孫曉波

(中國石化勝利石油工程有限公司西南分公司，四川德陽 618000)

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元壩103-1H井超深井鉆井配套技術(shù)

孫曉波

(中國石化勝利石油工程有限公司西南分公司，四川德陽 618000)

四川元壩地區(qū)天然氣資源豐富，但儲層埋藏深、巖石硬度大、巖石可鉆性差，導(dǎo)致機(jī)械鉆速低、鉆井周期長，制約了該區(qū)塊的開發(fā)進(jìn)度。為此元壩103-1H井優(yōu)選現(xiàn)有提速方法，采用新鉆井技術(shù)：一開泡沫鉆配合干法固井；二開空氣鉆提前轉(zhuǎn)為泥漿鉆的條件下優(yōu)選鉆頭，為該區(qū)塊二開安全、快速鉆井開辟了新思路；三開采用"NEW-DRILL+孕鑲/PDC鉆頭"新技術(shù)，機(jī)械鉆速是該區(qū)塊同類井的2.30倍；四開采用“NEW-DRILL+ PDC鉆頭”新技術(shù)，為該項技術(shù)在φ241.3 mm井眼的首次應(yīng)用；五開優(yōu)化側(cè)鉆鉆具組合、優(yōu)選側(cè)鉆方向，一趟鉆側(cè)鉆成功。該井鉆井周期提前62.89天，提速提效效果顯著，其配套鉆井技術(shù)可為其他井提供借鑒。

元壩地區(qū)；元壩103-1H井；鉆井技術(shù)；鉆頭選型

元壩地區(qū)超深海相井已初步形成一開泡沫鉆井技術(shù)，二開空氣鉆井技術(shù)，三開控壓鉆井、渦輪復(fù)合鉆井、高速螺桿復(fù)合鉆井、扭力沖擊發(fā)生器鉆井技術(shù)，四開螺桿鉆具復(fù)合鉆井技術(shù)，五開螺桿鉆具復(fù)合鉆井技術(shù)、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)等一系列配套技術(shù)[1-6]，但針對每口井的具體情況采取更具體、合理的提速提效手段仍是需要解決的問題，文中對目前較為普遍的做法不再詳細(xì)說明，重點(diǎn)對元壩103-1H井鉆井施工中采取的不同做法進(jìn)行闡述。

1 元壩103-1H井概況

元壩103-1H井是中國石化西南油氣分公司部署在四川盆地川東北巴中低緩構(gòu)造元壩區(qū)塊長興組②號礁帶的一口開發(fā)井，設(shè)計井深7 729 m，完鉆井深7 508 m，井身結(jié)構(gòu)為川東北元壩地區(qū)比較成熟的五開制結(jié)構(gòu)。鉆遇地層自上而下為白堊系劍門關(guān)組，侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組、遂寧組、上沙溪廟組、下沙溪廟組、千佛崖組、自流井組、三疊系須家河組、雷口坡組、嘉陵江組和飛仙關(guān)組，二疊系長興組(未穿)。該井為超深水平井，鉆遇地層多、年代老、可鉆性差，鉆井難度較大。

2 元壩103-1H井鉆井配套技術(shù)

2.1 氣體鉆井技術(shù)

實(shí)施氣體鉆井時因其極低的井底壓力，一方面降低了井眼周圍巖石的塑性，繼而使巖石的脆性增強(qiáng)，巖石本身的強(qiáng)度降低；另一方面消除了常規(guī)鉆井液液柱壓力對井底巖石的壓持效應(yīng)，有效避免了井底巖石的重復(fù)破碎，從而使機(jī)械鉆速大大提高[7]。元壩地區(qū)陸相地層基本能夠滿足氣體鉆井的條件，因而氣體鉆井技術(shù)得以推廣。

2.1.1 一開泡沫鉆井技術(shù)

元壩103-1H井開導(dǎo)眼至井深32 m固井后，一開泡沫鉆進(jìn)至中完井深706 m，采取“穿鞋帶帽”的方式干法固井。

2.1.2 二開空氣鉆井技術(shù)

