剑阁区块井身结构现状与优化

黄升超

（川庆钻探工程有限公司川西钻探公司，四川 成都 610051）

0 引言

剑阁区块具有高温高压、压力系统复杂、异常高压发育、纵向上多产层等特点。当前主要开发三叠系下统飞仙关和二叠系上统长兴组，完钻井井深6 578～7 793 m。因地质条件复杂，当前使用的主要是六开六完的非常规井身结构，井身结构已经达到极限。若要钻探下部的的二叠系下统茅口组，因压力系统复杂，当前使用的井身结构已经不能保证能成功钻至下二叠统，钻井难度大。在下文中对当前使用的井身结构进行了总结，并针对新部署钻探茅口组的风险探井JT1井，对现有井身结构进行了优化设计，调整套管下入层位，在确保实现钻探茅口组的同时，且条件允许的情况下，减少一层套管，实现更大尺寸套管完井。

1 地层特点

1.1 地层分层

剑阁区块地层层序正常，以新部署的JT1井为例，自上而下分别钻遇白垩系剑门关组；侏罗系蓬莱镇组、遂宁组、沙溪庙组、凉高山组、自流井组珍珠冲段；三叠系须家河组、雷口坡组、嘉陵江组、飞仙关组；二叠系长兴组、吴家坪组、茅口组。主要目的层为飞仙关、茅口组，设计进入茅口组100 m完钻。特殊岩性主要有：珍珠冲、须家河含砾岩、石英砂岩，地层可钻性差，机械钻速低；雷口坡、嘉陵江含盐岩、石膏，为塑性地层，易造成井眼缩径，易溶解后形成大肚子造成上部井壁失去支撑造成垮塌；吴家坪、茅口含燧石和硅质灰岩，可钻性差，机械钻速低。

1.2 地层压力特点

参考完成井实测压力及钻井液密度数据，预测剑门关组-凉高山组为常压地层，压力系数1.0～1.2；珍珠冲段压力系数1.35；须家河组为高压地层，压力系数2.10；雷口坡组-飞仙关组压力系数1.70；长兴组相对低压，压力系数1.40；吴家坪组-茅口组为高压地层，压力系数2.0。

2 井身结构现状和存在的问题

2.1 完成井情况

剑阁区块二叠系的井目前已完钻JM1、LG61、LG62、LG63、LG68、LG69、LG70等井，除LG70井钻穿下二叠统茅口组、栖霞组以外，其他井均钻至上二叠统长兴组完钻。

2.2 井身结构应用历程

剑阁区块的井身结构主要经历JM1井和之后的LG61、LG62等井两个阶段。JM1井原设计Φ177.8 mm套管下至飞仙关，实钻中因须家河钻遇高压地层而提前下入，导致下部Φ149.2 mm小井眼钻进井段长达2 007 m。之后设计了六开六完的非常规井身结构，应用在LG61、LG62、LG63、LG68、LG69等井,该套井身结构为当前剑阁区块的主流井身结构[1-3]。

2.3 存在的主要工程地质难点分析

⑴珍珠冲段存在异常高压，可能发生气侵或溢流。⑵须家河组为高压气层，且易漏失，安全密度窗口窄，钻井过程中可能溢漏同存。⑶嘉陵江组含盐岩、石膏，钻井过程中可能发生卡钻等复杂；且存在高压水层，需注意防盐水侵。⑷飞仙关存在异常高压，可能发生溢流。⑸长兴组为区域产层，本井若钻遇生物礁，可能发生井漏、溢流、卡钻等复杂。⑹吴家坪～茅口组安全密度窗口窄，钻井过程中可能溢漏同存。⑺高温、高压、含H2S。JT1井底垂深7 435 m，预计井底温度177 ℃；须家河、吴家坪-茅口为高压地层，地质设计预测压力系数分别为2.10、2.00。

2.4 当前井身结构存在的主要问题

剑阁区块若钻探飞仙关、长兴组，当前井身结构应用较成熟，但若钻探下部的茅口组高压层，则井身结构存在较大风险。下文以新部署的风险探井JT1井来进行分析。

通过对地层压力和邻井的资料进行分析，JT1井自下而上存在的必封点有：①吴家坪-茅口为高压、窄密度窗口地层，需要在吴家坪顶部下套管；②～③须家河为高压、窄密度窗口地层，需要在须家河顶和底分别下套管封隔；④下表层套管，建立井口装置；⑤因JT1井井场为填方，散石厚度11 m，需要下导管封隔不稳定地层。因此，JT1井至少需要六开井身结构。

长兴组压力系数1.4，雷口坡-飞仙关正常压力系数1.7，虽然相差较大，但通过实钻分析，JM1井、LG70井飞仙关组均未钻遇异常高压），且顺利完成正常情况下可以使用当前井身结构（标记为方案一）。此方案相对比较成熟，但飞仙关可能钻遇异常高压，无法实现钻探茅口组的地质目的。

