盐城中生界含气井优快钻井技术

程智勇 严忠

摘要：盐城地层井上部地层盐城组、三垛组缩径严重;戴南组、阜宁组地层稳定性差;原井身结构二开段裸眼段长、地层岩性变化大、压力层系跨度大，以及阜宁组高压，二开段施工复杂异常不断;且下部中生界地层研磨性强、易漏失、气侵溢流;给钻井施工带来诸多难题。针对各地层岩性特征、压力体系、油气层分布等特点，展开技术研究，形成了井身结构优化、井壁稳定、钻井工具优选以及安全钻井等技术，在盐城后续井的施工中得以应用，取得了良好的施工效果。

关键词：缩径、漏失、溢流、复合井眼、垮塌、划眼

盐城凹陷天然气源于古生界烃源层，相对于上扬子海相，本区构造复杂、天然气保存条件苛刻，朱家墩气藏东部及新洋次凹等地区20世纪末部署多口探井，多因构造复杂、气源输导条件不利等原因先后失利，二十年来天然气勘探一直停滞不前。今年以来，油田加大勘探开发力度，应用隐蔽气藏圈闭评价思路，在朱家墩气藏东部落实了可钻构造-岩性圈闭。

1盐城气井主要施工难点

盐城地区地层由上至下包括第四系东台组，新近系盐城组，古近系三垛组、戴南组、阜宁组，中生界白垩系泰州组，该地区施工难点主要体现在以下几方面：

1.1 二开地层地层跨度大，井壁稳定性差

盐城组灰绿色泥岩、三垛组棕红色泥岩易水化膨胀缩径、造浆，砂砾岩地层易形成厚泥饼造成缩径，易造成起钻挂卡、下钻遇阻。阜宁组泥岩易垮塌、掉块，尤其是阜二段的“七尖峰”至“四尖峰”灰黑色泥岩垮塌严重。

1.2 井身结构待优化

盐城地区气井主要采用三级常规井身结构，二开311.2mm井眼自盐城组至阜宁组，裸眼段长，地层岩性变化、压力层系跨度大，施工后期缩径垮塌严重，加之阜宁组异常高压，且下部中生界地层研磨性强、易漏失、气侵溢流，给钻井施工带来诸多难题。

2优快钻井技术研究

2.1 井身结构优化

根据邻井实测情况，（1）地层压力方面，E1f2段存在一段高压油页岩地层，地层压力系数达到1.55;K2t2地层为低压层，根据邻井实测数据，地层压力系数在0.9-1之间，其他井段为常规压力体系。（2）破裂压力方面，盐城组地层破裂压力在1.94左右，阜宁组地层破裂压力在1.64左右。

前期采用的井身结构，采用Φ444.5mm井眼封住盐二段以上胶结疏松不稳定地层，采用Φ311.2mm井眼封隔阜一段中部及以上易缩径、垮塌地层，三开Φ215.9mm自阜一段钻至泰州组，下入Φ139.7mm套管回接至井口。

前期的井身结构弊端，一是二开裸眼段长，盐城组及三垛组上部缩径严重、下部戴南组和阜宁组井壁稳定性较差，复杂故障频发，盐城1井在盐二段、垛一段起下钻由于缩径原因划眼，盐城4井三垛组和阜宁组短起下频发挂卡、遇阻进行划眼，盐城1-3井下钻在盐城、三垛、戴南及阜宁整段划眼;二是套管回接井口，固井成本高，不利于降本增效。

为消除弊端、降本增效，优化出新三级复合井身结构，采用Φ406.4mm井眼封隔盐二段上部胶结疏松不稳定地层，二开采用复合井眼，Φ241.3mm井眼钻至戴南组顶，给盐城组、三垛组留有缩径余地，降低后期处理时效，Φ222.2mm井眼再钻至阜一段中部，Φ177.8mm套管封隔阜一段中部及以上易縮径、垮塌地层，以及对阜宁组可能存在的高压层进行封固，为三开泰州组低压气层施工创造井筒条件。三开采用Φ152.4mm井眼对泰州组专层专打，完井采用Φ127mm无接箍尾管。

