任富鵬，李德紅

(1.中石化華北石油工程有限公司五普鉆井分公司，河南 新鄉(xiāng) 453700；2.中石化華北石油工程有限公司技術(shù)服務(wù)公司，河南 鄭州 450006)

0 引言

2017年錦58井區(qū)二期開發(fā)方案南擴(kuò)區(qū)、三期開發(fā)方案中部處于鉆井高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，井?dāng)?shù)14口，完鉆8口，平均鉆井周期91.31 d，是同期中低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)完鉆水平井平均鉆井周期45.23 d的2.02倍；正鉆6口，4口井出現(xiàn)漏塌同發(fā)現(xiàn)象，截止2018年1月3日，平均單井損失時(shí)間10.54 d。完鉆井使用小井眼三級(jí)井身結(jié)構(gòu)+裸眼預(yù)制管柱/懸掛尾管固井完井。前期氣田水平井多采用?114.3 mm裸眼預(yù)制管柱完井，井筒通徑小且存在臺(tái)階，后續(xù)綜合治理難度大，限制了水平井產(chǎn)能的高效釋放。本文針對(duì)以上問(wèn)題，通過(guò)調(diào)研分析總結(jié)，旨在探索一種適用于錦58井區(qū)鉆井高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域鉆完井提速提效的井身結(jié)構(gòu)及完井方式。

1 三級(jí)井身結(jié)構(gòu)水平井構(gòu)想

1.1 錦58井區(qū)鉆井高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域鉆井地質(zhì)概況

錦58井區(qū)位于鄂爾多斯盆地北部、伊陜斜坡與伊盟北部隆起交接地帶(圖1)，區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育、構(gòu)造復(fù)雜[1]。根據(jù)已鉆井情況及三維地震相干切片顯示，平面上劃分了鉆井風(fēng)險(xiǎn)高中低區(qū)域，錦58井區(qū)二三期開發(fā)井14口(占53.8%)位于鉆井高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域(見圖2)。

圖1錦58井區(qū)區(qū)域位置
Fig.1Regional position of Jin-58

圖2錦58井區(qū)二三期開發(fā)井位置
Fig.2Well location of Phase I and II development

縱向上自上而下發(fā)育第四系志丹群、侏羅系、安定組、直羅組、延安組，三疊系延長(zhǎng)組、二馬營(yíng)組、和尚溝組、劉家溝組，二疊系石千峰組、上石盒子組、下石盒子組、山西組和石炭系太原組，目前鉆井高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域主要采用小井眼三級(jí)井身結(jié)構(gòu)(見表1)，二開鉆進(jìn)過(guò)程中，劉家溝組易發(fā)生失返性漏失、下部石盒子組易井壁失穩(wěn)，且兩個(gè)地層組處于同一裸眼井段，鉆進(jìn)過(guò)程中重復(fù)漏失和井壁垮塌出現(xiàn)頻率高。通過(guò)對(duì)鉆井高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域井J58P14H井非目的層進(jìn)行工程成像測(cè)井、偶極聲波測(cè)井及三壓力剖面計(jì)算，發(fā)現(xiàn)易漏層位于劉家溝組下部-石千峰組上部，漏層存在不整合交界面，漏失壓力當(dāng)量密度在1.05～1.25 g/cm3、沿最小主應(yīng)力方向斜井段的石盒子組坍塌壓力當(dāng)量密度在1.10～1.25 g/cm3，兩者之間存在窄負(fù)鉆井液密度安全密度窗口，且其為漏塌復(fù)雜嚴(yán)重的主要原因。

