王長勤 李元化 牛燕龍 劉朝東 韓建紅（中原石油工程有限公司鉆井三公司，河南 蘭考 457001）

丁頁4井鉆井技術(shù)

王長勤 李元化 牛燕龍 劉朝東 韓建紅（中原石油工程有限公司鉆井三公司，河南 蘭考 457001）

針對丁頁4井地層古老研磨性強，沙溪廟組、須家河組等泥頁巖互層地層裂縫發(fā)育，易噴、易漏，高密度鉆井液施工階段性能控制難度大等技術(shù)難題，進行了技術(shù)攻關(guān)。同時，大膽嘗試Newdrill+貝特PDC的新工藝，與鄰井同層位、同井段對比，有效提高機械鉆速。配套使用井壁穩(wěn)定、防漏堵漏、高密度鉆井液維護、固相控制等配套技術(shù)，較好解決了鉆遇的“斜、卡、漏、塌”等技術(shù)難題，順利完成鉆探任務(wù)，對評價丁山探區(qū)資源提供了技術(shù)依據(jù)。

丁頁4井；鉆井技術(shù)

丁頁4井位于重慶市綦江區(qū)東溪鎮(zhèn)三臺村4組，是四川盆地川東南地區(qū)林灘場-丁山北東向構(gòu)造帶丁山構(gòu)造北西翼的一口預(yù)探井，井型為直井，本井目的層為上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組下部頁巖氣層段。

針對該區(qū)域地層古老研磨性強、砂泥交互層多，碳酸鹽發(fā)育易漏、易噴的特點，通過調(diào)研分析鄰井資料，采用空氣鉆井、鉆頭及鉆井參數(shù)優(yōu)選、新工具應(yīng)用、鉆井液等配套技術(shù)，較好解決了鉆遇的“斜、卡、漏、塌”等技術(shù)難題，順利完成鉆探任務(wù)，對該區(qū)塊頁巖氣勘探提供價值參考和油氣勘探開發(fā)科學資料依據(jù)。

丁頁4井設(shè)計井深3840m，完鉆井深3770m；鉆井周期192.08天，建井周期222.28天，平均機械鉆速2.0m∕h，鉆機月速589.06m∕臺月；取芯進尺160m，巖芯長度160.1m，巖心收獲率99.93%，井身質(zhì)量、固井質(zhì)量合格。

1 鉆井技術(shù)難點

（1）地表有竄漏可能，水層埋藏淺且出水量大，極易出現(xiàn)井漏、坍塌。

（21）地層各向異性、非均質(zhì)性嚴重，地層砂泥巖軟硬交錯，夾層、互層較多，地層可鉆性差，鉆頭、鉆具易損壞。

（3）空氣鉆進過程中，地層出水嚴重，鉆頭、鉆具易泥包，影響鉆井時效。

（4）在氣轉(zhuǎn)液過程中，井壁易剝落掉塊，導致卡鉆、井漏等井下復(fù)雜情況。

（5）儲層屬于裂縫性氣藏，取芯鉆進時易鉆遇巖石破碎帶、裂縫帶，導致堵芯、卡芯情況。

（6）地層氣活躍，易氣侵導致鉆井液污染，高密度鉆井液性能調(diào)控難度大。

2 現(xiàn)場施工

基于鄰井資料調(diào)研和實鉆情況，本井主要采用常規(guī)鉆具與動力鉆具相結(jié)合的方式鉆進，先后經(jīng)歷清水鉆、空氣鉆、霧化鉆及鉆井液鉆。

2.1 空氣鉆井技術(shù)

2.1.1 空氣、霧化鉆井技術(shù)優(yōu)勢

根據(jù)地質(zhì)設(shè)計、鄰井資料調(diào)研，丁頁4井陸相地層為侏羅系的沙溪廟組、涼高山組、自流井組以及三疊系的須家河組、雷口坡組，地層埋藏厚，井段長；地層巖性不均一，以泥巖和石英砂巖為主，巖性多變，巖石堅硬，可鉆性差，但地層相對穩(wěn)定，沒有油氣層，比較適合空氣鉆井。丁頁4井空氣鉆鉆進至454.86m后，地層垮塌嚴重，為確保井下施工安全，被迫轉(zhuǎn)換為鉆井液鉆進。同一鉆頭鉆井液機械鉆速為0.91m∕h，而空氣鉆機械鉆速為泥漿的2.92倍。實踐表明，空氣鉆可提高機械鉆速，縮短建井周期。

