孫 莉

(大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江 大慶 163413)

1 隆平1井基本情況及難點(diǎn)分析

1.1 基本情況

隆平1井是松遼盆地古中央隆起帶肇州凸起的一口預(yù)探水平井，設(shè)計(jì)完鉆斜深4532.72 m，垂深3111.50 m，水平位移1803.30 m，水平段長1527.81 m，實(shí)際完鉆井深4523.00 m?？碧姐@井目的是為了探索通過水平井大幅度提高古中央隆起帶基巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層天然氣產(chǎn)能，其目的層為基底、兼探登婁庫組，完鉆層位為基底(風(fēng)化殼)。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[1]。

1.2 地層情況

目的層基巖巖性以花崗巖為主，花崗巖風(fēng)化殼儲(chǔ)集空間主要為裂縫和溶蝕孔，以裂縫為主，巖心孔隙度一般在0.1%～4.8%。根據(jù)鄰井資料顯示，該區(qū)鄰井鉆井顯示花崗巖儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)，儲(chǔ)層發(fā)育情況尚不清楚、存在不確定性。考慮深層氣藏復(fù)雜的特點(diǎn)，地層壓力系數(shù)變化可能會(huì)較大，存在不可預(yù)見的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)預(yù)測(cè)，該地區(qū)的地層溫度120.8～132.2 ℃[3]。

1.3 技術(shù)難點(diǎn)

(1)由于地面限制靶前距小，造斜率較高(設(shè)計(jì)5°～5.5°/30 m，實(shí)鉆6.5°～7.15°/30 m)，同時(shí)，二開大井眼造斜，造斜難度大，風(fēng)險(xiǎn)高，對(duì)泵排量及返砂情況要求較高。

(2)基底碎裂花崗巖地層研磨性強(qiáng)，可鉆性差，地溫高，對(duì)鉆頭、鉆具和儀器磨損較大，易斷鉆具和掉牙輪；鉆遇裂縫時(shí)，易漏[2]。

(3)三開水平段長，水基鉆井液存在摩阻大、托壓嚴(yán)重，井眼軌跡控制難，不易穩(wěn)斜等問題，易發(fā)生井下事故和復(fù)雜，致使施工效率低。

(4)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。

(5)三開存在漏、噴、塌卡同存的風(fēng)險(xiǎn)。

2 鉆井工程設(shè)計(jì)

2.1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本井設(shè)計(jì)采用大井眼造斜的井身結(jié)構(gòu)(如圖1所示)。三開裸眼段相比常規(guī)?215.9 mm井眼造斜段450 m左右，井塌、卡鉆風(fēng)險(xiǎn)更低，固井質(zhì)量更易保證；與小井眼水平井相比，提速手段更豐富，配套的相關(guān)技術(shù)更成熟，完井方式更多樣[4]。

一開：鉆進(jìn)至嫩江組穩(wěn)定泥巖段，表層套管封固四方臺(tái)組及以上松軟地層，下至水源以下10～20 m的穩(wěn)定泥巖處以保護(hù)水層，為井口安裝井控裝置、二開施工提供安全保障。

二開：考慮地層深度不確定性，技術(shù)套管下至A靶點(diǎn)以上15 m(垂深)，封閉上部粉砂巖和細(xì)砂巖，隔離下部基巖低壓層，封固壓力異常點(diǎn)，保證同一裸眼段內(nèi)壓力梯度<0.3 MPa/100 m，減少三開裸眼段長，降低摩阻、扭矩和施工風(fēng)險(xiǎn)，保障勘探發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)三開儲(chǔ)層專打。

三開：設(shè)計(jì)采用P110 3Cr壁厚9.17 mm 氣密封套管，備用P110 13Cr防腐套管，是否下入13Cr防腐套管，可根據(jù)氣測(cè)錄井顯示情況確定。生產(chǎn)套管尾管掛、浮鞋、浮箍采用國產(chǎn)深層防腐型。

