丁頁4井鉆井技術

王長勤 李元化 牛燕龍 劉朝東 韓建紅（中原石油工程有限公司鉆井三公司，河南 蘭考 457001）

丁頁4井鉆井技術

王長勤 李元化 牛燕龍 劉朝東 韓建紅（中原石油工程有限公司鉆井三公司，河南 蘭考 457001）

針對丁頁4井地層古老研磨性強，沙溪廟組、須家河組等泥頁巖互層地層裂縫發(fā)育，易噴、易漏，高密度鉆井液施工階段性能控制難度大等技術難題，進行了技術攻關。同時，大膽嘗試Newdrill+貝特PDC的新工藝，與鄰井同層位、同井段對比，有效提高機械鉆速。配套使用井壁穩(wěn)定、防漏堵漏、高密度鉆井液維護、固相控制等配套技術，較好解決了鉆遇的“斜、卡、漏、塌”等技術難題，順利完成鉆探任務，對評價丁山探區(qū)資源提供了技術依據。

丁頁4井；鉆井技術

丁頁4井位于重慶市綦江區(qū)東溪鎮(zhèn)三臺村4組，是四川盆地川東南地區(qū)林灘場-丁山北東向構造帶丁山構造北西翼的一口預探井，井型為直井，本井目的層為上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組下部頁巖氣層段。

針對該區(qū)域地層古老研磨性強、砂泥交互層多，碳酸鹽發(fā)育易漏、易噴的特點，通過調研分析鄰井資料，采用空氣鉆井、鉆頭及鉆井參數優(yōu)選、新工具應用、鉆井液等配套技術，較好解決了鉆遇的“斜、卡、漏、塌”等技術難題，順利完成鉆探任務，對該區(qū)塊頁巖氣勘探提供價值參考和油氣勘探開發(fā)科學資料依據。

丁頁4井設計井深3840m，完鉆井深3770m；鉆井周期192.08天，建井周期222.28天，平均機械鉆速2.0m∕h，鉆機月速589.06m∕臺月；取芯進尺160m，巖芯長度160.1m，巖心收獲率99.93%，井身質量、固井質量合格。

1 鉆井技術難點

（1）地表有竄漏可能，水層埋藏淺且出水量大，極易出現井漏、坍塌。

（21）地層各向異性、非均質性嚴重，地層砂泥巖軟硬交錯，夾層、互層較多，地層可鉆性差，鉆頭、鉆具易損壞。

（3）空氣鉆進過程中，地層出水嚴重，鉆頭、鉆具易泥包，影響鉆井時效。

（4）在氣轉液過程中，井壁易剝落掉塊，導致卡鉆、井漏等井下復雜情況。

（5）儲層屬于裂縫性氣藏，取芯鉆進時易鉆遇巖石破碎帶、裂縫帶，導致堵芯、卡芯情況。

（6）地層氣活躍，易氣侵導致鉆井液污染，高密度鉆井液性能調控難度大。

2 現場施工

基于鄰井資料調研和實鉆情況，本井主要采用常規(guī)鉆具與動力鉆具相結合的方式鉆進，先后經歷清水鉆、空氣鉆、霧化鉆及鉆井液鉆。

2.1 空氣鉆井技術

2.1.1 空氣、霧化鉆井技術優(yōu)勢

根據地質設計、鄰井資料調研，丁頁4井陸相地層為侏羅系的沙溪廟組、涼高山組、自流井組以及三疊系的須家河組、雷口坡組，地層埋藏厚，井段長；地層巖性不均一，以泥巖和石英砂巖為主，巖性多變，巖石堅硬，可鉆性差，但地層相對穩(wěn)定，沒有油氣層，比較適合空氣鉆井。丁頁4井空氣鉆鉆進至454.86m后，地層垮塌嚴重，為確保井下施工安全，被迫轉換為鉆井液鉆進。同一鉆頭鉆井液機械鉆速為0.91m∕h，而空氣鉆機械鉆速為泥漿的2.92倍。實踐表明，空氣鉆可提高機械鉆速，縮短建井周期。

2.1.2 空氣鉆實施情況

（1）牙輪鉆頭空氣、霧化鉆進（47.00～454.86m）

導眼1整改完畢后，下鉆開始氣舉排液、烘干井壁，井壁徹底烘干后開始小鉆壓試鉆。所鉆地層：上下沙廟組、涼高山組、自流井組。巖性：棕紅色泥巖、灰色細砂巖、灰色粉砂質泥巖、細砂巖等。導眼2共使用2只Φ609.6mm牙輪鉆頭鉆進，鉆進井段47～490.3m，進尺443.3m，純鉆時間192.63h，平均機械鉆速2.3m∕h。其中，空氣鉆、霧化鉆井段47～454.86m，進尺407.86m，純鉆時間155.3h，平均機械鉆速2.66m∕h。導眼2開始采用空氣鉆施工，試壓鉆進后，地層滲水導致砂巖無法正常返出。井筒內無法烘干，起鉆后發(fā)現鉆頭及鉆鋌泥包嚴重，因此后期采用霧化鉆井技術以縮短工期、降低成本并保護環(huán)境。

