勝坨油田小井眼鉆井技術(shù)應(yīng)用分析

胡高群，付銳，秦光輝，劉海東

（中石化勝利石油工程公司鉆井工藝研究院，山東 東營(yíng) 257017）

隨著油氣資源的不斷開(kāi)采，整裝高品質(zhì)油藏的規(guī)模日益縮小，油氣田開(kāi)發(fā)投資額度和風(fēng)險(xiǎn)程度日益增加，因此降低石油勘探成本，提高邊際油藏的綜合開(kāi)發(fā)效益越來(lái)越重要。由于小井眼鉆井具有投資少、占地面積小、耗費(fèi)鋼材量少、鉆井液用量少、排放廢棄物少等優(yōu)勢(shì)，采用小井眼鉆井在勝利油田開(kāi)采老區(qū)剩余油方面產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，小井眼優(yōu)快鉆井技術(shù)也受到越來(lái)越多的關(guān)注和重視［1］。

勝坨油田由東西2個(gè)高點(diǎn)組成，是被斷層復(fù)雜化的背斜構(gòu)造油氣藏。油田內(nèi)部斷層發(fā)育，共有斷層58條，均為正斷層。主要斷層12條，將油田分為11塊，各斷塊自成獨(dú)立的含油圈閉。近3年油田鉆井隊(duì)?wèi)?yīng)用ZJ30L鉆機(jī)共完成13口勝坨地區(qū)小井眼定向井。鉆機(jī)載荷1700kN，采用?88.9mm鉆桿、?120mm鉆鋌、?165.1mm鉆頭，完鉆層位沙三段以上，井深2100～3000m。

1 鉆具組合優(yōu)選

通過(guò)理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐相結(jié)合的方式，優(yōu)選勝坨地區(qū)小井眼鉆井的鉆具組合，形成如下方案。

1.1 直井段鐘擺鉆具組合

1）直井段鐘擺鉆具組合如下:?165.1mmPDC鉆頭＋?120mm無(wú)磁鉆鋌1根＋?120mm鉆鋌1根＋?158mm穩(wěn)定器＋?120mm鉆鋌4根＋?88.9mm加重鉆桿30根＋?88.9mm鉆桿。

2）鉆進(jìn)參數(shù):鉆壓20～40kN，排量20～25L／s，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速80～110r／min。

3）鉆進(jìn)方式:二開(kāi)開(kāi)始先采用2t以內(nèi)小鉆壓吊打，吊打完全部鉆鋌之后適當(dāng)加壓，保證直井段打直。

1.2 斜井段鉆具組合

由于小井眼鉆井鉆頭尺寸小，鉆頭與地層接觸面積小，在定向鉆進(jìn)期間采用PDC鉆頭時(shí)，工具面很難穩(wěn)住，為定向鉆井的施工造成很大困難。經(jīng)研究決定采用HJ437G的三牙輪鉆頭，與井底接觸面積大，定向鉆進(jìn)期間能很好的穩(wěn)住工具面，定向效果良好。

1）定向段鉆具組合 ?165.1mm牙輪鉆頭＋?130mm動(dòng)力鉆具＋?120mm無(wú)磁鉆鋌＋MWD短節(jié)＋ （88.9mm加重鉆桿＋ （88.9mm鉆桿。

2）穩(wěn)斜段鉆具組合 ?165.1mmPDC鉆頭＋?130mm動(dòng)力鉆具＋?145mm扶正器＋?120mm無(wú)磁鉆鋌＋MWD短節(jié)＋?88.9mm加重鉆桿＋?88.9mm鉆桿。

3）鉆進(jìn)參數(shù) 鉆壓20～60kN，排量16～20L／s（視泵壓而定）。

4）斜井段鉆進(jìn)方式 定向期間以滑動(dòng)鉆進(jìn)為主，全力增斜，穩(wěn)斜期間勤測(cè)斜，勤計(jì)算。如果狗腿嚴(yán)重度超過(guò)設(shè)計(jì)要求，可以采用轉(zhuǎn)盤＋動(dòng)力鉆具復(fù)合鉆進(jìn)方式鉆進(jìn)，以降低整個(gè)造斜段造斜率符合設(shè)計(jì)要求。定向段軌跡要圓滑，避免造成井斜、方位大幅度波動(dòng)，造成起下鉆困難。在定向過(guò)程中，可根據(jù)泥漿潤(rùn)滑情況補(bǔ)加潤(rùn)滑劑，滿足定向需要。