优化后的井身结构，一开缩小井眼可提高循环返速、提高携砂效果，提高施工进度;二开复合式井眼可有效降低上部盐城组、三垛组地层缩径引起的复杂异常处理时间;三开在不影响后续井下作业的前提下，采用无接箍尾管进行悬挂，节约可观套管、固井费用。

2.2井壁稳定技术

（1）井壁失稳机理分析

盐城地区上部井段盐城组灰绿色泥岩易缩径，三垛组棕红色泥岩易水化膨胀缩径、造浆;下部阜宁组尤其是阜二段的“七尖峰”至“四尖峰”灰黑色泥岩遇水极易垮塌。该地层皆位于二开井段中，所以，控制好上部井段缩径、下部井段垮塌对提高施工速度、施工安全尤为重要。阜宁组页岩段脆性矿物含量较高，粘土矿物中蒙脱石含量较高，页岩遇水易膨胀、水化分解。

（2）钻井液井壁稳定性能优化、维护措施

为维护井筒井壁稳定需要，尤其是二开长裸眼段井壁稳定性，上部盐城组-三垛组主要考虑防缩径、垮塌，下部阜宁组主要问题是泥页岩垮塌处理。

1）盐城组-垛一段钻井液处理措施

该段盐城组灰绿色泥岩易缩径，三垛组棕红色泥岩易水化膨胀缩径、造浆，砂砾岩地层易形成厚泥饼造成缩径。通过补充PMHA-Ⅱ、NH4-HPAN、乳液共聚物、K2CO3调整钻井液性能，保证钻井液强的抑制性能和适当的密度，控制棕色泥岩的造浆和缩径。

三垛组之前，调整好钻井液（控制般含在20-30g/l），加入KCl、PAC-LV、QS-4转换为氯化钾聚合物钻井液体系，保持KCL含量不低于5-7%，增强钻井液的抑制性能，防止地层缩径。

2）戴二段-阜一段钻井液处理措施

阜宁组地层易垮，尤其是阜二段灰黑色泥岩遇水极易垮塌。

该井段钻井液通过采用氯化钾聚合物+聚胺防塌钻井液体系、加入适量聚胺抑制剂、补充KCL含量不低于5%，确保钻井液具有良好的抑制性、包被性和流变性。

进入戴一段地层，加入2%GL-1进行防塌预处理，并加入0.2-0.3%聚胺抑制剂PAIR，同时将密度提到1.28g/cm3，并配合使用QS-4、FT-342，增强封堵抑制防塌能力，确保井壁的稳定。

（3）盐城已完井两口井井径情况

盐城地区最新两口完成井井径扩大率分别为10.92%、8.20%，由于以往井资料井径数据缺失，无法横向对比，但与工程设计要求油层段井径扩大率不大于13%相比，两口井井径数据皆远低于设计值，说明了钻井液性能可满足井壁稳定的需要。

2.3 安全快速钻井配套技术

（1）钻井工具优选

1）钻头、螺杆优选

①地层岩性成分、可钻性分析

盐城地区盐二段以上岩性为粘土、砾状砂岩，胶结疏松，可钻性较好。

盐城-三垛组泥岩极易缩径，均质性差，其中砾岩对PDC破坏性强。

中下部井段戴南组为粗-细粉砂岩、泥岩及细砂砾岩为主，均质性好，可钻性强;阜宁组主要为黑灰色硬脆性泥岩，易垮塌;泰州组主要以灰黑色泥岩、云灰质砂岩为主，地层研磨性较强。

②钻头优选

A、针对一开Φ406.4mm井眼，由于东台-盐二段地层不含大径砾岩，以粘土、粉砂岩、砂泥岩为主，推荐PDC+钟摆钻具，选用Φ16mm复合片、六刀翼PDC钻头，通过加强水力冲刷作用，防斜打直快速钻进。

