威遠311.1 mm井眼優快鉆井技術的難點與對策

常楊，李永釗，朱俊武，李鵬娜

(中國石油集團長城鉆探工程有限公司工程技術研究院，遼寧 盤錦 124000)

1 311.1 mm井眼現狀

威遠屬揚子陸臺四川分區西南部，出露有中生界和新生界地層。境內地質構造為榮威穹窿(亦稱威遠穹窿、威遠背斜)與新店子向斜。威遠地勢自西北向東南傾斜，西北高、東南低，低山、丘陵比例相當，東南沖溝曲折，流向多變，西北山嶺連綿，溝壑縱橫。儲層埋深平均3710 m，壓實作用強，地層壓力系數高。在頁巖氣勘探開發過程中，油基鉆井液因其具有優異的抑制、潤滑、封堵性能，成為頁巖氣水平井鉆井的主流鉆井液。但油基鉆井液及其鉆屑被列為危險廢棄物，環保處理成本高，處理后仍存在安全隱患，開展水基鉆井液替代或部分替代油基鉆井液研究與應用成為近年的熱點［1-3］。通過XX區塊數據調研，311.1 mm井段屬于多層系、多壓力系統油氣富集區，存在多套易漏、易氣侵地層，茅口、棲霞等地層含黃鐵礦、燧石結核，地層可鉆性差。在氣侵風險預警、機械鉆速、降低儀器故障率等方面，存在較大提升空間。

2 施工難點分析

2.1 軌跡控制困難

多年實鉆表明，須家河地層石英含量高，巖性致密，硬度大，研磨性極強，可鉆性極差［4］。該井段為主力造斜饒障井段因夾雜層位較多，地層構造復雜，傾角存在不確定性，導致方位偏移嚴重。常規儀器零長過長，復合井段軌跡自然趨勢起勢后，調整效果緩慢，托壓抑制了控制效果，且后續大段井段可鉆性差，地層風險高，無法實現軌跡控制，增加下步井段控制難度，并且制約機械鉆速提升。

2.2 石膏層發育，易發生縮徑卡鉆或泥包

雷口坡和嘉陵江段有膏鹽，易發生井眼縮頸，損害鉆井液性能，造成鉆頭泥包、卡鉆等故障［5］。飛仙關組紫紅色、深紫色泥巖具有吸水性強、可塑性強、易造漿的特點，所以相對低的鉆井液密度可以大幅提高機械鉆速。如果鉆井液密度不均易造成虛生泥餅厚，容易形成鉆頭泥包，造成動力鉆具失效，無法有效破巖，最終導致井眼不規則，機械鉆速降低，并伴隨故障發生。

2.3 漏噴共存，井控風險較高

威遠XX、XX區塊311.1 mm井眼壓力系統復雜，由于地層壓力系數異常變化和局部圈閉壓力存在，同時茅口、棲霞裂縫發育，漏噴轉換風險極高，在鉆進過程中往往出現氣侵溢流，設計鉆井液密度與實際鉆井液密度差異較大，導致氣侵溢流頻繁發生，處理時間較長。其中，威XXX井關井套管達到18 MPa，放噴點火高度達10～20 m。

2.4 多地層可鉆性差，機械鉆速低

龍潭組可鉆性差，且埋深較深，壓實作用明顯，因上部長興組地層高壓圈閉，導致鉆穿該層位時密度過高，機械鉆速低。棲霞地層含黃鐵礦、燧石結核，PDC鉆頭適應性不強，目前機械鉆速1.5～3.0 m/h，普遍要2～3趟鉆，成為制約鉆井提速的瓶頸。

3 優快鉆井技術

3.1 優化軌跡，巧用組合

對現有井位軌跡剖面設計進行優化，將設計造斜段控制在造斜率高、可鉆性強的須家河中上部井段，并考慮到區塊地層自然傾角方向，降低施工難度。在上部井段嚴格控制軌跡，不盲目復合鉆進，整體采用“上緊下松”的軌跡控制方式，防止軌跡失控。

“四合一”鉆具組合是目前為止控制微調井斜效果較好的工具，在不同區塊得到了很好的實際應用，對提速有很顯著的效果。

該井段即可根據不同地層特性，總結復合規律，巧用四合一鉆具組合，合理使用短鉆鋌和欠尺寸扶正器以達到減少滑動井段，依靠地層自然增降斜規律復合鉆進，實現減少滑動鉆進和實現提高機械鉆速的目的。

3.2 提升鉆井液性能，嚴格執行鉆井操作

進入嘉陵江后加入聚胺幫助增強抑制性，保持鉆井液中K離子濃度(KCl含量7%～8%)，抑制鹽膏層縮徑，增強鉆井液的沖洗能力和潤滑性，保持低黏度、高切力、強抑制性。

嘉陵江組定向時預留軌跡漂移的空間，加大水功率，復合鉆進快速通過淤泥包井段。在嘉五段—嘉三段發育石膏層、白云巖互層，打完立柱后快速上下拉劃兩遍，以防卡鉆。嚴禁定點循環超過2 min，接立柱停泵時間不超過3 min。在滑動鉆進鉆時異常增大或者顯示拖壓嚴重時立即上提活動鉆具，保證井下安全。

