非常規(guī)超深井井身結構在LG61井的應用

摘 要

摘要：四川盆地北部LG西區(qū)地質情況復雜，以二疊系為目的層的井深度一般都在6000m以上，地層壓力高，鉆井液密度均在2.00g/cm3以上，噴漏顯示頻繁。為了解決這一難題，提出LG61井采用非常
摘要：四川盆地北部LG西區(qū)地質情況復雜，以二疊系為目的層的井深度一般都在6000m以上，地層壓力高，鉆井液密度均在2.00g/cm3以上，噴漏顯示頻繁。為了解決這一難題，提出LG61井采用非常規(guī)的超深井6開制井身結構，LG61井設計井深6690m。主要采用了如下的鉆井工藝技術措施：①小井眼采用特殊小接頭Φ88.9mm鉆桿，以提高強度；②在小井眼井段，采用了PDC鉆頭，保持適當的鉆壓和轉速，嚴格控制扭矩；③在確保井控安全的前提下，盡量降低鉆井液密度；④Φ219.1mm、Φ168.3mm、Φ114.3mm套管均采用高強度耐腐蝕無接箍套管(尾管懸掛)，小間隙防氣竄固井技術；模擬套管剛度特殊通井，經比較套管與鉆柱剛度與外形尺寸，摸索出一套非常規(guī)井身結構的通井鉆具組合，確保套管在小間隙情況下，順利下至預定井深。該套成功的鉆井技術為同類非常規(guī)超深井井身結構的設計和施工提供了借供了借鑒與參考。
關鍵詞：超深井；非常規(guī)；井結構；探井；小井眼LG西區(qū)；四川盆地
0 引言
   LG61井是四川盆地北部LG西區(qū)的一口預探井，設計井深為6690m。鉆井難點主要表現在：縱向上存在多產層、多壓力系統，噴漏轉化快；地層壓力高，具有較大的不確定性，有的井最高鉆井液密度達2.45g/cm3以上；侏羅系地層容易井壁失穩(wěn)；三疊系須家河組2浸常使鉆井液受到嚴重污染；雷口坡組-長興組井段含有硫化氫，含量大多數超過30g/m3；雷口坡組、嘉陵江組地層含長段石膏、膏鹽，其塑性蠕動常擠毀套管。
   上述地質難點，常規(guī)5開制井身結構對付復雜層段手段有限，往往為了鉆達某固井深度費盡周折。為了克服這一被動局面，LG61井采用了6開制的非常規(guī)井身結構。
1 面臨的主要難題
   LG61井采用的非常規(guī)的6開制井身結構，與常規(guī)井身結構相比，實際上是依靠逐層壓縮管間環(huán)空間隙，在開鉆鉆頭尺寸不變，完井套管尺寸基本不變的情況下，多下一層套管。非常規(guī)井身結構鉆井問題，首先是與各次非常規(guī)井眼相匹配的鉆頭、鉆具、套管、井口裝置等設備的配套問題，其次是非常規(guī)井身結構帶來的特殊井下問題[1～4]，這些問題往往與壓縮環(huán)空間隙密切相關。非常規(guī)井身結構鉆井主要存在如下難題。
1.1 非常規(guī)井眼相匹配的鉆井工具的配套問題
    鉆頭選型受到限制，有時需要定制，特別是PDC鉆頭、空氣錘等；小接頭Φ88.9mm鉆桿，扶正器、套管頭、封井器半封芯子、井口試壓塞等均需要定制。
1.2 非常規(guī)尺寸套管、套管附件和下套管工具問題
    非常規(guī)尺寸套管和附件大都需要定購，有些還需要向國外采購或研制，如無接箍套管浮箍、碰壓座等；井口工具如套管吊卡、套管卡盤卡瓦均需要定制。
1.3 非常規(guī)井身結構鉆井工藝問題
    鉆具組合與井眼軌跡控制需要不斷探索與改進；缺乏Φ190.5mm、Φ139.7mm非常規(guī)小井眼處理鉆具事故的工具，處理措施受到限制；超深井小間隙井段高泵壓鉆進等問題。
1.4 固井工藝問題
