川西海相超深井鉆井技術研究

□王宗寶 汪加亮

一、鉆井施工難點

川西海相超深井鉆井周期長一直是制約油氣勘探開發的難題，海相地層埋深深，垂深超過5，500m，鉆遇地層類型多，巖性復雜，鉆井施工難點主要有以下5個方面。

(一)縱向上多產層，多壓力系統特征。該區塊上部蓬萊鎮組、沙溪廟組地層及下部須家河組四段、二段地層屬于區域性產層，地層壓力系數最高達到2．00以上，下部小塘子—雷口坡組地層壓力系數最低僅為1．10，地層壓力系數縱向上下相差較大，多產層和多壓力系統增加了鉆井作業的施工難度。

(二)地層穩定性差，井眼穩定問題突出。沙溪廟組地層泥巖易水化分散坍塌;須五、須三夾碳質泥巖和煤層、馬鞍塘和雷口坡組巖性松散破碎、節理發育易產生掉塊，卡鉆風險大。完鉆施工的彭州1井在沙溪廟組地層出現井壁失穩，引起下鉆嚴重阻卡;在雷口坡四段地層加單根出現卡鉆事故。

(三)深部須家河組—小塘子地層可鉆性差，機械鉆速低。須家河組-小塘子組地層巖石強度高，可鉆性差(5～8級)，研磨性強，鉆厚超過3，000m，鉆頭選型難，機械鉆速極低。

圖1 部分井須家河組及小塘子組地層鉆速統計圖

(四)高溫、高壓、含二氧化碳和硫化氫。川西海相超深井地溫梯度多數在2．20以上，最高地層溫度達到150℃以上，對井下儀器、工具、鉆井液和水泥漿的抗高溫性能要求高;最高地層壓力均超過90Mpa;須家河地層普遍含二氧化碳;海相馬鞍塘一段及雷口坡地層含硫化氫。

(五)中淺部地層易斜。川西地區中淺部地層砂泥巖頻繁互層;龍門山前構造帶的井地層傾角較大。施工中極易出現井斜問題，常規鉆井只能輕壓吊打控制井斜，對機械鉆速影響大。

二、快速鉆井技術

圍繞川西須二深井及雷口坡海相超深井鉆井提速，通過近幾年的技術攻關，通過優化井身結構，把垂直鉆井技術及優選進口高效PDC鉆頭等相對成熟技術進行配套試驗與推廣應用，鉆井技術指標明顯提高，初步形成了適宜于川西海相超深井的鉆井提速技術模式。

(一)井身結構設計優化。

圖2 井身結構設計優化圖

1．井身結構設計。通過第一輪龍深1井、川科1井，第二輪新深1井、孝深1井及第三輪彭州1井、都深1井等海相超深井施工基本形成了相對成熟的四開制井身結構設計。導管:主要以封隔淺表層地表水為主要目的，防止污染地表水，同時通過導管為一開施工提供簡易井口。一開:設置在蓬萊鎮組頂部地層，封隔白堊系及以上不穩定、易漏、易塌地層，為下部蓬萊鎮組、沙溪廟組等地層鉆遇氣層提供井口控制條件。二開:設置在須家河四段上部或須家河三段頂部，封隔須家河組四段及以上地層氣層，縮短大尺寸井眼長度，以提高須家河組下部地層機械鉆速。三開:設置鉆穿馬鞍塘二段進入馬鞍塘一段頂部下套管封隔，減少該井段施工因地壓梯度變化過大引起井漏等復雜情況。四開:全段海相地層施工，地壓梯度變化較小，一定程度上降低了施工作業風險;同時有利于發現、評價和保護目的層。

2．井深結構示意圖。見圖2。

(二)垂直鉆井技術。

1．垂直鉆井簡介。垂直鉆井系統綜合了閉環旋轉導向系統、高性能X-TREME馬達、可靠的MWD三種技術開發出來的一種閉環自動垂直鉆井系統。特別適用于大傾角地層和斷層及包括鹽層在內的其他地層，可以鉆出筆直的井眼。垂直鉆井最大降斜能力可以達到1．5°/30m。通過選擇欠尺寸扶正器在鉆具組合中的位置及扶正器外徑的大小，可以對預期降斜率的大小進行設定，范圍在1．5～0．8°/30m之間。

表1 垂直鉆井應用技術指標與鄰井對比統計表

2．垂直鉆井應用情況。針對蓬萊鎮組—沙溪廟組地層可鉆性好，夾層多，快速鉆進中容易井斜(特別是蓬萊鎮組地層)，常規技術防斜效果差，一旦出現井斜超標后，嚴重影響后續井段施工，應用垂直鉆井技術能有效解決，并在新深1井、孝深1井、新601井等深井施工中取得了較好效果，控制井斜基本在1°以下的同時，大幅度提高機械鉆速(表1)。

(三)優選使用進口高效PDC鉆頭。川西地區地層巖性復雜多變，巖性致密，砂泥巖頻繁互層，地層巖性在縱向和橫向上差異很大，可鉆性差，鉆頭選型困難。特別是須家河組三段、二段及海相小塘子地層的鉆頭選型一直是困擾川西深井及海相超深井提速配套的瓶頸，前期通過優選貝克休斯、史密斯進口高效PDC鉆頭，在新深1井、彭州1井及新601井施工中取得了較大的單只鉆頭進尺及鉆速突破。

