1、收稿日期：；修订日期：。作者简介：胥豪（），男，高级工程师，现从事钻井工艺研究与技术推广工作。：。基金项目：国家重大专项“复杂地层钻井提速提效关键工具与装备”（），中石化胜利石油工程公司项目“西南中深层页岩气一体化提速技术研究与应用”（）。文章编号：（）彭州海相超深大斜度井钻井提速实践胥 豪，（中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东东营；中国石化超深井钻井工程技术重点实验室，山东东营）摘要：川西气田彭州区域海相地层天然气资源储量丰富，自 年 井发现高产工业气流以来，已成为中国石化重点勘探开发区域，但受制于地层埋藏深、可钻性差、复杂故障多等因素，一直未能有效开发。在区域施工难点分析的基础
2、上，提出了优快钻井技术。结果表明，在直井改大斜度定向井、井深大幅度增加的情况下，通过井身结构优化、直井防斜打直、井眼轨迹优化与控制、钻井参数强化、高效 钻头优选、提速工具应用、防塌钻井液体系等技术系列综合应用，所完成的 井与区域前期施工井对比，钻井周期缩短 ，机械钻速提高 。形成的优快钻井技术为川西气田深部海相地层钻井施工积累了宝贵的经验，也为中国石化海相气田的勘探开发提供了工程技术借鉴。关键词：川西气田；彭州海相；大斜度井；钻井参数；机械钻速中图分类号：文献标识码：，（，；，）：，：；（）年 月石 油 地 质 与 工 程 第 卷 第 期 自 年 井、井在川西海相深部雷口坡组地层发现工业天然气
3、气流以来，中国石化逐步加大了深部地层的勘探开发力度；年 井在雷口坡组试气获得 高产工业气流，加速了川西海相雷口坡组地层开发节奏。由于地层埋藏深、可钻性差；压力体系复杂，井涌井漏频繁；井壁稳定性差，工程复杂事故多发等原因，海相雷口坡组气藏一直未能得到有效开发。年西南油气田分公司在彭州区域部署了 余口大斜度定向井，其中 井设计井深 ，位移 ，属于该区井深最深、位移最大的一口超深大斜度井，而在此之前该区从未实施过定向井，如何化解工程难题，实现建井目的；如何提速提效，缩短钻井周期成为施工的首要任务。基本情况 井位于龙门山构造带中段金马构造，设计井深 ，垂深 ，井 斜，位移 ，属于超深大斜度井。地层自上
4、而下分别为第四系、白垩系、侏罗系、三叠系。其中，侏罗系地层以砂泥岩略等厚互层为主，遂宁组、蓬莱镇组等地层含砾石。三叠系须家河组、小塘子组以砂岩、页岩、泥岩为主，夹杂少量煤层 线；马鞍塘子组为海相过渡地层，上部马二段以页岩、砂岩、灰岩为主，下部马一段以砂屑灰岩、泥质灰岩、生屑灰岩为主，夹薄层页岩；目的层雷口坡组以藻砂屑灰岩、泥晶灰岩、白云岩为主，夹杂膏岩。雷口坡组埋藏深度超 ，压力系数 ；地层温度 ，含量 ，属于超深常压高温高含硫气藏。前期施工情况及难点分析 前期施工情况彭州海相主体区域前期共完钻 口井，完成情况如表 所示。经过前两轮攻关实践，初步形成了提速提效技术与方法，基本实现了 完成一口海
5、相超深井的目标；但总体而言，机械钻速慢、复杂情况多、钻井周期长的问题仍然有待进一步解决。表 彭州工区已钻井资料统计轮次井号完钻井深 完钻层位完钻时间钻井周期 平均机械钻速（）雷四段 年 月 第一轮 雷四段 年 月 雷四段 年 月 雷四段 年 月 第二轮 雷三段 年 月 雷四段 年 月 平均 钻井施工难点根据设计并结合已钻井情况，井主要面临以下技术难题：（）直井段较长、防斜难度大：彭州海相构造位于龙门山前金马 鸭子河构造带，山前构造上部陆相地层易斜，井二开上部地层采用垂直钻井技术，三开三次纠斜；井二开上部采用垂直钻井技术，须四段控压吊打，须三段采用螺杆纠斜控斜钻进。另一方面所属 号平台共部署 口
