萬夫磊, 劉素君, 劉寶軍

(中石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院)

近期的勘探成果表明，大興場構(gòu)造峨眉山玄武巖、茅口組、棲霞組具備良好的油氣成藏條件，是天然氣勘探重要的領(lǐng)域和方向[1-2]。大興場構(gòu)造的寒武系、燈影組氣藏勘探面臨著嚴(yán)重挑戰(zhàn)。本構(gòu)造已有4口井鉆至茅口-棲霞組，尚未鉆進(jìn)燈影組。實鉆顯示：本區(qū)復(fù)雜斷層多，上部地層低壓易漏，下部存在高壓鹽水，沙灣組和峨眉山玄武巖組垮塌嚴(yán)重。4口已鉆井的井身結(jié)構(gòu)各不相同，暫未形成成熟的井身結(jié)構(gòu)方案，導(dǎo)致事故復(fù)雜多。例如：DS001-X1井在雷口坡組鉆遇高壓鹽水侵，并四次側(cè)鉆，DS001-X3井鉆遇2次側(cè)鉆。因此，急需研究適合于本構(gòu)造的井身結(jié)構(gòu)，滿足寒武系、燈影組深層油氣藏的開發(fā)需求。本研究按照“低壓漏失層與高壓層盡量分隔、復(fù)雜層段不下延、燈影組儲層專打、套管層次留有余地”的原則，依據(jù)壓力系統(tǒng)和復(fù)雜地層特點，優(yōu)化設(shè)計出2套可行的DT1井非常規(guī)井身結(jié)構(gòu)。

1 鄰井井身結(jié)構(gòu)分析

本構(gòu)造有4口已鉆井，分別為DS1、DS001-X1、DS001-X3、DS001-X4，除DS1井完鉆地層為寒武系九老洞組頂部外，其余井完鉆地層均為棲霞組尚未鉆進(jìn)寒武系及以下地層。4口井均采用5開井身結(jié)構(gòu)。其中，DS1、DS001-X1為常規(guī)井身結(jié)構(gòu)，一開?660.4 mm鉆頭鉆至60 m左右，下?508 mm表層套管，二開?444.5 mm鉆頭鉆至須家河組頂部，下?339.7 mm套管，封隔上部易漏層和低壓層，三開?311.2 mm鉆頭鉆至嘉陵江組或雷口坡組，下?244.5 mm套管，四開?215.9/212.72 mm鉆頭鉆至茅口組頂，懸掛?177.8 mm套管，五開?152.4 mm鉆頭鉆至完鉆，懸掛?127 mm套管。DS1井實鉆中在嘉陵江組鉆遇高壓鹽水，需用密度1.8 g/cm3的鉆井液平衡，DS001-X1井在雷口坡鉆遇鹽水，提密度至2.08 g/cm3，發(fā)生卡鉆、井漏復(fù)雜，被迫進(jìn)行兩次側(cè)鉆，在沙灣組和玄武巖組鉆遇嚴(yán)重垮塌，發(fā)生3次卡鉆，被迫進(jìn)行兩次側(cè)鉆。因DS001-X1井事故復(fù)雜多且井身結(jié)構(gòu)無備用方案。

經(jīng)前期研究優(yōu)化，DS001-X3、DS001-X4井為非常規(guī)井身結(jié)構(gòu)：

一開?660.4 mm鉆頭鉆至150～200 m左右，下?508 mm表層套管，封固表層漏層、垮塌層；二開?444.5 mm鉆頭鉆至沙溪廟組中部，下?365.1 mm套管，封隔上部低壓、易漏層；三開?333.4 mm鉆頭鉆至雷口坡組頂部，下?273.05 mm套管，確保下步雷口坡組和嘉陵江組高壓鹽水層安全鉆進(jìn)；四開2口井有所不同，DS001-X3井?241.3 mm鉆頭鉆至玄武巖組底部，DS001-X4井?241.3 mm鉆頭鉆至沙灣組底部，2口井均懸掛?219.08 mm套管；五開?190.5 mm鉆頭鉆至完鉆，懸掛?168.3 mm套管，再回接?193.68 mm套管；兩口井均備用了六開，若四開五開鉆遇復(fù)雜無法處理，可提前固井，備用六開?139.7 mm鉆頭鉆至完鉆井深，下?114.3 mm尾管完井。