(1)二開空氣鉆施工概況。元壩103-1H井二開設(shè)計井深3 102 m，為防斜打快，牙輪鉆頭掃完水泥塞鉆進(jìn)至井深762.03 m后(平均機(jī)械鉆速10.19 m/h)，采用成都諾爾RKQC275-Ⅱ型空氣錘方式鉆進(jìn)(排量175 m3/min、鉆壓20 kN、轉(zhuǎn)速35 r/min)，鉆進(jìn)井段7 62.03～1 443.23 m，平均機(jī)械鉆速13.36 m/h。由于空氣錘機(jī)械鉆速降低，起鉆檢查空氣錘，起鉆至井深1 425.62 m懸重由100 t提高至140 t后逐漸降低然后恢復(fù)正常，起鉆后空氣錘泥包。由于空氣錘不宜處理井下復(fù)雜情況，下入牙輪鉆頭，下鉆至井深1 398.42 m遇阻10 t，劃眼至井深1 406.41 m卡鉆，處理卡鉆事故過程中，被迫采用旋轉(zhuǎn)噴淋的方式轉(zhuǎn)換泥漿，空氣鉆結(jié)束。

(2)二開空氣鉆卡鉆原因分析。元壩103-1H井卡鉆前有三個現(xiàn)象：一是空氣錘起鉆前排砂口及取樣器處巖屑并未監(jiān)測到地層出水；二是起鉆至井深1 425.62 m遇阻，起出的空氣錘有明顯的泥包現(xiàn)象；三是牙輪鉆頭下鉆至井深1 398.42 m有明顯的遇阻顯示。

對以上三個相互矛盾的現(xiàn)象給予以下解釋：起鉆前的井深1 443.23 m附近地層未出水；出水井段應(yīng)在起下鉆遇阻的點(diǎn)，即1 425.62 m、1 398.42 m附近且出水量不大已順利鉆穿；之所以出現(xiàn)起鉆過程中1 425.62 m遇阻而1 398.42 m及以上井段無顯示，下鉆時1 398.42 m遇阻的現(xiàn)象，是因?yàn)槌鏊坎淮蟮乃畬颖淮┻^后隨著水層能量的不斷降低，空氣對井壁的不斷烘干和細(xì)小巖屑對井壁的不斷封堵，出水井段的出水量將逐漸降低直至不再出水。

二開空氣鉆卡鉆原因分析：在新鉆穿的水層還未得到充分烘干及封堵的情況下起鉆，導(dǎo)致其在整個起下鉆過程中仍繼續(xù)出水，進(jìn)而造成了出水井段及以下井眼縮徑、井壁不穩(wěn)等一系列復(fù)雜情況，加之下鉆劃眼速度過快、井壁未完全烘干，最終導(dǎo)致了卡鉆事故的發(fā)生。

(3)空氣鉆出水應(yīng)對措施。該區(qū)塊二開井段地層出水現(xiàn)象普遍存在，但出水量不大，還不具備轉(zhuǎn)為泡沫鉆井的條件。因此提出以下應(yīng)對措施：①鉆進(jìn)過程中監(jiān)測到地層出水，應(yīng)降低機(jī)械鉆速(或提起鉆具循環(huán))、增大空氣排量，保證井底攜巖、攜水要求；②中途進(jìn)行起下鉆作業(yè)，起鉆前應(yīng)充分循環(huán)保證井底無沉砂同時盡量保證已鉆穿的水層不再出水，下鉆過程中有遇阻顯示立即劃眼，按鉆進(jìn)過程中地層出水的措施謹(jǐn)慎處理。

2.2 二開地層鉆頭選型技術(shù)

2.2.1 二開地層鉆頭選型的必要性

統(tǒng)計元壩區(qū)塊2013-2015年完鉆的15口同類型海相井的資料(表1)得出：15口井中，靠空氣鉆鉆達(dá)設(shè)計井深的井4口，所占比例僅為26.67%；因空氣鉆未鉆達(dá)設(shè)計井深而轉(zhuǎn)化為常規(guī)泥漿鉆的井6口，占統(tǒng)計井口數(shù)的40%；除元壩103-1H井外，泥漿鉆機(jī)械鉆速在0.26～0.41 m/h之間，平均機(jī)械鉆速僅為0.31 m/h。因此，二開地層鉆頭選型技術(shù)非常有必要，尤其針對目前空氣鉆后期沉砂較多、接單根困難、卡鉆風(fēng)險大的實(shí)際情況，可適當(dāng)提前結(jié)束空氣鉆，通過鉆頭優(yōu)選技術(shù)轉(zhuǎn)為常規(guī)泥漿鉆鉆進(jìn)至中完井深。

