宜昌区块页岩气钻井技术难点与对策

谭学龙

摘 要：宜昌页岩气是继涪陵页岩气后，针对志留系龙马溪—五峰组页岩气的首次勘探开发。宜昌地区地表和地下地质情况复杂，相比涪陵区块，开发施工难度更大。根据Y1井钻探情况分析宜昌区块页岩气水平井钻井施工中的技术难点，并分析相应对策。

关键词：页岩气;水平井;技术难点;对策

1 Y1井施工概况

1.1  地质概况

Y1井地质分层情况与涪陵区块大体一致，地层自上而下为白垩系五龙组、三叠系大冶组、二叠系大隆组、下窑组、龙潭组、茅口组、栖霞组、梁山组、石炭系黄龙组、大埔组、泥盆系黄家磴组、云台观组、志留系纱帽组、罗惹坪组、龙马溪组、五峰组、奥陶系临湘组、宝塔组、庙坡组、牯牛潭组，地层可钻性比涪陵区块差，尤其是泥盆系云台观组石英砂岩，对钻头的磨损较大;五峰组地层元素扫描硅质高达55%，且局部富集，对钻头的磨损严重[1]。

1.2  井身结构

Y1井分为导眼井和水平井两种井型。导眼井采用导管、一开、二开共3个开次，一开采用444.5 mm/406.4 mm井眼钻至大隆组，封隔上部为五龙组、大冶组、大隆组易漏地层;二开采用Φ311.2 mm井眼钻至龙马溪组，预留一层套管的井眼，Φ215.9 mm井眼钻至临湘组地层完钻。水平井采用Φ311.2 mm井眼从龙马溪组地层侧钻，下入Φ244.5 mm技术套管，封隔龙马溪组上部易垮地层;三开采用Φ215.9 mm井眼进行定向增斜和水平段施工。

2 钻井施工技术难点

相比涪陵区块，宜昌区块的施工难度较大，主要技术难点如下。

2.1  地层可钻性差，机械钻速慢

白垩系五龙组、石门组地层的主要岩性为砾岩、粉砂岩，不适合用复合片钻头（Polycrystalline Diamond Compact，PDC）钻进，牙轮钻进机械钻速慢，大隆组富含硅质，钻头进尺少。云台观组石英砂岩地层对钻头磨损较大，不适合常规PDC钻进，目的层龙马溪—五峰组地层硅质质量分数高达55%，且局部富集达69%，可钻性差，单只钻头行程进尺少[2]。龙马溪组地层灰色泥岩水敏性强，泥岩水化后黏附性大，PDC钻头泥包严重，机械钻速慢。宜昌已钻井资料显示，平均机械钻速均小于5.00 m/h。

2.2  地层易漏失，堵漏困难

三叠系、二叠系灰岩地层出现溶洞，裂缝性漏失，堵漏难度大，一开钻进期间漏失失返情况居多;志留系龙马溪—五峰组地层的最大水平主应力方向与诱导缝方向一致，且地层褶曲极易发生井漏、井垮，Y1井水平段施工过程中易发生多次失返性漏失，随钻堵漏难度大。

2.3  地层出气，影响钻井液性能，井控风险高

对于纱帽组、罗惹坪组地层，钻井液受CO2气侵严重，钻井液中的气泡多且黏度增大，性能波动，钻井液性能维护困难。Y1井水平段施工过程中油气显示较好，立柱后效明显，水平段钻进过程中出现井漏失返，因地层承压能力低，频繁出现开泵漏失和停泵反吐现象，提高了井控判断难度和井控风险。

2.4  井壁稳定性差、易垮、易卡

宜昌地区五峰—龙马溪组杨氏模量33 GPa，泊松比0.23，水平应力差19.5 MPa，龙马溪组地层灰色泥岩、页岩层理和高导裂缝发育，稳定性差，属于硬脆性地层，钻穿后频繁出现掉块，影响正常起下钻，易导致卡钻。因地质构造运动，地层褶曲，水平段存在破碎地层，井垮卡钻风险高[3]。导眼井和侧钻井都存在进入龙马溪组就出现灰色泥岩掉块现象，在高应力差的情况下形成椭圆螺旋井眼，造成起钻困难，需要开泵倒划眼，因井垮形成“糖葫芦串”井眼，造成电测困难。

2.5  轨迹控制困难

直井段地层倾角大，防斜打直困难，水平段轨迹要求在五峰组穿行，五峰组1号层顶部为观音桥段易垮地层，五峰组下部为临湘组易漏地层。为了保证井眼安全，水平段轨迹实际在垂深上下2.0 m的五峰组中部空间穿行，本井实钻轨迹自进入水平段后，基本在五峰组中下部—中上部来回穿行。由于地层产状变缓，复合钻降斜，达到0.05°～0.07°/m，且定向增斜造斜率仅0.07°～0.09°/m，轨迹控制困难。

3 施工重难点技术对策

3.1  提速对策

3.1.1  采用新技术、新工具提速

Y1井一开、二开共采用空气钻进进尺808.7 m，机械钻速为12.25 m/h。采用空气钻机械钻速明显快于PDC和牙轮钻井液钻，提速效果明显。泥浆钻进推荐使用水力加压器、振荡螺杆、扭沖工具，以达到提速目的。

