涪陵江東區塊三維水平井優快鉆井技術
——以焦頁91平臺為例

竇玉玲， 唐志軍， 徐云龍， 席鏡陽

(勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東 東營 257017)

0 引言

涪陵頁巖氣田主體地處重慶市涪陵區境內，屬山地卡斯特地貌，地面海拔300～1000 m。一期焦石壩區塊，二期主要包括江東、白濤、平橋、白馬等區塊。相比一期區塊，二期區塊地質構造更加復雜，鉆井過程中出現了許多新的難題。上部地層漏失嚴重，直井段防斜打直以及同臺井防碰，地層可鉆性變差，目的層垂深更深，地震資料誤差大著陸困難，水平段地層傾角大而且變化頻繁，軌跡控制難度大，綜上因素導致全井機械鉆速低，鉆井周期長。焦頁91平臺部署在涪陵二期江東區塊邊緣，構造位置位于川東高陡褶皺帶萬縣復向斜焦石壩背斜帶烏江1號斷背斜，鉆探目的是進一步評價江東區塊西南部單井產能，新建江東區塊西南部上奧陶統五峰組-下志留統龍馬溪組頁巖氣產能。

1 江東區塊地質特點

江東區塊建設以來的鉆探情況統計表明，地質構造更加復雜，與一期區塊存在較大差異，主要體現在以下幾個方面[1-2]：

(1)上部地層造斜能力強，易偏向一個方向。

(2)茅口組-龍潭組地層研磨性強，可鉆性差；棲霞組-小河壩組，夾層多，鉆頭易崩齒，井眼擴大率小，扭矩大。

(3)江東區塊處于構造斜坡帶速度橫向變化較大，局部存在井震矛盾，目的層埋藏深，地層設計與實鉆可能存在差異，著陸困難。

(4)水平段地層傾角大，并且變化頻繁。

(5)五峰組地層存在破碎帶。

2 江東區塊鉆井難點分析

2.1 井漏頻繁發生

井漏是涪陵頁巖氣一期開發中常遇到的鉆井難題[3-4]，同時也是二期開發中的鉆井難題。焦頁91-2HF井導管2井深260 m，漏水不漏砂，阻卡嚴重，共漏失膨潤土漿332.75 m3，漏失堵漏漿1453.95 m3，漏失清水6787.7 m3，先后4次采用橋漿堵漏無效情況下，采用水泥漿堵漏依然不成功,導致施工周期比設計周期滯后11 d。

2.2 二開龍潭組、茅口組地層可鉆性差

江東區塊頁巖氣海相地層古老，膠結致密、巖石硬度高，地層薄層互層多、巖性交替，跳鉆嚴重，鉆頭受到的沖擊作用強；特別是長興組-茅口組研磨強，PDC鉆頭失效快，易崩齒，牙輪鉆頭壽命短，鉆井時效低。龍馬溪組濁積砂體研磨性強，PDC鉆頭適應性差，機械鉆速低[5-8]。

2.3 井震矛盾突出，地層判斷不清，三開施工難度大

地震剖面顯示水平段走向平緩，實鉆水平段地層傾角變化大，造成軌跡調整頻繁，鉆進后期摩阻扭矩大，定向易托壓甚至卡鉆。三開在水平段穿行時，地質導向對地層傾角變化趨勢難以把握，無法做到提前定向，導致經常以高造斜率來定向追層，軌跡調整指令下發頻繁，平均每口井調整軌跡30次左右，使得軌跡波浪前進，施工愈發困難，導致三開施工周期普遍較長[9-12]。

2.4 五峰組井壁不穩定

頁巖氣儲層的層理及微裂縫發育，泥質含量高，水化膨脹應力強，揭開儲層后鉆井液濾液進入其層理間隙，水敏性會使頁巖內部的粘土礦物遇水膨脹，形成新的孔隙或膨脹壓力，削弱圍巖結構力，導致井眼周圍的應力場變化及井壁的穩定性變差、井壁失穩。二開小河壩組的泥巖地層和龍馬溪上部的頁巖地層被鉆開后，經水基鉆井液長時間浸泡，極易出現失穩垮塌、起下鉆困難及卡鉆等井下故障[13-15]。

3 焦頁91-2HF井施工分析

焦頁91平臺是涪陵二期部署在江東區塊邊緣的一個鉆井平臺，共部署5口井，目前已完鉆3口井。焦頁91-2HF井是第1口井，鉆井周期超出了設計周期，通過總結經驗教訓，優選井下工具，優化技術措施，后期完成的焦頁91-4HF井、焦頁91-3HF井機械鉆速大幅提高，施工周期大幅縮短。

3.1 焦頁91-2HF井施工周期與設計周期對比(見表1)

3.2 超周期原因分析

焦頁91-2HF井是該平臺的第1口井，由于該區塊施工經驗不足，在生產銜接、鉆頭優選、工具配套、鉆井液不落地、清水供應、軌跡優化等方面出現問題，導致施工周期比設計周期延后64.71 d。具體原因分析如下。

(1)第一層導管鉆進0.77 d，導管中完2.44 d，較設計延誤了1.21 d，滯后的主要原因是中完時間超出設計1.44 d。

(2)第二層導管鉆進10.98 d，導管中完6.02 d，本開次較設計延誤了11.00 d，施工周期延誤的主要原因有:

①機械鉆速不高，設計機械鉆速為5.00 m/h，實際平均機械鉆速為4.04 m/h。

②鉆進至60.00 m發現漏失，隨著井深增加漏速逐漸增大，鉆至井深211.00 m開始發生失返性漏失。因為地層特性，該井段漏液不漏砂，導致鉆井施工阻卡嚴重，先后4次采用橋漿堵漏無效情況下，采用水泥漿堵漏依然不成功。清水強鉆至井深260.00m，提前中完，堵漏施工耗時7.16 d。

