川南坳陷仁怀区块仁页1井钻井关键技术.pdf

石 油机械 C H I N A P E T R O L E U M M A C H I N E R Y 2 0 1 5年 第 4 3卷 第 6期 ． ． 钻井技术与装备 川南坳 陷仁怀 区块仁 页 1井钻 井关键技术 秦杜 袁明进 张娜 1 ．中石化华东分公 司石油工程技术研究院2 ．南京大学地理与海洋科学学院 摘要 川南坳陷仁怀区块仁 页 1井在施工 中存在着地层 出水、井壁垮塌、膏岩卡钻 以及机械 钻速低等问题。根据该井的工程设 计及地层特 点，总结分析 了钻进过程 中存在 的主要技术难点， 同时论述 了 P D C钻头 螺杆优快钻井 、高效钻头应用、旋冲钻井技术以及钻井液优选等关键技术 在该区块的首次成功应用。该 井实钻效果表 明，这 些技术能有效提高机械钻速 ，保持井壁稳定， 是川南坳陷仁怀 区块页岩气探井钻井施工成功的关键 ，为今后在该 区块的工程设计以及钻井关键 技术提供 了指导和借鉴。 关键词 页岩气；探井；钻井技术 ；机械钻速 ；钻井液优选 ；仁页 1井 中图分类号 T E 2 4 2文献标识码 A d o i 1 0 ． 1 6 0 8 2 ／ j ． c n k i ． i s s n ． 1 0 0 1 4 5 7 8 ． 2 0 1 5 ． 0 6 ． 0 0 4 Ke y Dr i l l i ng Te c h no l o g i e s f o r Sh a l e Ga s Ex pl o r a t i o n W e l l Re n y e 1 i n Bl o c k Hua i r e n i n S o ut he r n Si c h ua n De p r e s s i o n Q i n D u Y u a n M i n g j i n Z h a n g N a 1 ． P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g R e s e a r c h l mt i t e ，N o r t h w e s t O i l F i e l d C o m p a n y ，S I N O P E C；2 ． S c h o o l o f G e o g r a p h i c a n d O c e a n o gra p h i c S c i e n c e s ，№ n g U n i v e r s i t y Ab s t r a c t I s s u e s l i k e f o r ma t i o n wa t e r ， we l l bo r e c o l l a p s e， s t i c k i ng i n p l a s t e r r o c k a n d l o w ROP h a v e b e e n e n c o u n t e r e d d u ri n g d ri l l i n g We l l R e n y e 1 ． Ma j o r t e c h n i c a l d i ffic u l t i e s a r e a n a l y z e d a c c o r d i n g t o t h e w e l l e n g i n e e ri n g d e s i g n a n d f o r ma t i o n f e a t ur e s ．