（2）空氣、霧化鉆技術風險及消減措施

①砂泥巖互層、地層可鉆性低、井壁易失穩(wěn)

侏羅系陸相地層巖性以砂巖與泥巖互層為主，地層軟硬交錯，砂巖可鉆性低，泥巖易坍塌，可能潛在地層應力變化、地層不穩(wěn)定等復雜情況。地層膠結性差，地層水易侵入地層導致較嚴重的井壁失穩(wěn)問題。因此加入足夠的防塌劑，并時刻觀察井下摩阻、泵壓變化情況，有異常及時處理。

②鉆具泥包

丁山區(qū)塊沙溪廟組、涼高山組、自流井組地層含泥巖、粉砂質泥巖、砂質泥巖，且地層存在滲水現象，在空氣、霧化鉆進過程中，易出現鉆具泥包的情況。因此，在鉆井施工過程中，需密切注意返砂情況，如有異常及時調整基液排量及起泡劑用量。

③泥質鉆屑對泡沫穩(wěn)定性影響較大

泥質鉆屑易分散，比表面積大，吸附能力強，在鉆遇泥巖地層時處理劑特別是發(fā)泡劑的消耗量大。密切注意返砂情況，如出現泡沫不連續(xù)現象及時補加發(fā)泡劑和穩(wěn)泡劑。

④大尺寸井眼泡沫鉆井消泡難度較大

大尺寸井眼泡沫鉆井泡沫量大，現有機械消泡裝置難以徹底消除。采取出口增加噴淋泵措施，進行輔助消泡。

⑤空氣鉆易發(fā)生鉆具事故

空氣鉆鉆具磨損嚴重，地層不均質，憋、跳鉆時常發(fā)生。入井空氣鉆鉆具堅持120h探傷制度，杜絕鉆具帶病操作。鉆具組合中引進新工具降低跳鉆帶來的影響。

⑥空氣、霧化鉆易發(fā)生井身質量問題

丁山區(qū)塊的地層傾角不是很大，但沙溪廟地層的自然造斜能力很強，井斜容易超標。空氣鉆時堅持50～100m測斜一次，對沙溪廟組地層井段進行加密測斜，根據測斜結果及時調整鉆壓參數，防止井斜持續(xù)增長。

⑦探井未知地層可能含有氣易發(fā)生燃爆事故

探井存在很多未知因素，因此隨時觀察全烴值變化。如果全烴含量快速上升，氣測全烴含量大于3%，立即停止空氣鉆進，啟動應急預案，使用鉆井液壓井保證井控安全。

2.2 鉆頭

通過鄰井資料、鉆頭分類標準、區(qū)域統(tǒng)計和分析地層巖性，針對鉆頭進行優(yōu)選，提高單只鉆頭的使用效率.

鄰井隆盛2井與丁頁4井井深及所鉆井深、層位基本相同，在綜合分析鄰井鉆頭的基礎上，結合地層巖石、鉆頭特點及實鉆情況，不斷優(yōu)化鉆井參數，使每個鉆頭的鉆井效率最優(yōu)化，從而達到提高鉆井時效的目的。本井各層位的機械鉆速均優(yōu)于隆盛2井，且同開次、同層位多鉆580m的前提下，縮短工期48天，有效提高了鉆井時效。

2.3 新工藝和新工具嘗試

3.4.1 提速提效新工藝、新技術

丁頁4井與鄰井隆盛2井井深及所鉆層位基本相同，在綜合對比分析鄰井資料的前提下，大膽嘗試新工藝、新技術，基于地層實鉆情況，在鉆進過程中不斷優(yōu)化改善鉆井參數以提高鉆井時效。

（1）嘗試新工具、新工藝

為提高機械鉆速，在須家河組、雷口坡組鉆進過程中嘗試Newdrill+貝特PDC鉆頭的鉆具組合。其中，須家河組地層的平均機械鉆速為2.1m∕h，雷口坡組地層的平均機械鉆速為3.53m∕h。如表4所示，與鄰井隆盛2井相比，在保證井下安全的前提下，新工藝的實施使鉆進速度提高4～11倍，安全、快速、高效地鉆穿須家河組，有效提高了鉆井時效。

（2）跳鉆、震動解決方案

上部地層沙溪廟組至須家河組巖石致密堅硬，地層軟硬交錯，鉆進時鉆具跳動縱向震動大，鉆具極易產生疲勞破壞；同時，鉆頭掉齒崩齒現象明顯，軸承損壞明顯。鉆頭的跳動引起井眼不規(guī)則，井徑增大，機械鉆速降低，給下部施工造成事故隱患和增加額外工作量。針對地層巖性及特點，主要采取了以下施工措施：

①采用空氣鉆鉆進上部砂泥巖地層時，跳鉆對鉆頭、鉆具損害嚴重?；诓煌鄢叽?，采用Φ279mm∕Φ228mm雙減震器以減少鉆頭斷齒、掉齒和牙輪軸承先期損壞，從而延長鉆頭的使用壽命。

