河壩區(qū)塊井身結(jié)構(gòu)和鉆井工藝探索與實(shí)踐

李凱賢 狄 杰

1.中國(guó)石化西南石油工程有限公司重慶鉆井分公司 重慶 400042；2.河南技師學(xué)院 河南鄭州 450007

川東北河壩區(qū)塊由于地質(zhì)環(huán)境極其復(fù)雜，地層非均質(zhì)性強(qiáng)，不確定性因素多，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是低壓層易漏失，目的層高壓同時(shí)又為漏層，同一裸眼井段鉆井液密度安全窗口窄，以至于井漏和堵漏貫穿整個(gè)鉆井施工過(guò)程；二是地層傾角大，易井斜；三是地層非均質(zhì)性強(qiáng)，預(yù)測(cè)地層壓力誤差大；四是同一裸眼段存在多套壓力體系，漏、塌、卡等井下故障發(fā)生率高。

1 鉆井工程難點(diǎn)分析

結(jié)合河壩區(qū)塊地質(zhì)特征及前期施工情況析，本區(qū)塊鉆井工程難點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

1.1 井漏風(fēng)險(xiǎn)極高

根據(jù)已施工井情況看，河壩構(gòu)造淺表層地層裂縫較發(fā)育，地層承壓能力低，井漏頻繁，部分井施工中井漏和堵漏工作貫穿整個(gè)施工過(guò)程，HB1 井井深442.91m 上沙溪廟組即開(kāi)始出現(xiàn)井漏，全井累計(jì)發(fā)生井漏14 次，漏失量813.86m3；HB1- 1D 井全井漏失8 次，漏失層位在須家河組和嘉陵江組，累計(jì)漏失量701.5m3；HB101 井漏失貫穿全井所有地層，全井漏失次數(shù)341 次，累計(jì)漏失量達(dá)到15613.47m3。

1.2 部分地層傾角大、易井斜

由于受區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，工區(qū)陸相地層高陡，地層傾角測(cè)井表明沙溪廟組、千佛崖組、自流井組、須家河組井段地層傾角較大，在7°～10°，HB1 井實(shí)測(cè)地層傾角達(dá)到38°～43°，鉆井過(guò)程中易自然造斜，井斜失控對(duì)軌跡控制、套管防磨等造成巨大影響。HB1 井采用牙輪鉆頭施工導(dǎo)管，井深53m 井斜達(dá)3.27°，控制參數(shù)小鉆壓（40～140kN）吊打，井斜降至0.58°，一開(kāi)Φ444.5mm 井眼在井深1900m 井斜達(dá)到3.86°；河壩101 井上部井段采用空氣、泡沫鉆井，井深2100m，井斜達(dá)到12.9°。

2 前期施工井概況

河壩區(qū)塊由于地質(zhì)構(gòu)造極其復(fù)雜，地層壓力差異大，地質(zhì)預(yù)測(cè)資料存在不確定性，給該區(qū)域井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。

HB1 井鉆井過(guò)程中先后鉆遇了大段鹽膏層、低壓漏失層、高壓天然氣層等復(fù)雜地層，地層壓力層系復(fù)雜，為了完成地質(zhì)目標(biāo)，實(shí)鉆中多次調(diào)整井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，全井共下入7 層10 種套管。

HB101 井施工一直頻繁惡性井漏，并伴隨有嚴(yán)重井壁垮塌現(xiàn)象，因地層的低承壓?jiǎn)栴}等造成井身結(jié)構(gòu)多次更改，原設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)為四開(kāi)制，套管完井，最終完鉆井身結(jié)構(gòu)為五開(kāi)制，五開(kāi)采用Φ116mm 小井眼裸眼完井。

2017 年部署的HJ201H、HJ202H 井兩口開(kāi)發(fā)井均以嘉陵江組二段為目的層，設(shè)計(jì)為三開(kāi)制井身結(jié)構(gòu)，全井設(shè)計(jì)兩個(gè)必封點(diǎn)，第一必封點(diǎn)位于上沙溪廟組下部，封上沙溪廟組中上部地層，第二必封點(diǎn)設(shè)置在嘉陵江組二段頂部穩(wěn)定白云巖層段，具體井身結(jié)構(gòu)如表1 所示。

表1 HJ201H、HJ202H 井井身結(jié)構(gòu)表

3 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.1 必封點(diǎn)設(shè)置優(yōu)化