表1 錦58井區(qū)目前常用井身結(jié)構(gòu)Table 1 Current well structure in JIN-58area

1.2 窄負(fù)鉆井液密度安全窗口下井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

1.2.1 大牛地氣田

大牛地氣田位于錦58井區(qū)東南部，同屬伊陜斜坡構(gòu)造，但地理位置更偏向于鄂爾多斯盆地東中部，鉆遇地層與錦58井區(qū)相同。其西北角大98井區(qū)為最嚴(yán)重的漏失區(qū)域，但研究表明該區(qū)域劉家溝組的破裂壓力當(dāng)量密度為1.3～1.4 g/cm3,當(dāng)鉆井液密度>1.20 g/cm3時(shí)在“激動(dòng)”壓力下才表現(xiàn)為失返性漏失，維護(hù)井壁穩(wěn)定的鉆井液密度一般需1.25 g/cm3。由于成本問(wèn)題與劉家溝組井漏為小范圍區(qū)域性問(wèn)題，沒(méi)有必要修改井身結(jié)構(gòu)，使用與錦58井區(qū)相同的井身結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)井內(nèi)壓力系統(tǒng)控制和對(duì)漏失通道的控制，采用超前預(yù)防、控制漏速、迅速穿過(guò)漏層、打水泥塞徹底封固的技術(shù)思路，現(xiàn)場(chǎng)取得較好效果[2]。

1.2.2 東勝氣田錦58井區(qū)

東勝氣田錦58井區(qū)2015年評(píng)價(jià)初期借鑒大牛地氣田井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及防漏措施，未取得有效進(jìn)展，2015年完鉆14口評(píng)價(jià)井，7口井由于漏塌嚴(yán)重鉆井周期超過(guò)100 d，平均達(dá)129.58 d；2016年在JPH-304井借鑒蘇里格經(jīng)驗(yàn)，在二開設(shè)計(jì)了?228.6 mm×劉家溝組+?215.9 mm×A靶點(diǎn)復(fù)合井眼，實(shí)鉆過(guò)程中由于井壁裸露面積增大，發(fā)生惡性漏失，堵漏用時(shí)34.17 d，鉆井周期128.23 d，未達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，上述試驗(yàn)進(jìn)一步證明處于斷裂發(fā)育附近的錦58井區(qū)鉆井地質(zhì)復(fù)雜程度遠(yuǎn)超過(guò)大牛地和蘇里格氣田。同年在JPH-359井開展了變技術(shù)套管下深漏塌分治試驗(yàn)，技術(shù)套管下至漏層以下50 m，與鄰井JPH-303相比，該井漏塌復(fù)雜程度明顯降低，各井段施工周期同比縮短7.23%～17.88%。斜井段與水平段施工過(guò)程中由于斜井段泥巖井壁失穩(wěn)，摩阻扭矩較大，使用?101.6 mm鉆桿水平段延伸能力有限，實(shí)鉆水平段(長(zhǎng)1170 m)提前30 m完鉆。

基于JPH-359井變技術(shù)套管下深漏塌分治試驗(yàn)初見成效及其它氣田在大于?215.9 mm井眼條件下去除窄負(fù)鉆井液安全密度窗口順利施工的成功經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[3]在破碎帶、不整合交界面型漏失地層需考慮必封點(diǎn)的要求，采用大井眼尺寸井眼實(shí)現(xiàn)漏塌分治，有望解決錦58井區(qū)鉆井高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)漏塌嚴(yán)重及水平段延伸能力有限的問(wèn)題。

1.3 致密砂巖氣藏水平井完井方式趨勢(shì)

為進(jìn)一步提速提效及為后期儲(chǔ)層改造、生產(chǎn)提供較好的井筒條件，據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，在致密砂巖氣藏領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外正在探索二級(jí)井身結(jié)構(gòu)水平井下大通徑完井方式。其中加拿大白樺地地區(qū)采用?244.5 mm套管×560 m+?139.7 mm套管×5000 m套管固井的完井方式，并認(rèn)為在此條件下使用速鉆橋塞+限流射孔多裂縫壓裂完井工藝比裸眼預(yù)制管柱分段壓裂更能實(shí)現(xiàn)致密氣的有效運(yùn)用[4]；蘇里格氣田采用?273.0 mm套管×630 m+ ?139.7 mm套管×B靶點(diǎn)管外封隔器固井完井/裸眼封隔器完井方式完井[5-8]；川西中江區(qū)塊采用?244.5 mm套管×1500 m+ ?139.7 mm懸掛尾管×B靶點(diǎn)固井方式完井[9-10]。

