張 露，張玉勝，江 波，王希勇，朱化蜀，張繼尹

(1.中國石化西南油氣分公司產(chǎn)能建設及勘探項目部，四川德陽618000；2.中國石化西南油氣分公司石油工程技術研究院，四川德陽618000)

隨著頁巖氣技術的不斷發(fā)展，國內頁巖氣水平井數(shù)量大幅增加，頁巖氣開發(fā)逐漸向著深層和淺層常壓區(qū)延伸。本文在介紹丁山常壓區(qū)頁巖氣地質工程特征基礎上，深入分析了DY3-1HF井中各項鉆井關鍵技術的運用和效果，積累了在丁山常壓區(qū)鉆頁巖氣水平井的經(jīng)驗，對該區(qū)域及其他常壓頁巖氣區(qū)后續(xù)水平井低成本鉆井施工具有借鑒意義。

1 地質概況及鉆井技術難點分析

1.1 地層特征

丁山地區(qū)為核部NE向背斜和NW向斷鼻構造疊加而成的復合構造，埋深變化大，構造東南側盆緣區(qū)域為常壓區(qū)，埋深較淺在2300m左右。地層壓力系數(shù)1.08，鉆遇地層自上而下依次為三疊系雷口坡組、嘉陵江組、飛仙關組，二疊系長興組、龍?zhí)督M、茅口組、棲霞組、梁山組，志留系韓家店組、石牛欄組、龍馬溪組，地層傾角變化較大。嘉陵江組特別是嘉四段、嘉二段膏鹽巖發(fā)育，龍?zhí)督M、梁山組、石牛欄組、龍馬溪組泥頁巖發(fā)育，龍?zhí)督M發(fā)育煤層。

1.2 鉆井技術難點分析

結合DY3-1HF地質特點和鄰井實鉆資料，分析該井主要存在以下鉆井技術難點。

（1）嘉陵江組淺層同井場DY3HF井發(fā)生裂縫型井漏；長興組、茅口組、棲霞組以灰?guī)r為主，裂縫發(fā)育，容易出現(xiàn)井漏，安全鉆進風險較高。

（2）本井位于褶皺帶常壓區(qū)，地層傾角變化大，同區(qū)鄰井DY1HF井地層傾角15°左右，地層自然造斜能力強，同井場鄰井直井段最大井斜6.09°，直井段防斜打直難度較大。

（3）受鉆井液浸泡影響，龍馬溪組泥頁巖水化后易產(chǎn)生掉塊，易發(fā)生井壁失穩(wěn)及卡鉆。

（4）縱向上鉆遇多個地層，海相易井漏，可能含有硫化氫，目的層氣顯示活躍，且常壓頁巖氣水平井產(chǎn)量低，成本控制要求高，對安全與低成本鉆井提出高要求。

2 鉆井關鍵技術

2.1 井身結構及井眼軌道設計技術

2.1.1 井身結構設計優(yōu)化技術

同井場已完鉆勘探井DY3HF井，采用直導眼+側鉆三開井身結構。作為后續(xù)開發(fā)井，本井從確保井下安全，降低鉆井成本角度，設計二開制井身結構。導管，?406.4mm鉆頭×182m，?339.7mm套管×180m，封上部易漏層和淺水層；一開，?311.2mm鉆頭×1580m，?244.5mm套管×1578m，封隔梁山組以上不穩(wěn)定易垮塌掉塊地層；二開，?215.9mm鉆頭鉆至4052m，完成直井段、造斜段、水平段鉆進，測井解釋綜合評價后，下?139.7mm套管完井。在確保安全的前提下，簡化井身結構，縮短大尺寸井段長度，以實現(xiàn)降低鉆井成本。

2.1.2 井眼軌道設計

DY3-1HF井A、K、B靶點的設計垂深分別為2267.5m、2260.5m和2339.5m，A靶 點 靶 前 距 離449.27m，井口至水平段設計方位線的橫向投影距離約256m。軌道剖面總體設計為“二維+三維”，先在二維軌道內增斜，逐步減少井底與設計方位線間的距離，再采用三維軌道實施扭方位和后續(xù)增斜入靶鉆進。增斜段全角變化率設計為10°/100m和18°/100m，設計水平段長1503m，最大井斜角91.94°，見表1。

表1 DY3-1HF井井眼軌道設計

2.2 表層清水強鉆及堵漏技術

針對表層裂縫發(fā)育易漏失，兼顧環(huán)保要求，采用清水鉆進，漏失后清水強鉆，并制定相應措施。（1）清水中加入適量高聚物防塌劑，提高井壁穩(wěn)定性。（2）可通過以下措施，預防沉砂卡鉆：①接單根或起鉆前進行探砂。當井底沉砂不多（小于3m）時，可通過多次循環(huán)，加大排量的方法來清潔井底；當井底沉砂較多時，可泵入一定量的高粘切鉆井液（比重1.03～1.05g/cm3，粘度80～100s，切力7.5～10Pa），進行循環(huán)。②鉆進中出現(xiàn)沉砂的處理：適當增加排量，提高上返速度；降低機械鉆速，或讓鉆頭離開井底一段時間；如發(fā)現(xiàn)沉砂越來越多，將鉆具提離井底，注入一段高粘切鉆井液循環(huán)。③需停泵時，應上提鉆具（不低于一個單根），將鉆頭提離井底，至安全地帶。④當鉆頭不能提離井底，如只能開單泵，應注入高粘切鉆井液參加循環(huán)，以避免埋鉆。⑤發(fā)現(xiàn)鉆具被刺時，應立即起鉆，使鉆頭處在安全位置。（3）儲備足夠多清水。（4）簡化入井鉆具，增大鉆具與井壁間隙。（5）排量的確定兼顧水源量及井下攜砂。（6）確定合理轉速，轉速宜控制50～55r/min，兼顧鉆屑上返及鉆屑進入漏層需要。（7）接單根動作要快，從停泵到接好單根不超過3min。（8）正確判斷鉆頭使用情況，預防鉆頭事故。若清水強鉆難以實施，可采用堵漏漿強鉆。

