)井再迅速組織人員配制堵漏漿及后續(xù)堵漏工作;

(3)根據(jù)實(shí)鉆經(jīng)驗(yàn)及鄰井資料比對(duì)，在二開上部井段選用HJT537GK牙輪鉆頭耐磨性較強(qiáng)，使用時(shí)間較長(zhǎng)，且鉆時(shí)較為平均;

(4)鉆塞過程中采用小鉆壓鉆進(jìn)，且每次通過套管附件時(shí)按照每鉆進(jìn)2～3 cm劃眼2～3遍，確保附件被徹底碾碎;

(5)定向過程中，頻繁劃眼，避免長(zhǎng)期定向鉆進(jìn)導(dǎo)致上提遇阻甚至卡鉆。

4．4 三開井段(2377～4720 m)

4．4．1 施工情況

4．4．1．1 增斜段鉆進(jìn)(2377 ～2572 m)

掃塞完開始三開鉆進(jìn)，至2380 m處循環(huán)起鉆更換增斜組合鉆具。

鉆進(jìn)參數(shù):鉆壓140 kN，轉(zhuǎn)速50 r/min，排量30 L/s，立壓17 ～21 MPa。

定向復(fù)合鉆進(jìn)至井深2772 m，循環(huán)起鉆準(zhǔn)備進(jìn)入水平段組合鉆具。

4．4．1．2 水平段鉆進(jìn)(2572 ～4720 m)

更換百斯特 T1655B PDC鉆頭、1.25°油基螺桿、211 mm扶正器穩(wěn)斜組合，下鉆至井底循環(huán)排凈沉砂后，開始鉆進(jìn)，至2590 m進(jìn)入水平段。

鉆進(jìn)參數(shù):鉆壓60～100 kN，轉(zhuǎn)速50 r/min，排量 26 L/s，立壓18 ～24 MPa。

定向、復(fù)合鉆進(jìn)至井深4720.00 m完鉆，循環(huán)短起下，拉順井壁，測(cè)試油氣上竄時(shí)間。短起下完，循環(huán)測(cè)得油氣上竄速度為5.8 m/h，滿足后續(xù)施工要求。三開進(jìn)尺2343 m，純鉆時(shí)間355.5 h，平均機(jī)械鉆速6.59 m/h。三開井段采用215.9 mm鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)，平均井徑218.6 mm，井徑擴(kuò)大率1.25%。最大井斜92.6°/2955.03 m，井底水平位移2505.8 m/4720.00 m，閉合方位2.13°，滿足設(shè)計(jì)要求。

4．4．2 三開施工的主要難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

4．4．2．1 施工難點(diǎn)

三開鉆進(jìn)在目的層龍馬溪組與五峰組間穿水平段，水平段長(zhǎng)達(dá)2130 m，主要難點(diǎn)如下。

(1)三開水平段較長(zhǎng)、井筒返砂能力較差，特別是在滑動(dòng)鉆進(jìn)過程中，巖屑易堆積于鉆具下方，造成環(huán)空不暢、上提下放鉆具摩阻較大等現(xiàn)象。

(2)三開水平段PDC鉆頭定向鉆進(jìn)時(shí)難以穩(wěn)定工具面，且穩(wěn)斜段所使用0.75°螺桿造斜率較低，而地層傾角不穩(wěn)定。

(3)龍馬溪組主氣層鉆進(jìn)井控風(fēng)險(xiǎn)較大。

(4)按甲方要求，為保證井眼軌跡始終在龍馬溪與五峰組間的氣層內(nèi)穿行，不斷調(diào)整井斜導(dǎo)致定向工作量大，井眼軌跡平滑度較差，上提下放摩阻較高，達(dá)160～200 kN。

4．3．4．2 技術(shù)措施

針對(duì)以上出現(xiàn)的幾個(gè)問題，我隊(duì)從以下幾個(gè)方面做了相應(yīng)的措施，具體工作如下:

(1)水平段鉆進(jìn)時(shí)采取每鉆進(jìn)10 m上提鉆具劃眼一次的方式提高返砂量保證井筒清潔;

(2)水平段施工，盡量減少定向次數(shù)，雙扶螺桿定向長(zhǎng)度控制在3.5 m以內(nèi)，有效降低“狗腿度”;優(yōu)化鉆進(jìn)參數(shù)，在滿足泵壓及螺桿鉆具要求的前提下盡量提高鉆壓，并叮囑司鉆雙驅(qū)鉆進(jìn)時(shí)要跟上鉆壓，保證定向效果;