    非常規(guī)井身結構引發(fā)的小間隙井眼套管下入，無接箍套管居中，使用長段無接箍套管可能存在的連接強度，窄間隙固井水泥環(huán)有效封隔防竄等問題。
2 非常規(guī)超深井井身結構的鉆井實踐
    LG61井于2008年5月25日用Φ444.5mm鉆頭第2次開鉆。使用空氣鉆鉆至井深1814m，下Φ365.1mm套管干井固井，開始了非常規(guī)井身結構的歷程。2008年8月30日使用Φ333.4mm鉆頭，鉆井液密度為1.73g/cm3，鉆至井深3748.73m，層位為須四段，受到氣浸和CO2嚴重污染，鉆井液密度為2.35g/cm3，鉆至井深4065m下Φ273.1mm套管，封隔以上復雜層段。2008年11月14日使用Φ241.3mm鉆頭，用密度為2.32g/cm3鉆井液第4次開鉆。2009年1月10日正常鉆至井深4505m，下入Φ219.1mm無節(jié)箍尾管。2009年2月11日使用Φ190.5mm鉆頭，密度為1.86g/cm3鉆井液第5次開鉆。本次開鉆基本都在32MPa左右的高泵壓下鉆進。從井深5469m開始，將井斜由2.08。定向造斜鉆至井深6406m，井斜為28.90°，實現優(yōu)質中靶。下入Φ168.3mm無節(jié)箍尾管，封上部高壓層。2009年6月7日使用Φ139.7mm鉆頭，密度為1.80g/cm3鉆井液第6次開鉆。于2009年6月15日安全順利鉆達井深6618m完鉆。下入Φ114.3mm尾管。該井先后應用了氣體鉆井、優(yōu)化鉆具組合及鉆井參數、優(yōu)選鉆井液體系、加強井口和套管防磨工作、采用深井定向鉆井技術、深井高密度固井技術等多項工藝技術，雖然遇到了很多復雜情況，但仍創(chuàng)超深井全井無事故的新紀錄，圓滿完成了勘探任務。該井的鉆頭程序和套管程序如下：
    鉆頭程序：Φ660.4mm×102m；Φ444.5mm×1814m；Φ333.4mm×4065m；Φ241.3mm×4505m；Φ190.5mm×6392m；Φ139.7mm×6 618m。
    套管程序：Φ508mm×101.50m；Φ365.1mm×1812.07m；Φ273.1mm×4062.28m；Φ219.1mm×3895.41～4504.68m；Φ193.7mm×177.8mm×0～3708.55m回接；Φ168.3mm×3708.55～6392.00m懸掛。
3 采取的主要技術措施
3.1 主要鉆井工藝技術措施
3.1.1小井眼采用特殊的鉆具
在正常情況下，下入Φ168.3mm套管后，應采用Φ73.03mm鉆桿。由于Φ73.03mm鉆桿強度有限，超深井鉆井是不安全的。同時，如果采用Φ73.03mm鉆桿，排量為10L/s，鉆至6700m時，泵壓將達到30MPa以上。因此，決定用小接頭Φ88.9mm鉆桿，以提高強度，降低循環(huán)壓耗。實際完鉆時，密度為1.80g/cm3，排量為15L/s；泵壓為29MPa。由于采用了相應的鉆具安全使用措施，鉆進中沒發(fā)生鉆具事故。
3.1.2鉆井參數
在小井眼井段，為了防止鉆頭鉆具事故，主要采用了PDC鉆頭，采用適當鉆壓和轉速，嚴格控制扭矩。為了保證上部Φ273.1mm套管段的返速，仍然采用較大排量，鉆井液保持適當的黏切，施工泵壓大都保持在29～30MPa。
3.1.3鉆井液技術
在確保井控安全的前提下，盡量降低鉆井液密度，在保證攜砂能力的前提下，提高鉆井液的流變性和潤滑性，根據鉆進和起下鉆不同情況，適時調低和提高鉆井液密度，以降低循環(huán)泵壓。
3.1.4井控技術
