車古27井深井小井眼鉆井技術

呂興輝

摘要： 車古27井是中石化重點預探井，由于三開鉆遇高壓層，技術套管提前下入，使四開小井眼段長度增加，施工難度進一步增大。四開要解決深井小井眼鉆進困難、直井防斜難度大、上古生界煤層以及多套壓力層系并存等難題。針對以上難點，施工中優選PDC鉆頭、優化鉆具組合及鉆進參數、改良低固相聚合物鉆井液體系、制定有效的井控技術措施，最終安全高效的完成了深井小井眼施工，取得了豐碩的勘探成果，為深井小井眼鉆井技術的發展提供了有益的借鑒。

關鍵詞：車古27井；小井眼；煤層；低固相聚合物鉆井液；多套壓力層系

1概況

車古27井是中石化在勝利油田車鎮區塊布置的一口重點預探井，目的是了解車鎮凹陷車古27井區古生界含油氣情況。該井設計三開技術套管下至下古生界潛山頂（設計井深5280m），由于三開在井深3500.43m（沙三下）鉆遇高壓層，經反復循環壓井，鉆井液由設計密度（1.40-1.55）g/cm3逐步提高到1.75g/cm3，大大超出了上古生界地層承壓能力，決定提前下入技術套管至上古生界煤巖基線，井身結構的改變將原本三開要解決的地質難題留到四開，施工難度進一步增大。四開地質分層情況如下：上石盒子組4494m，山西組5088m，太原組5224m，本溪組5305m，八斗組5443.5m，上馬家溝組5505m，巖性以泥巖、細砂巖、煤層、砂質泥巖、灰質細砂巖、石膏質白云巖、白云質灰巖為主。

2 施工難點分析

2.1 小井眼鉆進困難

（1）地層巖性因素

隨著井深不斷增加，上古生界地層沉積壓實程度高，巖石研磨性強，可鉆性差；下古生界白云巖、灰巖等巖石的強度高，抗壓和抗剪切能力強。

（2）鉆井工具因素

鉆進時，鉆具同時受軸向應力、扭矩和彎曲力矩作用，產生劇烈的交變應力循環[1]，容易疲勞破壞，發生鉆具事故。動力鉆具雖然能夠滿足小鉆壓、高轉速的施工要求，但壓耗大，且150°的井底溫度對橡膠元件傷害很大，所以動力鉆具的使用受到制約。

2.2 小井眼直井防斜困難

古生界地層傾角高達15°，地層可鉆性的縱向變化使得鉆頭徑向受力不均，容易造成井斜；小井眼鉆具剛性小、易彎曲的特點使得鉆具防斜能力差。

2.3 煤層段施工難點

上古生界泥砂巖互層夾多套煤層，厚度1-3m不等。煤層脆性大，受沖擊碰撞容易破裂坍塌；煤層節理的微裂縫發育，毛細效應明顯，使煤層表面易吸水水化加劇煤層的剝落坍塌[2]。另外，保護煤層氣不受污染也是該井的施工重點。

2.4多套壓力層系并存

古生界既有高壓層，又有裂縫易漏層，存在多套壓力層系。施工中既要壓穩高壓層，又要防止井漏的發生，鉆井液密度窗口小，一旦操作不當容易抽汲誘噴、激動壓漏地層。施工中還可能鉆遇古生界的發育裂縫或者溶洞，形成上噴下漏。

3 主要技術措施

3.1 工程技術措施

（1）優選PDC鉆頭

根據巖性特點，優選PK5235SJ型5刀翼PDC鉆頭，采用雙級切削結構布齒，鑲有16mm進口聚晶金鋼石復合片，增大了PDC鉆頭的抗研磨能力，延長井底作業時間，減少起下鉆次數，提高施工效率。

（2）優化井底鉆具組合

三開井底井斜和水平位移余量充足，上古生界煤層段以安全鉆進為主，簡化鉆具結構；下古生界控制井斜和水平位移，使用降斜鉆具組合。鉆穿煤層后，使用鐘擺鉆具組合降斜，加入Φ148mm欠尺寸扶正器構成“18m單扶”，收到了一定的降斜效果。

