常楊，李永釗，朱俊武，李鵬娜

(中國石油集團(tuán)長城鉆探工程有限公司工程技術(shù)研究院，遼寧 盤錦 124000)

1 311.1 mm井眼現(xiàn)狀

威遠(yuǎn)屬揚(yáng)子陸臺四川分區(qū)西南部，出露有中生界和新生界地層。境內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造為榮威穹窿(亦稱威遠(yuǎn)穹窿、威遠(yuǎn)背斜)與新店子向斜。威遠(yuǎn)地勢自西北向東南傾斜，西北高、東南低，低山、丘陵比例相當(dāng)，東南沖溝曲折，流向多變，西北山嶺連綿，溝壑縱橫。儲層埋深平均3710 m，壓實(shí)作用強(qiáng)，地層壓力系數(shù)高。在頁巖氣勘探開發(fā)過程中，油基鉆井液因其具有優(yōu)異的抑制、潤滑、封堵性能，成為頁巖氣水平井鉆井的主流鉆井液。但油基鉆井液及其鉆屑被列為危險(xiǎn)廢棄物，環(huán)保處理成本高，處理后仍存在安全隱患，開展水基鉆井液替代或部分替代油基鉆井液研究與應(yīng)用成為近年的熱點(diǎn)［1-3］。通過XX區(qū)塊數(shù)據(jù)調(diào)研，311.1 mm井段屬于多層系、多壓力系統(tǒng)油氣富集區(qū)，存在多套易漏、易氣侵地層，茅口、棲霞等地層含黃鐵礦、燧石結(jié)核，地層可鉆性差。在氣侵風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、機(jī)械鉆速、降低儀器故障率等方面，存在較大提升空間。

2 施工難點(diǎn)分析

2.1 軌跡控制困難

多年實(shí)鉆表明，須家河地層石英含量高，巖性致密，硬度大，研磨性極強(qiáng)，可鉆性極差［4］。該井段為主力造斜饒障井段因夾雜層位較多，地層構(gòu)造復(fù)雜，傾角存在不確定性，導(dǎo)致方位偏移嚴(yán)重。常規(guī)儀器零長過長，復(fù)合井段軌跡自然趨勢起勢后，調(diào)整效果緩慢，托壓抑制了控制效果，且后續(xù)大段井段可鉆性差，地層風(fēng)險(xiǎn)高，無法實(shí)現(xiàn)軌跡控制，增加下步井段控制難度，并且制約機(jī)械鉆速提升。

2.2 石膏層發(fā)育，易發(fā)生縮徑卡鉆或泥包

雷口坡和嘉陵江段有膏鹽，易發(fā)生井眼縮頸，損害鉆井液性能，造成鉆頭泥包、卡鉆等故障［5］。飛仙關(guān)組紫紅色、深紫色泥巖具有吸水性強(qiáng)、可塑性強(qiáng)、易造漿的特點(diǎn)，所以相對低的鉆井液密度可以大幅提高機(jī)械鉆速。如果鉆井液密度不均易造成虛生泥餅厚，容易形成鉆頭泥包，造成動力鉆具失效，無法有效破巖，最終導(dǎo)致井眼不規(guī)則，機(jī)械鉆速降低，并伴隨故障發(fā)生。

2.3 漏噴共存，井控風(fēng)險(xiǎn)較高

威遠(yuǎn)XX、XX區(qū)塊311.1 mm井眼壓力系統(tǒng)復(fù)雜，由于地層壓力系數(shù)異常變化和局部圈閉壓力存在，同時(shí)茅口、棲霞裂縫發(fā)育，漏噴轉(zhuǎn)換風(fēng)險(xiǎn)極高，在鉆進(jìn)過程中往往出現(xiàn)氣侵溢流，設(shè)計(jì)鉆井液密度與實(shí)際鉆井液密度差異較大，導(dǎo)致氣侵溢流頻繁發(fā)生，處理時(shí)間較長。其中，威XXX井關(guān)井套管達(dá)到18 MPa，放噴點(diǎn)火高度達(dá)10～20 m。

2.4 多地層可鉆性差，機(jī)械鉆速低

龍?zhí)督M可鉆性差，且埋深較深，壓實(shí)作用明顯，因上部長興組地層高壓圈閉，導(dǎo)致鉆穿該層位時(shí)密度過高，機(jī)械鉆速低。棲霞地層含黃鐵礦、燧石結(jié)核，PDC鉆頭適應(yīng)性不強(qiáng)，目前機(jī)械鉆速1.5～3.0 m/h，普遍要2～3趟鉆，成為制約鉆井提速的瓶頸。