2.1.2 空氣鉆實施情況

（1）牙輪鉆頭空氣、霧化鉆進（47.00～454.86m）

導眼1整改完畢后，下鉆開始氣舉排液、烘干井壁，井壁徹底烘干后開始小鉆壓試鉆。所鉆地層：上下沙廟組、涼高山組、自流井組。巖性：棕紅色泥巖、灰色細砂巖、灰色粉砂質(zhì)泥巖、細砂巖等。導眼2共使用2只Φ609.6mm牙輪鉆頭鉆進，鉆進井段47～490.3m，進尺443.3m，純鉆時間192.63h，平均機械鉆速2.3m∕h。其中，空氣鉆、霧化鉆井段47～454.86m，進尺407.86m，純鉆時間155.3h，平均機械鉆速2.66m∕h。導眼2開始采用空氣鉆施工，試壓鉆進后，地層滲水導致砂巖無法正常返出。井筒內(nèi)無法烘干，起鉆后發(fā)現(xiàn)鉆頭及鉆鋌泥包嚴重，因此后期采用霧化鉆井技術(shù)以縮短工期、降低成本并保護環(huán)境。

（2）空氣、霧化鉆技術(shù)風險及消減措施

①砂泥巖互層、地層可鉆性低、井壁易失穩(wěn)

侏羅系陸相地層巖性以砂巖與泥巖互層為主，地層軟硬交錯，砂巖可鉆性低，泥巖易坍塌，可能潛在地層應(yīng)力變化、地層不穩(wěn)定等復(fù)雜情況。地層膠結(jié)性差，地層水易侵入地層導致較嚴重的井壁失穩(wěn)問題。因此加入足夠的防塌劑，并時刻觀察井下摩阻、泵壓變化情況，有異常及時處理。

②鉆具泥包

丁山區(qū)塊沙溪廟組、涼高山組、自流井組地層含泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖，且地層存在滲水現(xiàn)象，在空氣、霧化鉆進過程中，易出現(xiàn)鉆具泥包的情況。因此，在鉆井施工過程中，需密切注意返砂情況，如有異常及時調(diào)整基液排量及起泡劑用量。

③泥質(zhì)鉆屑對泡沫穩(wěn)定性影響較大

泥質(zhì)鉆屑易分散，比表面積大，吸附能力強，在鉆遇泥巖地層時處理劑特別是發(fā)泡劑的消耗量大。密切注意返砂情況，如出現(xiàn)泡沫不連續(xù)現(xiàn)象及時補加發(fā)泡劑和穩(wěn)泡劑。

④大尺寸井眼泡沫鉆井消泡難度較大

大尺寸井眼泡沫鉆井泡沫量大，現(xiàn)有機械消泡裝置難以徹底消除。采取出口增加噴淋泵措施，進行輔助消泡。

⑤空氣鉆易發(fā)生鉆具事故

空氣鉆鉆具磨損嚴重，地層不均質(zhì)，憋、跳鉆時常發(fā)生。入井空氣鉆鉆具堅持120h探傷制度，杜絕鉆具帶病操作。鉆具組合中引進新工具降低跳鉆帶來的影響。

⑥空氣、霧化鉆易發(fā)生井身質(zhì)量問題

丁山區(qū)塊的地層傾角不是很大，但沙溪廟地層的自然造斜能力很強，井斜容易超標?？諝忏@時堅持50～100m測斜一次，對沙溪廟組地層井段進行加密測斜，根據(jù)測斜結(jié)果及時調(diào)整鉆壓參數(shù)，防止井斜持續(xù)增長。

⑦探井未知地層可能含有氣易發(fā)生燃爆事故

探井存在很多未知因素，因此隨時觀察全烴值變化。如果全烴含量快速上升，氣測全烴含量大于3%，立即停止空氣鉆進，啟動應(yīng)急預(yù)案，使用鉆井液壓井保證井控安全。

2.2 鉆頭

通過鄰井資料、鉆頭分類標準、區(qū)域統(tǒng)計和分析地層巖性，針對鉆頭進行優(yōu)選，提高單只鉆頭的使用效率.

