巢貴業(yè)

(中石化東北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，長春 130062)

0 引言

龍鳳山氣田位于吉林省長嶺縣，構(gòu)造位于長嶺斷陷南部北正鎮(zhèn)斷階帶；目前提交天然氣控制疊合面積51.08 km2，控制地質(zhì)儲(chǔ)量152.81×108m3，凝析油288.12×104t。泉頭組以上地層易坍塌，登婁庫組以下地層裂縫比較發(fā)育易漏失，同時(shí)礫巖、砂巖、火山巖地層發(fā)育，抗壓強(qiáng)度高、研磨性強(qiáng)、可鉆性差。鉆完井過程中存在的主要問題是“上塌下漏”和平均機(jī)械鉆速低、周期長、固井質(zhì)量難以保證。其中北201井平均機(jī)械鉆速4.15 m/h，鉆井周期107.14 d。因此，通過加強(qiáng)工程地質(zhì)條件研究，優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)及推廣近平衡鉆井技術(shù)，自主研發(fā)堵漏配方和堵漏工藝，優(yōu)選高效PDC鉆頭及輔助破巖工具，應(yīng)用低密度水泥漿及配套固井工藝，鉆井技術(shù)指標(biāo)大幅度提高，北201-8創(chuàng)造了本工區(qū)31.08 d最短的鉆井周期的記錄。

1 鉆完井工藝技術(shù)難點(diǎn)分析[1]

1.1 斷層裂縫發(fā)育、存在反密度窗口，上塌下漏問題突出

泉頭組以上地層坍塌壓力當(dāng)量密度大于下部漏失壓力當(dāng)量密度，屬于“反密度窗口”。營城組地層存在裂縫，北2、北201井裂縫寬度范圍主要分布在1～5 mm，其中3 mm以上裂縫瀝青質(zhì)填充，解釋斷層80多條。鉆完井過程中主要問題是“上塌下漏”，如果采用當(dāng)量密度1.20 g/cm3以上的鉆井液平衡上部地層時(shí)下部地層會(huì)發(fā)生漏失，如果采用當(dāng)量密度1.10 g/cm3左右的鉆井液平衡下部地層時(shí)上部地層會(huì)發(fā)生垮塌。因此，同一井眼內(nèi)同一密度的鉆井液同時(shí)兼顧防塌、防漏難度非常大。前期施工的2口井合計(jì)漏失鉆井液1860 m3，損失堵漏材料143.5萬元，因堵漏直接損失的周期達(dá)到22.78%，井徑擴(kuò)大率嚴(yán)重超標(biāo)，最大達(dá)到60%。同時(shí)，由于發(fā)生井漏后無法使用螺桿，機(jī)械鉆速大幅度降低，其中登婁庫組井漏發(fā)生前后平均機(jī)械鉆速從3.54 m/h降低到2.32 m/h，營城組井漏發(fā)生前后平均機(jī)械鉆速從2.05 m/h降低到1.20 m/h。

1.2 下部地層抗壓強(qiáng)度高、研磨性強(qiáng)、可鉆性差，提速難度大

登婁庫組以下地層普遍含礫巖、砂礫巖、含礫粗砂巖，北203井區(qū)和北208井區(qū)與北201井區(qū)相比礫巖的粒徑更大，抗壓強(qiáng)度更高，研磨性更強(qiáng)，機(jī)械鉆速更低。其中，登婁庫組地層抗剪切強(qiáng)度110～200 MPa，抗壓強(qiáng)度215～280 MPa，地層可鉆性4～7；營城組地層抗剪切強(qiáng)度90～200 MPa，抗壓強(qiáng)度150～290 MPa，地層可鉆性5～8，平均機(jī)械鉆速2.88 m/h，營城組地層可鉆性6～9，平均機(jī)械鉆速為登婁庫組2.62 m/h，營城組為2.12 m/h 。

1.3 下部地層漏失壓力低，氣層段長壓穩(wěn)防漏的流體結(jié)構(gòu)密度設(shè)計(jì)窗口小

目的層破漏壓力低，部分井裂縫發(fā)育。目的層一般在2300.0～3900.0 m，段長1600 m左右。北203井全井顯示油氣層共72層，熒光5層；含氣67層，氣層13層，油氣同層3層。油氣上竄速度最大達(dá)到174 m/h。低密度水泥漿在1.35 g/cm3時(shí)24 h抗壓強(qiáng)度大于14 MPa，在1.30 g/cm3時(shí)水泥石抗壓強(qiáng)度5～8 MPa，無法滿足要求。因此，采用1.35g/cm3的水泥漿固井時(shí)，井底最小靜液柱壓力當(dāng)量密度為1.23 g/cm3時(shí)，動(dòng)液柱壓力當(dāng)量密度為1.27 g/cm3。同時(shí)，通過提高地層的承壓能力提高地層的漏失壓力，由于受裂縫、堵漏材料抗壓強(qiáng)度等因素的影響，地層的漏失壓力當(dāng)量密度能提高到1.35 g/cm3，流體結(jié)構(gòu)密度差設(shè)計(jì)窗口只有0.008 g/cm3，3900 m深的鉆井只有3 MPa壓力窗口，壓穩(wěn)防漏難度大。

2 鉆完井工藝技術(shù)對(duì)策[2]