圖1 井身結(jié)構(gòu)Fig.1 Casing program

2.2 井眼軌道設(shè)計(jì)

根據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)提供，靶點(diǎn)連線回歸處最大井斜角為80.09°；采用5段制雙弧雙增剖面，可有效提高中靶點(diǎn)率[5]；同時(shí)，依據(jù)《鉆井井身質(zhì)量控制規(guī)范》(SY/T 5088-2017)，設(shè)計(jì)造斜率為(5°～5.5°)/30 m；反算出造斜點(diǎn)為2511.97 m，具體軌道設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)見表1。

2.3 鉆井液設(shè)計(jì)

表1 井眼軌道設(shè)計(jì)Table 1 Trajectory design

根據(jù)鄰井實(shí)際應(yīng)用情況以及施工難點(diǎn)分析可知，該區(qū)域在營城組、基底易發(fā)生溢流、井涌、井噴、井漏、氣浸等工程事故。因此，本井一開設(shè)計(jì)采用具有良好攜屑能力和造壁性能好的膨潤土混漿鉆井液，二開、三開設(shè)計(jì)采用大慶油田自研的深層水平井水基鉆井液體系。深層水平井水基鉆井液體系以有機(jī)硅聚磺鉆井液為基礎(chǔ)，并針對(duì)高溫流變性及防漏堵漏問題進(jìn)行了改進(jìn)與完善。設(shè)計(jì)鉆井液性能參數(shù)如表2所示，二開鉆井液密度最大為1.35 g/cm3，三開鉆井液密度最大為1.25 g/cm3。

表2 鉆井液性能參數(shù)Table 2 Drilling fluid parameters

2.4 鉆頭選型

在勘探地質(zhì)預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上，結(jié)合鉆井提速要求，進(jìn)行點(diǎn)—線—面—體的井震結(jié)合分析研究，詳細(xì)描述待鉆井的巖石可鉆性，為鉆頭的優(yōu)選提供依據(jù)[6]。通過巖石可鉆性和巖性預(yù)測(cè)，重新優(yōu)選了鉆頭序列，減少了鉆頭數(shù)量，提高了機(jī)械鉆速[7]。

根據(jù)圖2中分析的地層巖性及可鉆性級(jí)值可知，該地層研磨性強(qiáng)，可鉆性差。同時(shí)，針對(duì)12in(1 in=25.4 mm，下同)大井眼造斜段砂礫巖互層，優(yōu)選牙輪+PDC復(fù)合鉆頭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，可有效提高大井眼造斜效率[8]。在三開穩(wěn)斜段，為達(dá)到提速和探索基底巖石可鉆性的目的，嘗試開展了非平面齒PDC鉆頭現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)[6]，據(jù)此優(yōu)選出了表3中的26只鉆頭序列。

注：巖石可鉆性級(jí)值由鄰井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算。圖2 巖性及可鉆性分析Fig.2 Lithology and drillability analysis

2.5 鉆具組合設(shè)計(jì)

一開采用塔式鉆具組合，保證井眼開直。二開直井段采用雙鐘擺鉆具組合，可有效防斜糾斜，造斜段采用液動(dòng)旋沖工具+單鐘擺鉆具組合，在提速的同時(shí)，保證造斜能力。三開采用液動(dòng)旋沖工具+螺桿+MWD+強(qiáng)穩(wěn)斜鉆具組合，達(dá)到有效穩(wěn)斜的目的。同時(shí)，為保證井控安全，應(yīng)配備齊全鉆具內(nèi)防噴工具；二開、三開為保證強(qiáng)化鉆井參數(shù)需求，鉆桿應(yīng)由常規(guī)的5 in優(yōu)化為5in；二開采用1.5°螺桿，三開采用1.0°螺桿；二開造斜段使用MWD，三開使用LWD。