為降低開(kāi)發(fā)成本，結(jié)合地層特性進(jìn)行必封點(diǎn)設(shè)置的優(yōu)化如下：

（1）河壩區(qū)塊地表普遍存在河流，淺層水資源較為豐富，部分地區(qū)居民飲用水為山泉水，該區(qū)域探井HB101 井施工過(guò)程中出現(xiàn)表層井漏污染居民取水點(diǎn)的情況，因此井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有必要在地表淺水層以下設(shè)置第一個(gè)必封點(diǎn)，以防下部高壓地層施工中高密度鉆井液壓漏淺部地層，保護(hù)水資源。

（2）該區(qū)域地層壓力預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)表明，上沙溪廟組地層易漏，下沙溪廟組有微含氣層，考慮隔斷上沙溪廟組易漏地層和下部有油氣顯示地層需求，在上沙溪廟組下部設(shè)置第二個(gè)必封點(diǎn)，為下部地層井控安全創(chuàng)造有利條件。

（3）下沙溪廟組至嘉三段壓力梯度預(yù)測(cè)為1.00～1.60MPa/ 100m， 嘉二段地層壓力梯度高達(dá)2.20MPa/ 100m；同時(shí)為了多鉆遇優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，井眼軌跡設(shè)計(jì)以定向井或者水平井為主，進(jìn)入嘉陵江組開(kāi)始造斜施工，嘉二段上亞段上中部為灰白色硬石膏巖夾灰色云巖，下部為灰色含泥白云巖，巖性較為穩(wěn)定，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層位于中亞段，因此第三個(gè)必封點(diǎn)設(shè)置在嘉二段上亞段下部的白云巖層段，為三開(kāi)嘉二段高壓儲(chǔ)層專(zhuān)層專(zhuān)打創(chuàng)造有利條件。

3.2 鉆頭及套管程序優(yōu)化

兼顧完井方式及后期儲(chǔ)層改造需要，三開(kāi)采用元壩區(qū)塊較為成熟的Φ165.1mm 井眼，下入襯管完井，考慮到陸相地層穩(wěn)定性差的問(wèn)題，為保證套管順利下入，增加井眼間隙，二開(kāi)采用Φ241.3mm 鉆頭，下入Φ193.7mm 套管；一開(kāi)采用Φ320.68mm 鉆頭，下入273.1mm 套管，導(dǎo)管2 采用Φ444.5mm 鉆頭，下入Φ346.1mm 套管，導(dǎo)管1 采用Φ660.4mm 鉆頭，下入Φ508mm 導(dǎo)管。

優(yōu)化后的河壩區(qū)塊嘉陵江組開(kāi)發(fā)井井身結(jié)構(gòu)如表2。

表2 優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表

采用該井身結(jié)構(gòu)主要優(yōu)點(diǎn)：①本區(qū)域地表普遍存在河流，淺部地層縫隙發(fā)育，第一必封點(diǎn)采用Φ346.1mm 導(dǎo)管封隔地表水層，防止地表水污染。根據(jù)施工井所處位置實(shí)際淺表水層深度，調(diào)整導(dǎo)管封隔深度，同時(shí)上部易漏地層可采用空氣/ 泡沫欠平衡鉆井，有效的克服井漏的難題，并實(shí)現(xiàn)提速提效的目的；②同一裸眼井段地層壓力梯度相近，有利于鉆井液對(duì)井筒的平衡；③將上下高低地層壓力梯度不同的地層有效隔開(kāi)，為嘉二段高壓儲(chǔ)層采用高密度鉆井液鉆進(jìn)提供了保障，有利于井控安全。

4 鉆井工藝優(yōu)化

4.1 總體思路

由于該區(qū)域施工中無(wú)預(yù)埋導(dǎo)管，開(kāi)孔無(wú)井口，巖屑返至方井，采用坂土漿鉆至基巖，下入套管建立井口，而根據(jù)前期施工井情況，上沙溪廟組上部地層具備實(shí)施氣體/泡沫鉆井條件，而上沙溪廟組下部井段井段由于油氣顯示活躍，地層穩(wěn)定性差等問(wèn)題，宜采用鉆井液鉆井。

4.2 鉆井方式優(yōu)化方案

（1）導(dǎo)管1：鉆頭尺寸Φ660.4mm，表層地質(zhì)疏松，淺水層發(fā)育，穩(wěn)定性差，易塌、易漏，采用牙輪鉆頭+ 塔式鉆具組合常規(guī)鉆井，鉆至基巖后，下入Ф660.4mm 導(dǎo)管固井，封隔淺水層并建立一開(kāi)井口。