2.1 優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)，采用近平衡鉆井解決上塌下漏的問題

前期采用二級(jí)井身結(jié)構(gòu)，一開使用?311.2 mm鉆頭鉆穿四方臺(tái)組進(jìn)入嫩江組頂部約800 m左右，下入?244.5 mm表層套管。二開使用?215.9 mm鉆頭鉆至目的層完井，下入?139.7 mm表層套管。二開裸眼段達(dá)到3000 m左右，在鉆井過程中存在的突出問題是上塌下漏，因此通過優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)，下入技術(shù)套管封隔上部地層，下深至泉頭組的底部2200 m左右，將上部地層的壓力系統(tǒng)設(shè)計(jì)在二開井段內(nèi)。將下部地層的壓力系統(tǒng)設(shè)計(jì)在三開井段，同時(shí)采用靜平衡鉆井，測試地層壓力系數(shù)為1.06～1.10，鉆井液密度1.10～1.15 g/cm3防止井漏。優(yōu)化后完鉆的井基本未發(fā)生漏失，平均機(jī)械鉆速由4.45 m/h提高到9.52 m/h，提高了5.07 m/h，鉆井周期由107.17 d縮短到38.03 d，縮短了69.14 d；水平井平均機(jī)械鉆速達(dá)到6.67 m/h，鉆井周期為60.64 d。整體鉆井指標(biāo)大幅度提高。

2.2 優(yōu)選抗沖擊抗研磨PDC鉆頭+螺桿全程復(fù)合鉆井，提高機(jī)械鉆速[3]

登婁庫組地層可鉆性4～7，營城組地層可鉆性5～8，沙河子地層可鉆性6～9，隨井深增加，地層可鉆性極值在增大，從建立的巖石力學(xué)剖面和可鉆性剖面看出，地層抗剪強(qiáng)度小于抗壓強(qiáng)度，同時(shí)PDC鉆頭可鉆性小于牙輪鉆頭可鉆性，因此北201井區(qū)二開采用4～5刀翼、復(fù)合片切削齒直徑19 mm的M1952FC 等PDC鉆頭，三開采用5～6刀翼、復(fù)合片切削齒直徑16 mm的M1655FG、DF1605BU等PDC鉆頭，平均機(jī)械鉆速達(dá)到7.83 m/h，單只鉆頭平均進(jìn)尺達(dá)到406.34 m，見表1。

表1 北201井區(qū) 三開采用PDC+螺桿鉆井指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

北203～北208井區(qū)登婁庫組～營城組上部砂礫巖地層，三開鉆頭選型以耐沖擊、結(jié)構(gòu)強(qiáng)化為主要思路。采用6～7刀翼、“8”字形雙排齒PDC鉆頭(Smith)，在登婁庫組-營城組獲得了較高的指標(biāo)，機(jī)械鉆速同比達(dá)到北203- 1井的2倍以上，見表2。

表2 北203～北208 PDC+螺桿鉆井指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

2.3 提高地層承壓能力,防止固井過程中發(fā)生漏失

地層漏失壓力當(dāng)量密度1.15～1.20 g/cm3，為避免固井發(fā)生漏失，保證固井質(zhì)量，必須提高地層承壓能力。以水泥石抗壓強(qiáng)度達(dá)到14 MPa為門限值選擇低密度水泥漿，通過實(shí)驗(yàn)，水泥漿密度達(dá)到1.35 g/cm3時(shí)其抗壓強(qiáng)度才能達(dá)到14 MPa，此時(shí)尾管固井環(huán)空動(dòng)液柱壓力當(dāng)量密度為1.30 g/cm3?？紤]安全系數(shù)，選擇地層承壓壓力當(dāng)量密度1.35 g/cm3左右。通過對(duì)靜態(tài)承壓和動(dòng)態(tài)承壓兩種工藝進(jìn)行試驗(yàn)比選見表3，采用靜態(tài)承壓時(shí)技術(shù)套管鞋處當(dāng)量密度大于井底當(dāng)量密度，當(dāng)井底當(dāng)量密度達(dá)到1.35 g/cm3左右時(shí)，技術(shù)套管鞋處當(dāng)量密度達(dá)到1.47～1.54 g/cm3，大于破裂壓力當(dāng)量密度(1.42～1.47 g/cm3)，發(fā)生漏失。采用動(dòng)態(tài)承壓時(shí)裸眼井段承壓相對(duì)均勻，井底壓力當(dāng)量密度與技術(shù)套管鞋處當(dāng)量密度基本一致，克服了靜態(tài)承壓局部井段承壓高造成的漏失風(fēng)險(xiǎn)。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

截止到2015年12月，采用優(yōu)化的工藝技術(shù)在北201井區(qū)實(shí)施8口井，在平均井深基本持平的情況下平均機(jī)械鉆速由4.45 m/h提高9.52 m/h，提高了5.07 m/h，鉆井周期由107.17 d縮短到38.03 d，縮短了69.14 d。北203～208井區(qū)實(shí)施2口水平井，在平均井深增加120 m的情況下平均機(jī)械鉆速由5.48 m/h提高到6.58 m/h，提高了1.1 m/h，鉆井周期由72.46 d縮短到55.21 d，縮短了17.25 d。具體數(shù)據(jù)見表4。

表4 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化后鉆井指標(biāo)情況

4 結(jié)論

(1)優(yōu)化的三級(jí)井身結(jié)構(gòu)將泉頭組上部地層和登婁庫下部地層的壓力系統(tǒng)設(shè)計(jì)在不同的井段，能夠解決鉆井過程中泉頭組上部地層坍塌的問題，同時(shí)三開采用近平衡鉆井能夠抑制登婁庫下部地層井漏的問題。

(2)優(yōu)選的4～5刀翼的M1952FC和5～6刀翼的M1655FGA、M1675FG等PDC鉆頭全程采用復(fù)合鉆井機(jī)械鉆速能提高50%以上，效果顯著。

(3)采用動(dòng)態(tài)承壓時(shí)裸眼井段承壓相對(duì)均勻，克服了靜態(tài)承壓局部井段承壓高發(fā)生漏失風(fēng)險(xiǎn)，能夠切實(shí)提高地層的承壓能力，防止固井過程中發(fā)生漏失，提高了固井質(zhì)量。