DS001-X3井實鉆中未發(fā)生鹽水侵，?241.3 mm鉆頭鉆至玄武巖組底部，因沙灣組井漏，玄武巖組發(fā)生嚴(yán)重垮塌，導(dǎo)致玄武巖組發(fā)生卡鉆，解卡無效爆炸松扣被迫側(cè)鉆。DS001-X4井?241.3 mm鉆頭鉆至沙灣組底部，本井雖然在雷四段發(fā)生鹽水侵，但因?qū)⑸碁辰M和玄武巖組封隔開，在玄武巖組和后續(xù)地層鉆進(jìn)中較為順利。

2 工程地質(zhì)難點分析

DT1井是部署在川西南部大興場構(gòu)造一口風(fēng)險探井，主探燈影組，兼探下二疊統(tǒng)、峨眉山玄武巖，設(shè)計井深6 646 m(垂深6 520 m)，鉆探目的是探索川西南部樂山-龍女寺古隆起核部西緣大興場構(gòu)造震旦系、二疊系棲霞組、火山巖含油氣性，拓展川西震旦系、二疊系勘探領(lǐng)域。DT1井距DS001-X1井0.94 km，因此，參考實鉆資料及本井地質(zhì)資料分析鉆井工程地質(zhì)難點如下:

1)雷口坡組以上為長段低壓地層，遂寧和沙溪廟組可能存在嚴(yán)重井漏。DS001-X1井：在遂寧組650～652 m(進(jìn)入遂寧組170 m)鉆進(jìn)時，漏失1.08 g/cm3密度鉆井液1 27.5 m3，最大漏速180 m3/h；在須家河組3 313～3 315 m漏失1.57～1.60 g/cm3密度鉆井液1 275.9 m3。DS1井：在沙溪廟組914.7～922 m(進(jìn)入沙溪廟組130 m)和1 127.61～1 131 m，漏失1.17～1.33 g/cm3密度鉆井液580 m3，最大漏速失返。

2)雷口坡-嘉陵江組存在高壓鹽水侵。本構(gòu)造4口井中有3口井鉆遇鹽水侵，鉆遇高壓鹽水侵概率大。DS001-X1井在雷四段密度1.52 g/cm3鉆井液鉆遇鹽水侵，提密度至2.08 g/cm3正常。DS001-X4井在雷四段用密度1.65 g/cm3鉆井液鉆遇鹽水侵，提密度至2.20～2.27 g/cm3井漏。

3)沙灣組、峨眉山玄武巖組漏、垮同存，易卡鉆。沙灣組泥巖水化膨脹，長時間浸泡易井壁失穩(wěn)；峨眉山玄武巖組存在大量裂縫、孔洞，杏仁體，導(dǎo)致應(yīng)力垮塌，大量裂縫、氣孔易導(dǎo)致井漏，漏、垮同存。DS001-X1、DS001-X3、DS001-X4井多次在本層段卡鉆、側(cè)鉆。

4)茅口～棲霞裂縫發(fā)育，漏、噴、垮、卡風(fēng)險并存。茅口組頂部存在一套薄層的玄武巖，整體強(qiáng)度不高，易發(fā)生井壁失穩(wěn)。茅口組、棲霞組裂縫發(fā)育，易出現(xiàn)漏、噴、垮、卡風(fēng)險。DS001-X1井使用密度1.29 g/cm3及1.77 g/cm3的鉆井液在茅口組見氣測異常，使用密度1.80～1.81 g/cm3的鉆井液發(fā)生多次井漏。使用密度1.81～1.82 g/cm3在棲霞組見氣測異常及井漏顯示。

5)本構(gòu)造尚未鉆探震旦系，存在未知風(fēng)險。本構(gòu)造尚未鉆探震旦系，存在未知風(fēng)險，預(yù)防井漏、井噴。相鄰漢王場構(gòu)造HS1井位于本井西南方向25.2 km，在燈四鉆井液密度1.42 g/cm3垮塌卡鉆，同時存在井漏。