2.3 鉆頭選型及提速技術

鉆遇海相地層多為白云巖、灰?guī)r及目的層頁巖，鉆頭優(yōu)選PDC鉆頭。導管優(yōu)選6刀翼,8噴嘴，16mm齒鋼體PDC，雙排齒，適合中硬地層的PDC鉆頭，考慮到防漏，配合扭力沖擊器提速。一開井深319m之前，選用5刀翼，7不等徑噴嘴，16mm齒鋼體PDC，雙排布齒，適用中軟地層的PDC鉆頭，配和扭力沖擊器提速防漏。井深319～1587m，選用16mm齒，5刀翼，雙排齒PDC鉆頭，配合244mm螺桿（單彎1.25°）+304mm穩(wěn)定器+MWD，復合鉆井。二開井深1587～2131m（井斜37°）之前，采用16mm齒，5刀翼，雙排齒PDC鉆頭+172mm單彎螺桿（1.5°），采用先滑動造斜至井斜約10°，再主要采用復合鉆井提速；井斜37°之后，采用5刀翼16mm切削齒PDC鉆頭+旋轉導向鉆進。

2.4 井眼軌跡控制技術

導管及一開淺部井段（井深319m之前），采用PDC+扭力沖擊器，常規(guī)塔式鉆具防斜。一開井深319～1587m采用PDC+244mm螺桿（單彎1.25°）+304mm穩(wěn)定器+MWD，復合鉆井防斜。二開井斜37°前，采用PDC+172mm單彎螺桿（1.5°），先滑動造斜至井斜約10°，再復合鉆井增斜至井斜37°；井斜37°之后，采用PDC+旋轉導向鉆進，實施扭方位、造斜及水平段鉆進。

2.5 鉆井液技術

DY3-1HF井導管采用清水鉆進，清水強鉆難以實施之后，轉換為堵漏漿鉆進。一開采用鉀基聚合物鉆井液，密度走低限，預防井漏。二開井斜35°之前采用鉀基聚磺鉆井液，井斜35°之后轉換為強抑制強封堵油基鉆井液（密度1.55g/cm3）。見表2。

表2 DY3-1HF實鉆鉆井液體系

3 應用效果

通過合理優(yōu)化設計井身結構和綜合應用清水強鉆、堵漏漿鉆進、防斜打直、復合鉆井、軌跡控制、強封堵油基鉆井液等關鍵技術，克服了DY3-1HF井施工中裂縫性井漏、易井斜、頁巖穩(wěn)定性差、保安全與提速降本等技術難點，順利鉆至井深4193m完鉆。

導管清水強鉆，清水強鉆難以實施后，轉為堵漏漿鉆進穿越了裂縫型漏失井段，并鉆至穩(wěn)定地層固井，為后續(xù)井段鉆進提供了條件。導管段鉆進及中完時間約9d，以較快的進度結束了淺層易漏井段鉆進及固井作業(yè)。直井段最大井斜1.6°，最大全角變化率5.25°/100m，斜井段最大全角變化率18°/100m，全井軌跡平滑，實鉆未發(fā)生阻卡現(xiàn)象，套管均順利下入到位。全井共采用6只PDC鉆頭完成鉆進。導管平均鉆速21.87m/h，一開全井段平均鉆速9.88m/h，二開常規(guī)導向井段平均鉆速11.06m/h，旋轉導向井段平均鉆速13.74m/h。全井平均鉆速11.90m/h，鉆井周期42d。

優(yōu)化井身結構方案確保了鉆井的安全性，配套的防漏堵漏、防斜打直、軌跡控制、鉆頭選型、鉆井提速、鉆井液技術等，實現(xiàn)了鉆井的高效和降本。相比前期三開制水平井，節(jié)省鉆井時間31.61d、套管217t、水泥180t及其他材料。通過節(jié)省工期，節(jié)省套管、水泥、添加劑、鉆井液方量、日費等項目，相比原三開制水平井節(jié)省鉆井投資約593萬元。

4 結論與建議

（1）DY3-1HF井通過綜合應用清水強鉆、堵漏漿鉆進、防斜打直、復合鉆井、旋轉導向、優(yōu)選鉆頭、強化油基鉆井液性能等關鍵技術，實現(xiàn)了安全快速完鉆，為常壓頁巖氣水平井低成本鉆井積累了經(jīng)驗。

（2）清水強鉆及堵漏漿鉆進技術應對丁山構造淺部井段裂縫型漏失效果明顯，可快速鉆過復雜易漏失層段。

（3）合理優(yōu)化井身結構、鉆頭優(yōu)選、復合鉆井、旋轉導向、井眼軌跡優(yōu)化和控制、高效油基鉆井液性能控制技術，確保了DY3-1HF井鉆井安全、軌跡平滑、順利中靶、提速降本，為常壓頁巖氣開發(fā)提供技術保障。

（4）為進一步降本增效，建議開展常壓頁巖氣水平井小井眼鉆完井試驗研究。