焦页非常规页岩气井优快钻井技术

王国庆，王建波，陈 广，郭少帅，张 磊，许义亮

(中石化中原石油工程有限公司钻井二公司，河南濮阳457000)

1 概况

焦页12平台4口页岩气水平井位于重庆市涪陵区焦石镇楠木村7组。位于川东南涪陵区块中部，地处重庆市涪陵区东部，距涪陵城区约35 km。涪陵区地处四川盆地和盆边山地过渡地带，境内地势以低山丘陵为主，横跨长江南北、纵贯乌江东西两岸。地势大致东南高而西北低，西北－东南断面呈向中部长江河谷倾斜的对称马鞍状。本井组4口井，焦页12－2HF、12－3HF同时施工;焦页12－1HF、焦页12－4HF同时施工。该井组于川东高陡褶皱带包鸾－焦石坝背斜带焦石坝构造，地表出露下三叠统嘉陵江组，地层倾角3.40°～5.43°。过井地震测线反映目的层地震波组相位连续，地层平缓，构造变形弱，利于页岩气保存。

本文以焦页12－4HF为代表详细论述该平台的钻井施工过程及技术措施。

2 焦页12－4HF 井概况

焦页12－4HF井设计井深4730 m，水平段长2095.06 m，最大井斜角89.61°，目的层为志留系龙马溪组。

2．1 钻井目的

(1)评价焦石坝地区上奥陶统五峰组－下志留统龙马溪组页岩气资源潜力，落实水平井单井产能;

(2)优化工程工艺技术，评价不同井距、不同簇间距对单井产能的影响，为该区页岩气整体开发奠定基础，并获取水平井钻完井及气层改造的工程工艺技术参数。

2．2 井身结构(见表1)

2．3 地质分层(见表2)

3 钻井技术

经过总结其他井段的施工经验，在井壁失稳、部分井段地层可钻性差和坚持邻井资料调研的基础上，将其应用到实际生产中。焦页12－4HF井主要运用了螺杆+PDC钻头复合钻井技术、油基钻井液钻井技术、LWD井眼轨迹跟踪技术、地层层位分析技术。

3．1 螺杆+PDC钻头复合钻进

表2 地层分层、岩性描述

根据地层情况及施工要求，优选适合度数的螺杆和钻头类型，组合钻进效果较好。例如，龙马溪组和五峰组是深灰色粉砂质泥岩和灰色含灰泥岩，用PDC钻头比三牙轮钻头破岩效果好，机械钻时快。牙轮钻头在此地层使用寿命是50 h左右，PDC钻头则要长得多，因此，选用PDC钻头加螺杆可减少起下钻换钻头时间，机械效率大大提高。本井选用1.5°的油基螺杆，在确保螺杆使用寿命的基础上，一方面可以保证在井眼的扩大率，避免因缩径出现的问题，降低起下钻时的风险;另一方面可以在钻进过程中，减少滑动钻进井段，提高钻井速度。

3．2 油基钻井液钻井技术

水平段越长，摩阻就越大，钻进操作就越困难。选用摩阻小的强封堵油基钻井液，使钻具在长水平段的摩阻维持在一个较低值，提升了钻进效率，也降低了因摩阻过大带来的井下风险;采用高密度钻井液，密度控制在1.50～1.60 g/cm3，提高液柱压力对井壁的支撑作用，防止页岩垮塌。同时，坚持做好4级固控，用好振动筛、除砂器、除泥器、离心机等固控设备，严格控制含砂量，维护好钻井液性能，保持住钻井液的稳定性，确保油基钻井液真正发挥作用，通过减少托压的发生，稳定钻头，提高机械钻速。