堅持使用好現有固控設備，要求振動篩、除砂器、除泥器使用率達到100%，中速、高速離心機交替使用，兩者使用率60%以上，及時控制鉆井液中有害固相含量小于0.2%。各種設備合理有效地工作，才能保證鉆井液固相控制的整體效果。

3.3 井下環空壓力監測，配合精細控壓施工

通過測量井下壓力和實時監測外環空壓力和ECD變化，可以確定鉆遇氣層前是否可以穩定地層壓力，保證正常鉆進。出現氣測異常時，通過監測和記錄環空壓力數據，完成井口控壓。后續對數據進行校核，分析異常時及接單根前后環空壓力變化。

通過結合井下隨鉆工程參數測量儀和地面流量計所測參數，建立鉆井工況和復雜情況數據庫模型，與真實井下復雜情況進行比較，實現對井下復雜壓力變化情況提前自動預判并預警，從而降低井控風險、提升井控能力。

利用實時監測井下壓力變化，完成井下預警監測。事后分析氣侵時井底壓力變化，確定平衡地層壓力值，作為報警閾值。通過軟件計算，給出精確的泥漿密度和地面回壓，配合旋轉防噴器、節流管匯，實現安全精細控壓鉆進。配套優選旋轉防噴器膠芯等配件，優化井口偏磨問題，提升現場井控風險監測預警和精細控壓鉆井技術能力。不斷地對理論模型進行對比分析，校準地層真實壓力，不間斷地完成溢流、漏失監測，完成井底壓力實時控制。

3.4 優化各層位鉆井參數，提高破巖效率

針對典型井、邊緣井、大偏靶距井，引進新的鉆井工具，優化鉆井參數，結合數據應用計算分析軟件跟蹤評價鉆壓傳遞效率、鉆頭使用、井眼凈化、摩阻監控等情況。提前預判軌跡趨勢，優化地面鉆井參數，提升鉆進效率。

如圖1和圖2所示，同平臺最優和最差的兩口井，在同一地層下優化鉆井參數后，呈現不同結果。機械鉆速最優X-6井，平均達到5.72 m/h，而最差的X-2井僅1.19 m/h。

圖2 X-2井機械鉆速最慢時，地面鉆井參數關系

X-6井(最優)：鉆壓保持約110 kN時，機械鉆速出現最快點，且整體提升明顯。鉆壓140 kN以上時，隨著鉆壓增加，機械鉆速反而降低，所以鉆壓140 kN就是施工中的不穩定點。X-2井(最慢)：隨著鉆壓增加，機械鉆速成正比上漲，表明不穩定點還未出現，應嘗試持續加壓尋求最優鉆壓。

X-6井地面與井下數據對比，機械鉆速反應的破巖狀態如圖3所示。

圖3 X-6井地面與井下鉆壓、轉速、扭矩與機械鉆速關系

監測地面與井下轉速差值1～2 r/min，已經有效傳遞至井底。扭矩差值約10 kN·m，龍潭組埋深較深，壓實作用明顯，地層巖性綿軟，鉆頭深入地層后扭矩明顯小于其他地層。地面與井下鉆壓差值整體保持約90 kN，變化趨勢基本一致。在扭矩、轉速和鉆壓參數穩定狀態下，需要合理調整鉆井參數，實現機械鉆速最大化。井深2820～2836 m和2866～2916 m復合鉆進時，井下轉速70 r/min，扭矩穩定5～6 kN·m，地面鉆壓110～120 kN，對應井下鉆壓30～50 kN，并非當前監測井段施加最大值。但機械鉆速在此區間表現最優，當前的井下參數可以認為真實有效地作用于鉆頭處。

4 結語

為了有效地提升311.1 mm井段的優快鉆井技術，通過井下數據監測，軟件統計分析，真實地還原井下工具真實工作狀態。建立井下工具最優功率輸出、使用壽命和提速提效等工作模式評價，繼而結合大量的井下數據對井下工具進行統計分析，從而在其中優選，并分析各層位地面與井下參數差值，尋找井下最優鉆井參數。針對已施工井開展分析總結，汲取優秀指標井施工經驗，分析問題井原因，完善井下動力工具模板、鉆井參數模板和鉆井操作技術模板，形成“模板指導施工，施工糾正模板”的技術管理模式，促進整體施工水平再提升。通過合理有效的優快鉆井技術，為同平臺以至后續井規避井下作業風險和提速提效帶來寶貴的施工經驗。