(3)做好井控工作預(yù)防，每日定員定崗檢查井控設(shè)備，閘門組待定工況并做好液面監(jiān)測(cè)工作，嚴(yán)格執(zhí)行“三崗聯(lián)坐制”;

(4)鉆進(jìn)過程中勤劃眼，每滑動(dòng)鉆進(jìn)一個(gè)單根，便上提鉆具將所鉆井段劃眼2～3遍;

(3)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)伽馬值變化情況，伽馬值出現(xiàn)明顯變化時(shí)及時(shí)通知地質(zhì)監(jiān)督，協(xié)助地質(zhì)監(jiān)督分析地層變化情況，及時(shí)作出井斜、方位調(diào)整，以適應(yīng)地層的變化。

5 結(jié)論及建議

(1)焦石壩區(qū)塊上部地層一開鉆進(jìn)建議選擇PDC鉆頭，機(jī)械鉆時(shí)高于牙輪鉆頭的同時(shí)，還減少了因牙輪鉆頭磨損嚴(yán)重起鉆更換鉆頭時(shí)間，節(jié)約大量時(shí)間。

(2)直井段防斜打直是影響鉆進(jìn)效率和定向軌跡質(zhì)量的重要因素，選擇好適應(yīng)地層的防斜打直鉆具組合是防斜的關(guān)鍵。

(3)增斜段下入LWD跟蹤測(cè)斜，直井段測(cè)斜≯50 m，造斜井段≯20 m，掌握井眼井斜、方位及造斜率的變化，并及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，確保實(shí)鉆與設(shè)計(jì)軌跡的吻合性。搞好中靶預(yù)測(cè)分析和井眼軌道的控制工作，確保中靶。

(4)造斜井段施工時(shí)，造斜初期要盡快地確定入井鉆具的造斜能力，確定滑動(dòng)鉆進(jìn)的段長(zhǎng)及雙驅(qū)鉆進(jìn)的短長(zhǎng)，保證既能滿足造斜率的要求，又能做到軌跡平滑，全角變化率不超標(biāo)。

(5)確定造斜井段造斜率的關(guān)鍵是保證每個(gè)測(cè)點(diǎn)的準(zhǔn)確性及測(cè)點(diǎn)位置的卡取。在測(cè)點(diǎn)出入較大的位置進(jìn)行多次測(cè)量，選擇合理、準(zhǔn)確的測(cè)斜數(shù)值;為保證測(cè)斜位置的準(zhǔn)確性，要求測(cè)斜時(shí)鉆頭離井底距離的固定性，保證卡準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)。

(6)穩(wěn)斜段的鉆進(jìn)過程中，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，盡量采用雙驅(qū)鉆進(jìn)方式，為井下安全帶來了保障。采用彎度較小的螺桿，達(dá)到以旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)為主，通過定向方式與旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式的合理結(jié)合確保井眼軌跡光滑，最大限度地降低阻力。并根據(jù)實(shí)際情況適時(shí)進(jìn)行短起下作業(yè)，保證井下安全。

(7)焦石壩區(qū)塊產(chǎn)層多在龍馬溪組與五峰組兩個(gè)地層，地質(zhì)層位對(duì)比、地層傾角的確定都有一定難度，因此在使用伽馬定位的同時(shí)，加強(qiáng)與地質(zhì)人員結(jié)合至關(guān)重要。與地質(zhì)師及時(shí)溝通，為地質(zhì)師提供井眼軌跡計(jì)算數(shù)據(jù)，為其卡好層位奠定良好基礎(chǔ)。

［1］ 姜政華，童勝寶，丁錦鶴．彭頁－1頁巖氣水平井鉆井關(guān)鍵技術(shù)［J］．石油鉆探技術(shù)，2012，40(4):28 －31．

［2］ 王顯光，李雄，李永學(xué)．頁巖氣水平井用高性能油基鉆井液研究與應(yīng)用［J］．石油鉆探技術(shù)，2013，41(2):17 －22．

［3］ 盧運(yùn)虎，陳勉，安生．頁巖氣井脆性頁巖井壁裂縫擴(kuò)展機(jī)理［J］．石油鉆探技術(shù)，2012，40(4):13 －16．

［4］ 周賢海．涪陵焦石壩區(qū)塊頁巖氣水平井鉆井完井技術(shù)［J］．石油鉆探技術(shù)，2013，41(5):26 －30．

［5］ 崔恩華，班凡生，袁光杰．頁巖氣鉆完井技術(shù)現(xiàn)狀及難點(diǎn)分析［J］．天然氣工業(yè)，2011，31(4):1－3．