仇恒彬，董志輝，張曉明，張 玲

（中國石化勝利石油工程有限公司 鉆井工藝研究院，山東 東營257017）

江沙21－6HF和江沙21－7HF井組是部署在川西坳陷中江－回龍鼻狀構(gòu)造向西傾末端的一個(gè)長水平段水平井井組。本井組位于有利沉積微相區(qū)［1］，目的層為上沙溪廟組，埋藏深度為1 900～2 100m，儲(chǔ)層孔隙度平均值為7.48%，為中低孔隙度儲(chǔ)層，滲透率平均值為1.39×10－3μm2，屬于典型的致密氣藏，采用常規(guī)方式開發(fā)效果不佳。隨著勘探開發(fā)的需求和技術(shù)水平的提高，應(yīng)用長水平段水平井開發(fā)低滲油藏得到廣泛的應(yīng)用。

1 井身結(jié)構(gòu)和井眼軌道設(shè)計(jì)

中江氣田以往的水平井多采用三開井身結(jié)構(gòu)［2］，井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜。二開采用大鉆頭鉆進(jìn)至水平段目的層，然后下入Φ244.5mm的技術(shù)套管；三開采用常規(guī)鉆頭鉆至完鉆井深。這種井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)雖然有利于降低水平段的摩阻和扭矩，減少后期作業(yè)施工的難度，但是由于定向段鉆頭尺寸較大，造斜率容易失常使得機(jī)械鉆速很低，加上中間完井作業(yè)時(shí)間，使整個(gè)鉆井施工周期過長，達(dá)不到提速提效的目的。

由于該區(qū)塊已經(jīng)有二開井身結(jié)構(gòu)水平井的施工情況［3］，并且提速效果顯著，同時(shí)借鑒臨區(qū)塊的施工經(jīng)驗(yàn)［4］，本井組2口井均采用了二開井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在各開次的井深、井眼尺寸的具體設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)見表1。

表1 江沙21井組井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

參照該地區(qū)已施工的水平井實(shí)鉆資料，為滿足地質(zhì)設(shè)計(jì)的靶點(diǎn)要求，選用“直－增－穩(wěn)－增－平”5段制剖面，在軌道設(shè)計(jì)的定向段中增加30～50m的調(diào)整段，避免導(dǎo)向工具在定向時(shí)出現(xiàn)全角變化率異常而增加后期井眼軌跡控制的難度。2口井的軌道設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)見表2。根據(jù)江沙21井組實(shí)鉆得到的沙溪廟組JS21目的層砂體巖性、含氣性及頂界垂深等情況，結(jié)合物探預(yù)測(cè)，該井組2口井在原設(shè)計(jì)的A、B靶點(diǎn)間分別增加一個(gè)控制點(diǎn)K（水平投影見圖1）。

表2 江沙21井組軌道設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

圖1 江沙21井組水平投影

2 施工難點(diǎn)

（1）中江地區(qū)淺－中深層蓬萊鎮(zhèn)組、遂寧組和沙溪廟組鉆井過程發(fā)生井壁失穩(wěn)已是一個(gè)普遍現(xiàn)象，施工中易出現(xiàn)井壁坍塌、井噴、卡鉆等復(fù)雜情況［5］。中江10井、江沙10－1H井、川泉181井、川泉182井、回龍2井、江沙5井、回龍3井、回龍5井和川江566井等多口井在蓬萊鎮(zhèn)組—沙溪廟組起下鉆多次遇阻、劃眼，井壁失穩(wěn)是該地區(qū)的主要工程故障。

（2）鉆井液密度高，對(duì)鉆井液性能要求高。根據(jù)臨井資料，預(yù)測(cè)本井組地層孔隙壓力梯度在1.50～1.80MPa/100m，出于安全考慮，在定向段和水平段鉆井液密度控制在1.60～1.95g/cm3，臨井鉆井液密度有的達(dá)到2.10g/cm3。同時(shí)本井組設(shè)計(jì)水平段長，后期摩阻扭矩大，對(duì)鉆井液性能要求高。

（3）采用二開井身結(jié)構(gòu)，裸眼段長，水平位移大，摩阻扭矩大，軌跡控制困難，嚴(yán)重影響鉆井效率。江沙21－6HF和江沙21－7HF兩口井裸眼段長度分別達(dá)到1 365和1 395m，水平段長度分別為1 189和827.50m，較長的裸眼段和水平段使鉆桿很容易發(fā)生屈曲而產(chǎn)生自鎖，鉆壓很難傳遞到鉆頭上，增加了后期滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)調(diào)整井眼軌跡的困難。

（4）防碰任務(wù)嚴(yán)峻。本井組部署2口長水平段水平井，井口最近間距3.16m，最近距離在直井段，直井段防斜打直十分重要；另外由于設(shè)計(jì)目的層厚度相對(duì)較薄，且受儲(chǔ)層非均質(zhì)性等影響，預(yù)測(cè)的A靶點(diǎn)垂深可能存在誤差，增加了井眼軌跡控制的難度。