6)鉆遇斷層。地質(zhì)預(yù)測DT1井將在自流井組(1 990 m)鉆遇華17號斷層；在雷四段(3 590 m)鉆遇熊坡斷層；在嘉四段(4 740 m)鉆遇順②號斷層，可能引起噴、漏、卡、垮等復(fù)雜。

7)高溫、含硫，井控風(fēng)險高。高溫：DT1井井底溫度約165℃左右，對井下儀器、工具、鉆井液和水泥漿的抗高溫性能要求高。含硫：DS1井茅口組H2S含量為0.63 g/m3，DS001-X1井茅口組-棲霞組H2S含量為0.58 g/m3，作業(yè)過程中必須做好防硫工作。

上述工程地質(zhì)難點給井身結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來了很大的挑戰(zhàn)。

3 DT1井井身結(jié)構(gòu)方案設(shè)計

3.1 井身結(jié)構(gòu)必封點分析

依據(jù)鄰井實鉆資料、DT1井的壓力系統(tǒng)和地層特點，確定DT1井必封點如下：

1)夾關(guān)組。因為本井井場水泥樁深度為20.4 m，因此需下加深導(dǎo)管，以保障鉆機(jī)底座安全。

2)蓬萊鎮(zhèn)組650 m左右。因鄰井表層存在疏松、易漏層，需下表層套管將其封隔，安裝井口裝置，為下步鉆進(jìn)創(chuàng)造條件。

3)雷口坡(下盤)頂部。因本構(gòu)造4口井中有3口井在雷口坡-嘉陵江組鉆遇鹽水侵，鉆遇高壓鹽水侵概率大，因此，需將上部須家河相對低壓漏失層、垮塌層和熊坡斷層封隔，為下部高壓鹽水層安全鉆進(jìn)創(chuàng)造條件。

4)沙灣組底部。因沙灣組和峨眉山玄武巖組漏、垮同存，易卡鉆，分析鄰井實鉆資料發(fā)現(xiàn)，沙灣組垮塌主要因為泥巖水化膨脹，長時間浸泡導(dǎo)致的井壁失穩(wěn)；峨眉山玄武巖組因存在大量裂縫、孔洞，杏仁體，導(dǎo)致應(yīng)力垮塌，大量裂縫、氣孔易導(dǎo)致井漏，漏、垮同存。鄰井DS001-X1、DS001-X3井將沙灣組和玄武巖組放在同一裸眼段鉆進(jìn)，造成井漏垮塌同存，在玄武巖組被迫多次側(cè)鉆，但DS001-X4井因?qū)⑸碁辰M和玄武巖組封隔開，可避免2種不同垮塌機(jī)理的地層復(fù)雜疊加，減少了處理玄武巖井漏和垮塌復(fù)雜時對沙灣組造成的影響，玄武巖組和后續(xù)地層鉆進(jìn)中較為順利。

5)燈影組頂部。茅口組和棲霞組地層壓力系數(shù)雖然設(shè)計為1.0，但鄰井實鉆中，茅口組和棲霞組的實鉆鉆井液密度為1.24～1.85 g/cm3，密度較高。因燈影組產(chǎn)層裂縫發(fā)育，低壓且易漏、易噴，為避免高密度鉆井液對燈影組產(chǎn)層造成的影響，將燈影組低壓易漏層與上部地層隔開，實現(xiàn)燈影組專打。

6)備選封隔點一：沙溪廟組中部。鄰井實鉆中在遂寧組、沙溪廟組發(fā)生了多次井漏。如DS001-X1井在遂寧組用密度1.08 g/cm3的鉆井液鉆進(jìn)發(fā)生漏失，最大漏速180 m3/h。DS1井在沙溪廟組用密度1.17～1.33 g/cm3的鉆井液鉆進(jìn)發(fā)生漏失，最大漏速失返。

7)備選封隔點二：茅口組頂。茅口～棲霞組裂縫發(fā)育，漏、噴、垮、卡風(fēng)險并存,若玄武巖垮塌嚴(yán)重，提高密度后鉆茅口、棲霞組可能造成嚴(yán)重井漏，可備封茅口組頂部。同時應(yīng)注意，茅口組頂部存在一套薄層的玄武巖，整體強(qiáng)度不高，易發(fā)生井壁失穩(wěn)。因此應(yīng)將茅口組頂部的玄武巖層完全鉆穿后再下入套管封隔。

