蘇里格氣田蘇77區塊叢式井優快鉆井配套技術

柯 學，冉照輝，陳 建，邢 建

(1.中國石油西部鉆探鉆井工程技術研究院，新疆克拉瑪依834000;2.中國石油西部鉆探定向井技術服務公司，新疆克拉瑪依834000;3.中國石油西部鉆探蘇里格氣田開發第一項目經理部，內蒙古烏審旗017300;4.中國石油西部鉆探克拉瑪依鉆井公司，新疆克拉瑪依 834000)

蘇里格氣田蘇77區塊叢式井優快鉆井配套技術

柯 學1，冉照輝2，陳 建3，邢 建4

(1.中國石油西部鉆探鉆井工程技術研究院，新疆克拉瑪依834000;2.中國石油西部鉆探定向井技術服務公司，新疆克拉瑪依834000;3.中國石油西部鉆探蘇里格氣田開發第一項目經理部，內蒙古烏審旗017300;4.中國石油西部鉆探克拉瑪依鉆井公司，新疆克拉瑪依 834000)

蘇77區塊處于生態環境脆弱的半沙漠半草原地區，采用叢式井開發方式，不僅可以加快產能建設，而且可以降低鉆井成本，保護環境，便于氣田維護管理。針對蘇77區塊鉆井存在的技術難點，根據地層自然增降斜及方位漂移規律，從平臺部署、井身軌跡剖面、鉆具組合、PDC鉆頭選型及鉆井液體系及性能維護等方面進行優化，形成了一套適應蘇77區塊的叢式井優快鉆井配套技術，有效地提高了機械鉆速，縮短了鉆井周期及平臺建井周期，加快了產能建設。其中，蘇77－6－5井完鉆井深3167 m，鉆井周期僅為9.98天，創造了整個蘇里格氣田定向井最短鉆井周期記錄。

叢式井;井眼剖面;井眼軌跡控制;鉆具組合;PDC鉆頭;鉆井液;蘇里格氣田

1 概述

2011年，蘇77區塊全面進入叢式井開發階段，為加快定向井鉆井速度和叢式井開發步伐，盡早投產，針對叢式井施工中地層研磨性強、井眼軌跡控制難、鉆井速度慢、鉆井成本高的難題，從井身剖面優化、鉆頭優選改進、井眼軌跡控制、鉆井液體系應用等方面開展技術攻關和現場試驗，形成了一套成熟的鉆井技術路線和優快鉆井配套技術。

2 蘇77區塊基本簡況

2.1 鉆遇地質分層及巖性描述

鉆遇地層自下而上分為奧陶系馬家溝組，石炭系本溪組，二疊系太原組、山西組、石盒子組和石千峰組，三疊系劉家溝組、和尚溝組、紙坊組和延長組，侏羅系延安組、直羅組和安定組，白堊系洛河組。主要目的層為石盒子組的盒8段、山1段及山2段。地層分層及巖性情況如表1所示。

2.2 井身結構

表1 地質分層及巖性表

2.3 井身剖面

采用“直－增－穩－降”型井身剖面，造斜點選擇在表層套管以下50 m左右，減少上部直井段防斜，克服直井段防斜與打快的矛盾;定向、增斜、穩斜、降斜施工上提到上部可鉆性較好的地層，下部可鉆性差的地層，利用地層自然降斜，采用常規鉆具組合，最大程度釋放鉆壓，提高鉆速。

