宜昌區(qū)塊頁巖氣鉆井技術難點與對策

譚學龍

摘 要：宜昌頁巖氣是繼涪陵頁巖氣后，針對志留系龍馬溪—五峰組頁巖氣的首次勘探開發(fā)。宜昌地區(qū)地表和地下地質情況復雜，相比涪陵區(qū)塊，開發(fā)施工難度更大。根據(jù)Y1井鉆探情況分析宜昌區(qū)塊頁巖氣水平井鉆井施工中的技術難點，并分析相應對策。

關鍵詞：頁巖氣;水平井;技術難點;對策

1?Y1井施工概況

1.1? 地質概況

Y1井地質分層情況與涪陵區(qū)塊大體一致，地層自上而下為白堊系五龍組、三疊系大冶組、二疊系大隆組、下窯組、龍?zhí)督M、茅口組、棲霞組、梁山組、石炭系黃龍組、大埔組、泥盆系黃家磴組、云臺觀組、志留系紗帽組、羅惹坪組、龍馬溪組、五峰組、奧陶系臨湘組、寶塔組、廟坡組、牯牛潭組，地層可鉆性比涪陵區(qū)塊差，尤其是泥盆系云臺觀組石英砂巖，對鉆頭的磨損較大;五峰組地層元素掃描硅質高達55%，且局部富集，對鉆頭的磨損嚴重[1]。

1.2? 井身結構

Y1井分為導眼井和水平井兩種井型。導眼井采用導管、一開、二開共3個開次，一開采用444.5 mm/406.4 mm井眼鉆至大隆組，封隔上部為五龍組、大冶組、大隆組易漏地層;二開采用Φ311.2 mm井眼鉆至龍馬溪組，預留一層套管的井眼，Φ215.9 mm井眼鉆至臨湘組地層完鉆。水平井采用Φ311.2 mm井眼從龍馬溪組地層側鉆，下入Φ244.5 mm技術套管，封隔龍馬溪組上部易垮地層;三開采用Φ215.9 mm井眼進行定向增斜和水平段施工。

2?鉆井施工技術難點

相比涪陵區(qū)塊，宜昌區(qū)塊的施工難度較大，主要技術難點如下。

2.1? 地層可鉆性差，機械鉆速慢

白堊系五龍組、石門組地層的主要巖性為礫巖、粉砂巖，不適合用復合片鉆頭（Polycrystalline Diamond Compact，PDC）鉆進，牙輪鉆進機械鉆速慢，大隆組富含硅質，鉆頭進尺少。云臺觀組石英砂巖地層對鉆頭磨損較大，不適合常規(guī)PDC鉆進，目的層龍馬溪—五峰組地層硅質質量分數(shù)高達55%，且局部富集達69%，可鉆性差，單只鉆頭行程進尺少[2]。龍馬溪組地層灰色泥巖水敏性強，泥巖水化后黏附性大，PDC鉆頭泥包嚴重，機械鉆速慢。宜昌已鉆井資料顯示，平均機械鉆速均小于5.00 m/h。

2.2? 地層易漏失，堵漏困難

三疊系、二疊系灰?guī)r地層出現(xiàn)溶洞，裂縫性漏失，堵漏難度大，一開鉆進期間漏失失返情況居多;志留系龍馬溪—五峰組地層的最大水平主應力方向與誘導縫方向一致，且地層褶曲極易發(fā)生井漏、井垮，Y1井水平段施工過程中易發(fā)生多次失返性漏失，隨鉆堵漏難度大。

2.3? 地層出氣，影響鉆井液性能，井控風險高

對于紗帽組、羅惹坪組地層，鉆井液受CO2氣侵嚴重，鉆井液中的氣泡多且黏度增大，性能波動，鉆井液性能維護困難。Y1井水平段施工過程中油氣顯示較好，立柱后效明顯，水平段鉆進過程中出現(xiàn)井漏失返，因地層承壓能力低，頻繁出現(xiàn)開泵漏失和停泵反吐現(xiàn)象，提高了井控判斷難度和井控風險。

