涪页HF_1页岩气水平井钻井关键技术_马庆涛

性强，钻头损坏严重，采用空气钻井大大提高了机 械钻速。二开选用 311. 2 mm 牙轮钻头 8 只， PDC 钻头 4 只， 空气锤 1 只； 三开水平段选用 215. 9 mm 进口 PDC 钻头 2 只进行复合钻进，提高了机械 示。
0
引
言
同时也验证了水平井技术在开发页岩气方面的适用 ［1 ］ 性 。该井在钻探过程中面临地质不确定因素多 、 地层可钻性差、 页岩层易坍塌、 井身质量要求高、 机械钻速低、固井难度大等难题。施工中合理选用 配套技术，系统优化工程设计，最终成功钻达目的 层，为涪陵区块水平井钻探提供了依据 。
涪页 HF － 1 井是中国石油化工集团公司部署 在四川盆地的第 1 口页岩气预探水平井，以页岩气 勘探的有利层系下侏罗统自流井组大安寨段页岩层 为目的层，成功钻遇 1 130. 75 m 页岩气油气显示，
表1 Table 1
开次 导管 1 2 3
涪页 HF － 1 井井区位于川东南涪陵区块的东 北部，构造上位于川东弧形高陡褶皱带上 ，属于万 县复向斜焦石坝苟家场黄泥塘斜列背斜带中的拔 山寺向斜，受龙门山、齐岳山断裂的影响，构造呈 北东向延伸。涪页 HF － 1 井自上而下钻遇遂宁组、 沙溪庙组、凉高山组、自流井组大安寨段。 大安寨段储层主要为浅湖半深湖相沉积， 呈 页岩、灰岩、砂岩不等厚频繁互层状，其中页岩为 主要储集岩。 页岩粘土矿物质量分数为 42. 0% ～ 68. 2% 。 碎 屑 矿 物 以 石 英 为 主， 质 量 分 数 为 22. 4% ～ 42. 0% ，其次为方解石和斜长石， 质量分 数分别为 3. 0% ～ 20. 5% 和 4. 0% 左右， 另有少量 白云石、黄铁矿和赤铁矿等。大安寨段岩石力学参 数： 上部、下部灰岩泊松比为 0. 27 ～ 0. 37 ， 平均 0. 33 ，弹性模量为 51 ～ 81 GPa， 平均 70 GPa； 中 部泥页岩泊松比为 0. 21 ～ 0. 38 ， 平均 0. 30 ， 弹性 模量 18 ～ 46 GPa，平均 30 GPa。
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油
机
械 — 107 —
CHINA PETＲOLEUM MACHINEＲY
前沿技术
涪页 HF － 1 页岩气水平井钻井关键技术
马庆涛
1
*
葛鹏飞
1
王晓宇
2
贾江鸿
1
( 1. 中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院
2. 中国石油大学 ( 北京) 石油工程学院)
摘要： 涪页 HF － 1 井是一口页岩气预探水平井，在钻井过程中面临地质不确定因素多 、 地层 可钻性差、页岩层易坍塌、井身质量难以控制、 机械钻速低及固井难度大等难题。 实际施工中综 合应用空气锤钻井、油基钻井液和漂浮下套管技术， 并在水平段优选钻头和钻具组合， 最终成功 钻达目的层。介绍了该井的井身结构和井眼轨迹设计 ， 详细描述了空气锤钻井和漂浮下套管技术 的应用过程，并对钻头的优选和油基钻井液的使用做了分析说明 ， 为涪陵区块页岩气大规模勘探 开发提供了指导和借鉴。 关键词： 页岩气； 水平井； 井壁稳定； 空气锤钻井； 油基钻井液； 涪页 HF － 1 井 中图分类号： TE243 文献标识码： B doi： 10. 3969 / j. issn. 1001 － 4578. 2013. 08. 027
problems，such as many indeterminate geologic factors，poor formation drillability，collapsibility of shale layer， difficulty in control of wellbore quality， low rate of penetration ( ＲOP) and great difficulty in cementing. In practical construction，comprehensive use of air hammer，oil base drilling fluid and float casing running technology was made. Drilling bit and drill assembly were optimized at horizontal section. Finally，the target layer was reached successfully. The design of wellbore structure and hole trajectory was introduced in the paper. The application process of air hammer drilling and float casing running technology were described in detail. The optimization of drilling bit and use of oil base drilling fluid were analyzed and discussed. The study can serve as a guide and reference to the largescale exploration and development of shale gas in Fuling Block. Key words: shale gas; horizontal well; well wall stability; air hammer drilling; oil base drilling fluid; Well HF － 1 of Fuye 展示了自流井组大安寨段良好的页岩气资源潜力 ，
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马庆涛等: 涪页 HF － 1 页岩气水平井钻井关键技术