同時考慮后續采氣、修井等作業因素，最大井斜角控制在35°以內、造斜率控制在5°/30 m以內。

3 主要技術難點

(1)三疊系延長組至劉家溝組巖性變化大且含砂礫巖，主要目的層石盒子組砂巖居多、含礫石，山西組石英質砂巖，地層研磨性強，PDC鉆頭磨損嚴重。

(2)二開長裸眼井段中，延安組、延長組巖性以泥巖為主，且延長組夾層多易出井壁失穩。

(3)劉家溝組底部為區域漏失層，地層承壓能力低，易發生壓力誘導性漏失。

(4)石千峰底部、石盒子組上部泥巖易坍塌，同時石盒子組上部泥巖易泥包鉆頭。

(5)山西組、太原組、本溪組煤層發育，單層厚1～10 m，易坍塌。

(6)井眼軌跡控制井段長，地層漂移規律不清楚，下部常規鉆具控制井眼軌跡所需鉆具組合及鉆進參數難以滿足軌跡控制的需求。

4 叢式井優快鉆井技術

4.1 叢式井平臺部署優化

蘇77區塊采用600 m×800 m的井網，為達到最大開發能力，一般鉆井數量控制在7口井以內。為減小防碰風險，各井口間距控制在10 m，避免空間交叉。由于定向井鉆井周期較長，尤其是位移超過800 m的鉆井周期更長，為提高鉆井效率、縮短建井周期，盡快投產，一個平臺一臺鉆機井數控制在3～4口井，5口井以上采用一個平臺、2臺鉆機同時施工，如圖1、圖2所示。為縮短建井周期，采取鉆機整拖縮短搬安時間，完井搬安最短3天，大大縮短了建井周期。

4.2 叢式定向井剖面優化及軌跡控制技術

圖1 一部鉆機單排施工示意

圖2 兩部鉆機雙排施工排列示意

通過實鉆驗證，逐步掌握了蘇77區塊復合鉆進過程中地層增降斜以及方位變化的規律(見表2)。

4.2.1 位移600 m定向井井身軌跡的優化

根據蘇77區塊地層增降斜和方位漂移軌跡，600 m以內定向井位移相對較小，控制段較短。初始角設定100 m井段定向到10°左右，復合鉆進至900 m左右井斜控制在21°左右，設計穩斜至延長中部1650 m左右開始降斜，至井深2200 m井斜降至7°左右。下部井段利用常規光鉆鋌鉆具組合，降斜率0.5°/30 m以內。位移600 m定向井優化后的井眼軌跡如表3所示。

表2 地層增降斜及方位變化規律

表3 位移600 m定向井優化后的井眼軌跡

4.2.2 位移800 m定向井井眼軌道優化

根據蘇77區塊地層增降斜和方位漂移軌跡，800 m定向井位移相對較大，控制段較長。初始角設定100 m井段定向到15°左右，復合鉆進至900 m左右井斜控制在27°左右，設計穩斜至延長中部1800 m開始降斜，至井深2200 m井斜降至18°。下部井段利用常規光鉆鋌鉆具組合，降斜率0.6°/30 m。位移800 m定向井優化后的井眼軌跡如表4所示。

表4 位移800 m定向井優化后的井眼軌跡表

4.3 井身軌跡控制技術

4.3.1 鉆具組合(見表5)

蘇77區塊地層研磨性較強，引用低速螺桿緩解鉆頭快速磨損問題，減小對PDC的磨損，提高PDC鉆頭+螺桿鉆具的使用效率。

4.3.2 井身軌跡控制技術

(1)一開直井段主要是防斜打直打快。設備安裝時天車、大鉤、井口三點一線軸線偏差＜10 mm;在鉆進過程，采用大排量(45 L/s以上)、高轉速(100 r/min以上)、低鉆壓(40～60 kN)吊打鉆進，確保一開井段打直，防止起步井斜，控制井斜角在1°以內。

表5 定向井鉆具組合及鉆井參數

(2)二開直井段采用低鉆壓(40～50 kN)輕壓復合鉆進，嚴格控制井斜在1°內。

(3)造斜段滑動鉆進井斜增至設計初始井斜角后，采用40～60 kN鉆壓復合鉆進，因延安組降井斜、降方位，若井斜、方位降得過多，及時滑動鉆進調整對準靶心，同時增大井斜角至設計井斜角。

