松南深層天然氣欠平衡水平井鉆井完井技術

沈廣奇

（大慶鉆探工程公司，黑龍江 大慶 163400）

1 長深井區水平井鉆井完井配套技術

1.1 井身剖面優化設計技術

井身剖面設計的好壞不僅直接影響到實鉆井眼軌跡控制的難易程度，而且還會影響到實鉆軌跡對儲層變化的應變能力。對于長深井區儲層橫向變化快，目的層垂深預測可能會存在較大的偏差，因此需要工程上在井身剖面設計上對油藏垂深具有很強的調整性，因此針對長深井區地層特點優選了單圓弧加一定長度的微增探頂和入靶設計的井身剖面，如圖1。

圖1 長深平1 井垂直井身剖面設計示意圖

其中采用7°/30m 造斜率，為中曲率下限。一是可確保工具實際造斜率不低于設計造斜率，另外，還可適當開轉盤，提高返砂效果和鉆井速度，并可適時破壞硬地層造斜形成的小臺肩，防止卡鉆；而采用2°/30m的86米微增探頂，可滿足油藏垂深提前15米,橫向100米內發生變化的要求。

實鉆中，在鉆至營城組（井深3616米）后，油藏兩次對垂深進行調整（8米）的情況下，確保了準確入窗，A點橫向偏差控制在0.69米，而縱向上控制在0.5米以內，入靶精度非常高。

1.2 螺桿鉆具優選技術

通過與北京石油機械廠合作優選了選擇輸出扭矩大，滯動扭矩高且能夠抗140度高溫的Φ216mm 和 Φ172mm 兩種尺寸的螺桿鉆具分別完成Φ311mm 井眼和Φ215mm 井眼的軌跡控制。并要求設計螺桿鉆具具有低轉速大扭矩特性。輸出扭矩應大于5000Nm，滯動扭矩大于6500Nm。并且為了提高了牙輪鉆頭使用壽命，設計螺桿鉆具為低轉速，轉速低于170rpm，盡量低于鉆頭允許的最高轉速。

通過以上優選，在長深平1 井和長深D 平1井中應用的Φ216mm 螺桿鉆具純鉆進時間都超過了70小時，而Φ172mm 螺桿鉆具超過了鉆頭使用時間50小時，而且性能穩定未發生螺桿鉆具失效或損壞。

1.3 鉆頭合理使用

長深井區地層硬且研磨性強，螺桿鉆具轉速高，加之與直井鉆井相比，鉆頭磨損部位發生了變化，使牙輪鉆頭磨損大大加快。為解決這個問題，對鉆頭牙齒和牙掌部位進行了不同程度的保徑處理，以滿足高轉速（200rpm)和適應不同井斜井段使用要求。

而在鉆頭使用過程中，井斜超過60度以后，每只新鉆頭下至井底后，首先要進行復合鉆進一段，一是觀察記錄此鉆進井段的鉆具扭矩，為鉆頭使用后期扭矩變化提供參考；二是對鉆頭進行一定的磨合，合理使用鉆頭；另外，合理控制軌跡，給鉆頭使用后期預留更多的復合鉆進機會，以便對鉆具扭矩進行隨鉆監測，增強對鉆頭磨損情況的及時分析判斷，確定合理的起鉆時間。

1.4 鉆具組合及水力參數優化設計技術

長深井區水平井井深，為確保攜巖和提高返砂效果，首先要保證有足夠的排量，二開Φ311mm 井眼排量為45-50L/S，而三開Φ215mm 井眼排量為30-32L/S，因此沿程循環壓耗比較大，特別是使用大扭矩螺桿鉆具，更增加了鉆頭壓降。

另外，在深層水平井鉆井中一般都選擇S135 鉆桿（大慶、大港、遼河），而該型號鉆桿水眼為內加厚，循環壓耗大。根據大慶升深平1 井的鉆井經驗，在二開

設計使用2000米51/2"鉆桿情況下，立壓還達到22MPa左右。為此通過采用國外軟件進行理論計算，G105 鉆桿可以滿足長深井區水平井抗扭和抗拉要求，設計選用了G105 鉆桿取代S135 鉆桿，并且在大斜度段后采用加重鉆桿取代鉆鋌，降低水眼壓耗；另外，還與鉆頭廠家進行加大水眼設計，最大尺寸為Φ24mm，在滿足螺桿潤滑壓降要求（鉆頭壓降1.8 MPa）情況下，盡量采用大水眼降低鉆頭壓降，其中二開設計噴嘴組合為 Φ24mm+Φ24mm+Φ12mm 或 Φ20mm+Φ20mm+Φ18mm，而三開設計噴嘴組合為Φ14mm+Φ14mm+Φ18mm。通過以上措施可降低立壓3-4 MPa，使最

