基巖大斜度定向井昌探1井優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用

王玉璽

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163413）

隨著對(duì)松遼盆地北部古中央隆起帶基巖鉆探，發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層好壞受裂縫影響較大，因此，在已鉆隆探X3東北部，更靠近徐西斷裂帶，斷層活動(dòng)明顯的裂縫發(fā)育區(qū)部署了一口基巖大斜度定向井昌探1井，由于松遼盆地基底構(gòu)造特征極為復(fù)雜，受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，斷層類型多樣、組合復(fù)雜，增加了鉆井設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)施工的難度。因此，針對(duì)該井在鉆井過(guò)程中可能遇到的難點(diǎn)與風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)行了井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、井眼軌道設(shè)計(jì)、鉆頭優(yōu)選、鉆進(jìn)參數(shù)設(shè)計(jì)、鉆井液設(shè)計(jì)等。

1 昌探1井難點(diǎn)分析

昌探1井是一口部署在松遼盆地古中央隆起帶的大斜度定向井（最大井斜角81.95°），地質(zhì)目標(biāo)為花崗巖淋濾型風(fēng)化殼和斷層破碎帶，地質(zhì)勘探風(fēng)險(xiǎn)較高，鉆井施工風(fēng)險(xiǎn)升高，主要有以下難點(diǎn)：

（1）上部地層存在多處斷層，易井漏井斜：嫩四段中部約830m，青二、三段上部約1620m各鉆遇一斷層，易發(fā)生井斜和井漏，且青山口地層泥巖不穩(wěn)定，有井壁失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。

（2）營(yíng)城組地層破裂壓力系數(shù)小最低僅1.4，地層承壓能力低，防漏與防氣竄矛盾突出，應(yīng)從固井工藝上解決防漏防竄問(wèn)題。

（3）二開葡萄花油層存在高壓注水，對(duì)井控安全和鉆井液密度要求更高：300m范圍內(nèi)有1口油井，500m范圍以內(nèi)有2口注水井。

（4）基巖巖性復(fù)雜，處裂縫發(fā)育區(qū)，易井漏：風(fēng)化殼頂部巖石整體破碎，儲(chǔ)集空間主要為裂縫和溶蝕孔，以裂縫為主，易發(fā)生井漏。

（5）基底巖石硬度大，可鉆性差，研磨性強(qiáng)，鉆井速度慢：目的層巖性主要為花崗巖，巖石可鉆性級(jí)值達(dá)到8~10.5，限制了PDC鉆頭的應(yīng)用，是提速的瓶頸。

2 昌探1井鉆井優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 軌道優(yōu)化

為了達(dá)到勘探效果最優(yōu)化，昌探1井設(shè)計(jì)為一口大斜度定向井。根據(jù)地質(zhì)提供靶點(diǎn)連線回歸出最大井斜角為81.95°，依據(jù)《水平井施工技術(shù)規(guī)范》，設(shè)計(jì)造斜率為4.5°~5°/30m，反算出造斜點(diǎn)為2975.23m，同時(shí)采用5段制雙弧雙增剖面，提高中靶率。昌探1井井眼軌道剖面設(shè)計(jì)表見表1。

表1 井眼軌道剖面設(shè)計(jì)表（垂直投影面0.00゜）

2.2 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

由于本井受注水開發(fā)影響，葡萄花油層(1490.00~1545.00m)設(shè)計(jì)泥漿密度為1.50g/cm3，營(yíng)城組破裂壓力系數(shù)最低為1.40，安全窗口窄。因此，將技術(shù)套管下至登二底3374.00m（營(yíng)城頂，井斜角61.17°），封隔不同壓力層系，封住葡萄花高壓注水層，嫩江組、青山口組不穩(wěn)定泥巖，基本實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層專打；且為保證油層固井質(zhì)量，采用尾管+尾管回接方式固井，保證井筒完整性，同時(shí)解決了井口帶壓的問(wèn)題；在地質(zhì)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，通過(guò)裂縫/破碎帶詳細(xì)地質(zhì)預(yù)測(cè)，給出了四個(gè)易漏層段：A段（3540.00~3733.00m），B段（3969.00~4079.00m），C段（4235.00~4327.00m)，D段（4417.00~4700.00m），根據(jù)裂縫形態(tài)和發(fā)育特征，提前50m采用針對(duì)性的隨鉆堵漏措施，從而降低井漏等復(fù)雜發(fā)生幾率，保證安全施工。根據(jù)以上考慮，優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖1。

圖1 優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.3 鉆頭優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)12-1/4″大井眼造斜段砂礫巖互層，優(yōu)選了牙輪+PDC復(fù)合鉆頭，復(fù)合鉆頭定向特點(diǎn)為工具面穩(wěn)、速度快，可有效解決牙輪鉆頭速度慢、PDC鉆頭工具面不穩(wěn)的雙重矛盾，提高了大井眼造斜效率，其效果與8-1/2″井眼基本相當(dāng)。造斜能力對(duì)比見表2。