6、井，井间距 ，由于造斜点深达 ，施工过程中既要防斜打直，又要为同台井预留防碰空间，而区块前期施工多采用垂钻工具或者螺杆进行防斜纠斜。（）岩性致密、可钻性差，多套地层含砾石、石英，提速难度大：蓬莱镇组、遂宁组、千佛崖组均含砾岩；须家河组至小塘子组地层厚 ，石英含量高，可钻性差、研磨性强；须二段 小塘子组地层研磨性级值达到 级，钻头选型难度大。（）井壁失稳问题突出，容易出现复杂情况：该区多套地层均易出现井壁失稳现象，上部沙溪庙组红色泥岩易坍塌，中深部须家河组页岩地层易掉块，目的层雷口坡组含有破碎带，前期直井施工过程中 口井在雷口坡组累计发生 次卡钻（表）。表 雷口坡组卡钻情况统计井号工况地层复杂情
7、况 井钻进雷四段卡钻 次 井钻进雷四段卡钻 次 井取心雷四段卡钻 次钻进雷四段卡钻 次钻进雷四段卡钻 次取心雷四段卡钻 次（）深部难钻地层定向钻进，托压严重、容易增加轨迹控制难度：造斜点设置在须二段，须二段到小塘子组为硬地层，胶结致密，石英含量高，研磨性强，定向钻进机械钻速慢，施工周期长，长时间滑动钻进还可能出现卡钻。胥 豪 彭州海相超深大斜度井钻井提速实践 优快钻井技术 井身结构优化 井井身结构设计为“双导管 三开”结构，主要考虑两个套管必封点，第一个必封点设置在须五段中上部稳定地层，封隔上部易塌、易漏层位；第二个必封点针对马鞍塘子组二段底部可能发生井壁失稳，马一段中部含有页岩夹层等情况，必
8、封点设置在马鞍塘子组底部。井身结构设计数据如图 所示。图 井井身结构设计示意图 直井段防斜打直技术彭州海相区块位于龙门山山前构造带，井斜问题较为突出，为了更好地解决上部地层易斜的问题，多口井采用垂直钻井技术，如 井、井等。井 使用 垂钻系统，进尺 ，机械钻速 ，最大井斜 。井 使用 垂钻系统，进尺 ，机械钻速 ，最大井斜 。部分井使用钟摆钻具防斜纠斜，如 井 使用螺杆钟摆钻具施工，进尺 ，机械钻速 ，井斜小于 ，可见垂直钻井系统在防斜提速方面具有优势，但常规螺杆钟摆钻具也能够满足施工需求。井一开设计井眼尺寸 ，属于非标井眼尺寸，常规垂直钻井系统无法满足施工，且上部地层倾角较小，最大倾角，因此采
9、用了“小角度无扶螺杆钻具 扶正器”的螺杆钟摆组合，实钻最大井斜 ，直井段位移 ，防斜效果良好。高效 钻头优选技术彭州工区上部侏罗系蓬莱镇组、遂宁组、千佛崖组、白田坝组等多套地层含砾石，下部三叠系以页岩、砂岩为主，局部夹杂煤层。须五段、须四段抗压强度 ，可钻性级值为 ，属软 中硬地层；须三段抗压强度，可钻性级值逐渐增大，属中硬 硬过渡型地层；须二段、小塘子组抗压强度达到 ，含大量石英砂岩，可钻性级值增至，属硬地层，地层可钻性曲线如图 所示。根据地层岩石力学特征，优选高效 钻头，蓬莱镇组 沙溪庙组优选 刀翼 复合片 钻头施工，充分提高攻击性；千佛崖组 须五段优选 刀翼 复合片钻头施工，适当提高复合
10、片抗冲击能力；须四段 须三段采用 刀翼 复合片钻头施工，适当增加布齿密度；须二段 小塘子组地层采用 刀翼 复合片钻头施工，进一步增强布齿密度，并采用锥齿结构（图），以增强抗冲击能力，提高使用寿命；由于深部地层采用 钻石 油 地 质 与 工 程 年 第 期图 地层可钻性曲线头定向工具面难以稳定，故定向初期采用混合钻头进行施工。根据实钻效果对比，井导管、一开、二开井段平均机械钻速分别为 ，对比 井分别提高 、。图 锥齿 钻头 钻井参数强化技术近年来，北美页岩油气施工对钻井参数的强化进行了充分的试验和应用，主要采用较高的钻压、顶驱转速和钻井液排量，取得了良好的提速提效效果。国内也逐步认识到强化钻井参
11、数对提高机械钻速的积极作用，并积极进行推广和应用，特别是在南方页岩气施工过程中，通过强化钻井参数取得了良好效果。井 进 行 钻 井 参 数 强 化 对 比，钻井参数为钻压 ，转速 ，排量 ，钻井参数为钻压 ，转速 ，排量 ，从实钻效果来看，钻井参数强化后平均机械钻速由 提高至 ，提高了，钻井参数强化前后机械钻速对比如图 所示。图 钻井参数强化前后机械钻速对比 斜井段轨道优化与控制技术 井设计采用“直 增 稳 增 稳”剖面形式，造斜点为 处，位于须二段地层，设计造斜率（），设计稳斜角 ，稳斜段长 。鉴于原设计造斜率较高、稳斜段较长、稳斜角 易形成岩屑床等原因，不利于现场施工，因此对井眼轨迹进行优