2 水力參數(shù)優(yōu)化

采用drillbench軟件對(duì)小井眼的水力參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。分別計(jì)算不同井斜條件下的最低排量及循環(huán)過(guò)程中的壓耗。假設(shè)某井計(jì)算條件［2］如下:井身結(jié)構(gòu):244.5mm套管下深400m，其余裸眼，井眼擴(kuò)大率4%；鉆具組合:斜井段鉆具組合；鉆井液密度1.25g／cm3，機(jī)械鉆速10m／h。不同井斜條件下的最小攜巖排量變化曲線和不同排量下的壓耗變化曲線分別如圖1和圖2所示。由圖1可以看出，隨著井斜不斷增大，所需的最小排量也不斷增加。當(dāng)井斜大于30°后，排量隨井斜的增加趨勢(shì)變緩。由圖2可以看出，隨著排量的增大，系統(tǒng)壓耗隨之增加。

圖1 不同井斜條件下的最小攜巖排量

圖2 不同排量下的壓耗

在地面最大泵壓確定的條件下，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工況的具體情況，可以確定允許的最大排量，從而選擇合理的水力參數(shù)指導(dǎo)生產(chǎn)。通過(guò)理論計(jì)算并結(jié)合多口試驗(yàn)井的試驗(yàn)，得出以下規(guī)律:鉆井液密度1.25g／cm3，黏度35～45s，失水5～10ml，含沙0.3%，pH值8～9，初、終切力2、6Pa。對(duì)于井斜小于38°的小井眼定向井，攜巖所需的最小排量為15L／s；井斜大于38°小于50°，攜巖所需最小排量為16L／s。

3 鉆井液體系優(yōu)化

針對(duì)小井眼環(huán)空間隙小、易糊井壁的難題，結(jié)合該地區(qū)沙河街組易坍塌的特點(diǎn)，使用聚合物潤(rùn)滑防塌鉆井液體系。該鉆井液體系具有良好的剪切稀釋特性、潤(rùn)滑性好、摩阻低、井壁穩(wěn)定性好。能減少或避免井下復(fù)雜情況和事故的發(fā)生，對(duì)于提高機(jī)械鉆速，有效保護(hù)油氣層，延長(zhǎng)油井壽命具有十分重要的意義［3］。

1）二開(kāi)直井段。該井段所鉆地層為明化鎮(zhèn)組、館陶組。為避免造漿率差，一般在定向點(diǎn)前200～350m處改小循環(huán)，在小循環(huán)鉆進(jìn)中，加入聚合物控制黏土造漿，同時(shí)開(kāi)啟離心機(jī)，清除劣質(zhì)黏土及無(wú)用固相，使鉆井液的黏土含量控制在合理的范圍內(nèi)，保持鉆井液低黏、低切、低固相［4］。增大聚合物加量，同時(shí)加入MMH＋WNP＋NPAN＋NAOH，保證鉆井液固相。具有較好的流動(dòng)性和較高的動(dòng)切力，更好地保證鉆井液的攜砂性，確保了第一趟鉆的起下順利。

2）二開(kāi)斜井段。①定向初期，開(kāi)始加入稀釋劑＋NaOH＋PAM （聚丙烯酰胺）對(duì)鉆井液進(jìn)行定性處理，同時(shí)跟入適量的水和燒堿膠液，穩(wěn)定鉆井液的性能和提高鉆井液對(duì)地層的抗污染性，使鉆井液具有較強(qiáng)的抑制性、攜砂性和很強(qiáng)的沖刷力。②定向復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)加入WNP－1＋KFT降失水劑，使鉆井液具有優(yōu)良的流變性和較大的失水，隨著井深的不斷增加，逐步的補(bǔ)充降失水劑和降黏劑。③為了確保井下安全，增加了短起下的次數(shù)，有效地保障了后期鉆井施工的安全。④在斜井段鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆具容易附在井壁上面引起黏卡，要嚴(yán)格控制鉆井液中劣質(zhì)固相的含量，維持合理的鉆井液密度。在保證井控安全和井壁穩(wěn)定的前提下，盡可能地降低鉆井液密度，減小壓差，改善泥餅質(zhì)量使其薄而致密堅(jiān)韌，并具有低的滲透率和良好的壓縮性。鉆井液配方見(jiàn)表1。