表1 施工周期與設計周期對比

③固井多次反擠水泥漿導致候凝時間延長。固井于2017年2月6日18:40正注固井完，正注水泥漿25 m3不見返漿。候凝至2月7日0:00，0:00～0:20井口反擠水泥漿14 m3，不見返漿；2月8日17:30～18:00反擠水泥漿17 m3，水泥漿最終返至地面。導眼第二層固井時由于地層惡性漏失，需要進行多次環空反擠水泥漿，導致候凝時間延長。

(3)二開鉆進37.16 d，中完作業15.96 d，本開次較設計延誤了23.12 d，施工周期延誤的主要原因有:

①機械鉆速不高，設計機械鉆速為7.00 m/h，實際平均機械鉆速4.53 m/h。

②由于鉆頭、螺桿等井下工具原因，頻繁起下鉆，共用9趟鉆完成，鉆井時效低。

③二開中完至三開準備期間鉆井液不落地處理水基鉆井液嚴重滯后，由于藥品不到位，中途停工3 d，井隊無法下鉆替漿進行油基鉆井液轉換，鉆井液不落地處理能力不足,耽誤時間6.33 d。

(4)三開鉆進37.41 d，中完作業22.16 d，本開次較設計延誤了27.57 d，施工周期延誤的主要原因有:

①該井是一口評價井，目的層地層傾角與設計不符，入靶后井眼軌跡調整幅度大，水平段滑動鉆進進尺多，水平段1690 m中滑動鉆進進尺431 m，復合鉆進進尺1259 m，滑動鉆占比34%，嚴重制約了鉆進時效。

②機械鉆速不高，設計機械鉆速為10.00 m/h，實際平均機械鉆速5.58 m/h。

③由于螺桿、近鉆頭伽馬無信號等原因，共用5趟鉆完成，鉆井時效低。

④電測不順利，共“下槍”3趟，對接12次未成功。

4 優快鉆井技術在后續井的應用

針對焦頁91-2HF井的經驗教訓，在后續的焦頁91-3HF井、焦頁91-4HF井施工過程中采取了一系列的優快技術措施，取得了良好的效果。

4.1 優快技術措施

(1)導管1采用GQ-15型工程鉆機預埋，節約鉆井周期3.21 d，同時節約了鉆井成本。

(2)導管2針對雷口坡組的漏失問題，如發現漏失，繼續鉆進20 m左右，然后靜止堵漏，如果失返，清水搶鉆。中完固井采取“正注反擠”的措施，反擠時適當加大水泥量，爭取一次反擠到井口。

(3)一開優選鉆頭與螺桿，提高行程進尺及機械鉆速，下入MWD隨鉆監控井眼軌跡，防止與同臺井打碰。改進供水泵及加粗供水管線，保證清水供應。

(4)二開提速技術措施：

①針對鉆遇地層，優選鉆頭及螺桿，焦頁91-3HF井二開用7趟鉆完成，平均機械鉆速7.34 m/h，比焦頁91-2HF井提高62.03%。由于龍潭組-茅口組地層研磨性強，第一趟鉆鉆進到龍潭組上部機械鉆速變慢時，起鉆更換牙輪鉆頭，鉆穿茅口組后，再更換PDC鉆頭。

②進一步優化井眼軌道，充分考慮地層傾角，在小井斜時調整方位到位，增斜段下入1.5°單彎，提高造斜率，減少滑動鉆進進尺，從而提高二開大井眼定向效率。

③優化鉆井液性能，保證潤滑性和攜巖能力，提高鉆井時效。

(5)三開提速技術措施：

①三開優選鉆頭及螺桿，濁積砂井段采用混合鉆頭及大度數單彎螺桿(1.5°)，提高鉆進濁積砂井段的鉆井時效。同時預防目的層垂深上提，滿足高造斜率追層需要。

②焦頁91-3HF井鉆穿濁積砂后，采用旋轉導向施工三開造斜段和水平段，一趟鉆進尺1775 m，平均機械鉆速8.83 m/h，純鉆時效68.8%。

③進一步優化油基鉆井液性能，保證潤滑性和攜巖能力，保證了井下安全，提高了鉆井時效。

4.2 實施效果(表2)

表2 后續2口井鉆完井周期統計

通過一系列的優化技術措施，焦頁91-4HF井比焦頁91-2HF井鉆井周期節約21.9 d，完井周期節約28.96 d，全井平均機械鉆速提高9.49%。焦頁91-3HF井在三開使用旋轉導向一趟鉆情況下，機械鉆速大幅提升，鉆井周期大幅縮短，比焦頁91-2HF井鉆井周期節約46.15 d，完井周期節約55.02 d，全井平均機械鉆速提高38.49%。

5 結論及建議

(1)針對上部地層雷口坡組、嘉陵江組的漏失，在滲漏的情況下，采取靜止堵漏方案，在失返的情況下保障清水供應，采用清水強鉆。

(2)二開井段優選鉆頭及螺桿，提高鉆頭單趟行程及機械鉆速，從而提高鉆井時效。龍潭組-茅口組采用牙輪鉆頭，鉆進至茅口組150 m后，起鉆換PDC鉆頭。

(3)從一開開始下入MWD隨鉆監控井眼軌跡，防斜打直，防止與同臺井打碰。

(4)二開定向段優化軌道在小井斜情況下進行扭方位作業，同時更換大度數單彎螺桿，提高造斜率，減少滑動鉆進進尺，提高定向效率。

(5)對三開水平段，在綜合經濟性評價的前提下，可考慮使用旋轉導向一趟鉆鉆完水平段。