作者簡(jiǎn)介：吳松（1995—），男，碩士，工程師，主要從事油氣地質(zhì)研究及勘探開(kāi)發(fā)管理工作。

通信作者：于繼良（1973—），男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事油氣井工程研究及勘探開(kāi)發(fā)管理工作。E-mail： 1711913985@qq.com。

基金項(xiàng)目：貴州省找礦突破戰(zhàn)略行動(dòng)重大協(xié)同創(chuàng)新項(xiàng)目“貴州省頁(yè)巖氣效益開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)及工程試驗(yàn)”（黔科合戰(zhàn)略找礦[2022]ZD005）；貴州省科技廳科技支撐項(xiàng)目“黔北向斜型常壓頁(yè)巖氣富集條件評(píng)價(jià)”（黔科合支撐[2021]一般405）。

摘" 要：盆外山地復(fù)雜構(gòu)造區(qū)由于復(fù)雜的構(gòu)造背景造就了地下巖層和地表地貌特殊的形態(tài)，給水平井鉆探及效益開(kāi)發(fā)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。通過(guò)梳理黔北正安地區(qū)五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖氣水平井鉆進(jìn)工程難點(diǎn)，表明在黔北正安地區(qū)鉆井工程存在鉆前施工難度大，鉆井過(guò)程中井涌、井漏、卡鉆等風(fēng)險(xiǎn)頻繁，壓力系統(tǒng)復(fù)雜，目的層穩(wěn)定性較差，地層傾角較大，斷層發(fā)育，軌跡難控制等難點(diǎn)。需要多管齊下，減少井下復(fù)雜提質(zhì)增效，強(qiáng)化配置，合理調(diào)整鉆井液密度，精準(zhǔn)導(dǎo)向，最大限度控制井眼軌跡，確保箱體鉆遇率和機(jī)械鉆速，實(shí)現(xiàn)降本提質(zhì)增效。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜構(gòu)造區(qū)" 鉆井工程" 水平井" 頁(yè)巖氣" 降本增效

中圖分類(lèi)號(hào)：TE243

Abstract： The complex tectonic background in the complex structural areas of extrabasinal mountainous regions has created the morphology of underground rock strata and special surface landforms， which poses great challenges to horizontal well drilling and benefit development. By sorting out the difficulties in the horizontal well drilling engineering of shale gas in Wufeng Formation-Longmaxi Formation in the Zheng'an area of northern Guizhou， it is indicated that there are difficulties in drilling engineering in the Zheng'an area of northern Guizhou such as difficult pre-drilling construction， the frequent risks of well kick， leakage and sticking in the drilling process， the complex pressure system， the poor stability of the target layer， the large dip angle， fault development and difficult trajectory control， so it is necessary to take multi-pronged approaches to reduce downhole complexity， improve quality and efficiency， strengthen configuration， reasonably adjust the density of drilling fluid， accurately guide， maximize wellbore trajectory control， ensure the drilling rate and penetration rate of the case， and achieve cost reduction and quality and efficiency improvement.

Key Words： Complex structural area; Drilling engineering; Horizontal well; Shale gas; Cost reduction and efficiency improvement

頁(yè)巖氣儲(chǔ)層屬于低孔、低滲儲(chǔ)層，氣流的阻力比常規(guī)天然氣大，采收率比常規(guī)天然氣低，需要通過(guò)水平井的方式鉆探，以增大井控面積，來(lái)提高單井產(chǎn)量[1]，同時(shí)水平井鉆探的成本相應(yīng)也增加了。提高鉆井速度、提升鉆井工程質(zhì)量一定程度上是實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣效益開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵，同時(shí)也能推進(jìn)整個(gè)頁(yè)巖氣藏的勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)程。黔北地區(qū)地處云貴高原向湖南丘陵和四川盆地過(guò)渡的斜坡地帶，為典型的盆外山地類(lèi)型。區(qū)內(nèi)廣泛分布石灰?guī)r，發(fā)育有溶洞、溶蝕洼地、伏流、盲谷等喀斯特地貌，給鉆井場(chǎng)地選擇、鉆井工程設(shè)計(jì)以及優(yōu)快鉆進(jìn)造成很大挑戰(zhàn)。此外，目標(biāo)區(qū)帶為盆外復(fù)雜構(gòu)造區(qū)，對(duì)目的層的連續(xù)性、完整性均造成一定的破壞[2]，均對(duì)鉆探工程造成一定影響。本文基于黔北正安地區(qū)鉆井工程難點(diǎn)進(jìn)行梳理分析，并提出相應(yīng)措施建議，為工區(qū)及周緣地區(qū)頁(yè)巖氣水平井鉆探提供借鑒。