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岩层垮塌的风险，因此需要优选高性能钻头。 （ 4 ） 固井难度大。 水平段较长， 且井身质量 难以保证，下套管摩阻大，难以下到预定深度，套 管居中度不够； 油基钻井液造成井壁及套管清洗困 难，影响胶结质量和顶替效果； 页岩气层分段压裂 对固井胶结质量和水泥石的弹性 、韧性及耐久性提 出了更高的要求。
3
施工难点分析
性差，对钻井液性能提出较高要求。 （ 2 ） 摩阻扭矩大。 涪页 HF － 1 井水平段超过 1 100 m，钻具与井壁的轴向摩擦和径向摩擦加大 了起下钻阻力和扭矩，加之下部泥页岩层易坍塌掉 ［4 ］ 块，更加剧了钻具与井壁的摩擦 。 （ 3 ） 机械钻速低。上部砂岩地层石英含量高， 且胶结致密、硬度大、研磨性强，可钻性差，影响 机械钻速。 机械钻速低会影响下部页岩层井壁稳 定，页岩层存在坍塌周期，钻速慢会增加水平段页
Design table of hole trajectory of Well HF － 1
垂深 / m 0. 00 1 956. 31 2 135. 13 2 238. 95 2 241. 00 2 259. 00 2 259. 66 水平位移 / m 0. 00 0. 00 63. 14 250. 05 280. 07 1 380. 18 1 414. 99 南北 / m 0. 00 0. 00 － 57. 30 － 226. 79 － 254. 00 － 1 251. 00 － 1 282. 59 东西 / m 0. 00 0. 00 26. 54 105. 30 118. 00 583. 00 597. 63 每百米造 斜率 / （ ° ） 0. 00 0. 00 20. 12 20. 12 20. 12 0. 00 0. 00 工具面 / （ °） 0. 00 155. 15 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00 A B 造斜点 备注
* 基金项目： 中石化集团公司重点科技项目 “非常规油气藏长水平段水平井钻完井技术研究” （ 201202109 ） 。
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机
械
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地质概况
见的因素较多，实钻地质情况可能与预计有一定差 别，存在易漏、易塌等复杂情况。确定井身结构时 应充分考虑地层和压力的变化，套管程序的选择须 为各开次钻井安全留有余地。页岩气水平井后期要 进行压裂施工，井身结构应考虑到完井压裂管柱的 ［2 ］ 结构特点和工艺要求 。 本井水平位移较长， 合 理的井身结构可以降低钻具摩阻和扭矩 ，有利于水 ［3 ］ 平段的有效延伸 。 综合考虑上述要求， 根据待钻井的地层特点、 压力预测及相邻构造已钻井的实钻井身结构 ，确定 涪页 HF － 1 井井身结构，如表 1 所示。
表3 Table 3 涪页 HF － 1 井分段机械钻速 Table of staged ＲOP in Well HF － 1
一开 二开 696. 00 ～ 2334. 12 2 717. 88 690. 50 2. 69 三开 全井
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关键技术应用及效果分析
项目 井段 / m 进尺 / m 纯钻时间 / h 机械钻速 / （ m· h － 1 ）
Ge Pengfei1
Wang Xiaoyu2
Jia Jianghong1
2. School of Petroleum Engi-
( 1. Ｒesearch Institute of Drilling Technology， SINOPEC Shengli Petroleum Engineering Company
通过对比不同造斜点、不同造斜率的几种轨迹 设计，结合涪页 HF － 1 井地 层 特 点 和 钻 探 要 求， 确定井 身 剖 面 采 用 “直增平” 单 增 井 眼 轨 迹 剖 面。设计造斜点 1 956. 31 m， A 靶点进入水平段， 水平段长 1 135. 1 m，如表 2 所示。
涪页 HF － 1 井井眼轨迹
导管
406. 4 /444. 5 311. 2 215. 9
2. 2
井眼轨迹设计
2
2. 1
井身结构与井眼轨迹设计
井身结构设计 涪页 HF － 1 井为一口预探井， 钻井中不可预
表2 Table 2
井深 / m 0. 00 1 956. 31 2 149. 64 2 368. 82 2 398. 90 3 499. 16 3 534. 00 井斜角 / （ °） 0. 00 0. 00 38. 90 83. 00 89. 06 89. 06 89. 06 方位角 / （ °） 0. 00 155. 15 155. 15 155. 00 155. 00 155. 00 155. 00
（ 1 ） 井身质量难以控制。 地质要求直井段每 30 m 全角变化率小于 3° ， 全井无键槽、 斜井段及 水平段，实钻井眼轨迹平滑，狗腿角尽可能小。涪 页 HF － 1 井井上部侏罗系地层， 易斜易漏， 影响 井身质量； 下部地层页岩、 灰岩、 砂岩互层分布， 泥页岩和砂泥岩易水化剥蚀掉块 、易塌，井壁稳定
涪页 HF － 1 井井身结构
Design table of wellbore structure of Well HF1
钻头尺寸 / mm 558. 8 钻深 / m 30 702 2 409 3 534 套管外径 / mm 476. 3 339. 7 244. 5 139. 7 套管下深 / m 30 700 2 407 3 531
Key Technology of Shale Gas Horizontal Drilling in Well HF － 1 of Fuye
Ma Qingtao1
neering，China University of Petroleum，Beijing) Abstract: Well HF － 1 of Fuye is a shale gas horizontal wildcat hole. In the process of drilling ，it faces some