1.4 錦58井區(qū)鉆井高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域地層物性特征、井身結(jié)構(gòu)及完井方式方案

1.4.1 地層壓力

根據(jù)錦58井區(qū)已鉆井的地層三壓力預(yù)測(cè)剖面，獲取J58P14H井的不同層位三壓力變化范圍，見表2。

表2 J58P14H井地層壓力梯度 Table 2 FPG at Well-J58P14H

錦58井區(qū)孔隙壓力剖面的整體分布上來(lái)看，安全鉆井液密度窗口相對(duì)較大，但劉家溝組底，石千峰組上部常發(fā)生失返性漏失，嚴(yán)重影響正常鉆進(jìn)過(guò)程。因此，安全鉆井液密度窗口的設(shè)計(jì)必須考慮漏失壓力，井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮封固漏層。

1.4.2 巖性特點(diǎn)

研究區(qū)內(nèi)地層自上而下為新生界第四系全新統(tǒng)，中生界白堊系志丹群，侏羅系安定組、直羅組、延安組，三疊系延長(zhǎng)組、二馬營(yíng)組、和尚溝組、劉家溝組，二疊系石千峰組、上石盒子組、下石盒子組、山西組，石炭系太原組、局部發(fā)育奧陶系馬家溝組地層以及太古界，鉆井平均揭露地層厚度3300 m。主要的目的層為下石盒子組、山西組及石炭系太原組，下石盒子組普遍發(fā)育，山西組和太原組在研究區(qū)東北部缺失。

新生界第四系為淺灰黃色砂土層，厚度20 m左右；中生界白堊系志丹群為棕黃、淺灰色粗、中、細(xì)砂巖與灰色泥巖互層，底部雜色含礫粗砂巖，厚度690 m左右。

二疊系上石盒子組巖性上部為紅色泥巖及砂質(zhì)泥巖互層，夾薄層砂巖及粉砂巖，厚度130 m左右。

二疊系下統(tǒng)下石盒子組主要為一套由北向南的沖積平原辮狀河沉積，厚度110～150 m。按照其旋回性可分為三段，由下往上分別稱之為盒1、盒2、盒3段，上、中部為淺灰色細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖等厚互層，淺灰色細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，底部淺灰、灰白色中、細(xì)砂巖與棕褐色泥巖。下石盒子早期(盒1期)是辮狀河沉積作用鼎盛時(shí)期，砂礫巖、含礫粗砂巖厚度大，分布較廣泛。區(qū)內(nèi)下石盒子中晚期(盒2、盒3期)，基本上繼承了下石盒子期早期的沉積面貌，但河流規(guī)?？s小、地層厚度逐步減小，橫向上仍可對(duì)比。

表層第四系黃土層和志丹群砂礫和泥巖互層易漏、易垮塌，表層套管需要封固此段。

劉家溝組底和石千峰組上部地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，局部發(fā)育著低承壓能力的破碎帶，地層為壓力敏感性地層，在較低密度即易漏失，屬于裂縫性漏失。在堵漏過(guò)程中，由于泥頁(yè)巖段長(zhǎng)期受鉆井液浸泡，可能由此誘發(fā)卡鉆和泥頁(yè)巖剝落現(xiàn)象。若鉆進(jìn)至上石盒子組后發(fā)生漏失，處理井漏周期長(zhǎng)，地層浸泡易誘發(fā)垮塌，層位主要在石千峰組、上下石盒子組；井段主要為造斜段(45°～80°)。多口井在鉆井過(guò)程中循環(huán)返出層理狀剝落巖屑，剝落特征明顯。井深結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需考慮封堵漏層，減少處理井漏的時(shí)間；同時(shí)能夠提高密度滿足雙石界面的防塌需求。

1.4.3 井身結(jié)構(gòu)

