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川西氣田雷口坡組氣藏處于四川盆地川西坳陷龍門山構(gòu)造帶。2014年彭州1井雷口坡組四段測(cè)試，在油壓26MPa下，獲日產(chǎn)氣121×104m3/d的高產(chǎn)工業(yè)氣流，從而發(fā)現(xiàn)了川西氣田雷口坡組氣藏，后續(xù)部署的鴨深1井、羊深1井等相繼獲得工業(yè)氣流，截至2018年，已提交控制儲(chǔ)量2166×108m3，證實(shí)了雷口坡組氣藏勘探開發(fā)前景廣闊，是國(guó)家“十四五”天然氣增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要陣地。為提高儲(chǔ)層段穿行長(zhǎng)度，進(jìn)一步提高單井產(chǎn)量，采用叢式大斜度井模式開發(fā)。在彭州4-2D井三開超深小井眼井段首次應(yīng)用抗高溫旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，實(shí)現(xiàn)軌跡的精確控制和準(zhǔn)確中靶，確保了地質(zhì)目標(biāo)的成功實(shí)現(xiàn)。
 
雷口坡組氣藏工程地質(zhì)特征
 
雷口坡組氣藏埋深為5700-6200m，為超深層氣藏；地層壓力63.47-67.81MPa，地壓系數(shù)1.10-1.20之間，為常壓地層；破裂壓力系數(shù)2.40-2.99，坍塌壓力整體低于地層孔隙壓力，局部層段接近或略大于地層壓力。雷口坡組水平最小應(yīng)1.44-2.06MPa/100m，平均1.77 MPa/100m；水平最大1.73-3.55 MPa/100m，平均2.82 MPa/100m。地應(yīng)力方向比較一致，最大主應(yīng)力方向近東西向，方位角在74-84 °之間，平均80°左右；最小主應(yīng)力方向?yàn)榻媳毕?，平均方位角?70°左右，沿最小主應(yīng)力方向鉆井井壁失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)最大。彭州4-2D井部署在川西坳陷龍門山前構(gòu)造帶鴨子河構(gòu)造，以雷口坡組四段為主要目的層，設(shè)計(jì)井深6545m/垂深5889m，最大井斜79.91°。根據(jù)設(shè)計(jì)軌跡及坍塌壓力分布圖，雷口坡組四段井斜角在58-79°、方位139°，地層坍塌壓力系數(shù)最高在1.34左右。圖1展示了雷四段坍塌壓力餅狀圖及139°方位坍塌壓力隨井斜度變化.
 
  彭州4-2D井三開井眼尺寸Φ165.1mm，井底溫度預(yù)計(jì)140-150℃，設(shè)計(jì)應(yīng)用井段5916-6545m。綜合考慮井眼尺寸、地層巖性、井溫等因素，選擇使用AutoTrak旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)，工具外徑Φ121mm、最大外徑Φ134mm、導(dǎo)向塊長(zhǎng)度620mm，近鉆頭井斜傳感器零長(zhǎng)1.2m、最高造斜率10°/30m，適合井眼尺寸Φ146-Φ171mm，最高耐溫150℃。配合OnTrak測(cè)量模塊使用，采用傳感器整體設(shè)計(jì)，所有組件內(nèi)置，可靠性高，雙伽馬/平均伽馬8個(gè)扇區(qū)成像；使用多頻率電阻率技術(shù)，2MHz和400kHz，四發(fā)雙收結(jié)構(gòu)，能夠獲得8條補(bǔ)償電阻率。圖2為旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具示意圖。
 

三開鉆遇地層主要為雷口坡組四段，上亞段上部為藻砂屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r為主，夾灰色微(粉)晶白云巖、灰質(zhì)白云巖，中亞段上部為灰色膏質(zhì)白云巖、白色云質(zhì)膏巖，下部為藻粘結(jié)白云巖、微-粉晶白云巖互層?？箯垙?qiáng)度分布在2.37-11.90MPa之間，平均5.25MPa。從巖性上來看，灰?guī)r抗張強(qiáng)度比白云巖大，表明灰?guī)r比白云巖更加致密。單軸抗壓強(qiáng)度分布在59.3-163.2MPa之間，平均為102.0MPa；彈性模量分603.7-27063.1MPa之間，平均為16112.7MPa；泊松比分布在0.102-0.343之間，平均為0.254?？摄@性4-6級(jí)，整體屬于中等抗壓強(qiáng)度、可鉆性較好的碳酸鹽巖地層。