（3）優化鉆進參數

推薦鉆壓30KN，鉆具受力的中性點落在鉆鋌上，既能保證鉆頭切削晶片能夠吃入地層，又可以防止鉆桿疲勞破壞。推薦轉速60RPM，雖然高轉速可以獲得更高的機械鉆速，但鉆柱對煤層的撞擊也越嚴重，煤層更易破碎坍塌。推薦排量為17L/s，泵壓18MPa，小井眼環空返速為1m/s，完全達到攜砂要求。

3.2鉆井液技術措施

復雜的地質特點對鉆井液性能要求很高，通過對低固相聚合物鉆井液體系進行配方改良，使其滿足深井小井眼施工要求。主要配方為：0.3-0.4%PAM+1.5-2%KFT+3-3.5%SD-101+0.8-1%AP-1 +2-2.5%瀝青+2%超細碳酸鈣+0.5-1%DSP-2+潤滑劑（適量）。性能參數為：密度：1.15-1.22 g/cm3，粘度：70s，API：<3ml，PH：9，HTHP：<10ml，YP：6-8 Pa，PV：15-20 mP·s。

該鉆井液具有很好的功能特點：1、粘切合適，具有很好的懸浮攜砂能力；潤滑性好，保證鉆具起下通暢。2、具有很好的抑制防塌能力，可以抑制泥巖水化膨脹、分散，能有效的防止煤層水化剝落坍塌；3、體系中的超細碳酸鈣能提高泥餅質量，增加對地層微裂縫的暫堵能力，提高地層承壓性能，防止井漏的發生，達到保護油氣層的目的。

3.3井控技術措施

鉆進過程中執行設計鉆井液密度下限1.15g/cm3，但在5371m短起下作業時發生溢流，鉆井液密度提至1.22 g/cm3實現壓穩。為防止壓漏下部地層，后期鉆進時降低鉆井液密度，利用環空壓耗壓穩地層；鉆井液中加入隨鉆堵漏劑和承壓堵漏劑，增加地層承壓能力；起鉆時用搬土漿、DSP-2、隨鉆堵漏劑配置重稠漿封井，通過提高環空當量比重，增加鉆井液結構力，有效的阻滯了氣體的侵入，同時進一步加強了地層的承壓能力，防止井漏的發生；嚴格控制起下鉆速度，防止起鉆抽吸誘噴、下鉆激動壓力壓漏地層。

4 現場應用效果評價

車古27井四開從4942m鉆進到5505m完鉆，在長達563m的深井小井眼施工中，用時16d3.5h，及時做到風險預判，規避了故障復雜的發生。

（1）高效PDC鉆頭的使用，兩只鉆頭、兩趟鉆完成，鉆頭磨損程度較輕，展示了良好的機械性能。

（2）鐘擺鉆具通過加入扶正器改變鉆具幾何結構降斜，節約成本、效果好。

（3）改良后的低固相聚合物鉆井液體系高溫性能穩定，后期維護簡單，現場應用效果良好。

（4）應用的井控技術措施非常成功，避免了井噴、井漏事故的發生。

（5）勘探成果豐碩：錄取了古生界的地層壓力，為該地層油氣開發提供了寶貴的地質資料；目的層測試結果為：6mm油嘴求產，產氣77080m3/d，具有很高的開發價值，得到甲方認可。

5 認識和建議

（1）深井鉆井排量主要受泵壓制約，使用復合鉆具[3]能從鉆具壓耗上有效解放排量。

（2）深井易斜井段尚沒有很好的防斜方法，通過改變鉆具幾何結構控制井斜和位移滿足設計要求，需要上部井段留有合適的余量。

（3）在深井小井眼施工中，全新鉆具、電動鉆機、頂部驅動裝置、電動鉆井泵等配套設施是安全高效鉆井的重要保障。

參考文獻：

[1]陳庭根等.鉆井工程理論與技術[M].山東東營：中國石油大學出版社，2006

[2]席鳳林.無固相鉆井液在煤層氣中的應用[J].鉆井液與完井液，2009（9）

[3]程常修等.劍門1井超深超長小井眼鉆井技術[J].天然氣工業，2009（7）endprint