2.6 鉆井參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了大井眼造斜的順利施工，優(yōu)選鉆頭的同時(shí)，進(jìn)行了鉆井參數(shù)的強(qiáng)化，二開提高排量至60 L/s，鉆壓150 kN，5in鉆桿，造斜段選用1.5°中空等壁厚螺桿，三開5in鉆桿，排量38 L/s[9]，為保證排量選用1°中空等壁厚螺桿，配合強(qiáng)穩(wěn)斜鉆具組合。

3 實(shí)鉆效果

隆平1井，完鉆斜深4523.00 m(垂深3074.58 m)，平均機(jī)械鉆速5.15 m/h，鉆井周期126.67 d，建井周期171.54 d。通過鉆頭選型、鉆井參數(shù)強(qiáng)化等提速技術(shù)集成應(yīng)用，與最近的隆探2井(直井)機(jī)械鉆速5.05 m/h相比，提高2%；與同類型井隆探X3井相比，平均鉆速提高了58.46%(從3.25 m/h提高到5.15 m/h)，大井眼造斜周期縮短32%(從28 d縮短至19 d)，全井鉆井周期，同比縮短了21.16 d(從147.83 d縮短至126.67 d)。根據(jù)試采統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，該井穩(wěn)定產(chǎn)量為5.4萬m3/d，是鄰井的1.22倍，基巖風(fēng)化殼實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)量突破，中央隆起帶已經(jīng)成為深層氣勘探的重要接替領(lǐng)域[10]。

3.1 各開次鉆速對(duì)比

隆平1井全井使用鉆頭26只(其中3只PDC鉆頭，6只復(fù)合鉆頭，17只牙輪鉆頭，1只通井牙輪)，累計(jì)進(jìn)尺4523 m，平均機(jī)械鉆速5.15 m/h, 單只鉆頭進(jìn)尺173.96 m，單只鉆頭純鉆33.78 h。

一開?444.5 mm井眼進(jìn)尺309 m，平均機(jī)械鉆速21.43 m/h,使用PDC鉆頭1只。

二開?315和311.2 mm井眼進(jìn)尺2606.07 m，平均機(jī)械鉆速9.10 m/h，使用PDC鉆頭1只，牙輪鉆頭1只，復(fù)合鉆頭3只。

三開?215.9 mm井眼進(jìn)尺1607.93 m，平均機(jī)械鉆速2.79 m/h，對(duì)比設(shè)計(jì)的1.97 m/h，鉆速提高41.62%，三開共使用休斯頓非平面齒PDC鉆頭1只，牙輪鉆頭16只，復(fù)合鉆頭3只。

3.2 造斜段鉆頭使用情況

本井造斜段鉆頭尺寸為?311.2 mm，由于在大井眼造斜，同時(shí)穿越泉一段、登四段、登三段等多個(gè)地層，造斜難度大，風(fēng)險(xiǎn)高，對(duì)泵排量及返砂情況要求也較高。鉆進(jìn)時(shí)采用了寶石SH533復(fù)合鉆頭進(jìn)行試驗(yàn)(底部鉆具組合無變化)，造斜段不同層位施工數(shù)據(jù)見表4。

表4 造斜段不同層位施工數(shù)據(jù)Table 4 Drilling data from build-up sections in different layers

由表4可以看出，本井大井眼造斜段在泉一段中，機(jī)械鉆速較慢，此后鄰井施工可以考慮在泉一段嘗試其他鉆頭提速，在登婁庫組鉆進(jìn)中，寶石SH533復(fù)合鉆頭提速效果較好，可應(yīng)用[11]。

3.3 水平段鉆頭使用情況

本井三開水平段采用螺桿+MWD，并引進(jìn)貝克休斯PDC鉆頭、牙輪鉆頭以及復(fù)合鉆頭，共使用鉆頭20只，累計(jì)進(jìn)尺1607.93 m，平均鉆速2.79 m/h，單只鉆頭進(jìn)尺80.40 m，相比三開設(shè)計(jì)鉆進(jìn)周期增加9.55%。

3.3.1 寶石復(fù)合鉆頭使用情況(2918.03～3112.03 m)