1 鉆井難點(diǎn)分析

1.1" 優(yōu)快鉆進(jìn)難以實(shí)現(xiàn)，鉆井成本高

經(jīng)過(guò)黔北正安地區(qū)三輪次的鉆探實(shí)踐，工程技術(shù)水平不斷提升在勘探開(kāi)發(fā)初期，工區(qū)整體鉆井效率偏低，投資成本居高不下。造成成本居高不下的原因主要有：工區(qū)地形地貌復(fù)雜，鉆前土建工程量大，施工難度大；勘探開(kāi)發(fā)新區(qū)塊，地層認(rèn)識(shí)仍然不清，鉆井周期長(zhǎng)；受喀斯特地貌制約，鉆進(jìn)過(guò)程中可能出現(xiàn)井漏、鉆具放空、井壁坍塌等風(fēng)險(xiǎn)；水平井段目的層穩(wěn)定性差、易垮易漏等，鉆進(jìn)過(guò)程中處理復(fù)雜情況的非生產(chǎn)時(shí)間占比較高，影響鉆井時(shí)效。另外，地震資料精度無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)構(gòu)造埋深、地層傾角變化，對(duì)次級(jí)斷層的識(shí)別能力也有限，增加了水平段鉆出箱體甚至優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖層段的可能性。水平段地質(zhì)導(dǎo)向需要頻繁地進(jìn)行調(diào)整，一方面造成井眼軌跡不圓滑、增大了工程風(fēng)險(xiǎn)，另一方面也降低了鉆井時(shí)效，間接增加了鉆井成本。以上諸多原因造成難以實(shí)現(xiàn)優(yōu)快鉆進(jìn)，鉆井成本偏高。

1.2" 溶洞、裂隙發(fā)育，井涌、井漏頻繁

區(qū)內(nèi)廣泛分布石灰?guī)r，淺表發(fā)育有溶洞、溶蝕洼地等喀斯特地貌，加之區(qū)內(nèi)北北東和北西西向兩組斷裂較發(fā)育，鉆遇地層巖性主要是灰?guī)r層與泥巖層[3]，以及目的層五峰-龍馬溪組和石牛欄組（下段）頁(yè)巖、灰質(zhì)泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r，裂縫發(fā)育，主要裂縫類(lèi)型有構(gòu)造縫、解理縫、溶蝕縫、層間縫等，主要鉆井問(wèn)題是灰?guī)r地層漏失、泥巖地層坍塌掉塊以及目標(biāo)儲(chǔ)層傷害。目前工區(qū)內(nèi)完鉆的井幾乎都遇到井漏的情況，特別是在目的層鉆進(jìn)過(guò)程中。其次，工區(qū)目的層穩(wěn)定性較差，導(dǎo)致鉆井過(guò)程中掉塊、擴(kuò)徑現(xiàn)象比較普遍（見(jiàn)圖1），而在井徑較大的井段或總體井徑擴(kuò)大率的井，在壓裂過(guò)程中呈現(xiàn)施工壓力高、加砂困難現(xiàn)象，一定程度影響了壓裂改造效果，制約了返排效率，間接給鉆探工程帶來(lái)一定的挑戰(zhàn)和要求。

1.3" 地層壓力變化大，壓力系統(tǒng)復(fù)雜

研究區(qū)存在多套壓力系統(tǒng)，石牛欄組異常高壓，目的層五峰組-龍馬溪組地層屬于低壓-常壓，上噴下漏，鉆井液密度難以控制，造成鉆井施工難度極大。例如涪陵礁石壩地區(qū)五峰-龍馬溪組頁(yè)巖地層壓力系數(shù)均值1.55，川南頁(yè)巖氣工區(qū)龍馬溪組地層壓力系數(shù)超過(guò)2.0[4]，而安場(chǎng)向斜五峰-龍馬溪組地層壓力系數(shù)均值1.03，地層溫度為70.26 ℃，屬于常溫常壓氣藏，偏低的地壓導(dǎo)致油基泥漿漏失嚴(yán)重。