3 優(yōu)快鉆井技術(shù)

3.1 優(yōu)化軌跡，巧用組合

對現(xiàn)有井位軌跡剖面設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，將設(shè)計(jì)造斜段控制在造斜率高、可鉆性強(qiáng)的須家河中上部井段，并考慮到區(qū)塊地層自然傾角方向，降低施工難度。在上部井段嚴(yán)格控制軌跡，不盲目復(fù)合鉆進(jìn)，整體采用“上緊下松”的軌跡控制方式，防止軌跡失控。

“四合一”鉆具組合是目前為止控制微調(diào)井斜效果較好的工具，在不同區(qū)塊得到了很好的實(shí)際應(yīng)用，對提速有很顯著的效果。

該井段即可根據(jù)不同地層特性，總結(jié)復(fù)合規(guī)律，巧用四合一鉆具組合，合理使用短鉆鋌和欠尺寸扶正器以達(dá)到減少滑動井段，依靠地層自然增降斜規(guī)律復(fù)合鉆進(jìn)，實(shí)現(xiàn)減少滑動鉆進(jìn)和實(shí)現(xiàn)提高機(jī)械鉆速的目的。

3.2 提升鉆井液性能，嚴(yán)格執(zhí)行鉆井操作

進(jìn)入嘉陵江后加入聚胺幫助增強(qiáng)抑制性，保持鉆井液中K離子濃度(KCl含量7%～8%)，抑制鹽膏層縮徑，增強(qiáng)鉆井液的沖洗能力和潤滑性，保持低黏度、高切力、強(qiáng)抑制性。

嘉陵江組定向時(shí)預(yù)留軌跡漂移的空間，加大水功率，復(fù)合鉆進(jìn)快速通過淤泥包井段。在嘉五段—嘉三段發(fā)育石膏層、白云巖互層，打完立柱后快速上下拉劃兩遍，以防卡鉆。嚴(yán)禁定點(diǎn)循環(huán)超過2 min，接立柱停泵時(shí)間不超過3 min。在滑動鉆進(jìn)鉆時(shí)異常增大或者顯示拖壓嚴(yán)重時(shí)立即上提活動鉆具，保證井下安全。

堅(jiān)持使用好現(xiàn)有固控設(shè)備，要求振動篩、除砂器、除泥器使用率達(dá)到100%，中速、高速離心機(jī)交替使用，兩者使用率60%以上，及時(shí)控制鉆井液中有害固相含量小于0.2%。各種設(shè)備合理有效地工作，才能保證鉆井液固相控制的整體效果。

3.3 井下環(huán)空壓力監(jiān)測，配合精細(xì)控壓施工

通過測量井下壓力和實(shí)時(shí)監(jiān)測外環(huán)空壓力和ECD變化，可以確定鉆遇氣層前是否可以穩(wěn)定地層壓力，保證正常鉆進(jìn)。出現(xiàn)氣測異常時(shí)，通過監(jiān)測和記錄環(huán)空壓力數(shù)據(jù)，完成井口控壓。后續(xù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行校核，分析異常時(shí)及接單根前后環(huán)空壓力變化。

通過結(jié)合井下隨鉆工程參數(shù)測量儀和地面流量計(jì)所測參數(shù)，建立鉆井工況和復(fù)雜情況數(shù)據(jù)庫模型，與真實(shí)井下復(fù)雜情況進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)對井下復(fù)雜壓力變化情況提前自動預(yù)判并預(yù)警，從而降低井控風(fēng)險(xiǎn)、提升井控能力。

利用實(shí)時(shí)監(jiān)測井下壓力變化，完成井下預(yù)警監(jiān)測。事后分析氣侵時(shí)井底壓力變化，確定平衡地層壓力值，作為報(bào)警閾值。通過軟件計(jì)算，給出精確的泥漿密度和地面回壓，配合旋轉(zhuǎn)防噴器、節(jié)流管匯，實(shí)現(xiàn)安全精細(xì)控壓鉆進(jìn)。配套優(yōu)選旋轉(zhuǎn)防噴器膠芯等配件，優(yōu)化井口偏磨問題，提升現(xiàn)場井控風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測預(yù)警和精細(xì)控壓鉆井技術(shù)能力。不斷地對理論模型進(jìn)行對比分析，校準(zhǔn)地層真實(shí)壓力，不間斷地完成溢流、漏失監(jiān)測，完成井底壓力實(shí)時(shí)控制。