2.2.2 元壩103-1H井二開鉆頭選型技術(shù)元壩103-1H井二開φ444.5 mm井眼空氣鉆鉆進(jìn)至井深1 443.23 m，與設(shè)計井深3 102 m相差1 658.77 m。為提高機(jī)械鉆速、降低鉆井成本，該井進(jìn)行了一系列鉆頭選型(表2)，最終確定的MS1951鉆頭與二開地層適應(yīng)性良好，在1 497.94～2 506.02 m、2 513.09～3 099 m井段機(jī)械鉆速分別達(dá)到3.07 m/h、1.66 m/h，平均機(jī)械鉆速2.34 m/h，是其他井泥漿鉆機(jī)械鉆速的7.55倍，且單趟鉆最高進(jìn)尺達(dá)1 008.08 m。該井雖被迫由空氣鉆轉(zhuǎn)為常規(guī)泥漿鉆進(jìn)，但通過鉆頭選型技術(shù)同樣達(dá)到了提速提效的目的。

表1 元壩區(qū)塊2013-2015年完鉆井二開施工情況

2.3 三開、四開“NEW-DRILL+孕鑲/PDC鉆頭”復(fù)合鉆井技術(shù)

元壩103-1H井三開、四開均采用“NEW-DRILL+孕鑲/PDC鉆頭”復(fù)合鉆井新技術(shù)。NEW-DRILL提速破巖工具是由動力鉆具與轉(zhuǎn)速鉆壓恒定器組成，其中轉(zhuǎn)速鉆壓恒定器是區(qū)別于常規(guī)動力鉆具的組件，也是NEW-DRILL的核心組件[8]。

表2 元壩103-1H井二開鉆頭選型情況

2.3.1 NEW-DRILL工具在三開井段的應(yīng)用

元壩103-1H井三開φ314.1 mm井眼設(shè)計周期170天，應(yīng)用NEW-DRILL提速工具，配合分段優(yōu)選的鉆頭，科學(xué)的鉆具組合節(jié)約鉆井周期90.87天。三開實(shí)鉆井段3 099 m～5 120 m，累計進(jìn)尺2 021 m，純鉆時間1 156.16 h，平均機(jī)械鉆速1.75 m/h，是元壩氣田三開平均機(jī)械鉆速的2.3倍。

該井常規(guī)牙輪鉆具掃水泥塞完后繼續(xù)鉆進(jìn)新地層22.75 m至井深3 121.75 m，保證提速工具全部進(jìn)入裸眼段，固井附件徹底掃完并攜帶干凈后起鉆。運(yùn)用NEW-DRILL提速工具10趟鉆、10只鉆頭(其中7只PDC鉆頭、1只孕鑲PDC鉆頭、2只孕鑲鉆頭，同類井該井段鉆頭使用數(shù)量在20只以上)打完3 121.75～5 120 m井段，累計進(jìn)尺1 998.25 m，純鉆時間1 112.33 h，平均機(jī)械鉆速1.80 m/h。其中上沙溪廟組平均機(jī)械鉆速8.51 m/h，雷口坡組四段、三段地層平均機(jī)械鉆速4.32 m/h，均創(chuàng)下該區(qū)塊分地層統(tǒng)計最高機(jī)械鉆速紀(jì)錄(表3)。

表3 NEW-DRILL提速工具在元壩103-1H井三開分地層機(jī)械鉆速

(1)分段優(yōu)選的鉆頭。在NEW-DRILL使用過程中，根據(jù)該區(qū)塊地層的可鉆性級值，結(jié)合不同地層的巖性及研磨性，分段優(yōu)選鉆頭(表4)，以便充分地發(fā)揮NEW-DRILL的作用。