(4)鉆至延長組中部左右利用滑動鉆進全力降井斜，待整個井眼形成降斜趨勢后使用復合鉆進提高鉆進效率。因延長組降方位，調整方位比設計方位大2°，若復合鉆進井斜不降或增加，應及時滑動鉆進調整。

(5)復合鉆進至井深2200 m左右開始下入光鉆鋌鉆具，因紙坊組、和尚溝組和劉家溝組增方位，井深2200 m以前滑動鉆進調整方位比設計方位小2°。

4.4 PDC鉆頭優選

由巖石力學特性剖面(圖3)可以看出，總體上該區縱向上鉆遇地層的抗鉆特性均較高，結合蘇77區塊三疊系延長組至劉家溝組巖性變化大且含砂礫巖，石盒子組砂巖居多、含礫石，地層研磨性強等特點，考慮定向時工具面的穩定性，選用5刀翼、雙排齒(主副齒)的PDC鉆頭，以提高鉆頭的抗沖擊性和耐磨性，減少邊齒的磨損，同時提高鉆頭的穩定性。

圖3 巖石力學特性剖面

針對研磨性強地層，PDC鉆頭采用較高鉆壓、較低轉速，鉆壓控制在80～120 kN，轉速60～80 r/ min，排量30 L/s，充分清洗井底，快速攜帶巖屑，減少重復破碎對鉆頭的磨損。在延長組等含礫石易憋跳的層位，適當降低轉速及鉆壓以防止沖擊造成PDC鉆頭切削齒破壞。

4.5 鉆井液技術

4.5.1 二開至石千峰組頂部井段

4.5.1.1 鉆井液體系

清水+聚合物體系。配方為:清水 +0.2% Na2CO3+0.1%～0.3%NaOH+0.3%～0.5%KPAM+1%～2%潤滑劑。

4.5.1.2 鉆井液配制及維護

(1)采用大池地面循環，充分沉降鉆井液中的固相，密度控制在1.02～1.08 g/cm3，粘度控制在28～55 s。

(2)采用K－PAM處理劑保持鉆井液有足夠的抑制和絮凝能力，有效預防延安組、延長組泥巖縮徑、鉆頭泥包。

(3)井深1500 m左右隨著井斜角的增大，托壓明顯，加大潤滑劑的含量至2%，減小托壓。

(4)劉家溝組為區域漏層，地層承壓能力較低，適當降低鉆井液密度，提高鉆井液粘度。同時鉆進過程中開泵平穩，控制起下鉆速度，避免因壓力“激動”壓漏地層。

(5)確保起下鉆順利，每次起鉆前用稠膠液或膨潤土漿清掃井底。

4.5.2 石千峰組至完井井段

4.5.2.1 鉆井液體系

聚磺鉆井液體系。配方為:3%～5%坂土+ 0.2%Na2CO3+0.1%～0.3%NaOH+0.4%～0.6% MAN101+1.5%～2%SMP－1粉+1%～3%磺化瀝青干粉+1%～2%潤滑劑。

4.5.2.2 鉆井液配制及維護

(1)石千峰組的大段硬脆性泥頁巖易垮塌掉塊，可逐漸加入充分預水化的膨潤土漿，轉化為低固相、低失水聚磺鉆井完井液體系。

(2)采用地面罐循環，鉆井液中加入足量的膨潤土、CMC和抑制防塌劑等，密度控制在1.08 g/ cm3以內，粘度控制在32～50 s。

(3)因山西組存在多套煤系地層，進入煤層前30 m，加大抑制防塌劑的含量，確保順利鉆穿煤層。

(4)鉆進過程中按比例配制膠液以細水常流的辦法補充維護鉆井液，避免鉆井液性能波動過大。

(5)認真使用好四級固控設備，將固相顆粒對氣層的污染減少到最低程度。

5 叢式井實施效果

通過對PDC鉆頭的優選，鉆具組合及井眼軌跡剖面的優化，2011年蘇77區塊完鉆50口定向井，平均井深3213.50 m，平均鉆井周期16.92天，其中，22口井鉆井周期在15天以內，平均全井機械鉆速13.94 m/h，與2010年相比鉆井周期縮短了4.25天，完井周期縮短了4.24天，平均機械鉆速提高了12.44%。其中蘇77－6－5井完鉆井深3167 m，鉆井周期僅為9.98天，創造了整個蘇里格氣田的最短鉆井周期記錄。從式井實施效果見表6。