高立管壓力控制在20MPa 以內，從而大大減少修泵時間和隨鉆測量儀器信號不穩定時間。現場二開

和三開泵壓都控制在18.5 MPa 以下。

1.5 氣井欠平衡水平井壓力控制技術

氣井水平井鉆井，井噴控制難度大大增加。通過理論研究與實踐，形成了欠平衡水平井壓力控制技術。即除了井控裝置按井控標準選擇好壓力等級和防噴器組合外，重點進行現場鉆井液密度控制，以及通過調節節流閥控制立壓，進而控制井筒內進氣量，使井底欠壓值控制在1.0MPa以內，保證地層流體總是流入環空即可。具體井底壓力控制可根據公式Pb=Ps+ρmgH-Pj-Pd

式中：Pb—井底壓力；Ps—立管壓力；Pj—鉆頭壓降；Pd—鉆柱內循環壓耗

首先合理設計和調整鉆井液密度，使井底動態壓力控制在0.5-1.0 MPa 以內，施工過程中通過調節節流閥合理控制套立壓，保持使井底動壓力維持在0.5MPa時的立管壓力不變，進而調整控制氣體侵入量，防止誘發井噴，同時使鉆井液循環裝置能夠將返出的地層流體及時與鉆井液分離，從而維持入口鉆井液穩定、保持隨鉆信號正常，實現地質導向。

1.6 大斜度下的鉆井液高溫抗污染和攜巖技術

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在高溫、低密度以及大井斜情況下，對鉆井液高溫抗污染和攜巖能力提出了更高要求。為此研究了新型鉆井液配方，使鉆井液在高溫低密度條件下以及高濃度巖屑污染情況下，鉆井液性能穩定，仍具有合理的動切力和流變特性。具體研究的鉆井液配方及實驗數據如表1：

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從實驗可以看出，加入3%易造漿的地層土后，鉆井液性能變化不大。該鉆井液在現場施工中也表現出良好的技術性能，滿足了低密度、低固相條件下的井壁穩定、攜巖要求，起下鉆通暢。

1.7 鉆井液高溫潤滑技術

深層水平井鉆井過程中，如何提高鉆井液高溫潤滑性，是深層水平井鉆井的關鍵。為此研究了高溫復合性潤滑劑，有效消除泥餅并在井壁上形成油膜，進而達到潤滑作用。具體實驗數據見表2：

從現場施工來看，施工中泥餅潤滑能力較強，粘附系數較好地控制在1 分鐘0.08 以內，10分鐘0.15 以內；定向鉆進加壓和擺工具面順暢，復合鉆進過程中扭矩平穩，表明鉆井液潤滑效果明顯，很好地滿足了工程上井眼軌跡控制要求。

1.8 深層氣井水平井固井完井技術

在水泥漿配方上，研究了低失水、零析水、直角稠化型、具有微膨脹性能的水泥漿體系，盡可能防止水泥漿在凝固過程中由于失重和固化時體積收縮引起氣竄。

在完井工具方面，采用套外封隔器使固井井段與產層進行壓力封隔，使水泥漿在凝固程中，氣體不能侵入水泥封固井段；另外，為防止水泥石體積產生收縮在第一和第二界面形成油氣通道，研制了套外遇油膨脹封隔器和固井保障工具。在完井工藝方面，采用套管回接技術，可以合理調整每次固井井段長度，進而預防固井時發生井漏，并選擇使用最優水泥漿固井配方固井，提高固井質量。

2 現場施工簡況

由于以上各項技術措施有效實施，確保了吉林油田第一口深層天然氣欠平衡水平井-長深平1 井的成功實施。該井實鉆井深4366米，水平段長534米，水平位移822米，鉆井周期156.97天，完井周期165.7天，施工中采用斯侖貝謝公司的帶中子、密度、電阻率和伽瑪的隨鉆測斜儀進行井眼軌跡控制和地質導向，氣層鉆遇率達到100%，水平段鉆進中采用密度為1.13—1.15g/cm3水基鉆井液進行欠平衡鉆進，實現了連續點火和接單根后效點火，最高瞬時流量達8646 方/小時。長深平1 井完井試氣過程中采用19.05mm 油嘴，日產氣 75.3×104m3。

[1]李健，楊柳，張健.水平井鉆井過程中鉆井液污染油層特點及保護對策 [J].西南石油學院學報，1996-11-30.

[2]鄢捷年.水平井鉆井液完井液技術新進展[J].鉆井液與完井液，1995-04-15.