2.4? 井壁穩(wěn)定性差、易垮、易卡

宜昌地區(qū)五峰—龍馬溪組楊氏模量33 GPa，泊松比0.23，水平應力差19.5 MPa，龍馬溪組地層灰色泥巖、頁巖層理和高導裂縫發(fā)育，穩(wěn)定性差，屬于硬脆性地層，鉆穿后頻繁出現(xiàn)掉塊，影響正常起下鉆，易導致卡鉆。因地質構造運動，地層褶曲，水平段存在破碎地層，井垮卡鉆風險高[3]。導眼井和側鉆井都存在進入龍馬溪組就出現(xiàn)灰色泥巖掉塊現(xiàn)象，在高應力差的情況下形成橢圓螺旋井眼，造成起鉆困難，需要開泵倒劃眼，因井垮形成“糖葫蘆串”井眼，造成電測困難。

2.5? 軌跡控制困難

直井段地層傾角大，防斜打直困難，水平段軌跡要求在五峰組穿行，五峰組1號層頂部為觀音橋段易垮地層，五峰組下部為臨湘組易漏地層。為了保證井眼安全，水平段軌跡實際在垂深上下2.0 m的五峰組中部空間穿行，本井實鉆軌跡自進入水平段后，基本在五峰組中下部—中上部來回穿行。由于地層產(chǎn)狀變緩，復合鉆降斜，達到0.05°～0.07°/m，且定向增斜造斜率僅0.07°～0.09°/m，軌跡控制困難。

3?施工重難點技術對策

3.1? 提速對策

3.1.1? 采用新技術、新工具提速

Y1井一開、二開共采用空氣鉆進進尺808.7 m，機械鉆速為12.25 m/h。采用空氣鉆機械鉆速明顯快于PDC和牙輪鉆井液鉆，提速效果明顯。泥漿鉆進推薦使用水力加壓器、振蕩螺桿、扭沖工具，以達到提速目的。

3.1.2? 優(yōu)選鉆頭

針對不同地層段的巖性特征，優(yōu)選鉆頭。云臺觀組石英砂巖地層優(yōu)選錐球形齒，避免楔形齒過早斷齒、崩齒造成磨損，優(yōu)選抗研磨脫鈷復合片PDC鉆頭或PDC牙輪混合鉆頭進行石英砂巖地層攻關。龍馬溪組優(yōu)選鉆頭由六刀翼改為五刀翼，增加刀翼高度、刀翼之間的間隙和水眼個數(shù)，有效緩解泥包情況。針對水平段五峰組高含硅質地層，聯(lián)合鉆頭廠商對切削齒進行防磨強化，同時強化保徑和倒劃眼，行程進尺和機械鉆速明顯加快。

3.1.3? 強化參數(shù)

在水平段施工中，按照常規(guī)操作，為保護鉆頭，鉆壓只加壓80～120 kN，機械鉆速較慢，只有2.61～4.11 m/h。考慮本井水平段井斜大于90°，上翹井鉆壓無法完全加到鉆頭上，通過強化鉆壓到120～150 kN，排量提高3～5 L/s后，機械鉆速明顯加快，達4.19～9.40 m/h。

3.2? 防漏、堵漏對策

3.2.1? 上部井段采用空氣鉆進，有效防止漏失造成經(jīng)濟損失

采用空氣鉆或清水鉆進，能減少漏失情況，降低漏失成本。

3.2.2? 水平段采用預堵漏和堵漏結合，確保井下施工安全

水平段鉆遇破碎帶地層前調整好鉆井液性能，鉆井液密度盡可能控制設計上限，嚴禁采用降密度的方式防漏，避免上部地層垮塌;在預測漏層50.0 m前，在鉆井液中加入2%～3%單封（或隨鉆堵漏劑，或無滲透抗壓處理劑）等，預防裂縫漏失并保護油氣層，提前預防并有效降低漏速，減少鉆井液漏失量;嚴格落實“以防為主、以堵為輔、防堵結合”的方針。細化工程措施，防止壓力激動造成井漏;為保證固井質量，電測后下入光鉆桿進行堵漏提承壓，針對水平段漏失井段進行封堵，起鉆至上部直井段進行蹩壓，提高承壓能力，避免下套管、固井施工過程中出現(xiàn)漏失。

