丁页4井钻井技术

王长勤 李元化 牛燕龙 刘朝东 韩建红（中原石油工程有限公司钻井三公司，河南 兰考 457001）

丁页4井钻井技术

王长勤 李元化 牛燕龙 刘朝东 韩建红（中原石油工程有限公司钻井三公司，河南 兰考 457001）

针对丁页4井地层古老研磨性强，沙溪庙组、须家河组等泥页岩互层地层裂缝发育，易喷、易漏，高密度钻井液施工阶段性能控制难度大等技术难题，进行了技术攻关。同时，大胆尝试Newdrill+贝特PDC的新工艺，与邻井同层位、同井段对比，有效提高机械钻速。配套使用井壁稳定、防漏堵漏、高密度钻井液维护、固相控制等配套技术，较好解决了钻遇的“斜、卡、漏、塌”等技术难题，顺利完成钻探任务，对评价丁山探区资源提供了技术依据。

丁页4井；钻井技术

丁页4井位于重庆市綦江区东溪镇三台村4组，是四川盆地川东南地区林滩场-丁山北东向构造带丁山构造北西翼的一口预探井，井型为直井，本井目的层为上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组下部页岩气层段。

针对该区域地层古老研磨性强、砂泥交互层多，碳酸盐发育易漏、易喷的特点，通过调研分析邻井资料，采用空气钻井、钻头及钻井参数优选、新工具应用、钻井液等配套技术，较好解决了钻遇的“斜、卡、漏、塌”等技术难题，顺利完成钻探任务，对该区块页岩气勘探提供价值参考和油气勘探开发科学资料依据。

丁页4井设计井深3840m，完钻井深3770m；钻井周期192.08天，建井周期222.28天，平均机械钻速2.0m∕h，钻机月速589.06m∕台月；取芯进尺160m，岩芯长度160.1m，岩心收获率99.93%，井身质量、固井质量合格。

1 钻井技术难点

（1）地表有窜漏可能，水层埋藏浅且出水量大，极易出现井漏、坍塌。

（21）地层各向异性、非均质性严重，地层砂泥岩软硬交错，夹层、互层较多，地层可钻性差，钻头、钻具易损坏。

（3）空气钻进过程中，地层出水严重，钻头、钻具易泥包，影响钻井时效。

（4）在气转液过程中，井壁易剥落掉块，导致卡钻、井漏等井下复杂情况。

（5）储层属于裂缝性气藏，取芯钻进时易钻遇岩石破碎带、裂缝带，导致堵芯、卡芯情况。

（6）地层气活跃，易气侵导致钻井液污染，高密度钻井液性能调控难度大。

2 现场施工

基于邻井资料调研和实钻情况，本井主要采用常规钻具与动力钻具相结合的方式钻进，先后经历清水钻、空气钻、雾化钻及钻井液钻。

2.1 空气钻井技术

2.1.1 空气、雾化钻井技术优势

根据地质设计、邻井资料调研，丁页4井陆相地层为侏罗系的沙溪庙组、凉高山组、自流井组以及三叠系的须家河组、雷口坡组，地层埋藏厚，井段长；地层岩性不均一，以泥岩和石英砂岩为主，岩性多变，岩石坚硬，可钻性差，但地层相对稳定，没有油气层，比较适合空气钻井。丁页4井空气钻钻进至454.86m后，地层垮塌严重，为确保井下施工安全，被迫转换为钻井液钻进。同一钻头钻井液机械钻速为0.91m∕h，而空气钻机械钻速为泥浆的2.92倍。实践表明，空气钻可提高机械钻速，缩短建井周期。

2.1.2 空气钻实施情况

（1）牙轮钻头空气、雾化钻进（47.00～454.86m）

导眼1整改完毕后，下钻开始气举排液、烘干井壁，井壁彻底烘干后开始小钻压试钻。所钻地层：上下沙庙组、凉高山组、自流井组。岩性：棕红色泥岩、灰色细砂岩、灰色粉砂质泥岩、细砂岩等。导眼2共使用2只Φ609.6mm牙轮钻头钻进，钻进井段47～490.3m，进尺443.3m，纯钻时间192.63h，平均机械钻速2.3m∕h。其中，空气钻、雾化钻井段47～454.86m，进尺407.86m，纯钻时间155.3h，平均机械钻速2.66m∕h。导眼2开始采用空气钻施工，试压钻进后，地层渗水导致砂岩无法正常返出。井筒内无法烘干，起钻后发现钻头及钻铤泥包严重，因此后期采用雾化钻井技术以缩短工期、降低成本并保护环境。

