張輝 ，劉功威 ，蘭凱 ，肖冠琦

（1.中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院，北京 102249；2.中國石化中原石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)研究院，河南 濮陽 457001）

1 元壩121H井概況

元壩121H井是中國石化西南油氣分公司部署的一口用于開發(fā)評價的超深水平井，位于四川盆地川東北巴中低緩構(gòu)造帶元壩Ⅰ塊長興—飛仙關(guān)組礁灘異常體南翼，設(shè)計垂深7 280.00 m，斜深8 158.00 m，目的層位為長興組灘相。

元壩區(qū)塊地層壓力梯度高，氣層多，特別是鉆至千佛崖、自流井、須家河地層，采用常規(guī)鉆井技術(shù)機械鉆速低［1-3］，從而影響了油氣勘探開發(fā)進(jìn)程，這就要求鉆井過程中需采用先進(jìn)的技術(shù)手段，提高鉆井效率和油氣勘探開發(fā)的成功率。欠平衡鉆井技術(shù)作為一種新興的鉆井技術(shù)［4］，在提高鉆井效率上優(yōu)勢顯著，已廣泛應(yīng)用于四川地區(qū)的鉆井實踐，并取得了良好效益。根據(jù)元壩121H井所處地層的地質(zhì)特點和施工條件，利用元壩地區(qū)的實鉆資料［5-6］，在不同井段采用相應(yīng)的欠平衡鉆井工藝，提高了鉆井速度，縮短了鉆井周期，為該地區(qū)的欠平衡鉆井施工提供了寶貴經(jīng)驗。

2 欠平衡鉆井液體系設(shè)計

在欠平衡鉆井過程中，鉆井液的井底壓力要低于地層孔隙壓力，這就要求欠平衡鉆井液體系的密度在一定范圍內(nèi)是可調(diào)的。特別需要注意的是，欠平衡鉆井液的最低密度要比給定的地層壓力系數(shù)低，以便實際地層壓力系數(shù)低于預(yù)測的地層壓力系數(shù)時，能夠降低鉆井液密度，保證欠平衡鉆井的實施［7-9］。因此，根據(jù)預(yù)測地層壓力系數(shù)合理地選擇鉆井液密度和類型，是安全快速進(jìn)行欠平衡鉆井的前提（見表1）。

表1 鉆井液類型選擇

3 欠平衡鉆井施工工藝

在研磨性較強的地層使用常規(guī)鉆井液鉆井時，機械鉆速較低，鉆井周期較長。為了有效地提高元壩121H井的機械鉆速，縮短鉆井周期，降低鉆井成本，鉆進(jìn)過程中分別在一開、二開、三開井段使用了3種不同的欠平衡鉆井技術(shù)，機械鉆速提高到原來的1.2～6.0倍。

3.1 一開泡沫鉆井

一開井段32.00～702.00 m采用泡沫鉆井技術(shù)，分2趟進(jìn)行鉆進(jìn)。

1）第1趟鉆，井深32.00～76.00 m，鉆壓30～180 kN，轉(zhuǎn)速25～60 r/min，空氣排量140 m3/min，注氣壓力1.8～2.4 MPa。先采用泡沫基液鉆透水泥塞，磨合鉆頭，輕壓試鉆，再逐步加壓鉆進(jìn)。本次泡沫鉆井累計純鉆時間35.50 h，累計進(jìn)尺44.00 m，平均機械鉆速1.24 m/h。

2）第2趟鉆，井深 76.00～702.00 m，鉆壓160～260 kN，轉(zhuǎn)速50～60 r/min，空氣排量140 m3/min，注氣壓力2.0～3.8 MPa。在第1次泡沫鉆井結(jié)束后更換鉆頭，下入組合鉆具，進(jìn)行循環(huán)、劃眼，繼續(xù)泡沫鉆進(jìn)。當(dāng)鉆壓加到196 kN以上時，鉆速明顯提高。本次泡沫鉆井累計純鉆時間144.50 h，累計進(jìn)尺626.00 m，平均機械鉆速4.33 m/h。