3.3? 強化鉆井液性能，防氣侵、防垮、強化坐崗觀察

加強鉆井液性能檢測，根據(jù)鉆井液中碳酸氫根離子的含量和鉆井液中的氣泡情況，及時發(fā)現(xiàn)地層的CO2情況，對比鄰井資料，提前在鉆井液中加入CaO，保證鉆井液性能穩(wěn)定。

針對泥頁巖水化膨脹、粘附鉆頭造成泥包現(xiàn)象，控制水基鉆井液中的固相含量和鉆井液失水，增加鉆進、循環(huán)排量。鉆頭入井前本體涂抹鋰基潤滑脂，鉆頭本體包裹鐵絲網(wǎng)，有效防止下鉆過程中鉆頭刮井壁泥餅造成PDC鉆頭切削齒泥包。

針對龍馬溪組地層垮塌，進入龍馬溪組地層前，在鉆井液中加入改性瀝青等封堵材料，提高鉆井液穩(wěn)定井壁和封堵性能，加強振動篩返砂觀察，及時發(fā)現(xiàn)井垮和調整鉆井液密度至設計上限。根據(jù)返出掉塊情況，及時申請?zhí)岣咩@井液密度穩(wěn)定井壁，龍馬溪組頁巖地層盡量選用油基泥漿鉆進，控制失水，提高油基鉆井液油水比至90/10，鉆井液終切不小于10，保證鉆井液攜砂能力。通過調整鉆井液性能阻止大面積垮塌，保證井下施工安全。對垮塌層段有針對性地開泵通井劃眼，水平段使用清砂鉆桿，清理積砂，保證技套的順利下入和水平電測的順利施工。

貫徹落實井控管理制度，加強坐崗觀察，做好井控“三早、三到位”工作。及時發(fā)現(xiàn)井漏情況并進行處理，針對漏吐情況，提高泥漿封堵性能，有針對性地堵漏和提高承壓能力，根據(jù)情況合理降低密度，達到平衡。在地層承壓無法提高以及井漏情況下，及時停泵觀察、記錄漏失和返吐出的鉆井液量，對比鉆井參數(shù)和全烴值觀察，找出規(guī)律，加強判斷。

3.4? 強化軌跡控

直井段保障鉆具剛性，推廣PDC復合鉆，在低鉆壓情況下，能有效防斜，同時加強測斜監(jiān)控，及時定向糾偏調整，保障井身質量。水平段施工加強與導向人員的溝通，盡量避免在五峰組高硅質難鉆層段穿行，使用近鉆頭或旋轉導向工具，保證井眼軌跡按照設計要求穿行，同時使用水力振蕩器、隨鉆震擊器等井下工具，保障定向施工安全，確保軌跡調整的可行性。根據(jù)井斜增降情況，合理調整參數(shù)，增斜時加強劃眼，降斜時適當增加鉆壓，在水平段盡量采用復合鉆進。按照地層傾角變化和軌跡要求，優(yōu)選螺桿和扶正器組合，控制復合鉆的降斜趨勢，減少定向工作量。

4 結語

宜昌區(qū)塊地層整體可鉆性較差，易漏、易垮，井下伴隨出氣井控風險，軌跡控制困難，井下故障復雜且風險高，機械鉆速慢，施工周期長，勘探開發(fā)難度大。要實現(xiàn)區(qū)塊低成本勘探開發(fā)，還需要在空氣鉆等先進鉆井工藝、鉆井液體系優(yōu)選、鉆頭攻關、先進工具提速以及井下復雜預控和處理上進行研究，摸索出一套適合宜昌區(qū)塊頁巖氣開發(fā)的安全、高效的鉆完井配套技術。

[參考文獻]

[1]蔡全升，陳孝紅，張國濤，等.鄂西宜昌地區(qū)下古生界五峰組—龍馬溪組頁巖氣儲層發(fā)育特征與勘探潛力[J].石油與天然氣地質，2021，42（1）：107-123.

[2]劉建清.宜昌地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖儲層錄測井綜合評價—以Y2井錄井實踐為例[J].江漢石油職工大學學報，2020，33（4）：1-3.

[3]陳林，陳孝紅，張保民，等.鄂西宜昌地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖儲層特征及其脆性評價[J].地質科技情報，2020，39（2）：54-61.