通過優選PDC鉆頭及低速螺桿、優化鉆進參數，2011年完鉆的50口定向井中有20口井實現了二開兩趟鉆完鉆(見表7)，減少了提下鉆次數，縮短了鉆井周期。

6 結論與認識

(1)通過對叢式井優快鉆井技術的研究與應用，蘇77區塊鉆井周期有了明顯提高，加快了叢式井投產步伐。

表6 定向井鉆井技術經濟指標情況

表7 二開鉆頭使用情況

(2)根據蘇77區塊地層自然增降斜及方位漂移規律，優化后的井身軌跡剖面及控制技術，滿足了蘇77區優快鉆進的需求。

(3)“四合一”鉆具在上部地層可以實現防斜打直、定向、增斜、穩斜鉆進，大大提高了施工效率。下部采用常規光鉆鋌鉆具能夠滿足降斜，同時有效地解放了鉆壓，提高了機械鉆速。

(4)五刀翼、雙排齒PDC鉆頭配合低速螺桿適合蘇77區塊研磨性較強地層，二開“兩趟鉆”技術，減少了提下鉆次數，有效地縮短了鉆井周期。

(5)上部采用清水聚合物鉆井液體系，下部采用聚磺鉆井液體系，能夠滿足井壁穩定的需求，有效地抑制泥巖垮塌，同時降低了鉆井液成本。

(6)在滿足井壁穩定的情況下，增加鉆井液潤滑性，可以有效地降低鉆具在鉆進過程中的扭矩和摩阻，從而降低地層對鉆具的磨損。

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［3］何 自新，付金華，等.蘇里格大氣田成藏地質特征［J］.石油學報，2003，24(2).

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［9］冉 新權.蘇里格氣田開發論［M］.北京:石油工業出版社，2008.

Matching Technology for Optimized and Fast Drilling with Cluster Wells in Sulige Gas Field

KE Xue1，RAN Zhaohui2，CHEN Jian3，XING Jian4(1.China Petroleum Western Drilling Engineering Institute，Karamay Xinjiang 834000，China;2.China Petroleum Western Directional Drilling Technology Services Company，Karamay Xinjiang 834000，China; 3.1st Project Manager Department of China Petroleum Western Drilling Sulige Gas Field Development，Wushen Inner Mongolia 017300，China;4.China Petroleum Karamay Drilling Company，Karamay Xinjiang 834000，China)

Su 77 block is located in a fragile ecological environment of half desert and half grassland，cluster wells can accelerate productivity construction，lower the drilling cost，protect environment and is convenient for gas field maintenance management.According to the drilling difficulties in Su 77 block and based on the formation natural deflecting law and azimuth drift pattern，optimization was made on platform deployment，well profile，bottom hole assembly，PDC bit selection，drilling fluid system and its performance maintenance，a set of matching technologies was formed for optimized and fast drilling with cluster wells suitable to Su 77 block，the penetration rate was effectively improved，drilling period and well construction cycle in platform were shortened and productivity construction was accelerated.A drilled depth of 3167m for Su 77－6－5 well，drilling period was only 9.98 days，which is the shortest directional well drilling record in whole Sulige gas field.

cluster wells;well profile;well trajectory control;bottom hole assembly;PDC bit;drilling fluid;Sulige gas field

TE243

A

1672－7428(2012)08－0005－06

2012－03－14

柯學(1982－)，男(漢族)，新疆人，中國石油西部鉆探鉆井工程技術研究院，石油工程專業，從事鉆井設計及研究工作，新疆克拉瑪依市鴻雁路80號，gslsdmgy@163.com。