3 技術(shù)措施

3.1 直井段防斜打直技術(shù)

直井段防斜打直技術(shù)是解決叢式井組防碰問題的基本方法。本井組2口井的直井段均采用“Φ311.15mm鉆頭 ＋Φ244.5mm直螺桿（Φ310 mm本體扶正器）＋Φ241.3mm鉆鋌＋Φ308mm扶正器＋Φ203.2mm鉆鋌＋Φ139.7mm斜坡鉆桿”的螺桿鉆具配塔式鉆具組合，小鉆壓吊打方式鉆進(jìn)，利用塔式鉆具組合下部鉆具重量大、剛度強(qiáng)、重心低、環(huán)空間隙小、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，保持鉆頭平穩(wěn)工作，同時(shí)利用螺桿鉆具的高轉(zhuǎn)速來提高機(jī)械鉆速，并且加密測(cè)斜及時(shí)掃描預(yù)測(cè)防碰間距。2口井直井段的井斜角基本控制在1°以內(nèi)，平均機(jī)械鉆速達(dá)到17.44m/h，并且利用地層地質(zhì)特性，直井段井眼偏向一致，2口井的最近距離從井口往下逐漸增大，保持在5m以上，達(dá)到了防碰的目的。

3.2 定向段和水平段優(yōu)化軌跡技術(shù)

井眼軌跡平滑是減小長水平段水平井摩阻扭矩的關(guān)鍵。定向鉆進(jìn)時(shí)控制好全角變化率，避免因全角變化率失常額外加大摩阻扭矩，影響后期施工。水平段中通過優(yōu)選鉆具組合和優(yōu)化鉆井參數(shù)等措施達(dá)到穩(wěn)斜效果，從而提高鉆井效率。江沙21井組在定向段和水平段中使用1.5°單彎動(dòng)力鉆具（Φ210 mm螺扶）＋MWD和1.5°單彎無扶動(dòng)力鉆具＋MWD的兩種鉆具結(jié)構(gòu)，達(dá)到了比較理想的效果。

（1）定向段。江沙21－6HF一開定向段使用Φ311.2mmPDC鉆頭＋Φ216mm1.5°/1.75°單彎動(dòng)力鉆具（Φ310mm螺扶）＋MWD的鉆具組合。由于一開定向井眼直徑大，定向初期1.5°單彎動(dòng)力鉆具造斜率低，為避免給后期施工增加困難，起鉆下入1.75°單彎動(dòng)力鉆具定向增斜，基本能夠滿足設(shè)計(jì)要求。江沙21－6HF二開定向段和江沙21－7HF定向段均使用215.9mmPDC鉆頭＋Φ172mm 1.5°單彎動(dòng)力鉆具（Φ210mm螺扶）＋MWD的鉆具組合，采用滑動(dòng)、復(fù)合兩種方式交替鉆進(jìn)，實(shí)鉆井眼軌跡能夠滿足設(shè)計(jì)要求，并且井眼軌跡平滑。江沙21－26HF和江沙21－27HF井定向段最高全角變化率分別為27.58和27.16°/100m，并且在江沙21－7HF井中僅用3.48d完成了498m的定向段施工，平均機(jī)械鉆速達(dá)到8.36m/h，取得了很好的應(yīng)用效果。

（2）水平段。水平段均使用Φ215.9mmPDC鉆頭＋Φ172mm單彎動(dòng)力鉆具＋MWD的單彎鉆具組合。在江沙21－6HF井中，前后分別下入1.5°和1.25°單彎動(dòng)力鉆具（Φ210mm螺扶）進(jìn)行鉆進(jìn)。由于中江區(qū)塊地層井眼井壁不穩(wěn)定，考慮井下安全，簡(jiǎn)化鉆具結(jié)構(gòu)，沒有在動(dòng)力鉆具后接欠尺寸扶正器，井斜角控制不太理想。在江沙21－7HF井的水平段中嘗試采用Φ215.9mmPDC鉆頭＋Φ172mm 1.5°單彎無扶動(dòng)力鉆具＋MWD的單彎鉆具組合，由于Φ172mm動(dòng)力鉆具無扶正塊，復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)其效果類似于常規(guī)鉆具，有降斜趨勢(shì)，但動(dòng)力鉆具在鉆具前方具有一個(gè)1.5°的彎度，復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)又具有增斜趨勢(shì)，配合高效PDC鉆頭，通過調(diào)整鉆井參數(shù)進(jìn)行鉆進(jìn)，達(dá)到了提高機(jī)械鉆速和控制軌跡的目的?，F(xiàn)場(chǎng)施工中，鉆壓10～20kN鉆進(jìn)時(shí)井斜角降低，鉆壓20～40kN時(shí)井斜角基本不變，鉆壓40～60kN時(shí)井斜角增加，水平段井斜角變化基本趨于穩(wěn)定（圖2）。間斷采用滑動(dòng)鉆進(jìn)方式控制井斜角，江沙21－7HF井水平段滑動(dòng)進(jìn)尺占整個(gè)水平段長度的比值僅為1.69%，取得了非常好的井眼軌跡控制效果。