鄰井隆盛2井與丁頁4井井深及所鉆井深、層位基本相同，在綜合分析鄰井鉆頭的基礎(chǔ)上，結(jié)合地層巖石、鉆頭特點及實鉆情況，不斷優(yōu)化鉆井參數(shù)，使每個鉆頭的鉆井效率最優(yōu)化，從而達到提高鉆井時效的目的。本井各層位的機械鉆速均優(yōu)于隆盛2井，且同開次、同層位多鉆580m的前提下，縮短工期48天，有效提高了鉆井時效。

2.3 新工藝和新工具嘗試

3.4.1 提速提效新工藝、新技術(shù)

丁頁4井與鄰井隆盛2井井深及所鉆層位基本相同，在綜合對比分析鄰井資料的前提下，大膽嘗試新工藝、新技術(shù)，基于地層實鉆情況，在鉆進過程中不斷優(yōu)化改善鉆井參數(shù)以提高鉆井時效。

（1）嘗試新工具、新工藝

為提高機械鉆速，在須家河組、雷口坡組鉆進過程中嘗試Newdrill+貝特PDC鉆頭的鉆具組合。其中，須家河組地層的平均機械鉆速為2.1m∕h，雷口坡組地層的平均機械鉆速為3.53m∕h。如表4所示，與鄰井隆盛2井相比，在保證井下安全的前提下，新工藝的實施使鉆進速度提高4～11倍，安全、快速、高效地鉆穿須家河組，有效提高了鉆井時效。

（2）跳鉆、震動解決方案

上部地層沙溪廟組至須家河組巖石致密堅硬，地層軟硬交錯，鉆進時鉆具跳動縱向震動大，鉆具極易產(chǎn)生疲勞破壞；同時，鉆頭掉齒崩齒現(xiàn)象明顯，軸承損壞明顯。鉆頭的跳動引起井眼不規(guī)則，井徑增大，機械鉆速降低，給下部施工造成事故隱患和增加額外工作量。針對地層巖性及特點，主要采取了以下施工措施：

①采用空氣鉆鉆進上部砂泥巖地層時，跳鉆對鉆頭、鉆具損害嚴重?；诓煌鄢叽纾捎忙?79mm∕Φ228mm雙減震器以減少鉆頭斷齒、掉齒和牙輪軸承先期損壞，從而延長鉆頭的使用壽命。

②密切觀察鉆具和鉆井參數(shù)變化情況，發(fā)現(xiàn)憋、跳鉆現(xiàn)象后及時調(diào)整鉆壓、轉(zhuǎn)速以減少鉆具損害。

③基于機械鉆速和出井鉆頭情況進行判斷，進尺少，機械鉆速低，斷齒、崩齒現(xiàn)象嚴重時，在鉆具組合上加隨鉆撈杯，打撈掉齒崩齒延長鉆頭壽命。

3.4.2 嘗試渦輪和孕鑲鉆頭

由于孕鑲鉆頭具有高研磨性、高壽命的特點，適用于研磨性強的地層，而井下渦輪鉆具可有效避免孕鑲金剛石過熱失效，兩者結(jié)合能有效清理巖屑，減少泥包、高溫燒齒等情況，可大幅提高整體鉆井效率。

由于井下復(fù)雜導致孕鑲渦輪鉆具無法下鉆到底，從側(cè)面提示我們，在提高鉆井時效的前提下，要切實考慮實際鉆井情況，認真分析實鉆地層是否適合新鉆具、新工藝。只有在充分調(diào)研及分析基礎(chǔ)上，才能借助新工具、新工藝達到提速提效的目的。

3.4.3 嘗試固井新工藝

（1）使用泥餅固化劑

鉆井液泥餅對井壁穩(wěn)定至關(guān)重要，但由于泥餅無法與水泥實現(xiàn)無縫膠結(jié)，從而影響固井直降，對固井作業(yè)提出很大挑戰(zhàn)。甚至很多電測固井質(zhì)量優(yōu)良的井，固井后甚至投產(chǎn)后普遍存在套壓、環(huán)空串氣的現(xiàn)象。為了最大程度避免此種情況的發(fā)生，嘗試泥餅固化劑技術(shù)。

