四开水平段钻井技术难点及相应对策

摘要：水平井WHX-4的设计深度为5413米，其水平部分预定长度为1500米，完钻层位定在志留系龙马溪组。鉴于地质分析和周边井的数据，该区域的四开水平段钻进速度较慢，地层薄且参数变化大，导致导向施工颇具挑战。此外，还面临气侵、井漏、垮塌和井喷等多重风险。因此，对WHX-4井四开水平段的钻井难题进行了深入分析，并研究了相应的钻井技术，旨在寻找降低复杂事故率、提升钻井效率的技术方案和解决方法。

关键词：四开水平段；复杂事故率；钻井效率；施工难度

为解决W HX 区块四开水平段钻井机械钻速慢、导向施工要求高、仪器稳定性差，且易发生卡钻、气侵、井漏复杂情况等诸多问题，详细分析了W HX-4 井四开水平段钻井的主要难点，制定了相应对策，建立了四开“一趟钻”技术模板，并指导完成W HX-4 井四开钻井施工，用时 18.79 d一趟钻打完 2 217 m 进尺，为该区块及相邻区块、类似区块的四开钻井施工提供了较好的借鉴，为完善W四开钻井技术提供了良好的借鉴与参考。

1四开水平段钻井难点分析

1.1地层可钻性差，机械钻速低

该区块地层埋深较深，围压强度大，地层可钻性差。雷口坡组灰岩，茅口、栖霞组生物碎屑灰岩，抗压强度较高，龙潭为代表的夹层页岩塑性较强，钻头打滑、剪切地层困难，致使机械钻速较慢。以WHX-2井为例，龙潭-栖霞组钻时在30min·m-1以上，龙潭组平均机械钻速仅1.62m·h-1。

1.2目的层薄、水平段微构造存在不确定性，导向施工难度大

该区块储层埋深3388～3818m，目标箱体位置为龙一11层中下部，层薄、厚约为6m，地震资料处理精度不够，地层参数预测误差大，前期该区块构造落实程度还不够详细，邻井WHX-3井施工至水平段600m左右时，钻遇小洼兜，井斜由91.23°降至86.42°,再增至95°后又降至91°,轨迹于五峰组中穿行66m，WHX-4井施工时水平段可能同样钻遇该地层，地层存在不确定性，水平段轨迹调整频繁，给导向施工轨迹跟踪带来较大难度。

1.3井温高、振动大，对仪器稳定性要求高

WHX-4井优质页岩埋深在3700m左右，同平台已经完钻两口井最后温度超过130℃,要满足顺利施工，单串仪器循环时间将达到400~500h左右，受高温、振动和长时间使用等因数影响，仪器发生故障的风险增加。

1.4地层变化大，卡钻、井漏、气侵等井下风险多发

WHX-4井水平段长1500m，垂深约3660m，进入龙马溪组。龙马溪组页岩矿物主要成分为石英，其次为方解石、菱铁矿、白云石和黏土矿物，还含有少量的长石和黄铁矿，页岩硬脆属性特征明显，在钻井液的作用下，极易造成微裂缝开裂，从而发生剥落掉块，施工至水平段后期，可能会存在岩屑床堆积，增加了后期的扭矩摩阻，甚至造成卡钻风险。

2对策分析

2.1优选钻头及钻井参数

为满足该区块钻井需要，钻头既要保证高机械钻速，又要能够配套旋转导向钻井系统实现高的造斜率，满足复杂储层有效追踪需要，同时还要有高稳定性，降低钻柱有害振动。资料显示，在WHX平台史密斯钻头总体表现较好。因此，选用史密斯五刀翼MDI516钻头进行四开施工，仪器井底振动小，造斜率好，且机械钻速快。钻井参数方面，通过软件预测和实时计算不同井段的钻井扭矩和摩阻，严格监控仪器参数，根据仪器振动大小与扭矩波动及时对钻井参数进行调整，在确保井底仪器安全前提下，逐步加大钻压，释放钻井参数，提高机械钻速。