表2 進口貝克休斯PDC鉆頭在須三段技術指標統計表

1．進口貝克休斯在須三段使用情況統計。新深1井在須三段3920-4362．1m井段優選使用進口貝克休斯Q506FXPDC鉆頭，取得了進尺442．1m，平均鉆速1．87m/h的優異成績，較相鄰井段其它PDC鉆頭或牙輪鉆頭機械0．9m/h，機械鉆速提高達83．33%(表2)。

2．進口史密斯鉆頭在須三段—小塘子組地層使用情況統計。新601井在須三段3511．36-4006m井段優選使用進口史密斯MSI616PDC鉆頭，單只鉆頭進尺494．64m，平均鉆速1．54m/h;彭州1井優選使用進口史密斯MdSI716PDC鉆頭在須三—須二段地層取得了單只鉆頭進尺534m，平均鉆速1．67m/h的優異指標，創新PDC在該井段使用單只鉆頭進尺及機械鉆速最高紀錄;同時在須三—小塘子地層單只鉆頭平均進尺449．5m，平均鉆速1．32m/h遠高于鄰井使用國產PDC或牙輪鉆頭進尺及鉆速指標(表3)。

(四)鉆井液技術。第一，采用氯化鉀聚磺防塌鉆井液體系。前期施工采用聚磺鉆井液體系多口井出現了較嚴重井塌問題，2014年開鉆的羊深1井從二開以下井段使用氯化鉀防塌鉆井液體系，施工中井壁穩定井眼暢通(表4)。

第二，增強封堵和抑制性，采用廣譜式封堵措施，互配使用不同粒徑的封堵劑，強化體系的封堵防塌能力;CL-含量22，000PPM以上，Ca++含量250PPM以上，保持較強抑制性。

表3 進口史密斯PDC鉆頭在須三—小塘子段技術指標統計表

表4

第三，在進入含氣層段前，井場要準備適量CaO防CO2氣體污染鉆井液;對于確定已經被CO2污染的鉆井液，采用石灰乳液以及抗鹽膏處理劑進行維護處理，控制良好的流變性和失水造壁性。

第四，深井段選用抗溫抗污染能力強的磺化處理劑為主，配合使用抗高溫抗鹽降濾失劑，進一步提高鉆井液的抗高溫抗鹽膏污染能力。

第五，產層段采用酸溶性防漏堵漏鉆井液。川西深部須家河組二段及海相目的層屬低孔低滲致密砂巖氣藏，發育有天然裂縫，其對油氣運移、聚集成藏有重要作用。在裂縫性儲層鉆井中，鉆井液、水泥漿或其它工作液都易漏失到儲層中，其中大量液相和固相進入儲層，勢必對裂縫造成嚴重損害，使用酸溶性防漏堵漏鉆井液技術能有效進行防漏堵漏作業，以利于完井后采取壓力返排和酸化解堵，恢復地層滲透率，保護油氣層。

現場應用情況:新深1井在進入預測裂縫氣層和漏層前，放大振動篩網至40目，將泥漿轉換為防漏堵漏鉆井液，防漏基本配方:井漿+0．5%FD-2+1%ZD-B+1%ZD-C+1%ZD-D+1%QS-2+0．5%LF-2);增強井漿封堵性能，防止須二段地層裂縫發生井漏。每次起下鉆換鉆頭后，井漿中補充1%隨鉆防漏堵漏劑，補充井漿在鉆進中防漏堵漏材料的消耗。該井在使用高酸溶性防漏堵漏鉆井液過程中在1．68g/cm3泥漿密度下先后在須家河二段發生漏失4次，均通過降低排量或靜止堵漏等方法堵漏成功。彭州1井四開鉆進至井深5763．95m(層位:T2t，巖性:灰巖)時發生漏失，液面下降0．25m3，分析漏失地層為雷口坡四段，主要巖性為白云巖巖，地層微裂縫、溶孔發育，易發生滲透性漏失。隨后三次注入濃度10%酸溶性堵漏鉆井液25m3堵漏后恢復正常，堵漏漿配方:井漿+2%LF-2+2%FD-2+2%QS-2+2%FRD-1+2%FRD-2。

三、認識和建議

第一，通過井身結構設計優化，能有效降低川西海相超深井因地層壓力系數縱向上下相差較大，多產層和多壓力系統所增加的鉆井施工難度。

第二，應用垂直鉆井技術能有效解決川西地區蓬萊鎮組至沙溪廟組地層快速鉆進易斜問題，同時為川西超深井下部井段施工提供良好的井身質量保障。

第三，通過優選進口貝克休斯、史密斯高效PDC鉆頭大幅度提高了川西海相超深井超深井須家河組—小塘子組地層單只鉆頭進尺及鉆速。

第四，推廣應用氯化鉀聚磺防塌鉆井液體系能有效解決侏羅系以下地層井壁穩定問題;目的層段采用高酸溶性防漏堵漏鉆井液技術，可有效防漏治漏及保護油氣層。

第五，川西海相超深井采用目前四開制井身結構，通過優化應用垂直鉆井工具、進口高效PDC鉆頭、氯化鉀聚磺防塌鉆井液等配套技術，鉆井周期可縮短到300天以內，為加快川西地區海相超深層天然氣勘探開發提供有力的保障。

［1］劉向君，羅平亞．巖石力學與石油工程［M］．北京:北京石油工業出版社，2004

［2］孫金聲等．國外超低滲透鉆井液技術綜述［J］．鉆井液與完井液，2005

［3］陳一奎等．快速鉆井技術在川西新深1井中的應用［J］．中國石油和化工標準與質量，2012