圖2 江沙21井組水平段井斜角變化率

3.3 鉆井液體系優(yōu)化

江沙21井組所在的中江地區(qū)存在較大的坍塌應(yīng)力，容易發(fā)生井壁失穩(wěn)，造成井下復(fù)雜情況的發(fā)生［6］。優(yōu)選鉀鈣基鉆井液體系，其抑制性強(qiáng)，具有較好的防塌能力，通過補(bǔ)充定量的石灰和KCl，能夠保持井眼的穩(wěn)定性。直井段劍門關(guān)組及蓬萊鎮(zhèn)組地層含大段泥巖，易水化分散，造漿性強(qiáng)，砂巖、砂礫巖井段易形成厚泥餅造成縮徑，采用聚合物氯化鉀鉆井液，通過不斷加入聚合物稀膠液和聚合物混合膠，逐步降低黏切，控制漏斗黏度在50～70s，動(dòng)切力7～14Pa，塑性黏度25～30mPa·s，同時(shí)控制鉆井液流變性能和失水量，降低泥頁巖水化分散和膨脹，防止井壁失穩(wěn)，延長井壁穩(wěn)定時(shí)間，并配合使用大排量進(jìn)行快速鉆進(jìn)。二開采用聚胺鈣基鉆井液，通過不斷加入氯化鉀、瀝青類防塌劑和聚合醇等處理劑以及KCl、SMP－2、SPNH、SMT混合膠，增強(qiáng)鉆井液抑制性，嚴(yán)格控制失水量，并保證鉆井液具有較強(qiáng)的攜砂能力。同時(shí)逐步增大潤滑劑的加量，提高鉆井液潤滑防卡性能，達(dá)到攜砂、降摩和避免巖屑床形成的目的。

3.4 PDC鉆頭優(yōu)選

PDC鉆頭具有井下施工周期長、安全性高、鉆井綜合成本低等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)中江區(qū)塊的地層特點(diǎn)，結(jié)合PDC鉆頭適用性，定向鉆進(jìn)時(shí)優(yōu)選短保徑5刀翼PDC鉆頭，它具有定向工具面穩(wěn)定、造斜能力強(qiáng)、機(jī)械鉆速快等優(yōu)點(diǎn)。在江沙21－26HF和江沙21－27HF定向段（Φ215.9mm井段）均采用保瑞特ABS1605F鉆頭，2口井的平均機(jī)械鉆速分別達(dá)到6.91和8.36m/h，并且在江沙21－7HF井的定向段中，瞬間最高鉆速達(dá)到30m/h，達(dá)到了預(yù)期的效果。這2口井的應(yīng)用效果表明該型號(hào)鉆頭適應(yīng)中江地區(qū)水平井的鉆進(jìn)，并有利于提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期，達(dá)到提速提效的目的。

4 實(shí)鉆效果

采用以上技術(shù)措施后，江沙21井組均按期完成施工要求，完鉆指標(biāo)見表3。在江沙21－7HF井中儲(chǔ)層鉆遇率達(dá)到100%，同時(shí)機(jī)械鉆速大大提高，鉆井周期縮短，創(chuàng)下了在川西地區(qū)3 001～3 500m的水平井施工中鉆井周期最短、平均機(jī)械鉆速最高、鉆機(jī)月速最高的新紀(jì)錄，取得了非常好的應(yīng)用效果，為今后該地區(qū)的儲(chǔ)層勘探開發(fā)提供了有效的指導(dǎo)方法。

表3 江沙21井組完鉆指標(biāo)

5 結(jié)論與建議

（1）通過優(yōu)選鉆具組合和優(yōu)化鉆井參數(shù)，滑動(dòng)鉆進(jìn)與復(fù)合鉆進(jìn)兩種方式交替進(jìn)行，并利用無扶動(dòng)力鉆具等工具，能夠很好地控制井眼軌跡，在滿足設(shè)計(jì)要求的情況下大大提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期。

（2）根據(jù)中江區(qū)塊的地質(zhì)特征，優(yōu)選鉀鈣基鉆井液體系，抑制性強(qiáng)，具有較好的防塌能力，能夠有效地避免井壁失穩(wěn)的情況發(fā)生，保證井下安全。

（3）利用PDC鉆頭井下施工周期長、安全性高、綜合成本低等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合中江區(qū)塊的地層特點(diǎn)，優(yōu)選合適的PDC鉆頭，取得了良好的效果。

（4）通過認(rèn)真分析該地區(qū)地層特性，制定合理有效的技術(shù)措施，能夠解決中江區(qū)塊井壁失穩(wěn)的難題，達(dá)到提速提效、優(yōu)快鉆進(jìn)的目的。

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