(1)一開：由于目前環(huán)保要求較高，居民在錦58井區(qū)水平井附近設(shè)置觀測(cè)井，井深在100 m以內(nèi)，因此一開井深不能小于100 m，但也不宜太深使上部地層浸泡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)污染地層水；此外白堊系志丹群存在含礫粗砂巖，地層膠結(jié)差、滲透性較好，鉆井過(guò)程中存在漏失風(fēng)險(xiǎn)、固井后二開鉆進(jìn)中套管鞋處水泥存在剝落卡鉆風(fēng)險(xiǎn)，如J55P2S井在一開400 m深度條件下發(fā)生失返性漏失、JPH-394井一開井深439 m，在二開鉆進(jìn)初期套管鞋處水泥掉塊導(dǎo)致卡鉆，損失時(shí)間12.61 d?；谝陨峡紤]在JPH-394井一開實(shí)鉆井深的基礎(chǔ)上增加50 m，設(shè)定為500 m。

(2)二開：為封固劉家溝組底、石千峰組上部漏層，JPH-359井技術(shù)套管下深至石千峰組頂界以深50 m有效遏制了下部井段的漏失，因此，二開技術(shù)套管下深至石千峰組頂界以深50 m左右。

(3)三開：側(cè)鉆段與水平段處于同一裸眼井段，根據(jù)目前完井方式的發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)一步探索高效完井工藝及利于氣田后期綜合治理，水平段采用?215.9 mm井眼，下?139.7 mm套管。

1.4.4 完井方式

目前大尺寸全通徑條件下，致密砂巖氣藏的完井方式多為二開條件下套管懸掛至井口的固井完井，但蘇里格氣田在蘇5區(qū)塊的蘇5-13-15H井中試驗(yàn)了裸眼封隔器完井方式，可見固井完井對(duì)于致密氣藏是否具有普適性尚未達(dá)成共識(shí)。

鄂爾多斯盆地致密氣的儲(chǔ)集空間主要為砂巖內(nèi)顆粒間孔隙，有效孔隙尺寸主要是微米級(jí)、納米級(jí)，孔隙多被束縛水占據(jù)，裂縫不發(fā)育，在不同區(qū)域地層水含量有較大差異，原始含水飽和度介于30%～50%，地層水含量較高的區(qū)域存在可動(dòng)水；而頁(yè)巖氣儲(chǔ)集空間主要為納米級(jí)孔隙，含水飽和度較低，且以束縛水形式存在，一般不存在可流動(dòng)的地層水，含氣飽和度可超過(guò)80%[11]；蘇里格氣田中部物性由于西部和東部、西部?jī)?yōu)于東部[12]；川西中江區(qū)塊沙溪廟組為異常高壓層[13]。氣藏條件的不同，可能會(huì)導(dǎo)致完井方式的不同，因此，廣泛用于頁(yè)巖氣及其它氣田的固井完井方式，不一定適用于錦58井區(qū)鉆井高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的儲(chǔ)層。

錦58井區(qū)所處的十里加汗區(qū)帶前期壓裂試氣效果顯示：?139.7 mm套管固井完井的水平井有 3/4無(wú)阻流量低于2萬(wàn)m3/d，平均3.82萬(wàn)m3/d，試氣效果不甚理想，表現(xiàn)出其與地層條件及工程工藝的不匹配性。而裸眼預(yù)置管柱完井的平均無(wú)阻流量為11.68萬(wàn)m3/d。綜合考慮固井水泥漿對(duì)儲(chǔ)層的傷害及完井管柱的成本問(wèn)題，在借鑒川西懸掛尾管的基礎(chǔ)上，采用具有華北特色的管外封隔器不固井完井。

表3 錦58井區(qū)井身結(jié)構(gòu)及完井方式Table 3 Well structure and completion in the JIN-58area

2 優(yōu)快鉆完井方案與應(yīng)急預(yù)案

2.1 存在的技術(shù)難點(diǎn)