該井井控難點是，在采用多級懸掛后，特別是采用高密度鉆井液時，Φ273.1mm套管允許的關井壓力十分有限，理論井口最大關井壓力僅7MPa。為此，在鉆井過程中，加強地層壓力跟蹤，注意鉆進和起下鉆時顯示情況及后效強度，及時調整鉆井液密度，避免發(fā)生溢流和關井；為加強Φ273.1mm套管保護，堅持在上部套管內鉆具中加非金屬防磨接頭；定期檢查井口防磨套和上部套管試壓。雖然鉆井中氣侵顯示頻繁，但沒有發(fā)生過溢流關井。
3.1.5工藝技術準備
各次開鉆前，認真進行工藝技術的準備。Φ219.1mm、Φ168.3mm、Φ114.3mm套管均采用尾管懸掛，減小了套管頭研制的難度。二級套管頭Φ273.1mm懸掛采用特殊設計，解決了小臺階承載面(8.3mm)，大載荷(360t)難題。其他特殊尺寸的鉆頭、工具，超前計劃，提前準備好。在整個鉆井過程中，沒有出現過組織停工的情況。
3.2 固井工藝技術
3.2.1采用高強度耐腐蝕無接箍套管
針對三疊系、二疊系地層異常高壓，CO2、H2S腐蝕，石膏、膏鹽層，選用110、140高強度耐腐蝕套管，并在Φ219.1mm、Φ193.7mm、Φ168.3mm套管固井中，使用無接箍套管，以便選用厚壁套管，提高套管強度。
3.2.2小間隙防竄固井技術
    該井地層壓力異常高，縱向氣侵顯示活躍，固井防氣竄長期是一大難點。有理論研究認為，小于Φ25.4mm的小間隙固井，不利于固井質量。該井Φ219.1mm、Φ168.3mm、Φ114.3mm尾管固井，3次固井環(huán)空間隙均只有Φ11mm～13mm，固井防氣竄難度大。該井綜合采用多項防氣竄固井技術解決了防氣竄問題。
3.2.3模擬套管剛度特殊通井措施
    經比較套管與鉆柱剛度與外形尺寸，摸索出一套非常規(guī)井身結構的通井鉆具組合，確保套管在小間隙情況下，順利下至預定井深。
3.2.4非標準套管附件與工具的選擇
    非標準套管附件的加工目前受絲扣加工條件的限制，該井采用內置式附件。Φ365.1mm套管浮箍、內管注水泥器采用臺階內置式連接；Φ219.1mm、Φ168.3mm套管浮箍、碰壓座采用BAKER內置式；Φ168.3mm套管懸掛器直接懸掛在Φ219.1mm懸掛器之上的Φ273.1mm套管上，便于Φ193.7mm套管回接。
4 結論
    1) 該井采用非常規(guī)井身結構，遇到不少困難和問題，經過努力，順利鉆達目的層，表明采用非常規(guī)超深井井身結構是可行的，是一次有益的嘗試。但還需改進和完善。
    2) Φ273.1mm套管固井后，以下3次固井均采用尾管懸掛，使用高密度鉆井液鉆井，溢流后關井壓力受到限制。建議對井身結構進行改進，采用強度更高的套管，以提高處理復雜情況的能力。
    3) 該井采取了自行研制、委托采購、國外引進的不同方式，配套了非常規(guī)井身結構鉆井專用工具，基本上滿足了生產需要。建議繼續(xù)進行完善改進，提高產品質量。
參考文獻
[1] 楊順輝.復雜深井超深井非常規(guī)井身結構設計[J].西部探礦工程，2006(6)：171-172.
[2] 王越之，段異生，金業(yè)權，等.非常規(guī)井身結構中套管選用技術研究[J].石油天然氣學報.2006，28(4)：93-95.
[3] 鄭有成，錢浩東，常洪渠.關于采用非常規(guī)套管程序改進四川深井井身結構的探討[J].鉆采工藝，2007，4：7-11.
[4] 劉汕山，曾義金.復雜條件下鉆井技術難點及對策[M].北京：中國石化出版社，2005.
 
(本文作者：干建華 程常修 林強 陳小華 代孟清 川慶鉆探工程公司川西鉆探公司)