(2)科學(xué)的鉆具組合。在可鉆性較好、地層相對較軟的上沙溪廟組、下沙溪廟組及千佛崖組地層，將NEW-DRILL調(diào)至0.78°采用防斜單彎螺桿鉆具組合[9]，有效保證了在不損失機(jī)械鉆速前提下的防斜打直(三開最大井斜0.71°/3 665 m)。上部地層鉆具組合為：φ314.1 mmPDC+φ203.2 mm 0.78°NEW-DRILL+631×730配合接頭+731×730鉆具止回閥+φ228.6 mm鉆鋌×2根+φ311mm鉆具扶正器+φ228.6 mm鉆鋌×3根+731×630配合接頭+φ203.2 mm鉆鋌×6根+曲性長軸+φ203.2mm隨鉆震擊器+631×520配合接頭+φ139.7 mm鉆桿(期間加φ212 mm防磨接頭5只)，下部地層為無彎度NEW-DRILL。

表4 三開配合NEW-DRILL提速工具鉆頭選型情況

2.3.2 NEW-DRILL工具在四開井段的應(yīng)用

元壩103-1H井四開實(shí)鉆井段5 120～6 805 m，平均機(jī)械鉆速2.31 m/h。四開井段用牙輪鉆頭掃完水泥塞后繼續(xù)鉆進(jìn)新地層20 m至5 140 m起鉆。NEW-DRILL累計使用8趟鉆：第一趟鉆未使用該地區(qū)φ241.3 mm井眼相對成熟的φ197 mm直螺桿而使用φ172 mm0.78°NEW-DRILL的單彎螺桿鉆具防斜技術(shù)，實(shí)鉆過程中雖然采取了吊打措施，但井斜仍然呈上升趨勢(井深5 295 m時井斜角為1.32°，吊打至井深5 403.26 m井斜角持續(xù)上漲至4.13°)。第二、第三趟鉆分別下入φ203mm 1.15°NEW-DRILL，φ185 mm1.25°NEW-DRILL，主要任務(wù)均為糾斜，以滑動鉆進(jìn)為主，大大犧牲了機(jī)械鉆速。后續(xù)五趟鉆NEW-DRILL正常使用。

2.4 五開小井眼超深硬地層側(cè)鉆技術(shù)

元壩103-1H井五開設(shè)計井深7 729 m，鉆進(jìn)至井深7 410 m因未鉆遇良好油氣顯示填井側(cè)鉆，側(cè)鉆點(diǎn)6 842 m，鉆進(jìn)至井深7 508 m完鉆。該井優(yōu)化側(cè)鉆鉆具組合、優(yōu)選側(cè)鉆方向、細(xì)化現(xiàn)場操作，側(cè)鉆第一趟鉆鉆進(jìn)井段6 842～6 856.10 m，現(xiàn)場砂樣新地層巖屑所占比例95%以上，側(cè)鉆一次成功。

(1)優(yōu)化鉆具組合。首先，相同彎度的彎螺桿較“直螺桿+彎接頭”的造斜能力更強(qiáng)，但彎螺桿的肘點(diǎn)距鉆頭近，側(cè)向力的反作用力更容易破壞最初形成的較薄的夾壁墻，使鉆頭重新滑入老井眼；其次，超深小井眼側(cè)鉆鉆具剛性弱，選用牙輪鉆頭扭矩相對穩(wěn)定，相比PDC鉆頭更易擺工具面，且牙輪鉆頭的造斜能力優(yōu)于PDC鉆頭；再次，五開φ165.1 mm井眼，可供選擇的螺桿尺寸有φ121 mm、φ127 mm等，為增大側(cè)向力優(yōu)選φ127 mm螺桿?；谝陨弦蛩?，元壩103-1H井側(cè)鉆期間選用“φ165.1 mm牙輪鉆頭+φ127 mm直螺桿+2°彎接頭+止回閥+定向接頭+φ120 mm無磁鉆鋌+限流接頭+311×4A20配合接頭+φ101.6 mm鉆桿×45根+φ101.6 mm加重鉆桿×42根+φ121 mm隨鉆震擊器1套+φ101.6 mm加重鉆桿×2根+旁通閥+φ101.6 mm加重鉆桿×6根+φ101.6 mm鉆桿+4A21×520配合接頭+φ139.7 mm鉆桿(期間加φ151 mm鋁銅防磨接頭14只)”的鉆具組合。