泥餅固化技術(shù)的核心是泥餅固化和界面交聯(lián)，通過原鉆井液+原水泥漿（離子擴散）的方法，實現(xiàn)了水泥環(huán)-泥餅-地層的整體固化膠結(jié)。該技術(shù)的特點在于原固井工藝及水泥漿體系、鉆井液體系均不需發(fā)生變化，只需要采用泥餅固化劑Ⅰ型2m3（確保接觸時間達到1min以上即可）及采用泥餅固化劑Ⅱ型2～4m3作前置液（確保接觸時間達到1min以上即可）。泥餅固化劑Ⅰ對泥餅界面的修飾與處理——泥餅固化劑Ⅱ?qū)δ囡灴紫兜氖鑼Р⑹鼓囡炚惩令w粒表面電子結(jié)合能和元素組成的發(fā)生演變——水泥漿水化離子滲入泥餅且與泥餅中高價金屬離子發(fā)生化學反應(yīng)生成膠結(jié)物產(chǎn)生化學固結(jié)和沉淀堵塞——水泥環(huán)與泥餅界面交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的形成+泥餅固化——固井二界面膠結(jié)強度提高——固井一、二界面膠結(jié)質(zhì)量顯著改善——達到防竄的目的。

本井在技套固井前置液中使用泥餅固化劑Ⅰ型2m3，泥餅固化劑Ⅱ型4m3。固井結(jié)束后電測顯示固井質(zhì)量良好，且未發(fā)現(xiàn)有套壓現(xiàn)象的存在，取得了良好的效果。

（2）預(yù)應(yīng)力固井技術(shù)

固井施工過程中一般環(huán)空壓力大于套管內(nèi)壓力，形成負壓差。但是固井結(jié)束后水泥漿凝固失重時環(huán)空液柱壓力降低，由負壓差變成正壓差。這種套管內(nèi)外壓力變化就會使套管應(yīng)力發(fā)生變化，從而導致環(huán)空水泥凝固后，套管和水泥膠結(jié)面及第一界面產(chǎn)生微裂縫。同時由于水泥石自身體積收縮特性，也會導致一、二界面之間產(chǎn)生微間隙。研究表明微裂縫不僅與套管的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)尺寸、井口壓力、水泥漿體系有關(guān)，還與水泥漿候凝狀態(tài)有關(guān)。因此通過預(yù)應(yīng)力固井就是能改變水泥漿候凝狀態(tài)，有效預(yù)防水泥漿和套管之間微裂縫產(chǎn)生。本井采用預(yù)應(yīng)力固井技術(shù)完成固井施工，經(jīng)電測固井質(zhì)量合格，滿足甲方要求。

3 結(jié)語

丁頁4井綜合配套技術(shù)的研究與應(yīng)用，保障了丁頁4井的成功鉆探。隨著新技術(shù)、新工藝的不斷推廣，降低鉆井成本，提高鉆井時效已成為發(fā)展趨勢。

（1）丁頁4井成功應(yīng)用空氣鉆井技術(shù)、氣液轉(zhuǎn)換技術(shù)大大提高了鉆井速度，同時采取相應(yīng)措施有效規(guī)避了空氣鉆井的風險。

（2）大膽嘗試新工具、新工藝，采用Newdrill+貝特PDC鉆頭的形式安全、快速、高效地鉆穿須家河地層。對比鄰井，機械鉆速提高4～11倍，達到了增產(chǎn)增效的目的。

（3）鑒于須家河組、長興組、飛仙關(guān)組等地層整體機械鉆速慢的特點，建議，建議繼續(xù)開展鉆頭的優(yōu)選及應(yīng)用研究，研制出更加符合地層特點，增加鉆頭使用壽命的鉆頭，提高丁山區(qū)塊地層機械鉆速。

（4）建議采用江鉆KMC1365型鉆頭，組合川7-5雙取芯筒對丁山區(qū)塊龍馬溪組地層進行取芯作業(yè)。在取芯作業(yè)過程中，采用控壓鉆進方式，將鉆時維持在10～15 min∕m，可有效提高取芯收獲率，防止堵芯、卡芯的發(fā)生。