3．3 LWD井眼轨迹跟踪和地层层位分析技术

本井采用了LWD+伽马组合跟踪分析技术，在施工前期利用compass软件设计增斜段，全角变化率控制在25°/100 m，减小水平段后期的摩阻及扭矩，降低后期施工难度;使用LWD精确卡取测点，保证每个测点的准确性，确定造斜井段的实际造斜率;在满足施工要求及“狗腿度”不超标的前提下，将滑动钻进放在快钻时井段进行，有效提高钻进效率;实时监测伽马值变化情况，伽马值出现明显变化时及时通知地质监督，协助地质监督分析地层变化情况，及时作出井斜、方位调整，以适应地层的变化。

4 钻井施工

4．1 导眼井段(0～52.33 m)

钻井参数:钻压10～40 kN;转速30～40 r/min。

4．2 一开井段(52.33～727 m)

4．2．1 施工情况

一开井段52.33～727 m，钻遇地层:嘉陵关组、飞仙关组、长兴组;主要岩性:以灰色含云灰岩、灰色灰质泥岩、灰色灰岩、灰黑色炭质泥岩为主。

在这一区域，首次尝试用PDC钻头+螺杆进行钻进，效果良好。钻达井深727 m，一开完钻。本段进尺674.67 m，纯钻时间100.5 h，平均机械钻速6.71 m/h。一开最大井斜0.54°/186.85 m，井身质量满足设计要求。

4．2．2 一开施工的主要难点及应对措施

4．2．2．1 施工难点

(1)钻进时易跳钻，钻具中带减震器，每趟钻需对钻具进行检查，井场备好一定数量的公锥及卡瓦捞筒，出现钻具事故及时打捞。

(2)一开大井眼，且钻遇地层较硬，钻井速度得不到保证。

(3)一开井眼钻头尺寸大，需要大尺寸钻铤配合高钻压才能提高机械钻速，而钻压较大时容易产生较大井斜，优选钻进参数有较大难度。

(4)地层软硬交错，憋跳严重，岩性变化较大，钻时幅度变化快。且地层有可能出水，井下钻具易卡、地层易垮塌。

(5)通井过程中划眼困难，憋停严重，且憋停后上提钻具困难。通井到底后有沉砂，下套管作业风险大。

(6)井眼及套管尺寸大，裸眼井段长，固井施工中容易发生泥浆窜槽，上部地层承压能力较低，有可能漏失，一开固井难度大。

4．2．2．2 应对措施

针对焦页12－4HF井所遇到的难点，通过参考邻井资料合理采用新技术，主要的应对措施如下。

(1)穿长兴组前，加强应急预案的演练和防硫知识的培训工作，确保井队安全生产，预防H2S事故的发生。

(3)根据实钻及岩性的变化及时调整、优化钻进参数。满足携岩要求，保证正常钻进，钻完立柱后充分循环划眼携带井底岩屑。

(4)测斜或起钻前充分循环，见排砂口岩屑明显减少，井下正常后方可测斜或起钻。

(5)严格按设计要求进行通井和下套管作业，制订出完善的技术措施，尽量保证在下套管过程中不发生井漏，严格按固井设计施工，做好各项准备工作，确保固井施工安全顺利进行，保证固井质量。

4．3 二开井段(727～2377 m)

4．3．1 施工情况

4．3．1．1 直井段钻进(727 ～1922 m)

扫塞完出现进尺，进入二开钻进，钻至1922 m处，循环起钻准备进入增斜段。

钻进参数:钻压160～240 kN，转速50 r/min，排量 50 L/s，立压8 ～16 MPa。

4．3．1．2 增斜段钻进(1922 ～2377 m)

增斜钻具组合下钻到井底，循环排净沉砂后开始增斜段钻进。

钻进参数:钻压160～240 kN，转速50 r/min，排量50 L/s，立压16 ～20 MPa。

钻进至井深2377 m，地质录井通知二开中完，循环短起下完，再次循环后起钻。二开进尺1650 m(727～2377 m)，纯钻时间358.5 h，平均机械钻速4.60 m/h。平均井径318.1 mm，平均井径扩大率2.18%;最大井斜54.10°/2376.00 m。井身质量满足设计要求。

