水平井優快鉆井技術在大牛地氣田D10PH-5井的應用

劉新成 (中石化華北石油管理局五普鉆井公司，河南 新鄉 453000)

王錦昌 (中石化華北油田分公司工程技術研究院，河南 鄭州 450006)

水平井優快鉆井技術在大牛地氣田D10PH-5井的應用

劉新成 (中石化華北石油管理局五普鉆井公司，河南 新鄉 453000)

王錦昌 (中石化華北油田分公司工程技術研究院，河南 鄭州 450006)

D10PH-5井是大牛地氣田施工的一口水平段長達1200m水平井，為了提高該井的機械鉆速，在分析該區儲層工程地質特征及鉆井難點的基礎上，通過采取水平井優快鉆井技術，如優化井身結構、合理設計井眼軌跡、優選鉆頭類型和優化鉆具組合、分井段采取相應鉆井液技術等，提高了鉆井速度，縮短了鉆井周期，因而具有實際應用價值。

D10PH-5井；鉆頭選型；井身結構；大牛地氣田；優快鉆井

大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地北東部，屬于上古生界石炭系、二疊系海陸交互相含煤碎屑巖含油氣體系[1]。該氣田產能建設初期主要依靠常規直井和定向井進行施工，每口井都必須經過壓裂酸化改造后才能獲得產能，大部分井改造后單井產能偏低。為了擴大泄氣面積，提高氣田單井產量，進而提高氣田的開發經濟效益，于2003年開始進行水平井試驗，結果表明鉆井周期長、平均機械鉆速低和鉆井成本高。為解決上述問題，進行了大量試驗研究， 并將水平井優快鉆井技術應用于D10PH-5井，該井平均機械鉆速高達11.38m/h，鉆井周期僅31.71d，表明該技術是可行的，具有實際推廣價值。

1 D10PH-5井基本情況及其鉆井難點

1.1D10PH-5井基本情況

D10PH-5井大牛地氣田在鄂爾多斯盆地部署的一口開發井，設計井深4097.39m(垂深2692～2697m)，水平段長1200m，目的層為下二疊統下石盒子組盒1段氣層，完鉆層位盒1段氣層。

1.2鉆井難點分析

1)井眼軌道難以控制 大牛地氣田下石盒子目的層非均質性強，井眼軌道控制難度較大。例如，DP1井、DP35-1井著陸點、水平段預測深度和實際深度有差別，導致填井側鉆。DP1井A靶點因氣層垂深較預測上提8m，回填側鉆1次，水平段3次回填側鉆，1次懸空側鉆。DP35-1井A靶點深度較預測深度上提14.1m，為了準確中靶，被迫加大造斜率，最大造斜率達14.5°/30m，接近允許最大造斜率率(15°/30m)，工程施工風險加大。

2)分層段鉆井存在潛在風險 該區鉆井鉆遇不同地層時存在潛在風險，具體表現如下：①第四系黃土層不成巖,流砂層厚,裂縫發育,區域水層易出水；地層易垮塌；起下鉆阻卡嚴重。②二開上部地層鉆遇志丹群易發生泥巖膨脹掉塊、井徑擴大,紙坊組造漿性強,劉家溝組容易發生漏失。③直羅組、上石盒子組有煤層和煤線分布，容易發生煤層垮塌掉塊、卡鉆和形成大肚子井段。④和尚溝組、上石盒子組井段泥巖堅硬,細砂巖、粉砂巖研磨性強,和尚溝組含少量礫石,可鉆性差,憋跳鉆嚴重,牙輪鉆頭易發生牙齒剝落和掉牙輪事故。

2 重點工藝措施

2.1優化井身結構

大牛地氣田前期實施的水平井井身結構為一開?444.5mm鉆頭鉆至500m，下入?339.7mm表層套管；二開?311.2mm鉆頭鉆至A靶點，下入?244.5mm技術套管；三開水平段?215.9mm鉆至完鉆井深,水平段長800～1600m。由于大尺寸井眼鉆井周期長、造斜段、水平段事故和復雜情況多[2]。為此，對D10PH-5井井身結構進行優化調整，調整后的井身結構采用?311.2mm鉆頭開眼鉆至300m，下入?244.5mm表層套管；二開采用?215.9mm鉆頭鉆至A靶點，下入?177.8mm技術套管；三開采用?152.4mm鉆頭鉆至設計井深，裸眼完井。該井身結構井眼尺寸較前期水平井井眼尺寸大大縮小，對提高機械鉆速非常有利，同時二開技術套管封隔了A靶點以上易垮易漏的斜井段，可有效保證三開1200m裸眼井段的安全鉆進。