1.4" 地層傾角較大，斷層發(fā)育，軌跡難控制

研究區(qū)受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加改造，地層經(jīng)過(guò)了一系列擠壓作用，導(dǎo)致地層斷失、剝蝕[5]。以AC向斜為例，如圖2所示，五峰組-龍馬溪組地層產(chǎn)狀較陡，地層傾角15 °～45 °之間，向斜核部即安頁(yè)1至安頁(yè)4井區(qū)域地層傾角相對(duì)較小，為地層寬緩區(qū)；向斜東翼地層傾角基本大于30 °，大傾角、地層斷失以及發(fā)育性斷裂導(dǎo)致水平井鉆進(jìn)難度加大，井斜和井眼軌跡難以有效控制。其次，工區(qū)儲(chǔ)層薄，井眼軌跡容易出箱體，影響鉆遇率。

2 措施建議

2.1" 多管齊下，減少井下復(fù)雜提質(zhì)增效

首先，前期勘探部署定井位需充分考慮地形地貌地下水對(duì)井場(chǎng)平整和鉆進(jìn)效率的影響；其次，鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)過(guò)程中除了針對(duì)地層低-常壓、多巖性的針對(duì)性考慮外，也需要充分評(píng)估井漏、井塌、鉆空等工程風(fēng)險(xiǎn)；優(yōu)化鉆具組合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)快鉆進(jìn)，加快推進(jìn)研究區(qū)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)度。對(duì)付易漏地層、提高鉆速和儲(chǔ)層保護(hù)，對(duì)鉆遇地層穩(wěn)定、無(wú)水的地方可以考慮空氣鉆井技術(shù)，可有效提高大尺寸井眼的鉆井速度，縮短鉆井周期針對(duì)目標(biāo)儲(chǔ)層井段，在考慮井壁穩(wěn)定、井漏、井噴等地層因素，保證井下安全的情況下，鉆井液密度盡量低，開(kāi)展近/欠平衡壓力鉆井，盡量減少壓差對(duì)氣層的損害。對(duì)于定向段和水平段采用復(fù)合鉆井技術(shù)，優(yōu)選高效PDC鉆頭并配合高效螺桿復(fù)合鉆井技術(shù)，可以大大提高海相頁(yè)巖氣井的鉆井速度。此外，根據(jù)研究區(qū)地表喀斯特地貌的特征，導(dǎo)管井段可采用清水鉆進(jìn)，通過(guò)清水強(qiáng)鉆，快速通過(guò)易漏地層，從各方面降低鉆井成本，提質(zhì)增效。

2.1" 強(qiáng)化配置，合理調(diào)整鉆井液密度

根據(jù)地層壓力系數(shù)，合理調(diào)整鉆井液密度，防止井眼坍塌，鉆井液密度選擇范圍變小，容易出現(xiàn)井漏和井塌。加強(qiáng)地層壓力的預(yù)測(cè)和分析，制定合理的鉆井液密度窗口。水平段采用油基鉆井液鉆進(jìn)，在井壁穩(wěn)定的前提下，首選采用降低鉆井液密度的措施[6]。

2.3" 精準(zhǔn)導(dǎo)向，最大限度控制井眼軌跡

針對(duì)地層斷失、傾角較大，水平井鉆井需要地層引導(dǎo)，目前地質(zhì)跟蹤導(dǎo)向技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于頁(yè)巖氣水平井鉆井中，實(shí)鉆過(guò)程中通過(guò)不斷調(diào)整鉆井參數(shù)和鉆具結(jié)構(gòu)，從而精確控制了井眼軌跡，確保了各井順利中靶[7]。采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)可提高儲(chǔ)層鉆遇率，利用LWD或MWD、EMWD等監(jiān)測(cè)井眼軌跡方位和井斜，以此實(shí)現(xiàn)井眼軌跡控制，精確定位，引導(dǎo)中靶地質(zhì)目標(biāo)[8]。常規(guī)定向鉆進(jìn)至井斜15 °～45 °左右，更換旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向，確保順利中靶，水平段原則上持續(xù)使用旋導(dǎo)，確保箱體鉆遇率和機(jī)械鉆速，井眼條件惡劣情況下更換使用近鉆頭。