上述鉆完井方案與目前錦58井區(qū)中低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域?qū)嵤┑亩?jí)井身結(jié)構(gòu)水平井相比，主要為一開、二開井眼尺寸的增大，完井方案與延長(zhǎng)氣田、川西中江區(qū)塊的類似，有成熟經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，具備復(fù)制條件，不存在難點(diǎn)；由錦58井區(qū)前期施工井經(jīng)驗(yàn)，快速鉆井的難點(diǎn)在于：(1)二開上部大井眼尺寸揭開劉家溝組后的惡性漏失風(fēng)險(xiǎn)；(2)?311.1 mm井眼小斜度造斜在錦58井區(qū)的適應(yīng)性；(3)含泥巖段三開井段易井壁失穩(wěn)條件下的快速鉆進(jìn)。

2.2 快速鉆井技術(shù)方案

根據(jù)錦58井區(qū)及鄰區(qū)相似地層前期鉆井經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)以上難點(diǎn)制定以下快速鉆井方案。

2.2.1 二開上部大井眼防漏堵漏方案

(1)在進(jìn)入延長(zhǎng)組后加入單封、超細(xì)碳酸鈣等隨鉆堵漏材料，在進(jìn)入劉家溝組前100 m加入3%隨鉆、2%超鈣和2%瀝青粉/貝殼粉及其他纖維、變形材料，提前防漏。參考堵漏漿配方：井漿+5%隨鉆堵漏劑(膨潤(rùn)土)+5%復(fù)合堵漏劑+10%超細(xì)碳酸鈣+5%核桃殼粉+5%棉籽皮+5%酸溶膨脹堵漏劑+5%延時(shí)膨脹堵漏劑。

(2)采用長(zhǎng)壽命PDC鉆頭，減少起下鉆壓力波動(dòng)誘發(fā)井漏，確保1～2趟鉆完成二開，進(jìn)入和尚溝組后控速鉆進(jìn)，機(jī)械鉆速≯12 m/h，使防漏材料及井筒其它固相顆粒緩慢有效封堵微裂縫，固化井壁。錦58井區(qū)二開上部井段?222.3 mm井眼，單鉆頭進(jìn)尺>2100 m的主要有：GS1605TK(4口井)、JRDP5165J(3口井)。

(3)出現(xiàn)小型漏失后配制10%～20%濃度的常規(guī)堵漏漿(可含柔性堵漏材料如：石棉絨)進(jìn)行隨鉆/靜止堵漏，強(qiáng)行鉆進(jìn)，避免多次堵漏；若無(wú)法鉆進(jìn)應(yīng)第一時(shí)間采用KPD堵漏。

2.2.2 ?311.1 mm井眼小斜度造斜方案

錦58井區(qū)水平井靶前距一般在350～550 m，造斜點(diǎn)位于石千峰組上部。本設(shè)計(jì)方案中?311.1 mm鉆頭施工至井斜15°左右，對(duì)造斜能力要求不是很高。川西中江和涪陵區(qū)塊?311.1 mm井眼造斜段均采用六刀翼PDC鉆頭+1.5°單彎單扶螺桿，同時(shí)下部下入3～6根鉆鋌，增加下部鉆具質(zhì)量，保證一定的剛性，從而提高造斜力[14-15]。由于井深和靶前距的差異，在借鑒的同時(shí)需根據(jù)錦58井區(qū)具體情況進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