12、化。井眼轨迹优化的主要思路在于降低造斜率，并充分利用单弯螺杆钻具复合钻进增斜趋势，实现提速提效目标，井眼轨迹优化结果如表 所示，优化前后示意图如图 所 示，根 据 模 拟 计 算，优 化 后 扭 矩 降 低。胥 豪 彭州海相超深大斜度井钻井提速实践表 井眼轨迹优化数据井深 井斜角 方位角 垂深 位移 造斜率（）备注 造斜点 须三段底 须二段底 小塘子组底 马二段底 马一段底 二开中完 图 井眼轨迹优化对比 现场施工过程中，结合钻具组合力学分析方法，对不同螺杆弯角、扶正器尺寸搭配下的钻具组合增斜稳斜趋势进行预测，并结合实钻效果进行调整。实钻 二 开 斜 井 段 长 度 ，滑 动 进 尺 ，复合钻
13、进比例 ；三开大斜度稳斜段长度 ，滑动进尺 ，复合钻进比例，在满足井眼轨迹控制的同时实现了提速提效。提速工具应用技术截至目前，“螺杆钻具”仍然是最经济、最有效的提速手段，目前被各大油田广泛使用。彭州工区地层自上而下均存在提速需求，因此需要分井段进行区别对待。在上部直井段施工过程中，主要采取大功率高扭矩等壁厚螺杆钻具，一开选取 型号螺杆，工作扭矩 ，输出功率 ；二开选取 型号螺杆，工作扭矩 ，输出功率 ，具有扭矩大、功率高、压降低的特点，也有利于强化参数。随着井斜增加，摩阻扭矩逐渐增加，采用常规方式定向会越来越困难，水力振荡器对于降低滑动钻进摩阻，提高施工效率具有良好的效果，但是由于水力振荡器通
14、常存在 压降，加之设备限制，在深井难以得到推广。振荡螺杆通过振荡短节产生高频的纵向冲击力来提高钻进过程中钻压的传递效率，并且具有压降小，冲击力大，适用排量范围广等优势，适用于降低滑动摩阻和硬脆性地层提高机械钻速，工具结构如图 所示。因此选取振荡螺杆在井斜 以后井段进行应用，地层为小塘子组、马鞍塘子组。实际使用井段为 ，进尺 ，机械钻速 ，对比下入前后两趟钻，机械钻速分别提高了 、，滑动钻进过程中无托压现象，在提高机械钻速的同时提高了定向效率，取得了良好的应用效果。防塌钻井液体系应用彭州区域钻井液施工面临的主要难题在于如何确保井壁稳定、防止井涌井漏以及 防护，如何确保井壁稳定是施工最大的难题。容
15、易出现井壁失稳的地层主要包括沙溪庙组红色泥岩失稳，须家河组页岩及煤层失稳，小塘子组、马鞍塘子组泥页岩失稳石 油 地 质 与 工 程 年 第 期图 振荡螺杆结构示意图和雷口坡组地层层理、破碎带失稳。针对以上分析，现场施工在上部井段采用氯化钾聚合物钻井液体系，保障蓬莱镇组至沙溪庙组泥岩段稳定，在进入须家河组前，逐步将钻井液体系转换为氯化钾聚磺封堵钻井液，并逐步加入树脂、褐煤树脂、沥青类封堵剂，提高井壁稳定能力；针对二开裸眼段长、井斜大、压力体系复杂等特征，采取钾基聚磺润滑钻井液体系，加入聚胺进一步提高抑制能力，利用成膜封堵剂、超细碳酸钙、纳米封堵剂、井壁封固剂等提高封堵能力，并采用合适的钻井液密度
16、平衡地层压力。在三开井段针对雷口坡组海相地层失稳难题以及后期酸化作业相关要求，采用高酸溶强封堵钾基聚璜钻井液体系，确保钾离子有效含量约为 ，并适当补充胺基聚醇，利用高酸溶沥青作为主要封堵剂，结合纳米封堵剂、级配暂堵剂、层层沉积井壁加固剂建立滤饼封堵能力，同时维持较高的 值，防止 气体溢出，满足了施工需求，现场施工过程顺利，井径扩大率小于，未发生卡钻等复杂故障。实钻效果 井眼轨迹完钻井深 ，垂深 ，水平位移 ，全井平均机械钻速 ，钻井周期 ，节约 ，创造工区完钻井深最深、水平位移最大、全井平均机械钻速最高等十余项施工纪录，对比前期 井，在井深大幅增加，直井改大斜度井的情况下机械钻速仍提高了 ，钻井周期缩短了 ，具有良好的施工效果。结论与建议（）针对彭州海相大斜度井施工难题制定相应的技术解决方案，并通过现场实施，取得了良好的应用效果，机械钻速大幅提高，钻井周期极大缩短并创造多项施工纪录，证明形成的直井防斜打直、轨道优化与控制、钻井参数强化、高效 钻头优选、提速工具优选、防塌钻井液体系等在该区施工具有极大的技术优势。（）尽管实现了“八个月完成一口超深大斜度井”的目标，但该区仍然有极大的提速需