3.1.2  优选钻头

针对不同地层段的岩性特征，优选钻头。云台观组石英砂岩地层优选锥球形齿，避免楔形齿过早断齿、崩齿造成磨损，优选抗研磨脱钴复合片PDC钻头或PDC牙轮混合钻头进行石英砂岩地层攻关。龙马溪组优选钻头由六刀翼改为五刀翼，增加刀翼高度、刀翼之间的间隙和水眼个数，有效缓解泥包情况。针对水平段五峰组高含硅质地层，联合钻头厂商对切削齿进行防磨强化，同时强化保径和倒划眼，行程进尺和机械钻速明显加快。

3.1.3  强化参数

在水平段施工中，按照常规操作，为保护钻头，钻压只加压80～120 kN，机械钻速较慢，只有2.61～4.11 m/h。考虑本井水平段井斜大于90°，上翘井钻压无法完全加到钻头上，通过强化钻压到120～150 kN，排量提高3～5 L/s后，机械钻速明显加快，达4.19～9.40 m/h。

3.2  防漏、堵漏对策

3.2.1  上部井段采用空气钻进，有效防止漏失造成经济损失

采用空气钻或清水钻进，能减少漏失情况，降低漏失成本。

3.2.2  水平段采用预堵漏和堵漏结合，确保井下施工安全

水平段钻遇破碎带地层前调整好钻井液性能，钻井液密度尽可能控制设计上限，严禁采用降密度的方式防漏，避免上部地层垮塌;在预测漏层50.0 m前，在钻井液中加入2%～3%单封（或随钻堵漏剂，或无渗透抗压处理剂）等，预防裂缝漏失并保护油气层，提前预防并有效降低漏速，减少钻井液漏失量;严格落实“以防为主、以堵为辅、防堵结合”的方针。细化工程措施，防止压力激动造成井漏;为保证固井质量，电测后下入光钻杆进行堵漏提承压，针对水平段漏失井段进行封堵，起钻至上部直井段进行蹩压，提高承压能力，避免下套管、固井施工过程中出现漏失。

3.3  强化钻井液性能，防气侵、防垮、强化坐岗观察

加强钻井液性能检测，根据钻井液中碳酸氢根离子的含量和钻井液中的气泡情况，及时发现地层的CO2情况，对比邻井资料，提前在钻井液中加入CaO，保证钻井液性能稳定。

针对泥页岩水化膨胀、粘附钻头造成泥包现象，控制水基钻井液中的固相含量和钻井液失水，增加钻进、循环排量。钻头入井前本体涂抹锂基润滑脂，钻头本体包裹铁丝网，有效防止下钻过程中钻头刮井壁泥饼造成PDC钻头切削齿泥包。

针对龙马溪组地层垮塌，进入龙马溪组地层前，在钻井液中加入改性沥青等封堵材料，提高钻井液稳定井壁和封堵性能，加强振动筛返砂观察，及时发现井垮和调整钻井液密度至设计上限。根据返出掉块情况，及时申请提高钻井液密度稳定井壁，龙马溪组页岩地层尽量选用油基泥浆钻进，控制失水，提高油基钻井液油水比至90/10，钻井液终切不小于10，保证钻井液携砂能力。通过调整钻井液性能阻止大面积垮塌，保证井下施工安全。对垮塌层段有针对性地开泵通井划眼，水平段使用清砂钻杆，清理积砂，保证技套的顺利下入和水平电测的顺利施工。

贯彻落实井控管理制度，加强坐岗观察，做好井控“三早、三到位”工作。及时发现井漏情况并进行处理，针对漏吐情况，提高泥浆封堵性能，有针对性地堵漏和提高承压能力，根据情况合理降低密度，达到平衡。在地层承压无法提高以及井漏情况下，及时停泵观察、记录漏失和返吐出的钻井液量，对比钻井参数和全烃值观察，找出规律，加强判断。

3.4  强化轨迹控

直井段保障钻具刚性，推广PDC复合钻，在低钻压情况下，能有效防斜，同时加强测斜监控，及时定向纠偏调整，保障井身质量。水平段施工加强与导向人员的沟通，尽量避免在五峰组高硅質难钻层段穿行，使用近钻头或旋转导向工具，保证井眼轨迹按照设计要求穿行，同时使用水力振荡器、随钻震击器等井下工具，保障定向施工安全，确保轨迹调整的可行性。根据井斜增降情况，合理调整参数，增斜时加强划眼，降斜时适当增加钻压，在水平段尽量采用复合钻进。按照地层倾角变化和轨迹要求，优选螺杆和扶正器组合，控制复合钻的降斜趋势，减少定向工作量。

4 结语

宜昌区块地层整体可钻性较差，易漏、易垮，井下伴随出气井控风险，轨迹控制困难，井下故障复杂且风险高，机械钻速慢，施工周期长，勘探开发难度大。要实现区块低成本勘探开发，还需要在空气钻等先进钻井工艺、钻井液体系优选、钻头攻关、先进工具提速以及井下复杂预控和处理上进行研究，摸索出一套适合宜昌区块页岩气开发的安全、高效的钻完井配套技术。

[参考文献]

[1]蔡全升，陈孝红，张国涛，等.鄂西宜昌地区下古生界五峰组—龙马溪组页岩气储层发育特征与勘探潜力[J].石油与天然气地质，2021，42（1）：107-123.

[2]刘建清.宜昌地区五峰组—龙马溪组页岩储层录测井综合评价—以Y2井录井实践为例[J].江汉石油职工大学学报，2020，33（4）：1-3.

[3]陈林，陈孝红，张保民，等.鄂西宜昌地区五峰组—龙马溪组页岩储层特征及其脆性评价[J].地质科技情报，2020，39（2）：54-61.