钻头特征：整体6刀翼、稳定性好，缓解PDC复合片过早崩齿失效;16mm抗冲击复合片，大齿间距、小后倾角强攻击型设计;鼻部、肩部减震齿设计，提高钻头抗冲击性能;多喷嘴结构，水力冲刷强。

B、针对盐一段-三垛组地层易缩径、均质性差、大径砾岩特点，PDC齿崩齿失效，重点解决砂砾岩、夹层造成的复合片崩齿失效的问题，推荐Φ19mm复合片、六刀翼、双排齿结构的PDC钻头，匹配4级5：6头Φ197mm等壁厚螺杆

钻头特征：19mm抗冲击性复合片，大齿间距提高钻头破岩效率;双排齿设计，提高钻头寿命;多喷嘴结构，避免泥包现象。

C、戴南组-阜宁组地层均质性强，以泥岩、硬质泥岩、粉砂岩互层为主，常规PDC钻头面临吃入地层困难、机械钻速慢的问题，推荐攻击型较强的Φ16mm复合片5刀翼的“尖峰”PDC钻头，匹配3.5级5：6头Φ172mm等壁厚螺杆。

钻头特征：整体5刀翼、钻头中心两主刀翼、深排屑齿、多喷嘴结构;采用尖圆齿，提高钻头破岩效率;Φ16mm高抗冲击性复合片。

2）钻具组合推荐

一开采用PDC+塔式钟摆钻具组合防斜打直;二开Φ241.3mm、Φ222.2mm井眼分别采用Φ197mm、Φ172mm单弯螺杆双扶双稳预弯曲钻具配合MWD防斜钻进;针对Φ152.4mm小井眼，采用Φ127mm无扶单弯+Φ120mm钻鋌+Φ88.9mm钻杆钻具配合MWD钻进。

（2）复杂故障预防处理

1）阜二段高压层溢流风险

阜二段地层压力系数达到1.55，盐城后续井钻进至阜二段前需将钻井液密度提至1.40g/cm3左右;且需加强井控意识，发现溢流迹象及时关井，避免高套压。

后续根据关井套压情况可采取节流循环压井等方式处理，注意防止长裸眼段钻具粘卡，可通过调低半封管汇压力的方式对关井钻具进行活动，确保井下钻具安全。

2）泰州组漏失风险

根据以往钻井资料显示，泰州组泰二段、泰一段属于低压气藏，地层压力系数为0.9-1，且含玄武岩，漏失风险高。

钻遇该井段前需根据设计适当控制钻井液密度，加强液面观察，并进行随钻堵漏，提高地层的承压能力，进而降低漏失的几率。

3现场应用效果分析

盐城地区已完井2口，通过实施，实现了快速、安全钻进，井下复杂、故障时效大为降低，机械钻速大幅提高，钻井周期大幅缩短。相较于以往施工井，实施后钻井周期缩短60.26%，机械钻速提高127.88%，复杂故障时效降低57.44%。

其中YC5井完钻井深4086.8m，钻井周期61天，机械钻速8.51m/h，较已钻井平均机械钻速提高了116%、钻井周期较设计节约28.08%，刷新了盐城气田全井机械钻速最快、钻井周期最短两项纪录。

4、结论与建议

（1）针对长裸眼、岩性、压力系统差异大井段，采用复式井眼结构有效降低了复杂故障几率，施工效率得到很大提升。

（2）针对地层岩性特点优化钻头结构、采用高强度复合片、异型齿，可取得良好的提速效果。

（3）下部井段采用氯化钾聚合物+聚胺防塌钻井液体系，确保良好的抑制性和包被性，井壁稳定性大为提高。

参考文献

[1]程海生.苏北盆地阜宁组泥页岩储层特性.复杂油气藏.2015，8（3）：10-16.

[2]毛凤鸣.盐城凹陷朱家墩地层天然气储层特性.西安石油学院学报.2001，16（1）：8-15.

[3]卢春阳.盐城地区可钻性分级及钻头选型.钻采工艺.2001：10-12.

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