本井水平段應(yīng)用的3只寶石復(fù)合鉆頭主要用在基底層頂部，該鉆頭平均壽命在30 h左右，應(yīng)用時(shí)間長有鉆頭掏心的風(fēng)險(xiǎn)[12]。平均鉆速2.68 m/h，單只進(jìn)尺64.67 m。

3.3.2 江漢牙輪鉆頭使用情況(2915.07～3175.80 m)

本井應(yīng)用2只江漢牙輪鉆頭，第一只主要用于鉆水泥塞，不具備參考性，第二只牙輪鉆頭與江漢復(fù)合鉆頭相比機(jī)械鉆速稍有提高。

3.3.3 休斯頓非平面齒PDC鉆頭使用情況(4051.12～4083.18 m)

隆平1井水平段使用了休斯頓非平面齒PDC鉆頭1只進(jìn)行了提速試驗(yàn)，使用井段4051～4083 m(垂深3075 m)，層位基底，巖性花崗巖，進(jìn)尺32 m，純鉆時(shí)間13.13 h，機(jī)械鉆速2.44 m/h，因鉆時(shí)慢起鉆。起出后鉆頭心部磨出80 mm圓環(huán)。上趟鉆使用貝克牙輪鉆頭，進(jìn)尺99 m，純鉆時(shí)間39 h，機(jī)械鉆速2.54 m/h。根據(jù)牙輪鉆頭形狀分析井底殘留小部分錐形突出部位，PDC鉆頭下入井底后鉆頭心部切削齒也會(huì)先接觸錐形突出部位，由于單齒載荷過大，心部切削齒先期破壞，導(dǎo)致鉆頭本體直接與地層接觸，造成掏心現(xiàn)象。因此，該鉆頭鉆速與江漢牙輪相比略有提高，但是鉆頭壽命較短，不適用于基底層花崗巖。

3.3.4 貝克休斯牙輪鉆頭使用情況

本井貝克休斯牙輪應(yīng)用情況較好，累計(jì)進(jìn)尺1315.14 m，牙輪壽命穩(wěn)定，一般在30 h以上，最高純鉆42.5 h，進(jìn)尺134.97 m，平均單只鉆頭進(jìn)尺93.94 m，平均純鉆32.75 h，比單只江漢牙輪鉆頭進(jìn)尺多29.27 m。對(duì)基底層花崗巖的研磨性更好。

3.4 防漏堵漏效果

在地質(zhì)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，通過裂縫/破碎帶詳細(xì)預(yù)測(cè)，給出了4個(gè)易漏層段(裂縫寬度50 μm～5 mm、有效孔隙度0.6%～3.0%)，與隆探2井相比，天然裂縫角度更高(72°)，裂縫密度更大(是隆探2井的3.2倍)。根據(jù)裂縫形態(tài)和發(fā)育特征，提前50 m采用針對(duì)性的隨鉆堵漏措施[13]，全井施工中未發(fā)生井漏復(fù)雜。

3.5 強(qiáng)化鉆進(jìn)參數(shù)效果

4 結(jié)論

(1)隆平1井的成功鉆探，驗(yàn)證了水平井穿多套氣層+套管射孔+大規(guī)模壓裂方式這項(xiàng)技術(shù)的可行性，從而為基巖的勘探開發(fā)提供了一種新的有效手段和途徑[15]。

(2)在地質(zhì)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，通過裂縫/破碎帶詳細(xì)預(yù)測(cè)，并根據(jù)裂縫形態(tài)和發(fā)育特征，提前50 m采用針對(duì)性的隨鉆堵漏措施，可有效降低井漏發(fā)生的幾率。

(3)采用PDC+牙輪復(fù)合鉆頭，是提高砂礫巖互層大井眼造斜效率的有效技術(shù)措施，對(duì)后續(xù)該類井實(shí)施具有指導(dǎo)意義。

(5)基巖地層存在天然裂縫、孔隙發(fā)育，建議以后同類井施工采用控壓鉆井技術(shù)，從而更好地保護(hù)油氣層和提高井控保障手段。