（2）導(dǎo)管2：鉆頭尺寸Φ444.5mm，導(dǎo)管段地層疏松、穩(wěn)定性差，易塌、易漏、地下水豐富，地層傾角大，易井斜，采用牙輪鉆頭+ 塔式鉆具組合，應(yīng)用泡沫鉆井工藝，應(yīng)對(duì)地層出水的問(wèn)題，防止鉆井液漏失污染地表水層。

（3）一開(kāi)：鉆頭尺寸Φ320.7mm，主要鉆遇上沙溪廟組地層，于上沙溪廟組下部中完，采用空氣錘/ 牙輪鉆頭+ 塔式鉆具組合，應(yīng)用氣體鉆井工藝，規(guī)避漏失風(fēng)險(xiǎn)，提高鉆井效率。

（4）二開(kāi)：鉆頭尺寸Φ241.3mm，主要鉆遇上沙溪廟組至嘉陵江組地層，采用鉆井液鉆井，主要是以PDC 鉆頭配合預(yù)彎曲鉆具組合施工，鉆遇漏失層根據(jù)漏失情況選擇堵漏方式，必要時(shí)簡(jiǎn)化鉆具組合進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)堵漏施工或者鉆穿大型漏失層段，鉆至中完井深后進(jìn)行全裸眼專(zhuān)項(xiàng)堵漏承壓。

（5）三開(kāi)：鉆頭尺寸Φ165.1mm，鉆遇嘉陵江組二段目的層，一是受嘉二段目的層優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層厚度限制，施工中井眼軌跡調(diào)整較為頻繁，要控制好鉆進(jìn)速度，調(diào)整井眼軌跡；二是高密度施工，有粘卡風(fēng)險(xiǎn)；三是局部井段含有膏巖，有井眼縮徑風(fēng)險(xiǎn)，要增加劃眼頻次，修整好井眼。

5 優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)及鉆井工藝使用情況

將優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)及鉆井工藝方案應(yīng)用于HJ204H 井，并取得了成功，該井井型為水平井，設(shè)計(jì)井深6006m（垂深4683m），目的層為嘉陵江組二段。實(shí)際完鉆井深6228m，全井水平段長(zhǎng)1307.81m，鉆井周期134.58d，較設(shè)計(jì)146d 提前11.42d，較前期施工的HJ201H 井提前9.42d。

該井0～1902m 井段平均機(jī)械鉆速達(dá)到9.19m/ h，分別較HJ202H 井和 HJ201H 井提高 21.56%和116.75%，并且有效的避免了上部井段井漏，二開(kāi)施工中漏失21 次，累計(jì)漏失鉆井液1602.29m3，采用橋漿堵漏和專(zhuān)項(xiàng)承壓相結(jié)合的方式，有效的縮短了井漏引起的復(fù)雜時(shí)間，整個(gè)二開(kāi)井漏引起的時(shí)效損失為11.67d，而HJ206H井井漏損失達(dá)到28.67d，有效的減少了漏失引起的復(fù)雜時(shí)效。

6 結(jié)論及建議

(1) 本文所提出的優(yōu)化方在HJ204H 井使用中取得了成功，證明其存在一定和科學(xué)性和合理性，為下步該區(qū)域施工井具有借鑒和指導(dǎo)意義；

（2）HJ204H 井應(yīng)用優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)及鉆井工藝帶來(lái)了機(jī)械鉆速及周期縮短率上的提高，但是起漏失量仍然達(dá)到1600m3，下步要在該區(qū)塊堵漏工藝及理念上進(jìn)一步優(yōu)化；

（3）淺部地層采用泡沫/ 空氣鉆井具有較好的防漏效果，但是由于該區(qū)域布井相對(duì)緊密，存在鉆采同步的情況，因此需要找到在泡沫/ 空氣鉆井條件下能進(jìn)行隨鉆井斜監(jiān)測(cè)的工具，以保證鉆采同步情況下的施工安全；

（4）由于該區(qū)塊目前施工井?dāng)?shù)量較少，而且區(qū)域偏于集中，而河壩區(qū)塊地層特性變化極大，本文所提出的優(yōu)化方案在其他區(qū)域需要進(jìn)一步驗(yàn)證。