3.2 二開空氣鉆井

二開井段702.00～3 066.70 m采用空氣鉆井［10-12］，分3趟進(jìn)行鉆進(jìn)。

1）第 1趟鉆，井深 702.00～1 644.02 m，鉆壓 60～130 kN，轉(zhuǎn)速 40～65 r/min，空氣排量 100～260 m3/min，注氣壓力1.6～2.2 MPa。本趟累計純鉆時間119.33 h，累計進(jìn)尺942.02 m，平均機械鉆速7.89 m/h。

2）第2趟鉆，井深1 644.02～2 756.87 m，鉆壓110～130 kN，轉(zhuǎn)速 65 r/min，空氣排量 240～300 m3/min，注氣壓力1.8～2.8 MPa。井底約有一根單根的沉砂，于是加大氣體排量，由275 m3/min加至300 m3/min，繼續(xù)空氣鉆進(jìn)，恢復(fù)正常。本趟累計純鉆時間90.50 h，累計進(jìn)尺1 112.85 m，平均機械鉆速12.30 m/h。

3）第3趟鉆，井深2 756.87～3 054.50 m，鉆壓 80～110 kN，轉(zhuǎn)速 65 r/min，空氣排量 300～320 m3/min，注氣壓力2.8～3.2 MPa。組合鉆具下鉆至2 686.82 m沉砂遇阻（井深2 756.87 m，沉砂29.95 m），于是加強循環(huán)繼續(xù)鉆進(jìn)，但是在接單根時仍有沉砂，故結(jié)束空氣鉆井，轉(zhuǎn)為鉆井液鉆進(jìn)。本趟累計純鉆時間40.08 h，累計進(jìn)尺297.63 m，平均機械鉆速7.43 m/h。

在本次二開空氣鉆井過程中，出現(xiàn)了幾次沉砂現(xiàn)象，分析認(rèn)為：當(dāng)使用空氣鉆井時，鉆速會比較快，稍一停泵，懸浮的巖屑就會下沉，堵死環(huán)空，埋住鉆頭與部分鉆具，形成卡鉆。

3.3 三開液相欠平衡鉆井

三開井段3 066.70～4 543.30 m采用鉆井液欠平衡鉆井技術(shù)。在鉆進(jìn)期間遇到自流井組井漏情況，隨即配重漿壓井作業(yè)，經(jīng)多次壓井在保證井控安全的前提下，繼續(xù)三開欠平衡鉆進(jìn)。在鉆遇地層交界破碎帶和礫巖層段時，均發(fā)生嚴(yán)重蹩跳鉆，提速效果不明顯，因此終止欠平衡鉆進(jìn)，轉(zhuǎn)為常規(guī)鉆井液鉆進(jìn)。本次鉆井過程累計純鉆時間1 318.39 h，累計進(jìn)尺1 476.60 m，平均機械鉆速為1.12 m/h。

4 效果分析

元壩121H井采用欠平衡鉆井技術(shù)后的分井段提速效果對比如表2所示。

表2 提速效果對比

由表2可知：

1）一開鉆井過程中，井很淺，使用泡沫鉆井技術(shù)可以有效提高鉆速。根據(jù)元壩地區(qū)實鉆資料統(tǒng)計，一開井眼尺寸大，常規(guī)鉆井液機械鉆速慢，平均鉆速只有0.76 m/h，本次一開泡沫鉆井的平均鉆速為3.72 m/h，是常規(guī)鉆井液鉆速的4.9倍。泡沫鉆井結(jié)果表明：元壩區(qū)塊屬于地質(zhì)圈閉構(gòu)造，一開階段利用泡沫鉆井井斜小，且地層穩(wěn)定，提速效果明顯，適合欠平衡泡沫鉆井。