（2）空气、雾化钻技术风险及消减措施

①砂泥岩互层、地层可钻性低、井壁易失稳

侏罗系陆相地层岩性以砂岩与泥岩互层为主，地层软硬交错，砂岩可钻性低，泥岩易坍塌，可能潜在地层应力变化、地层不稳定等复杂情况。地层胶结性差，地层水易侵入地层导致较严重的井壁失稳问题。因此加入足够的防塌剂，并时刻观察井下摩阻、泵压变化情况，有异常及时处理。

②钻具泥包

丁山区块沙溪庙组、凉高山组、自流井组地层含泥岩、粉砂质泥岩、砂质泥岩，且地层存在渗水现象，在空气、雾化钻进过程中，易出现钻具泥包的情况。因此，在钻井施工过程中，需密切注意返砂情况，如有异常及时调整基液排量及起泡剂用量。

③泥质钻屑对泡沫稳定性影响较大

泥质钻屑易分散，比表面积大，吸附能力强，在钻遇泥岩地层时处理剂特别是发泡剂的消耗量大。密切注意返砂情况，如出现泡沫不连续现象及时补加发泡剂和稳泡剂。

④大尺寸井眼泡沫钻井消泡难度较大

大尺寸井眼泡沫钻井泡沫量大，现有机械消泡装置难以彻底消除。采取出口增加喷淋泵措施，进行辅助消泡。

⑤空气钻易发生钻具事故

空气钻钻具磨损严重，地层不均质，憋、跳钻时常发生。入井空气钻钻具坚持120h探伤制度，杜绝钻具带病操作。钻具组合中引进新工具降低跳钻带来的影响。

⑥空气、雾化钻易发生井身质量问题

丁山区块的地层倾角不是很大，但沙溪庙地层的自然造斜能力很强，井斜容易超标。空气钻时坚持50～100m测斜一次，对沙溪庙组地层井段进行加密测斜，根据测斜结果及时调整钻压参数，防止井斜持续增长。

⑦探井未知地层可能含有气易发生燃爆事故

探井存在很多未知因素，因此随时观察全烃值变化。如果全烃含量快速上升，气测全烃含量大于3%，立即停止空气钻进，启动应急预案，使用钻井液压井保证井控安全。

2.2 钻头

通过邻井资料、钻头分类标准、区域统计和分析地层岩性，针对钻头进行优选，提高单只钻头的使用效率.

邻井隆盛2井与丁页4井井深及所钻井深、层位基本相同，在综合分析邻井钻头的基础上，结合地层岩石、钻头特点及实钻情况，不断优化钻井参数，使每个钻头的钻井效率最优化，从而达到提高钻井时效的目的。本井各层位的机械钻速均优于隆盛2井，且同开次、同层位多钻580m的前提下，缩短工期48天，有效提高了钻井时效。

2.3 新工艺和新工具尝试

3.4.1 提速提效新工艺、新技术

丁页4井与邻井隆盛2井井深及所钻层位基本相同，在综合对比分析邻井资料的前提下，大胆尝试新工艺、新技术，基于地层实钻情况，在钻进过程中不断优化改善钻井参数以提高钻井时效。

（1）尝试新工具、新工艺

为提高机械钻速，在须家河组、雷口坡组钻进过程中尝试Newdrill+贝特PDC钻头的钻具组合。其中，须家河组地层的平均机械钻速为2.1m∕h，雷口坡组地层的平均机械钻速为3.53m∕h。如表4所示，与邻井隆盛2井相比，在保证井下安全的前提下，新工艺的实施使钻进速度提高4～11倍，安全、快速、高效地钻穿须家河组，有效提高了钻井时效。

（2）跳钻、震动解决方案

上部地层沙溪庙组至须家河组岩石致密坚硬，地层软硬交错，钻进时钻具跳动纵向震动大，钻具极易产生疲劳破坏；同时，钻头掉齿崩齿现象明显，轴承损坏明显。钻头的跳动引起井眼不规则，井径增大，机械钻速降低，给下部施工造成事故隐患和增加额外工作量。针对地层岩性及特点，主要采取了以下施工措施：

①采用空气钻钻进上部砂泥岩地层时，跳钻对钻头、钻具损害严重。基于不同井眼尺寸，采用Φ279mm∕Φ228mm双减震器以减少钻头断齿、掉齿和牙轮轴承先期损坏，从而延长钻头的使用寿命。