2.2合理設計井眼軌道

該井的井眼軌道設計以利于提高機械鉆速、降低摩阻、著陸點的控制和水平段井眼軌道調整為原則，保證井眼軌道平滑。因此，將該井的井眼軌道設計為直-增-平剖面，增斜段設計為單增剖面，并提示施工方若實鉆地層與地質預測地層復合率高且偏差小，可直接按該井眼軌道造斜率鉆進。單增井眼軌道設計不但有利于降低鉆進過程中的摩阻，而且施工方易于選擇造斜工具，可大大降低控制井眼軌道的難度，利于二開技術套管的順利下入，該井井眼軌道設計參數如表1所示。

計算機輔助翻譯及人工翻譯是相輔相成的，不能完全否定計算機輔助翻譯的優勢，也不能只看到學生翻譯的劣勢，應將二者有機結合起來，在計算機輔助翻譯技術的幫助下充分調動學生的積極性，不斷提高翻譯能力，提高翻譯質量。

表1 D10PH-5井軌道設計參數

2.3優選鉆頭類型和優化鉆具組合

鉆頭是鉆進過程中直接與井底接觸的工具，鉆頭與地層的適應性以及鉆頭本身的質量特性是快速鉆井的根本保證[3]。通過試驗研究，優選出了一批與地層適應性好、機械鉆速高的高效鉆頭，對優快鉆進提供了重要保證。例如二開鉆進使用215.9mm的PDC鉆頭GD1605T、M1655FC和M1655FC，三開鉆進使用152.4mm的鉆頭P5235MJH和M1652C。

1)一開采用塔式鉆具組合 ?311.2mm鉆頭+?203.2無磁鉆鋌×1根+?203.2鉆鋌×8根+?177.8鉆鋌×9根+?127mm鉆桿，該鉆具組合采用低鉆壓、高轉速，大排量，有效的提高了機械鉆速，并控制了井斜。

2)二開上部井段采用鐘擺鉆具組合 ?215.9mm鉆頭+?158.8mm無磁鉆鋌1根+?158.8mm鉆鋌1根+?214mm扶正器+?158.8mm鉆鋌7根+?127.0mm加重鉆桿串+?127.0mm鉆桿。二開斜井段?215.9m鉆頭+?172mm單彎動力鉆具+?178mmMWD無磁循環短節0.89m+?159mm無磁鉆鋌9m+?159mm無磁轉換接頭+?127mm無磁承壓鉆桿9m+?127mm加重鉆桿+?127mm斜臺階鉆桿+?127mm鉆桿。

3)三開水平段鉆具組合 ?152.4mm鉆頭+?120mm 1.0°單彎動力鉆具+?120mm無磁鉆鋌9m+LWD+?88.9mm無磁承壓鉆桿9m+?88.9mm斜臺階鉆桿+?88.9mm加重鉆桿+?88.9mm鉆桿。

1)一開井段 一開鉆遇第四系淺灰黃色散砂層以及志丹群、安定組、直羅組的淺灰、淺棕灰色砂巖與綠色、棕色泥巖互層，地層膠結性差，可鉆性好，易漏、易垮塌，再加上井徑大、返速低。因此，采取的鉆井液技術應以懸浮、攜帶巖屑和穩定井壁為主。

2)二開直井段 該段巖性以砂泥巖互層為主，底部有棕紅、棕褐色泥巖。其成巖性差，容易剝落掉塊，造成井壁失穩。劉家溝底部的棕紅色泥巖造漿嚴重，易吸水水化膨脹，易引起縮徑和鉆頭泥包，導致性能不穩定。因此，采取的鉆井液技術應以提高抑制性、調節流變性為主，嚴格控制失水，及時補充防塌劑，防止因鉆井液長期浸泡造成的井壁失穩。