2）二開鉆井過程中，使用空氣鉆井技術(shù)可以極大地提高鉆速。二開井段常規(guī)鉆井液鉆井平均鉆速1.57 m/h，使用空氣鉆井后鉆速可提升至9.41 m/h，是常規(guī)鉆井液鉆速的6.0倍。空氣鉆井結(jié)果表明：空氣鉆井能夠強化鉆進(jìn)參數(shù)，明顯提高了機械鉆速，縮短了鉆井周期。對于易漏地層，它能很好地避免井下復(fù)雜情況。

3）三開鉆井過程中，在沙溪廟組、自流井組、須家河組使用鉆井液欠平衡鉆井技術(shù)并沒有有效地提高鉆速，常規(guī)鉆井液三開鉆速為0.92 m/h，而使用欠平衡技術(shù)中的鉆井液鉆速為1.12 m/h，鉆速僅為常規(guī)鉆井液鉆速的1.2倍，遠(yuǎn)沒有達(dá)到高效提速的效果。

由于三開井段為高壓低滲裂縫性氣層，地層壓力當(dāng)量密度窗口窄，沙溪廟組地層不穩(wěn)定，自流井組為地層高壓氣層，須家河組地層井壁不穩(wěn)定，容易垮塌，從而導(dǎo)致無法實施氣相欠平衡鉆井。當(dāng)使用液體欠平衡鉆井技術(shù)時，不僅鉆穿須家河組難度比較大，而且提速效果并不明顯。因此，實施液體欠平衡鉆井雖然是自流井組和須家河組地層提速的重要技術(shù)手段，可以通過優(yōu)化鉆井液性能從而提高鉆井液抑制井壁垮塌的能力，來實現(xiàn)欠平衡鉆進(jìn)；但是，綜合考慮欠平衡鉆井成本、井控風(fēng)險、井壁穩(wěn)定等因素，一旦提速效果不明顯或出現(xiàn)其他復(fù)雜情況，就應(yīng)該終止欠平衡鉆井，轉(zhuǎn)為常規(guī)鉆井液鉆井。

由本井三開井段的地層參數(shù)（見表3）可知，自流井組和須家河組大部分地層壓力系數(shù)都超過了1.30。根據(jù)表1，當(dāng)?shù)貙訅毫ο禂?shù)超過1.30時，應(yīng)該選擇常規(guī)水基鉆井液。

表3 元壩121H井三開地層參數(shù)

而本井三開階段實際選擇了鉆井液欠平衡鉆井體系，提速效果并不明顯，也從側(cè)面證明了計算結(jié)果的合理性，同時表明當(dāng)?shù)貙訅毫ο禂?shù)過高時不宜使用欠平衡鉆井技術(shù)。

5 結(jié)論

1）元壩地區(qū)地層條件相對穩(wěn)定，在保證其他技術(shù)條件可靠的前提下，在某些層段實施欠平衡鉆井技術(shù)，并配合復(fù)合鉆井等技術(shù)，合理匹配鉆井液和鉆進(jìn)參數(shù)，優(yōu)選鉆頭，可以實現(xiàn)優(yōu)快鉆進(jìn)的目標(biāo)。

2）當(dāng)使用空氣鉆井技術(shù)時，要縮短接單根時間，停泵前要將鉆具提離井底并隨時活動鉆具，避免發(fā)生沉砂卡鉆。

3）在欠平衡鉆井過程中，應(yīng)詳細(xì)研究、評估所測數(shù)據(jù)和相關(guān)資料，準(zhǔn)確預(yù)測各階段地層的壓力系數(shù)，優(yōu)選鉆井液類型。當(dāng)鉆遇高壓和井壁不穩(wěn)定地層，提速效果不明顯時，綜合考慮欠平衡鉆井成本、井控風(fēng)險、井壁穩(wěn)定等因素，應(yīng)當(dāng)終止欠平衡鉆井，改為安全風(fēng)險較小的鉆井液鉆井。

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