表2 鉆頭造斜能力對(duì)比表

針對(duì)基底巖石硬度大，可鉆性差，研磨性強(qiáng)，鉆井速度慢等問(wèn)題，統(tǒng)計(jì)了周圍鄰井鉆頭使用情況，發(fā)現(xiàn)牙輪鉆頭效果優(yōu)于PDC和復(fù)合鉆頭，因此，推薦三開采用貝克休斯的進(jìn)口牙輪鉆頭。鉆頭優(yōu)選見表3鉆頭及鉆井參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.4 鉆井參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

在以往施工試驗(yàn)基礎(chǔ)上，持續(xù)推廣“三大兩高”，強(qiáng)化鉆井參數(shù)，昌探1井在設(shè)備允許的情況下，將二開排量由50L/s提高至60L/s，將三開排量由25L/s提高至38L/s，在保證井眼清潔的同時(shí)，可盡可能發(fā)揮螺桿的功率，可有效提高鉆速。鉆井參數(shù)優(yōu)化見表3鉆頭及鉆井參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

表3 鉆頭及鉆井參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.5 鉆井液優(yōu)化設(shè)計(jì)

二開井段優(yōu)選鉀鹽共聚物鉆井液體系，具有很好的抑制頁(yè)巖水化，可防止嫩江組、請(qǐng)傷口組泥巖地層膨脹、剝落、坍塌的能力，三開井段優(yōu)選麥克巴的UL?TRADRIL水基鉆井液體系，保障井下安全和井筒質(zhì)量。

2.6 鉆井周期預(yù)測(cè)

通過(guò)集成應(yīng)用鄰井實(shí)鉆效果好的優(yōu)勢(shì)技術(shù)，繪制了鉆井學(xué)習(xí)曲線，指導(dǎo)本井施工，進(jìn)行了本井各段最優(yōu)技術(shù)的篩選和應(yīng)用推薦，以此進(jìn)行了周期預(yù)測(cè)，學(xué)習(xí)曲線見圖2。

圖2 古中央隆起帶基巖水平井鉆井學(xué)習(xí)曲線

3 昌探1井現(xiàn)場(chǎng)施工情況

3.1 井身結(jié)構(gòu)

由于在井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行了優(yōu)化，使井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較適應(yīng)實(shí)際情況，與鉆井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際井身結(jié)構(gòu)符合率相當(dāng)高。一開下至300m與設(shè)計(jì)一致；二開探登婁庫(kù)底3370m中完，三開井深為4900m。

3.2 實(shí)鉆鉆頭情況

經(jīng)過(guò)巖石可鉆性極值分析、提速工具應(yīng)用和鉆頭優(yōu)選技術(shù)，鉆井現(xiàn)場(chǎng)鉆頭使用效果良好，機(jī)械鉆速較高，設(shè)計(jì)機(jī)械鉆速與實(shí)際機(jī)械鉆速符合率非常高。設(shè)計(jì)和實(shí)鉆鉆頭使用對(duì)比情況見表4。

表4 昌探1井設(shè)計(jì)和實(shí)鉆鉆頭使用對(duì)比情況

3.3 井身質(zhì)量情況

（1）井斜。一開及二開直井段，井斜控制在限制井斜范圍內(nèi)，造斜及調(diào)整井段基本與設(shè)計(jì)吻合。最大井斜角：76.79°，所在井深：4327m。設(shè)計(jì)和實(shí)際全井井斜對(duì)比圖見圖3。

圖3 昌探1井設(shè)計(jì)和實(shí)際全井井斜對(duì)比圖

（2）井徑。二開315mm井眼平均井徑擴(kuò)大率4.52%，二開311.2mm井眼平均井徑擴(kuò)大率-1.77%；三開215.9mm井眼平均井徑擴(kuò)大率12.31%。設(shè)計(jì)和實(shí)際井徑對(duì)比圖見圖4。

圖4 昌探1井設(shè)計(jì)和實(shí)際井徑對(duì)比圖

3.4 實(shí)鉆效果

昌探1井，完鉆斜深4900.00m/垂深3857.67m，平均機(jī)械鉆速4.20m/h，鉆井周期120.67d，建井周期158.54d。本井未出現(xiàn)方案設(shè)計(jì)原因?qū)е碌墓こ獭①|(zhì)量事故及井控風(fēng)險(xiǎn)。

將昌探1井按照鄰井的平均井深（4321.5m）進(jìn)行折算，其鉆井周期為101.35d，和鄰井平均鉆井周期（127.25d）相比，鉆井周期縮短了20.35%，且無(wú)井口帶壓現(xiàn)象。按照70鉆機(jī)日費(fèi)15萬(wàn)元/d計(jì)算，本井和鄰井相比，平均節(jié)約成本100萬(wàn)元左右。

4 結(jié)論

（1）合理的井身結(jié)構(gòu)，必封點(diǎn)的選取使得隆探X3鉆井施工順利完成，沒(méi)有事故復(fù)雜情況發(fā)生。

（2）二開2227.87~2791m井段使用兩趟液動(dòng)旋沖鉆井工具+PDC，其他井段采用定向儀器+螺桿，三開基底鉆進(jìn)采用高速牙輪鉆頭，取得了顯著提速和縮短周期的效果。

（3）采用具有良好潤(rùn)滑性和封堵防塌能力的有機(jī)硅聚磺鉆井液體系，保證井壁穩(wěn)定性以及井內(nèi)鉆井液靜止?fàn)顟B(tài)下的井下安全，使得施工順利進(jìn)行。