(2)優(yōu)選側(cè)鉆方向。該井原設(shè)計側(cè)鉆點(diǎn)選擇在6 835 m，該點(diǎn)井斜角75.70°、方位角110.07°、垂深6 697.62 m，打水泥塞后實(shí)探水泥塞位置6 842 m，將側(cè)鉆點(diǎn)選在該點(diǎn)。由圖1可知原井眼在側(cè)鉆點(diǎn)附近呈増斜，方位基本穩(wěn)定的趨勢，為增加鉆具的造斜能力，使新老井眼盡快分離，側(cè)鉆井眼初始段采取降斜、降方位鉆進(jìn)，側(cè)鉆成功后再按設(shè)計軌跡調(diào)整。

圖1 元壩103-1H井側(cè)鉆井眼與原井眼井斜角、方位角

3 結(jié)論

(1)元壩區(qū)塊一開、二開井段，泡沫鉆井、空氣鉆井仍是主要的提速手段，配合泡沫鉆井的干法固井工藝及空氣鉆井的氣液轉(zhuǎn)換工藝也已相對成熟。

(2)二開空氣鉆井鉆進(jìn)過程中易發(fā)生井下事故，起下鉆過程中的井下事故的原因及預(yù)防措施更應(yīng)該引起重視。建議適時提前結(jié)束空氣鉆井，通過優(yōu)選鉆頭的方法達(dá)到安全鉆井的前提下提速提效的目的，元壩103-1H井二開鉆頭選型的成功經(jīng)驗(yàn)可作為該區(qū)塊的借鑒。

(3)NEW-DRILL提速工具在元壩103-1H井三開井段應(yīng)用效果良好，使三開井段提速獲得突破性進(jìn)展，此工具可在該井段進(jìn)一步推廣。NEW-DRILL提速工具在四開井段首次應(yīng)用，采用怎樣的鉆具組合，鉆井參數(shù)以達(dá)到四開直井段防斜打快的目的還有待進(jìn)一步研究。

(4)鉆具組合、側(cè)鉆方向的優(yōu)選是超深小井眼裸眼側(cè)鉆能否一次成功的關(guān)鍵：在滿足施工條件的前提下，首先“牙輪鉆頭+大尺寸直螺桿+大角度彎接頭”的鉆具組合；并且側(cè)鉆方向盡量選在井眼低邊方向，以進(jìn)一步增大側(cè)向力。

[1] 周祥林，張金成，張東清.TorkBuster扭力沖擊器在元壩地區(qū)的試驗(yàn)應(yīng)用[J].鉆采工藝，2012，35 (2)：15-17.

[2] 馬慶濤，郭敏，葛鵬飛，等．干井筒固井技術(shù)及在元壩區(qū)塊陸相井的應(yīng)用[J].鉆采工藝，2013，36(5)：18-21.

[3] 徐泓，劉匡曉，郭瑞昌，等.旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)在元壩超深水平井的應(yīng)用[J].鉆采工藝，2012，35 (2)： 25-27.

[4] 董明鍵.元壩124井超深井鉆井提速配套技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù)，2011，39(6)：23-26.

[5] 羅朝東，王旭東，龍開雄，等.元壩超深水平井直井段優(yōu)快鉆井技術(shù)[J].鉆采工藝，2015，38(3)：105-107.

[6] 何龍，胡大梁.元壩氣田海相超深水平井鉆井技術(shù)[J].鉆采工藝，2014，37(5)：28-32.

[7] 曹耀峰.超深高酸性氣田鉆井工程技術(shù)與實(shí)踐[M].北京:中國石化出版社，2011：187-211.

[8] 喬領(lǐng)良.“NEW-DRILL”提速新工具在元壩氣田的應(yīng)用[J].石油鉆采工藝，2016，38(1)：14-17.

[9] 蔣祖軍，郭新江，王希勇.天然氣深井超深井鉆井技術(shù)[M].北京:中國石化出版社，2011：177-182.

編輯：岑志勇

1673-8217(2016)06-0121-05

2016-07-04

孫曉波，1987年生，2012年畢業(yè)于重慶科技學(xué)院石油工程專業(yè)，現(xiàn)從事現(xiàn)場技術(shù)管理工作。

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