3 井身结构优化设计

为了确保钻至茅口组气藏、实现地质目的，设计时按飞仙关钻遇异常高压来考虑，必需对当前井身结构进行优化。设计思路为调整须家河以上井段套管下深，减少一层套管以备对长兴组进行专封。通过总结已钻井实钻密度和漏失情况，分析相对低压层段承压能力如下：⑴推测剑门关组-蓬莱镇组承压能力当量密度高于1.47 g/cm3。依据为：①相邻以须家河为目的层的JM102井在306～3 686 m井段（剑门关-沙溪庙）密度1.55 g/cm3未显示井漏；②JM104井在300～3 625 m井段（剑门关-沙溪庙）密度1.47 g/cm3未显示井漏。⑵推测遂宁组-珍珠冲段该段承压能力当量密度高于1.80 g/cm3，可能达到2.34 g/cm3以上。依据为：①LG61井在1 812～4 065 m（遂宁组-须家河）井段密度2.34 g/cm3未显示井漏；②LG62井在1 790～3 833 m（遂宁组-珍珠冲段）井段密度1.84 g/cm3未显示井漏；③LG63井在2 013～4 476 m（遂宁组-珍珠冲段）井段密度1.80 g/cm3未显示井漏。⑶推测雷口坡组-飞仙关组地层承压能力当量密度高于2.10 g/cm3。依据为：①JM1井对裸眼段5 002～6 038 m(雷口坡-嘉陵江)承压试验井漏，折合当量密度2.11～2.17 g/cm3；②LG62井密度 1.80 g/cm3钻至6 227 m（飞仙关）气侵，提密度至2.18，基本未漏失；③LG69井飞仙关发生溢流，密度1.93 g/cm3提高至2.21 g/cm3，未发生漏失。⑷推测长兴组地层承压能力当量密度高于1.80 g/cm3。依据为：①JM1、LG61井在长兴组分别采用钻井液密度1.85 g/cm3、1.80 g/cm3钻进未发生漏失；②LG70井对长兴组进行承压试验，当量密度1.82 g/cm3未漏失。其中JM1井、LG70井飞仙关组未钻遇异常高压，均将雷口坡组-长兴组一起打，并顺利完成。

基于以上分析，认为：①剑门关-凉高山压力系数1.0～1.2，邻井未见异常高压，钻井液密度控制在1.45 g/cm3以内，该段承压能力高于1.47 g/cm3，可以考虑在一起打；②珍珠冲压力系数1.35，存在异常高压，密度可能超过1.80 g/cm3，与剑门关-凉高山一起打存在较大井漏风险，通过LG61井实钻情况分析，珍珠冲段承压能力超过2.34 g/cm3，因此可考虑将珍珠冲与须家河一起打；③雷口坡组-飞仙关组承压能力强，即使飞仙关钻遇异常高压，雷口坡组-飞仙关组也可以一起打；④在飞仙关组不钻遇异常高压的情况下长兴组可以和上部的雷口坡组-飞仙关组一起打。

因此，设计了方案二井身结构：一开Φ914.4 mm钻头开钻，下720 mm导管至25 m左右，封固地表散石等不稳定地层；二开Φ660.4 mm钻头钻至480 m左右，下Φ508 mm表层套管，封固上部水层、漏层、垮塌层，安装井口；三开Φ444.5 mm钻头钻至珍珠冲顶4 100 m，下Φ365.1 mm套管，封隔上部相对低压层；四开Φ333.4 mm钻头钻至雷口坡顶5 238 m，下Φ273.05 mm + Φ282.58 mm套管，封隔须家河高压层；五开Φ241.3 mm井眼考虑飞仙关钻遇异常高压，钻至长兴顶7 090 m下入Φ219.08 mm悬挂套管；六开Φ190.5 mm钻头钻至吴家坪顶7 352 m，悬挂Φ168.3 mm套管，再回接Φ193.68 mm + 177.8 mm套管；七开Φ139.7 mm钻头钻至完钻井深7 574 m，下114.3 mm尾管完井。

方案二井身结构在实施过程中，若五开Φ241.3 mm井眼在飞仙关组未钻遇异常高压，则继续钻完长兴组至吴家坪 组 顶 部，下Φ193.68 mm+Φ177.8 mm+Φ184.15 mm油层套管，采用先悬挂Φ177.8 mm+Φ184.15 mm套管，再回接Φ193.68 mm+Φ177.8 mm套管的固井方式；六开使用149.2 mm钻头钻至完钻井深，下Φ127 mm尾管完井。从而简化井身结构，扩大完井尺寸。基于方案二井身结构的可靠性，推荐该方案作为JT1井的实施方案。

4 井身结构进一步优化建议

采用方案二井身结构，最终可能为Φ114.3 mm尾管完井，这样井眼尺寸小，不利于完井和后期井下作业，鉴于长兴组为相对低压地层，建议应用膨胀管技术，进一步扩大井眼尺寸。初步设计为：前五开与方案二相同；六开Φ190.5 mm钻头钻至吴家坪顶7 352 m，对长兴组扩眼后下膨胀管，要求膨胀管膨胀后通径不小于Φ149.2 mm；七开Φ149.2 mm钻头钻至完钻井深7 574 m，下Φ127 mm尾管，然后分段回接Φ193.68 mm+Φ177.8 mm+Φ168.3 mm套管完井。按照行业标准[6]，计算膨胀管最低强度要求为：抗内压61 MPa、抗外挤38 MPa。这样，即使飞仙关钻遇异常高压地层，也能保证最终Φ127 mm尾管完井。

5 结语

⑴剑阁区块当前使用的六开六完非常规井身结构基本可以满足钻探飞仙关组、长兴组气藏，但钻探下二叠统茅口组风险较大，可能不能实现地质目标。⑵针对钻探下二叠统的JT1井，通过分析各段地层的承压能力，提出井身结构优化方案，将Φ365.1 mm套管深下至珍珠冲顶，节省一层套管作为下部飞仙关钻遇异常高压后的备用，设计七开七完井身结构，若飞仙关未钻遇异常高压，则转换为六开六完，扩大完井井眼尺寸。⑶为了保障优化后的井身结构顺利实施，相关方进行了调配ZJ80型钻机、引进48～70大尺寸防喷器组、采购大套管高钢级套管和加厚套管等技术准备。⑷采用方案二井身结构，最终可能为Φ114.3 mm尾管完井，这样井眼尺寸小，不利于完井和后期井下作业，鉴于长兴组为相对低压地层，建议应用膨胀管技术，进一步扩大井眼尺寸。