T h e s u c c e s s f u l a p p l i c a t i o n s o f k e y t e c h n o l o g i e s i n t h e b l o c k， l i ke PDC b i t po s i t i v e d i s p l a c e me n t mo t o r ， h i g h p e rfo rm a n c e d ril l b i t ， r o t a r y p e r c u s s i o n d ril l i n g t e c h n o l o g y a n d d ril l i ng f l u i d o p t i mi z a t i o n a r e d i s c u s s e d ． T h e d ril l i n g a p p l i c a t i o n s i n d i c a t e t h a t t h e a b o v e t e c h n o l o g i e s c o u l d i mp r o v e t h e ROP a n d ma i n t a i n we l l b o r e s t a b i l i t y， t hu s be i n g a k e y f a c t o r o f S u c c e s s o f s h a l e g a s e x p l o r a t i o n we l l d ril l i n g i n b l o c k Hu a i r e n i n S o u t h e m S i c h u a n d e p r e s s i o n ． Th e s t u d y c o u l d p r o v i d e g u i d a n c e a n d r e f e r e n c e s f o r f u t u r e we l l e n g i n e e rin g d e s i g n a n d k e y d ril l i ng t e c hn o l o g i e s i n t h e b l o c k ． Ke y wo r ds s h a l e g a s； e x p l o r a t i o n we l l ； d ril l i n g t e c h n o l o gy ； ROP； d ril l i n g flu i d o p t i mi z a t i o n； W e l l Re n y e 1 0 引 言 川南坳陷仁怀区块 已施工的第 1口页岩气探井 仁页 1 井位于四川盆地古蔺斜坡 ，南与黔北坳 陷相邻，地形复杂，以丘陵、山地为主。从钻井情 况来看 ，仁页 1井施工 中存在着地层出水、井壁垮 塌 、膏岩卡钻以及机械钻速低等问题 ，导致该井实 际钻井周期远高 于设计 周期 ，全井 最大井斜达到 1 0 ． 5 6 。 ，最大井底位移 1 0 0 ． 5 m。仁页 1井完钻层 位为上奥陶统湄潭组 ，目的层位下志留统龙马溪组 一 上奥陶统五峰组 ，是 四川盆地古生界下部最为重 要的 2套 烃源岩之一 ，其 黑色页岩发育厚度 约为 8 0 m，拥有巨大的页岩气资源潜力 。仁页 1 井在 钻井过程 中，应 用 了 P D C钻 头 螺杆 优快钻 井、 旋冲钻井 、高效钻头应用以及钻井液优选等关键技 基金项 目中国石油化工股份有限公司科技攻关项 目 “ 页岩气 ‘ 井工厂 ’技术研究” P 1 3 1 3 8 的部分研 究内容 。 2 0 1 5年 第4 3卷第6期 秦杜等川南坳陷仁怀区块仁 页1井钻井关键技术 术 ，但由于成本较高 ，目前 国内主要应用于解决常 规钻井技术难以解决的问题 _ 2 J 。 该井实钻效果表明， P D C钻头 螺杆优快钻井 技术 、高效钻头应用以及钻井液优选技术是该区块 页岩气探井钻井施工成功的关键 ，为今后在该地 区 页岩气探井钻井提速和降低成本提供了技术指导和 借鉴。 1 地层特点及 工程设计 仁页 1 井 为仁怀 区块 的第 1口页岩气直探井 ， 设计井深 4 2 5 0 m，钻遇地层层序 自上 而下为第 四 系，中侏罗统上沙溪庙组、下沙溪庙组 ，中下侏罗 统 自流井组 ，上三叠统须家河组、中统雷 口坡组 、 下统嘉 陵江组、飞仙关组 ，上二叠统长兴组 、龙潭 组 ，下统茅 口组、栖霞组 、梁山组 ，中上志留统韩 家店组 、下志留统小河坝组、龙马溪组 ，上奥陶统 五峰组 、临湘组 、中统宝 塔组、十字铺 组、湄潭 组 。