針對(duì)雷口坡組壓實(shí)程度高、吃入性差的特點(diǎn)，采用較強(qiáng)吃入性和攻擊性鉆頭設(shè)計(jì)思路，提高鉆頭的綜合鉆進(jìn)指標(biāo)。優(yōu)選T1356B PDC鉆頭，采用3主+2副的5刀翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有利于提高攻擊性及定向施工；13mm齒，保證切削齒的吃入性；切削深度控制技術(shù)，減少各向振動(dòng)，使鉆頭工作穩(wěn)定；加強(qiáng)保徑設(shè)計(jì)，提高斜井段耐磨性能，保障鉆頭的使用壽命，避免提前磨損。圖3為選用鉆頭T1365B示意圖。

 
鉆井風(fēng)險(xiǎn)分析及技術(shù)應(yīng)對(duì)
 
上部井壁失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)：雷口坡組四段地層上儲(chǔ)層可能破碎，大斜度（58-78.6°）鉆井施工井壁穩(wěn)定難度大。地溫異常導(dǎo)致高溫旋導(dǎo)儀器損壞的風(fēng)險(xiǎn)：目的層溫度高（預(yù)計(jì)140°C），溫度過高導(dǎo)致旋導(dǎo)工具無法正常工作，甚至產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的損壞。此外，還有井漏風(fēng)險(xiǎn)，雷四段有裂縫發(fā)育，預(yù)防井漏。高振動(dòng)有可能導(dǎo)致旋導(dǎo)工具損壞，雷四段上部巖性為灰?guī)r、白云巖，可鉆性差，旋導(dǎo)工具鉆進(jìn)時(shí)振動(dòng)大，導(dǎo)致井下儀器過早損壞。針對(duì)雷四段上儲(chǔ)地層可能會(huì)出現(xiàn)的井壁坍塌，施工過程中應(yīng)對(duì)鉆井液及時(shí)補(bǔ)充潤(rùn)滑劑和防塌劑等，以使鉆井液具有較強(qiáng)的抑制和防塌潤(rùn)滑性，使用含可酸溶性材料強(qiáng)化鉆井液封堵性能，做好防塌的同時(shí)做好油層保護(hù)。鉆進(jìn)過程中應(yīng)堅(jiān)持短程提下鉆制度，每鉆進(jìn)100m井段或48h必須短程起下鉆一次，復(fù)雜井段加密短程起下鉆，保證起下鉆暢通。

正常下鉆至預(yù)計(jì)溫度達(dá)到125℃處，應(yīng)盡可能連接頂驅(qū)開泵灌漿以實(shí)時(shí)觀測(cè)到井下旋導(dǎo)工具的溫度，地層溫度超過150度不得下入旋導(dǎo)工具。減少接立柱時(shí)間，避免任何不循環(huán)的情況。在易漏層段鉆進(jìn)時(shí)接單根前應(yīng)留有一定的返屑時(shí)間，避免井下巖屑沉積過多，接好單根后應(yīng)以小排量開泵，待正常后再使用鉆進(jìn)排量，鉆進(jìn)排量在保證足夠的環(huán)空返速前提下應(yīng)采用較小排量。密切關(guān)注井下工具的振動(dòng)情況，通過優(yōu)化調(diào)整鉆井參數(shù)，以控制井下工具安全快速的完成施工井段。
 
現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用旗開得勝
 
三開開鉆井深5883m，先下入PDC鉆頭+1.5°單彎螺桿滑動(dòng)導(dǎo)向鉆具組合試鉆進(jìn)，以驗(yàn)證雷四段井壁穩(wěn)定性，實(shí)際進(jìn)尺27m，在鉆井液密度1.50g/cm3條件下，摩阻扭矩正常，無掉塊現(xiàn)象，表明井下狀況良好，滿足旋導(dǎo)工具下入條件。自2019年9月8日井深5913m開始入井使用，共使用3趟，9月27日鉆至6573.77m全井完鉆。

第1趟鉆9月8日井口測(cè)試旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向儀器工作正常，下至5000m左右開始分段循環(huán)下鉆，到底后自井深5913m開始鉆進(jìn)，鉆至井深5940.33m發(fā)現(xiàn)近鉆頭井斜不增，發(fā)100%增斜指令，控時(shí)鉆進(jìn)至5944m，井斜依然未增，現(xiàn)場(chǎng)分析和地層有關(guān)，9月12日起鉆。本趟鉆進(jìn)井段5913-5944m，進(jìn)尺31m，平均機(jī)械鉆速2.24m/h，井斜由62.01°增至63.36°，平均造斜率4.35°/100m。