2.2.3 ?215.9 mm側(cè)鉆、水平段快速鉆進(jìn)方案

2.2.3.1 井眼軌道

目前錦58井區(qū)有導(dǎo)眼水平井需要進(jìn)行側(cè)鉆，實(shí)際井眼軌道類型為直-增-增-穩(wěn)-增-平，其中穩(wěn)斜段長(zhǎng)達(dá)200 m，不利于現(xiàn)場(chǎng)施工。涪陵、蘇里格及延長(zhǎng)區(qū)塊采用直-增-增-平井眼軌道設(shè)計(jì)，造斜率上急下緩，以84°左右井斜穩(wěn)斜探氣頂，同時(shí)通過(guò)伽馬、鉆時(shí)的預(yù)判提高側(cè)鉆段入靶準(zhǔn)確性。利于快速鉆進(jìn)、準(zhǔn)確入靶的井眼軌道避免了側(cè)鉆段的軌跡調(diào)整，在快速鉆進(jìn)的情況下，降低了泥巖因浸泡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致的井壁失穩(wěn)。2017年導(dǎo)眼段鉆井、測(cè)井、回填所用的平均時(shí)間為19.88 d，若通過(guò)軌道設(shè)計(jì)配合鉆井施工、地質(zhì)、錄井準(zhǔn)確入靶技術(shù)成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)錦58井區(qū)鉆井高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的水平井去導(dǎo)眼化，不計(jì)算鉆井、測(cè)井、回填固井等工程費(fèi)用，鉆井周期在現(xiàn)有69.20 d的基礎(chǔ)上將縮短28.72%，配合漏塌分治減少的復(fù)雜情況時(shí)間，鉆井周期有望縮短30%以上，控制在45 d之內(nèi)。

2.2.3.2 鉆頭、螺桿、鉆井液高效協(xié)同

控制側(cè)鉆段、水平段鉆井液密度在1.25 g/cm3之內(nèi)；使用新的、高質(zhì)量的螺桿，并注意螺桿壽命，防止因?yàn)槁輻U故障起鉆而延長(zhǎng)泥巖段作業(yè)時(shí)間；優(yōu)選高效PDC鉆頭提高機(jī)械鉆速；使用抑制、封堵性強(qiáng)的鉆井液材料降低泥包及劈裂風(fēng)險(xiǎn)。

如JPH-381井使用天津立林7LZ127×7.0XSF型螺桿和S1653FG型鉆頭；

鉆井液配方為：清水+2%～4%鈉土+0.2%～0.3%Na2CO3+0.3%～0.5% K-PAM+0.5%～1%K-HPAN+0.5%～1%NH4-HPAN+0.5%～1%LV-CMC+2%～3%防塌劑+2%～3%超細(xì)碳酸鈣+3%～4%乳化石蠟+2%～3%潤(rùn)滑劑。控制鉆井液性能：密度1.25～1.16 g/cm3,粘度55～60 s，塑性粘度20～23 mPa·s，切力10～12 Pa，動(dòng)塑比0.4～0.5 Pa/ mPa·s，初終切4～6/10～12 Pa，API失水量≤4 mL，高溫高壓失水量≤12 mL。通過(guò)K+和NH4+的晶格固定作用來(lái)抑制泥頁(yè)巖水化膨脹，增強(qiáng)鉆井液的抑制能力；采用全酸溶暫堵劑和乳化石蠟充填來(lái)封堵泥巖地層，以產(chǎn)生良好固壁護(hù)壁作用。水平段單只鉆頭4.81 d完成1244 m，鉆遇泥巖70 m而未發(fā)生阻卡現(xiàn)象。

3 結(jié)論

(1)根據(jù)錦58井區(qū)試驗(yàn)效果及其它類似地質(zhì)條件氣田的施工情況，技術(shù)套管下深至穿過(guò)漏層后的漏塌分治井身結(jié)構(gòu)，有望解決錦58井區(qū)鉆井高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的漏塌嚴(yán)重問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)鉆井提速。

(2)通過(guò)分析該區(qū)域的物性特征及井身結(jié)構(gòu)，對(duì)比大牛地及東勝氣田井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)借鑒川西懸掛尾管技術(shù)，提出了華北特色的管外封隔器不固井完井。

(3)提出優(yōu)快鉆井的技術(shù)方案包括配套的鉆具結(jié)構(gòu)及鉆井液配方，有望推進(jìn)錦58井區(qū)水平井去導(dǎo)眼化進(jìn)程，漏塌分治、快速入靶技術(shù)實(shí)施成功后可保障錦58井區(qū)鉆井周期在現(xiàn)有周期上縮短30%，控制在45 d之內(nèi)。