从地层岩性来 看 ，侏罗 系地 层岩性主要 以泥 岩 、砂岩为主 ，三叠系地层岩性以灰岩为主，二叠 系地层岩性 以灰岩、白云岩以及石膏岩为主，志留 系地层岩性以泥岩、页岩为主，奥陶系地层岩性以 灰岩为主。 仁页 1 井设计为三开制井身结构 ，导管段设计 采用 6 0 ． 4 mm钻头钻至上沙溪庙 组 ，进入基岩 层 ，预计井 深 1 5 0 m，实钻 至井 深 1 5 0 m，下人 0 8 ． 0 m m导管 ；一开设计采用 4 4 ． 5 m m钻头钻 穿侏罗系下沙溪庙组 ，进入 自流井组上部稳定泥岩 层 ，预计井深 1 1 0 0 m，实钻至井深 1 1 5 8 m，下入 3 3 9 ． 7 m m表层套管 ；二开设计采用 3 1 1 ． 1 m m钻 头钻至韩家店组 ，预计井深 3 4 3 0 m，实钻至井深 3 4 8 0 m，下人 2 7 3 ． 1 m m技术套管 ；三开设计先 采用 2 4 1 ． 3 m m钻头钻至取心井深前 1 0 0 m，预计 井深 4 0 6 5 m，实钻井深 4 0 2 2 m，之后采用 2 1 5 ． 9 m m取心钻头钻至设计完钻井深 4 2 5 0 m，实 际完 钻井深 4 1 8 0 m，后采用裸眼完井 。 2 钻井技术难点分析 川南坳 陷仁怀 区块多为高 陡构造 ，地层倾 角 大，普遍存在软硬地层交错 、岩性变化大以及可钻 性差等问题 ；同时由于仁页 1井 为 区块第 1口探 井 ，二开裸眼井段长，且存在多段煤层和石膏岩地 层 ，给该区块页岩气勘探开发带来 了困难。仁页 1 井主要存在 以下钻井技术难点 。 2 ． 1 气体钻井技术应用困难 目前气 体 钻 井 的最 大 障碍 就 是地 层 出水 问 题 _ 6 J ，由于该地区存在多套较为发育 的含水地层 和中浅部砂泥岩地层 ，特别是侏罗系下沙溪庙组和 自流井组地层 ，容易出现大量 出水 ，极大地 限制 了 气体钻井技术的推广和应用。 2 ． 2 地层可钻性差 。钻头选型困难 上部须家河组地层岩性 以粉砂岩和砂岩为主， 石英含量较高 ，且 地层软硬交错频 繁 ，抗压 强度 高，下部茅 口组及栖霞组地层以灰岩和燧石团块灰 岩为主，岩石硬度大 ，可钻性差 ，常规 P D C钻 头 不适用于该段钻进 ，三牙轮钻头机械钻速偏低 J ， 且钻头磨损严重 。 2 ． 3井壁易垮塌 侏罗系 自流井组主要为泥砂岩破碎带地层 ，岩 石层理和裂缝相对发育，微层面属泥质胶结 ，胶结 强度差 ，导致新钻的裸 眼井段泥岩吸水膨胀 ，易发 生失稳垮塌。二叠系龙潭组可能钻遇多套煤层 ，由 于煤岩沉积环境导致其抗拉强度低 ，弹性模量小 ， 裂缝发育 ，脆性大，一般微含黏土矿物 ，水化敏感 性差 ，在地应力或其他外力作用下 ，易失去稳定性 而发生垮塌 。 2 ． 4 石膏层蠕变缩径 ，卡钻风险大 二开裸眼井段相对较长，该段钻遇地层岩性主 要以灰岩、白云岩以及石膏岩为主，尤其在嘉陵江 组存在多套石膏岩地层 ，岩性为纯石膏，由于密度 窗 口窄，石膏岩段钻进过程中存在缩径卡钻等风险。 3 关键技术及应用效果分析 3 ． 1 P D C钻头 螺杆钻具优快钻井技术 川南坳陷仁怀 区块地层岩石 硬度大 、研 磨性 强 ，且地层软硬交错 ，岩性变化大 ，从而导致机械 钻速低 ，钻井周期长。鉴于气体钻井能极大提高机 械钻速 ，因此在该井钻进中采用 了气体钻井施工。 然而在侏罗系上沙溪庙组、下沙溪庙组和 自流井组 钻井过程 中出现地层 出水 ，造成气体钻井 无法施 工 ，后转为常规钻井液钻井方式施工。考虑到应用 气体钻井技术施工井段总进尺较小 ，在川南坳陷仁 怀区块应用和推广该技术还需做进一步论证 。 仁页 1井一开、二开采用气体钻井 ，由于地层 出水，导致该技术应用效果变差。为缩短钻井周期 ， 提高下部井段机械钻速，采用 P D C钻头配合螺杆钻 具钻进 ，机械钻速较参考邻井 x井相同层位 以及该 井上部井段常规钻具明显提高 ，如表 1 所示。