另外，由于井眼傾斜，巖屑在上返過(guò)程中將沉向井壁的下側(cè)，堆積起來(lái)形成“巖屑床”[9]。特別是在井斜角45 °～60 °的井段，已形成的“巖屑床”會(huì)沿井壁下側(cè)向下滑動(dòng)，形成嚴(yán)重的堆積，從而堵塞井眼。對(duì)于可能存在的這些情況，參考涪陵焦石壩區(qū)塊經(jīng)驗(yàn)，頁(yè)巖氣井水平段采用油基鉆井液體系，這種鉆井液具有良好的流變性、較強(qiáng)的攜砂能力，從而保持良好的井眼凈化效果。

3 結(jié)論

（1）黔北地區(qū)屬于盆外山地褶皺區(qū)。地下、地面形態(tài)復(fù)雜，給鉆井帶來(lái)溶洞、裂隙發(fā)育，井涌、井漏頻繁，地層壓力變化大，壓力系統(tǒng)復(fù)雜；地層傾角較大，斷層發(fā)育，軌跡難控制，優(yōu)快鉆進(jìn)難以實(shí)現(xiàn)，鉆井成本高等難點(diǎn)，尤其是在勘探初期，制約著規(guī)模效益開(kāi)發(fā)。

（2）針對(duì)鉆井中梳理的難點(diǎn)，認(rèn)為要結(jié)合工區(qū)地質(zhì)條件，優(yōu)化鉆具組合，采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井、復(fù)合鉆進(jìn)技術(shù)、欠平衡鉆井、改進(jìn)鉆井液等系列技術(shù)以進(jìn)一步提高鉆遇率，保護(hù)儲(chǔ)層，實(shí)現(xiàn)優(yōu)快鉆進(jìn)。據(jù)地層壓力系數(shù)，合理調(diào)整鉆井液密度，水平段采用油基鉆井液體系，采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)確保順利中靶，水平段原則上持續(xù)使用旋導(dǎo)，確保箱體鉆遇率和機(jī)械鉆速提高儲(chǔ)層鉆遇率，實(shí)現(xiàn)源頭增儲(chǔ)上產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]史進(jìn)，吳曉東，孟尚志，等. 頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及開(kāi)采技術(shù)分析[C]//中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)煤層氣專(zhuān)業(yè)委員會(huì).2011年煤層氣學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集.地質(zhì)出版社，2011：470-477.

[2]吳松，于繼良，徐尚，等.黔北地區(qū)窄陡型向斜頁(yè)巖氣水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)對(duì)策[J].地質(zhì)科技通報(bào)，2022，41（4）：309-316，328.

[3]楊辰雨，解惠，高志武，等.黔北地區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖氣地質(zhì)特征研究[J].煤炭技術(shù)，2022，41（9）：91-93.

[4]李傳武，蘭凱，杜小松，等.川南頁(yè)巖氣水平井鉆井技術(shù)難點(diǎn)與對(duì)策[J].石油鉆探技術(shù)，2020，48（3）：16-21.

[5]尚福華，熊賢明，莫佳君，等.黔北地區(qū)構(gòu)造特征及其與頁(yè)巖氣保存關(guān)系探討[J].煤炭技術(shù)，2016，35（9）：103-105.

[6]楊芳，覃軍，李兆豐，等.昭通地區(qū)頁(yè)巖氣水平井鉆井難點(diǎn)與對(duì)策分析[J].天然氣勘探與開(kāi)發(fā)，2019，42（2）：129-136.

[7]王植銳，王俊良.國(guó)外旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)的發(fā)展及國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀[J].鉆采工藝，2018，41（2）：37-41.

[8]黃川，許思勇，冉曉軍，等.旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)在超長(zhǎng)水平井中的應(yīng)用[J].測(cè)井技術(shù)，2021，45（3）：336-340.

[9]常曉峰，孫金聲，王清臣.水平井和斜井井眼清潔技術(shù)研究進(jìn)展及展望[J].鉆井液與完井液，2023，40（1）：1-19.