②密切观察钻具和钻井参数变化情况，发现憋、跳钻现象后及时调整钻压、转速以减少钻具损害。

③基于机械钻速和出井钻头情况进行判断，进尺少，机械钻速低，断齿、崩齿现象严重时，在钻具组合上加随钻捞杯，打捞掉齿崩齿延长钻头寿命。

3.4.2 尝试涡轮和孕镶钻头

由于孕镶钻头具有高研磨性、高寿命的特点，适用于研磨性强的地层，而井下涡轮钻具可有效避免孕镶金刚石过热失效，两者结合能有效清理岩屑，减少泥包、高温烧齿等情况，可大幅提高整体钻井效率。

由于井下复杂导致孕镶涡轮钻具无法下钻到底，从侧面提示我们，在提高钻井时效的前提下，要切实考虑实际钻井情况，认真分析实钻地层是否适合新钻具、新工艺。只有在充分调研及分析基础上，才能借助新工具、新工艺达到提速提效的目的。

3.4.3 尝试固井新工艺

（1）使用泥饼固化剂

钻井液泥饼对井壁稳定至关重要，但由于泥饼无法与水泥实现无缝胶结，从而影响固井直降，对固井作业提出很大挑战。甚至很多电测固井质量优良的井，固井后甚至投产后普遍存在套压、环空串气的现象。为了最大程度避免此种情况的发生，尝试泥饼固化剂技术。

泥饼固化技术的核心是泥饼固化和界面交联，通过原钻井液+原水泥浆（离子扩散）的方法，实现了水泥环-泥饼-地层的整体固化胶结。该技术的特点在于原固井工艺及水泥浆体系、钻井液体系均不需发生变化，只需要采用泥饼固化剂Ⅰ型2m3（确保接触时间达到1min以上即可）及采用泥饼固化剂Ⅱ型2～4m3作前置液（确保接触时间达到1min以上即可）。泥饼固化剂Ⅰ对泥饼界面的修饰与处理——泥饼固化剂Ⅱ对泥饼孔隙的疏导并使泥饼粘土颗粒表面电子结合能和元素组成的发生演变——水泥浆水化离子渗入泥饼且与泥饼中高价金属离子发生化学反应生成胶结物产生化学固结和沉淀堵塞——水泥环与泥饼界面交联网络的形成+泥饼固化——固井二界面胶结强度提高——固井一、二界面胶结质量显著改善——达到防窜的目的。

本井在技套固井前置液中使用泥饼固化剂Ⅰ型2m3，泥饼固化剂Ⅱ型4m3。固井结束后电测显示固井质量良好，且未发现有套压现象的存在，取得了良好的效果。

（2）预应力固井技术

固井施工过程中一般环空压力大于套管内压力，形成负压差。但是固井结束后水泥浆凝固失重时环空液柱压力降低，由负压差变成正压差。这种套管内外压力变化就会使套管应力发生变化，从而导致环空水泥凝固后，套管和水泥胶结面及第一界面产生微裂缝。同时由于水泥石自身体积收缩特性，也会导致一、二界面之间产生微间隙。研究表明微裂缝不仅与套管的材质、结构尺寸、井口压力、水泥浆体系有关，还与水泥浆候凝状态有关。因此通过预应力固井就是能改变水泥浆候凝状态，有效预防水泥浆和套管之间微裂缝产生。本井采用预应力固井技术完成固井施工，经电测固井质量合格，满足甲方要求。

3 结语

丁页4井综合配套技术的研究与应用，保障了丁页4井的成功钻探。随着新技术、新工艺的不断推广，降低钻井成本，提高钻井时效已成为发展趋势。

（1）丁页4井成功应用空气钻井技术、气液转换技术大大提高了钻井速度，同时采取相应措施有效规避了空气钻井的风险。

（2）大胆尝试新工具、新工艺，采用Newdrill+贝特PDC钻头的形式安全、快速、高效地钻穿须家河地层。对比邻井，机械钻速提高4～11倍，达到了增产增效的目的。

（3）鉴于须家河组、长兴组、飞仙关组等地层整体机械钻速慢的特点，建议，建议继续开展钻头的优选及应用研究，研制出更加符合地层特点，增加钻头使用寿命的钻头，提高丁山区块地层机械钻速。

（4）建议采用江钻KMC1365型钻头，组合川7-5双取芯筒对丁山区块龙马溪组地层进行取芯作业。在取芯作业过程中，采用控压钻进方式，将钻时维持在10～15 min∕m，可有效提高取芯收获率，防止堵芯、卡芯的发生。