4 小井眼固井技術(shù)

4.1 小井眼固井難點(diǎn)分析

1）小井眼鉆井環(huán)空間隙狹窄，增大了固井時(shí)的循環(huán)當(dāng)量密度，容易造成漏失，同時(shí)，窄環(huán)空形成的水泥環(huán)比較薄，不利于形成有效的封隔。

2）小間隙固井存在套管居中差、環(huán)空摩阻大、頂替效率低、水泥環(huán)薄等問(wèn)題，難以保證小間隙固井質(zhì)量。

3）在油氣井后期作業(yè)過(guò)程中，由于水泥環(huán)薄、韌性差，易造成水泥環(huán)破碎，導(dǎo)致油氣層封隔失效。

4）由于間隙狹窄，容易造成套管、懸掛器等固井工具下入受阻，接頭密封不嚴(yán)，另外現(xiàn)有固井工具的安全有效性能還不能滿足小間隙固井施工要求，難以保證固井質(zhì)量。

表1 聚合物潤(rùn)滑防塌鉆井液體系配方

4.2 解決對(duì)策

采用塑性微膨脹水泥漿體系固井和泡沫低密度水泥漿套管填充保護(hù)技術(shù)。

1）塑性微膨脹水泥漿體系中的添加劑。①增韌劑能提高抗壓和抗折強(qiáng)度，降低射孔壓裂時(shí)水泥環(huán)的破裂程度，有效防止油井射孔壓裂時(shí)油氣水竄，延長(zhǎng)油井的使用壽命；②膨脹劑的微膨脹性能能消除水泥石凝固時(shí)的體積收縮，有利于提高第二界面膠結(jié)質(zhì)量，從而滿足小井眼井后期開(kāi)發(fā)開(kāi)采的要求。

2）開(kāi)發(fā)了泡沫低密度水泥漿套管填充保護(hù)技術(shù)。當(dāng)采用套管固井時(shí)，應(yīng)用低密度水泥漿，可以降低液柱壓力，確保水泥漿返至地表，有效防止漏失，提高固井質(zhì)量。下部目的層段采用常規(guī)水泥漿，上部非目的層段用低密度水泥漿體系封固。既降低了環(huán)空的液柱壓力，滿足了防止漏失、保護(hù)套管的要求，又保護(hù)了儲(chǔ)層，保證了目的層段的封固質(zhì)量。

表2 近3年勝坨地區(qū)小井眼鉆井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)比

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

從近3年在勝坨地區(qū)開(kāi)展的小井眼鉆井施工數(shù)據(jù)對(duì)比 （見(jiàn)表2）可以看出，通過(guò)鉆具組合、鉆井參數(shù)的不斷優(yōu)化，該地區(qū)的機(jī)械鉆速明顯提高，鉆井周期和建井周期大大縮短，個(gè)別井指標(biāo)超該地區(qū)常規(guī)井［3－4］。

6 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)勝坨地區(qū)的地層特點(diǎn)以及小井眼鉆井技術(shù)的難點(diǎn)，通過(guò)理論分析結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，進(jìn)行了勝坨地區(qū)小井眼鉆井鉆具組合、水力參數(shù)、鉆井液、固井水泥漿的優(yōu)化，形成了一套適合勝坨地區(qū)的小井眼鉆井技術(shù)，提高了機(jī)械鉆速，縮短了鉆井周期和建井周期，為勝利油區(qū)的小井眼鉆井提供了一定的指導(dǎo)作用，并大大節(jié)省了鉆井成本。對(duì)于開(kāi)發(fā)老區(qū)剩余油、提高難動(dòng)用儲(chǔ)量的開(kāi)發(fā)程度以及黃河口自然保護(hù)區(qū)的環(huán)境保護(hù)有著重要意義。

［1］李文魁 .國(guó)內(nèi)外小井眼鉆采技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 ［J］.天然氣工業(yè)，2009，29（9）:54－56.

［2］孫浩玉 .小井眼水力壓耗計(jì)算探討 ［J］.石油機(jī)械，2011，39（10）:49－53.

［3］劉社明 .長(zhǎng)慶油田小井眼鉆井應(yīng)用分析 ［J］.鉆采工藝，2009，32（4）:26－27，33.

［4］彭明旺 .提高小井眼鉆井速度研究 ［J］.斷塊油氣田，2007，14（2）:66－67.