3.2 井身結(jié)構(gòu)方案設(shè)計

按照必封點和套管封隔的分析，優(yōu)化設(shè)計出DT1井井身結(jié)構(gòu)方案2套：

方案一：一開?914.4 mm鉆頭鉆至35 m左右，下?720 mm加深導(dǎo)管，保障鉆機(jī)底座安全。二開：?660.4 mm鉆頭鉆至150 m左右，下?508 mm表層套管，封固地表水層、漏層、垮塌層，安裝井口。三開：?444.5 mm鉆頭鉆至須家河組頂部，下?365.1 mm套管，封隔上部相對低壓層、易漏地層和華17斷層。四開：?333.4 mm鉆頭鉆至雷口坡(下盤)頂，設(shè)計下?273.05 mm套管，為下部高壓鹽水層安全鉆進(jìn)創(chuàng)造條件。五開：?241.3 mm鉆頭鉆至沙灣組底，懸掛?219.08 mm套管，封固上部高壓鹽水層、沙灣易垮層。六開：?190.5 mm鉆頭鉆至燈影組頂部，懸掛?168.3 mm套管，再回接?177.8 mm套管。七開：用?139.7 mm鉆頭鉆至完鉆，下?114.3 mm尾管固井。

圖1 DT1井井身結(jié)構(gòu)方案

方案二：一開?914.4 mm鉆頭鉆至35 m左右，下?720 mm加深導(dǎo)管。二開：?660.4 mm鉆頭鉆至650 m左右，下?508 mm表層套管，封固上部水層、漏層、垮塌層，安裝井口。三開：?444.5 mm鉆頭鉆至雷口坡(下盤)頂，下?365.1 mm+?374.65 mm套管，封隔上部相對低壓層、易漏地層和華17和熊坡斷層，為下部高壓鹽水層安全鉆進(jìn)創(chuàng)造條件。四開：?333.4 mm鉆頭鉆至沙灣組底，設(shè)計先懸掛?282.58 mm套管，再回接?273.05 mm套管，封固上部高壓鹽水層、沙灣易垮層。五開：?241.3 mm鉆頭鉆至燈影組頂部，懸掛?219.08 mm套管，封隔玄武巖、茅口棲霞易漏、易垮層，為燈影組安全鉆進(jìn)創(chuàng)造條件。六開：?190.5 mm鉆頭鉆至完鉆，懸掛?168.3 mm套管，再回接?177.8 mm套管。備用七開：若五開鉆遇垮、漏復(fù)雜處理困難，可提前固井，六開鉆至燈影組頂部，懸掛?168.3 mm套管，再回接?177.8 mm套管后，最后采用?139.7 mm鉆頭鉆至井底，下?114.3 mm尾管固井。

鄰井實鉆中，在蓬萊鎮(zhèn)、遂寧組、沙溪廟組發(fā)生了多次井漏，甚至發(fā)生井漏失返，方案一將須家河組頂部作為一個封固點，套管層次已經(jīng)用盡，深層鉆進(jìn)無備用方案。而方案二為了保障深層的安全鉆進(jìn)，并預(yù)留一開備用套管，未將沙溪廟中部或須家河組作為必封點，實鉆中若鉆遇井漏復(fù)雜，可采用注水泥堵漏等措施處理。綜合對比認(rèn)為，方案二更加合理。因此推薦方案二作為DT1井的井身結(jié)構(gòu)方案。方案如圖1所示。

4 結(jié)論

本研究按照“低壓漏失層與高壓層盡量分隔、復(fù)雜層段不下延、燈影組儲層專打、套管層次留有余地”的原則，在分析鉆井工程面臨的難點和風(fēng)險的基礎(chǔ)上，結(jié)合鄰井實鉆情況、DT1井的壓力系統(tǒng)特點、高壓鹽水層、易垮易漏層特性，確定井身結(jié)構(gòu)必封點和套管層次，優(yōu)化設(shè)計2套可行的非常規(guī)井身結(jié)構(gòu)，為川西南部大興場構(gòu)造后續(xù)燈影組深層天然氣藏開發(fā)提供了有效方案。