3.4 優(yōu)化各層位鉆井參數(shù)，提高破巖效率

針對典型井、邊緣井、大偏靶距井，引進(jìn)新的鉆井工具，優(yōu)化鉆井參數(shù)，結(jié)合數(shù)據(jù)應(yīng)用計(jì)算分析軟件跟蹤評價(jià)鉆壓傳遞效率、鉆頭使用、井眼凈化、摩阻監(jiān)控等情況。提前預(yù)判軌跡趨勢，優(yōu)化地面鉆井參數(shù)，提升鉆進(jìn)效率。

如圖1和圖2所示，同平臺最優(yōu)和最差的兩口井，在同一地層下優(yōu)化鉆井參數(shù)后，呈現(xiàn)不同結(jié)果。機(jī)械鉆速最優(yōu)X-6井，平均達(dá)到5.72 m/h，而最差的X-2井僅1.19 m/h。

圖2 X-2井機(jī)械鉆速最慢時(shí)，地面鉆井參數(shù)關(guān)系

X-6井(最優(yōu))：鉆壓保持約110 kN時(shí)，機(jī)械鉆速出現(xiàn)最快點(diǎn)，且整體提升明顯。鉆壓140 kN以上時(shí)，隨著鉆壓增加，機(jī)械鉆速反而降低，所以鉆壓140 kN就是施工中的不穩(wěn)定點(diǎn)。X-2井(最慢)：隨著鉆壓增加，機(jī)械鉆速成正比上漲，表明不穩(wěn)定點(diǎn)還未出現(xiàn)，應(yīng)嘗試持續(xù)加壓尋求最優(yōu)鉆壓。

X-6井地面與井下數(shù)據(jù)對比，機(jī)械鉆速反應(yīng)的破巖狀態(tài)如圖3所示。

圖3 X-6井地面與井下鉆壓、轉(zhuǎn)速、扭矩與機(jī)械鉆速關(guān)系

監(jiān)測地面與井下轉(zhuǎn)速差值1～2 r/min，已經(jīng)有效傳遞至井底。扭矩差值約10 kN·m，龍?zhí)督M埋深較深，壓實(shí)作用明顯，地層巖性綿軟，鉆頭深入地層后扭矩明顯小于其他地層。地面與井下鉆壓差值整體保持約90 kN，變化趨勢基本一致。在扭矩、轉(zhuǎn)速和鉆壓參數(shù)穩(wěn)定狀態(tài)下，需要合理調(diào)整鉆井參數(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械鉆速最大化。井深2820～2836 m和2866～2916 m復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)，井下轉(zhuǎn)速70 r/min，扭矩穩(wěn)定5～6 kN·m，地面鉆壓110～120 kN，對應(yīng)井下鉆壓30～50 kN，并非當(dāng)前監(jiān)測井段施加最大值。但機(jī)械鉆速在此區(qū)間表現(xiàn)最優(yōu)，當(dāng)前的井下參數(shù)可以認(rèn)為真實(shí)有效地作用于鉆頭處。

4 結(jié)語

為了有效地提升311.1 mm井段的優(yōu)快鉆井技術(shù)，通過井下數(shù)據(jù)監(jiān)測，軟件統(tǒng)計(jì)分析，真實(shí)地還原井下工具真實(shí)工作狀態(tài)。建立井下工具最優(yōu)功率輸出、使用壽命和提速提效等工作模式評價(jià)，繼而結(jié)合大量的井下數(shù)據(jù)對井下工具進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從而在其中優(yōu)選，并分析各層位地面與井下參數(shù)差值，尋找井下最優(yōu)鉆井參數(shù)。針對已施工井開展分析總結(jié)，汲取優(yōu)秀指標(biāo)井施工經(jīng)驗(yàn)，分析問題井原因，完善井下動力工具模板、鉆井參數(shù)模板和鉆井操作技術(shù)模板，形成“模板指導(dǎo)施工，施工糾正模板”的技術(shù)管理模式，促進(jìn)整體施工水平再提升。通過合理有效的優(yōu)快鉆井技術(shù)，為同平臺以至后續(xù)井規(guī)避井下作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和提速提效帶來寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)。