②密切觀察鉆具和鉆井參數變化情況，發(fā)現憋、跳鉆現象后及時調整鉆壓、轉速以減少鉆具損害。

③基于機械鉆速和出井鉆頭情況進行判斷，進尺少，機械鉆速低，斷齒、崩齒現象嚴重時，在鉆具組合上加隨鉆撈杯，打撈掉齒崩齒延長鉆頭壽命。

3.4.2 嘗試渦輪和孕鑲鉆頭

由于孕鑲鉆頭具有高研磨性、高壽命的特點，適用于研磨性強的地層，而井下渦輪鉆具可有效避免孕鑲金剛石過熱失效，兩者結合能有效清理巖屑，減少泥包、高溫燒齒等情況，可大幅提高整體鉆井效率。

由于井下復雜導致孕鑲渦輪鉆具無法下鉆到底，從側面提示我們，在提高鉆井時效的前提下，要切實考慮實際鉆井情況，認真分析實鉆地層是否適合新鉆具、新工藝。只有在充分調研及分析基礎上，才能借助新工具、新工藝達到提速提效的目的。

3.4.3 嘗試固井新工藝

（1）使用泥餅固化劑

鉆井液泥餅對井壁穩(wěn)定至關重要，但由于泥餅無法與水泥實現無縫膠結，從而影響固井直降，對固井作業(yè)提出很大挑戰(zhàn)。甚至很多電測固井質量優(yōu)良的井，固井后甚至投產后普遍存在套壓、環(huán)空串氣的現象。為了最大程度避免此種情況的發(fā)生，嘗試泥餅固化劑技術。

泥餅固化技術的核心是泥餅固化和界面交聯，通過原鉆井液+原水泥漿（離子擴散）的方法，實現了水泥環(huán)-泥餅-地層的整體固化膠結。該技術的特點在于原固井工藝及水泥漿體系、鉆井液體系均不需發(fā)生變化，只需要采用泥餅固化劑Ⅰ型2m3（確保接觸時間達到1min以上即可）及采用泥餅固化劑Ⅱ型2～4m3作前置液（確保接觸時間達到1min以上即可）。泥餅固化劑Ⅰ對泥餅界面的修飾與處理——泥餅固化劑Ⅱ對泥餅孔隙的疏導并使泥餅粘土顆粒表面電子結合能和元素組成的發(fā)生演變——水泥漿水化離子滲入泥餅且與泥餅中高價金屬離子發(fā)生化學反應生成膠結物產生化學固結和沉淀堵塞——水泥環(huán)與泥餅界面交聯網絡的形成+泥餅固化——固井二界面膠結強度提高——固井一、二界面膠結質量顯著改善——達到防竄的目的。

本井在技套固井前置液中使用泥餅固化劑Ⅰ型2m3，泥餅固化劑Ⅱ型4m3。固井結束后電測顯示固井質量良好，且未發(fā)現有套壓現象的存在，取得了良好的效果。

（2）預應力固井技術

固井施工過程中一般環(huán)空壓力大于套管內壓力，形成負壓差。但是固井結束后水泥漿凝固失重時環(huán)空液柱壓力降低，由負壓差變成正壓差。這種套管內外壓力變化就會使套管應力發(fā)生變化，從而導致環(huán)空水泥凝固后，套管和水泥膠結面及第一界面產生微裂縫。同時由于水泥石自身體積收縮特性，也會導致一、二界面之間產生微間隙。研究表明微裂縫不僅與套管的材質、結構尺寸、井口壓力、水泥漿體系有關，還與水泥漿候凝狀態(tài)有關。因此通過預應力固井就是能改變水泥漿候凝狀態(tài)，有效預防水泥漿和套管之間微裂縫產生。本井采用預應力固井技術完成固井施工，經電測固井質量合格，滿足甲方要求。

3 結語

丁頁4井綜合配套技術的研究與應用，保障了丁頁4井的成功鉆探。隨著新技術、新工藝的不斷推廣，降低鉆井成本，提高鉆井時效已成為發(fā)展趨勢。

（1）丁頁4井成功應用空氣鉆井技術、氣液轉換技術大大提高了鉆井速度，同時采取相應措施有效規(guī)避了空氣鉆井的風險。

（2）大膽嘗試新工具、新工藝，采用Newdrill+貝特PDC鉆頭的形式安全、快速、高效地鉆穿須家河地層。對比鄰井，機械鉆速提高4～11倍，達到了增產增效的目的。

（3）鑒于須家河組、長興組、飛仙關組等地層整體機械鉆速慢的特點，建議，建議繼續(xù)開展鉆頭的優(yōu)選及應用研究，研制出更加符合地層特點，增加鉆頭使用壽命的鉆頭，提高丁山區(qū)塊地層機械鉆速。

（4）建議采用江鉆KMC1365型鉆頭，組合川7-5雙取芯筒對丁山區(qū)塊龍馬溪組地層進行取芯作業(yè)。在取芯作業(yè)過程中，采用控壓鉆進方式，將鉆時維持在10～15 min∕m，可有效提高取芯收獲率，防止堵芯、卡芯的發(fā)生。