3)二開斜井段 二開斜井段鉆遇石千峰、上石盒子組，其巖性主要是棕褐色、褐色泥巖和灰色粗、中、細砂巖。該井段為造斜段，井斜大，鉆井工藝復雜，易形成巖屑床，導致摩阻和扭矩增大，引起托壓。同時鉆井液的長時間浸泡易引起井壁不穩定。因此，對鉆井液的潤滑性、攜巖性和防塌護壁性提出了更高要求。應根據地質提示，在進入泥巖前用LV-CMC和K-HPAN控制失水，在泥巖鉆進時加入磺化瀝青和超細碳酸鈣對泥巖裂隙有效封堵起到支撐作用，防止泥巖垮塌。根據現場情況，提高鉆井液比重至1.22g/cm3平衡泥巖的坍塌應力，保持鉆井液有的強抑制能力，防止泥巖物質的水化分散引起泥巖垮塌[4]。

4)三開水平段 鉆遇地層是二疊系下石盒子組地層，巖性淺灰色細、中、粗砂巖及褐色泥巖。水平井產層裸露面積大，可鉆性差，浸泡時間長，鉆井液對氣層損害嚴重。水平井段巖屑沉降距離長，井眼凈化困難，易形成大段巖屑床，鉆井液含砂量高，密度高，井底壓差大，增加了壓差卡鉆機率，進一步增加了泥漿潤滑性、流變性的要求。由于水平段長，鉆具躺在井底，加之水平段攜砂相對困難，井底沉砂相對較高，易形成巖屑床，所以鉆具摩阻大、扭矩大及鉆頭加壓困難，因而要求鉆井液具有良好的潤滑性。由于水平段裸眼段長，含有硬脆性泥巖和砂泥巖，所以要保證水平段的井眼穩定和不垮塌。因此，要求鉆井液既具有良好的流變性、抗溫性、抗污染性、攜巖性、抑制性和防塌潤滑性，又能滿足保護儲層的需要[5]。

3 應用效果

將水平井優快鉆井技術應用于D10PH-5井后，完鉆井深4090m，水平段長1200m，鉆井周期僅31.71d，全井平均機械鉆速高達11.38m/h。該井是大牛地氣田鉆井周期最短的井，并且是第一口鉆井周期突破35d的水平井。其中一開使用?311.2mmGA114鉆頭、塔式鉆具組合及鉀銨基聚合物鉆井液體系，進尺396.00m，純鉆時間18h，平均機械鉆速22m/h。二開直井段(396～2322m)使用螺桿+轉盤的復合鉆進模式配合高效PDC鉆頭(格銳特GD1605T一只，M1655FC兩只)實現高鉆速，一只GD1605T復合鉆進速度達到了68.68m/h，單只鉆頭進尺440.95m，出井后掌心齒磨完，保徑良好；另一只M1655FC鉆頭復合鉆進效果良好，鉆進井段836.95～1837.25m，平均機械鉆速24.5m/h，出井后牙齒正常磨損，無崩齒。三開水平段(1200m)使用了5只PDC鉆頭，其中P5235MJH機械鉆速高達16.11m/h，出井后為正常磨損，保徑良好；另一只銳石M1652C鉆頭，鉆進井段3266.91～3605m，進尺338.09m，平均機械鉆速12.64m/h，出井后肩部齒正常磨損，掌心齒崩一個，本體無磨損。

4 結 論

1)二開采用轉盤+螺桿+PDC鉆頭的復合鉆井模式可有效提高機械鉆速，并能防斜打直。

2)采用直-增-平的水平井單增軌跡設計可有效降低摩阻，易于定向施工，從而更有利于二開技術套管的順利下入。

3)鉆井液性能穩定、保持低失水和強抑制性能夠有效保證井壁穩定，是快速鉆進的重要前提。

[1]郝蜀民,惠寬洋,李良.鄂爾多斯盆地大牛地大型低滲氣田成藏特征及其勘探開發技術[J].石油與天然氣地質,2006,27(6),762-768.

[2]王錦昌，鄧紅琳，袁立鶴，等.定北區塊優快鉆井技術研究與應用[J].長江大學學報(自然科學版)，2012,9(1)：N85-88.

[3]王錦昌，巢貴業，鄧紅琳，等.張天渠油田套漏井治理可行性分析[J].特種油氣藏，2011,18(5)：124-126.

[4]鄧紅琳.大牛地致密砂巖氣田水平井鉆完井技術[J].天然氣工業, 2010,30(12)：59-62.

[5]甘升平,趙茂,吳先忠,等.優化鉆井技術在蘇里格氣田的應用[J].天然氣工業,2007,27 (12):71-73.

[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.04.031

TE243

A

1673-1409(2012)04-N091-03

2012-02-24

劉新成(1978-)，男，2002年大學畢業，助理工程師，現主要從事鉆井工程方面的研究工作。