第2趟鉆 9月12日井口測(cè)試，旋導(dǎo)工具一切正常后下鉆，開始正常鉆進(jìn)。鉆至井深6209.51m測(cè)斜發(fā)現(xiàn)，在未改變?nèi)魏螀?shù)的情況下，方位由140.65°突增至143.07°，發(fā)指令降方位，穩(wěn)斜降方位鉆進(jìn)。根據(jù)地質(zhì)要求，在井深6279.22m發(fā)指令改變參數(shù)，按照96.77%的合力增斜，-19.36%的力降方位，控時(shí)10-20min/m。井深6298.67m測(cè)斜，井斜降至77.1°，方位145.65°，近鉆頭井斜76.9°，導(dǎo)向工具全力增斜仍降斜，循環(huán)溫度140.7℃。9月19鉆至井深6302m，控時(shí)30-40min/m全力增斜，降斜率依然達(dá)6°/100m，起鉆更換導(dǎo)向頭。鉆進(jìn)井段5944-6302m，進(jìn)尺358m，平均機(jī)械鉆速4.61m/h。

第3趟鉆 9月20日井口測(cè)試，工具信號(hào)和數(shù)據(jù)正常，下鉆到底開始正常鉆進(jìn)。井深6387.35m，測(cè)得井下溫度 157.2℃，井深6403.39m，反復(fù)測(cè)量均測(cè)不到溫度，起鉆至套管內(nèi)，調(diào)試旋導(dǎo)儀器，再次下鉆鉆進(jìn)。鉆至6462.57m，發(fā)生井漏，起鉆至6060m堵漏。9月27日鉆至6573.77m完鉆。鉆進(jìn)井段6302-6573.77m，進(jìn)尺271.77m，平均機(jī)械鉆速5.26m/h。圖4展示了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具出井情況。三開鉆進(jìn)中克服了地層不增斜、儀器解碼率低、海相易破碎地層、井下溫度高等難題，成功鉆至井深6573.77m完鉆。
 

第1趟鉆進(jìn)使用SF54DH鉆頭，進(jìn)尺31m，平均機(jī)械鉆速2.24m/h，起出鉆頭保徑完好，磨損不大，但機(jī)械鉆速偏低。第2、3趟鉆使用T1365B鉆頭，鉆進(jìn)井段944-6573.77m，累計(jì)進(jìn)尺629.77m，平均機(jī)械鉆速4.87m/h，創(chuàng)川西雷口坡組單只鉆頭進(jìn)尺最長(zhǎng)、機(jī)械鉆速最高兩項(xiàng)工程新紀(jì)錄。出井新度90%以上，仍可以繼續(xù)入井使用，表明該鉆頭對(duì)雷口坡組灰?guī)r和白云巖適應(yīng)性好，適合在該工區(qū)推廣應(yīng)用。圖6為T1365B鉆頭入井前后對(duì)比圖。


在實(shí)鉆過程中，地質(zhì)-物探-工程團(tuán)隊(duì)緊密協(xié)作，應(yīng)用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)整軌跡，控制井斜從58°增至79.9°，然后降至70.5°，精確控制在儲(chǔ)層段穿行，鉆遇優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層315m，最高全烴達(dá)14.43%，A、B靶點(diǎn)均按要求中靶，井身質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)川西氣田第一口三開制超深大斜度井的成功完鉆。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具憑借著其旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)及近鉆頭控制的優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)快速鉆進(jìn)和軌跡的精確控制，而且井眼光滑，降低了摩阻扭矩，提高機(jī)械鉆速，減少鉆進(jìn)時(shí)間和鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的浸泡時(shí)間，有利于保護(hù)儲(chǔ)層。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具在彭州4-2D井三開斜井段的成功應(yīng)用，表明該工具基本滿足川西海相超深大斜度井的軌跡控制要求，隨著川西氣田開發(fā)進(jìn)度的加快推進(jìn)，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具在該地區(qū)具有廣闊的應(yīng)用前景。鑒于川西海相超深井井底溫度高，對(duì)定向儀器性能造成不利影響，建議加強(qiáng)鉆井液循環(huán)降溫系統(tǒng)的研發(fā)，保障定向儀器的正常工作。