2.2优选旋导工具及钻具组合

旋转导向技术能够自动灵活地调整井斜和方位，在钻柱旋转状态下实现井眼轨迹控制，能有效降低坍塌及卡钻等井下事故、使井筒质量更优，大大提高钻井速度和安全性，保证轨迹控制质量。WHX-4井选用贝克ATC旋导仪器，使用全新配件进行组装，并对各部件进行探伤，切实保障仪器可靠性。依邻井资料可知，马达对于本平台钻井提速效果不明显，而且马达寿命有限，施工后期泵压过高导致排量受限，增加井下风险，综合考虑钻具组合中不下入马达。同时，考虑长水平施工携岩问题，在钻具组合中加入旋流清砂器，提高携岩率，保证井眼的清洁。确定的四开钻具组合如下：Φ215.9mmPDC+Φ172mmATC仪器+Φ127mm无磁承压钻杆+Φ127mm加重钻杆1根+Φ172mm浮阀+Φ127mm加重钻杆2根+Φ165mm史密斯随钻震击器+Φ127mm加重钻杆6根+Φ127mm钻杆3柱+旋流清砂器+Φ127mm钻杆+411×520+Φ139.9mm钻杆。钻井施工过程中，结合邻井WHX-3井施工情况，提前预测水平段可能小洼兜发育井段，提前将轨迹进行调整，直接利用旋导的方位GR判断地层上下切，更快速的做出反应，及时下达调整指令。上切过程中控制降斜幅度，避免井斜降至太低；下切过程中，先把井斜增起来，防止地层挤压造成的局部变化过快而底出，进入五峰组。

2.3降温、减振，提高仪器稳定性

该区块属于深层页岩气，针对仪器高温问题，根据井场条件，调整降温装置流程，使钻井液经三级净化后直接进入地面降温装置降温，然后直接进入泥浆泵上水罐打入井筒，提升降温效率。井底温度达到120℃启用地面降温装置，提前降低井底温度，井底温度超过125℃进行短起下时，采用开泵循环扩划眼形式操作，避免仪器高温。同时，严格泥浆净化措施，加密对净化设备检查和使用、钻井液采取水化处理、增加泥浆携带与悬浮能力，从而减少仪器摩擦生热，通过减少水平段接立柱、更换顶驱配件等停泵时间，防止钻井液静止时间长后升温对仪器造成影响。

2.4优选钻井液及其处理技术

油基钻井液具有抗高温、抗盐钙侵蚀、利于井壁稳定、润滑性好、对油气层损害小等诸多优点，且由于页岩储层含有黏土矿物，钻井过程中易吸水膨胀造成垮塌[9]，因此WHX-4井四开钻井施工中，优选使用油基钻井液，选择塑性粘度更低的柴油作为基础油，并采取措施降低卡钻、井漏、气侵等井下风险。针对卡钻问题，严格控制钻井液固相含量，提高携岩能力。加强固控设备使用，控制钻井液中低密度固相含量控制在8%以内，确保钻井液清洁，保持良好的流变性，有效的冲刷对岩屑床的形成有抑制作用。

3现场应用及效果分析

WHX-4井完钻井深5450m，四开施工段总长2217m，其中造斜段长717m，水平段长1500m。利用“一趟钻”技术指导钻井施工，用时18.79d一趟钻打完2217m进尺，优质页岩钻遇率100%。与区块2014-2017年18口完成井钻进情况进行对比，结果如表1所示。WHX-4井完钻井深同比多128.28m，水平段长度同比多59.89m，全井钻井周期同比少8.81天，机械钻速同比提高3.09m·h-1。其中四开井段钻井周期同比少27.13d，机械钻速同比多5.17m·h-1。

表1技术指标对比

WHX-4井四开井段生产时效达到100%，纯钻时间占比46.23%，由于本井目的层垂深深，为了保障接立柱安全和旋导工具性能稳定，循环钻井液用时较长，占比20.22%，如图1所示。

图2四开钻井时效分析

与同区块时效进行对比分析，WHX-4井四开各项指标优势均较明显：纯钻进时间10.21d,比区块平均（16.38d）少6.17d；起下钻时间2.68d，比区块平均（7.02d）少4.34d；循环、扩划眼时间5.75d，比区块平均（13.78d）少8.03d；无事故复杂和其他时间，比区块平均（6.88d）少6.88d；无修理和组织停工，比区块平均（1.81d）少1.81d；完井时间8.67d，比区块平均（17.77d）少9.1d。

4成果及结论

1）WHX-4井四开水平段钻井存在机械钻速低、导向施工难度大、对仪器稳定性要求高及卡钻、井漏、气侵等井下风险多发等施工难题。

2）从地质条件、工具仪器、工程措施、钻井液工艺等方面进行研究分析，通过技术集成与创新，初步形成以优选钻头及钻井参数、优选旋导工具及钻具组合、优选钻井液及其处理技术等措施为核心的四开“一趟钻”技术模板。

3）以“一趟钻”技术为指导，WHX-4井四开用时18.79d，一趟钻打完2217m进尺，一举打破该区块“钻井周期最短”、“平均机械钻速最快”等四项记录，施工效果良好。

参考文献：

[1]睢圣，沈建文，杜征鸿，等.W荣深层页岩气水平井钻井提速关键技术[C].第31届全国天然气学术年会（2019）论文集，2019:268-275.