4．3．2 二开施工井斜的控制措施

(1)水基泥浆后期定向时，每次起钻检查扶正器外径，确保扶正器尺寸;

(2)每钻进200 m短程起下钻，并测斜，及时掌握井斜情况，并根据井斜变化情况及时调整钻井参数及井下钻具组合。

4．3．3 二开施工的主要难点和技术措施

4．3．3．1 施工难点

二开钻进井段所钻遇层位较多，地层岩性变化大，且存在气层、漏层，主要难点:

(1)二开井段含多处气层，全烃显示活跃，井控风险大;

(2)上部井段地层可钻性差，钻具憋跳现象严重，且地层研磨性较强，钻头磨损严重;

(4)大斜度段，定向拖压现象非常严重。

4．3．3．2 技术措施

针对以上难点，我队在公司驻井领导的精心指导下制定了严谨的技术措施:

(1)加强井控培训工作及坐岗监管制度，实行三岗联坐制度，及时发现井下异常情况;

(2)当钻进过程中发生漏失时，根据漏速情况选择合理的堵漏浆配方及堵漏方式，在配制堵漏浆过程中及时向井筒内吊灌泥浆，防止液面下降过快，当井口失返时，开泵上提钻具至正常井段后停泵、关井再迅速组织人员配制堵漏浆及后续堵漏工作;

(3)根据实钻经验及邻井资料比对，在二开上部井段选用HJT537GK牙轮钻头耐磨性较强，使用时间较长，且钻时较为平均;

(4)钻塞过程中采用小钻压钻进，且每次通过套管附件时按照每钻进2～3 cm划眼2～3遍，确保附件被彻底碾碎;

(5)定向过程中，频繁划眼，避免长期定向钻进导致上提遇阻甚至卡钻。

4．4 三开井段(2377～4720 m)

4．4．1 施工情况

4．4．1．1 增斜段钻进(2377 ～2572 m)

扫塞完开始三开钻进，至2380 m处循环起钻更换增斜组合钻具。

钻进参数:钻压140 kN，转速50 r/min，排量30 L/s，立压17 ～21 MPa。

定向复合钻进至井深2772 m，循环起钻准备进入水平段组合钻具。

4．4．1．2 水平段钻进(2572 ～4720 m)

更换百斯特 T1655B PDC钻头、1.25°油基螺杆、211 mm扶正器稳斜组合，下钻至井底循环排净沉砂后，开始钻进，至2590 m进入水平段。

钻进参数:钻压60～100 kN，转速50 r/min，排量 26 L/s，立压18 ～24 MPa。

定向、复合钻进至井深4720.00 m完钻，循环短起下，拉顺井壁，测试油气上窜时间。短起下完，循环测得油气上窜速度为5.8 m/h，满足后续施工要求。三开进尺2343 m，纯钻时间355.5 h，平均机械钻速6.59 m/h。三开井段采用215.9 mm钻头进行钻进，平均井径218.6 mm，井径扩大率1.25%。最大井斜92.6°/2955.03 m，井底水平位移2505.8 m/4720.00 m，闭合方位2.13°，满足设计要求。

4．4．2 三开施工的主要难点及应对措施

4．4．2．1 施工难点

三开钻进在目的层龙马溪组与五峰组间穿水平段，水平段长达2130 m，主要难点如下。

(1)三开水平段较长、井筒返砂能力较差，特别是在滑动钻进过程中，岩屑易堆积于钻具下方，造成环空不畅、上提下放钻具摩阻较大等现象。

(2)三开水平段PDC钻头定向钻进时难以稳定工具面，且稳斜段所使用0.75°螺杆造斜率较低，而地层倾角不稳定。

(3)龙马溪组主气层钻进井控风险较大。

(4)按甲方要求，为保证井眼轨迹始终在龙马溪与五峰组间的气层内穿行，不断调整井斜导致定向工作量大，井眼轨迹平滑度较差，上提下放摩阻较高，达160～200 kN。

4．3．4．2 技术措施

针对以上出现的几个问题，我队从以下几个方面做了相应的措施，具体工作如下:

(1)水平段钻进时采取每钻进10 m上提钻具划眼一次的方式提高返砂量保证井筒清洁;

(2)水平段施工，尽量减少定向次数，双扶螺杆定向长度控制在3.5 m以内，有效降低“狗腿度”;优化钻进参数，在满足泵压及螺杆钻具要求的前提下尽量提高钻压，并叮嘱司钻双驱钻进时要跟上钻压，保证定向效果;

(3)做好井控工作预防，每日定员定岗检查井控设备，闸门组待定工况并做好液面监测工作，严格执行“三岗联坐制”;

(4)钻进过程中勤划眼，每滑动钻进一个单根，便上提钻具将所钻井段划眼2～3遍;

(3)实时监测伽马值变化情况，伽马值出现明显变化时及时通知地质监督，协助地质监督分析地层变化情况，及时作出井斜、方位调整，以适应地层的变化。

5 结论及建议

(1)焦石坝区块上部地层一开钻进建议选择PDC钻头，机械钻时高于牙轮钻头的同时，还减少了因牙轮钻头磨损严重起钻更换钻头时间，节约大量时间。

(2)直井段防斜打直是影响钻进效率和定向轨迹质量的重要因素，选择好适应地层的防斜打直钻具组合是防斜的关键。

(3)增斜段下入LWD跟踪测斜，直井段测斜≯50 m，造斜井段≯20 m，掌握井眼井斜、方位及造斜率的变化，并及时进行调整，确保实钻与设计轨迹的吻合性。搞好中靶预测分析和井眼轨道的控制工作，确保中靶。

(4)造斜井段施工时，造斜初期要尽快地确定入井钻具的造斜能力，确定滑动钻进的段长及双驱钻进的短长，保证既能满足造斜率的要求，又能做到轨迹平滑，全角变化率不超标。

(5)确定造斜井段造斜率的关键是保证每个测点的准确性及测点位置的卡取。在测点出入较大的位置进行多次测量，选择合理、准确的测斜数值;为保证测斜位置的准确性，要求测斜时钻头离井底距离的固定性，保证卡准测点。

(6)稳斜段的钻进过程中，在满足设计要求的前提下，尽量采用双驱钻进方式，为井下安全带来了保障。采用弯度较小的螺杆，达到以旋转钻进为主，通过定向方式与旋转钻进方式的合理结合确保井眼轨迹光滑，最大限度地降低阻力。并根据实际情况适时进行短起下作业，保证井下安全。

(7)焦石坝区块产层多在龙马溪组与五峰组两个地层，地质层位对比、地层倾角的确定都有一定难度，因此在使用伽马定位的同时，加强与地质人员结合至关重要。与地质师及时沟通，为地质师提供井眼轨迹计算数据，为其卡好层位奠定良好基础。

［1］ 姜政华，童胜宝，丁锦鹤．彭页－1页岩气水平井钻井关键技术［J］．石油钻探技术，2012，40(4):28 －31．

［2］ 王显光，李雄，李永学．页岩气水平井用高性能油基钻井液研究与应用［J］．石油钻探技术，2013，41(2):17 －22．

［3］ 卢运虎，陈勉，安生．页岩气井脆性页岩井壁裂缝扩展机理［J］．石油钻探技术，2012，40(4):13 －16．

［4］ 周贤海．涪陵焦石坝区块页岩气水平井钻井完井技术［J］．石油钻探技术，2013，41(5):26 －30．

［5］ 崔恩华，班凡生，袁光杰．页岩气钻完井技术现状及难点分析［J］．天然气工业，2011，31(4):1－3．