寧東油田ND61井鉆井工程設計

張 蕊，付春苗，王桂芹

(1.延安大學 石油工程與環境工程學院，陜西 延安 716000；2.吐哈油田勘探開發研究院，新疆 哈密 839000)

水平井技術是近三十年在國際石油技術行業中迅速興起并日臻完備的一項綜合性油田開發技術[1]。目前，該技術已成為國內外各大油田用來提高各類型油氣藏單井產量的有效手段和重要措施。進入20世紀80年代以來，水平井鉆井技術迅速發展起來，隨后在世界不同類型油氣藏中得到廣泛應用[2-4]。90年代，我國水平井鉆井技術也得以高速發展[5-7]。本文以寧東油田寧東25井區為研究對象，在綜合參考寧東油田ND61井的資料以及數口鄰井鉆井設計的前提下，制定出一套完善的鉆井工程設計，在井眼軌跡控制方面，結合隨鉆測井技術進行實時監控，針對改變技術套管尾部的管串結構，配合新工藝，安全高效地實現分級固井。針對該地區可能會出現的地層問題，我們設計優化出了一套合理的鉆井液體系，最終解決了井漏、井塌、井涌、砂卡、氣竄等鉆井難題，從而達到保護儲層的目的。

1 儲層地質特征

寧東油田處于鄂爾多斯盆地天環坳陷中部，地質運動中期受到強烈的碰撞擠壓作用，斷裂與背斜和斷鼻構造發育，并成排條狀分布，沖斷構造帶也因此成為了該油田的典型地貌特征[8]。延安組地層特有一套煤層系地層，煤層發育在沉積構造旋回的上部，分布較廣泛，而這也正是本區油層組對比劃分的重要標志之一[9，10]。

2 鉆井工程設計

在天然氣勘探以及石油開發過程中，鉆井是重要的手段，而合理的鉆井工程設計是保證鉆井安全、順利鉆進的前提。

2.1 井身剖面設計

將ND61井的井身剖面設計為直—增—平三段制的中曲率半徑水平井，井身剖面設計結果見表1。該井的地層情況見表2。該井所鉆地層地質條件復雜，地層傾角大，最大井斜角為89.81°，A、B靶點目的層均為延9層。

表1 井身剖面設計

表2 ND61井鉆遇地層預測表

2.2 井身結構設計

井身結構設計的主要任務是確定套管的下入層次和下入深度，為確保成井，鉆至目的層，在滿足地質要求的前提下，井身結構采用二級井身結構設計方案。井身結構數據表見下表3，井身結構示意圖見下圖1。一開下套管封固第四系黃土層和志丹群泥巖易塌、易垮地層，加固井口；二開下套管鉆穿志丹群安定組、延安組砂巖層，封固易漏易垮塌地層，打開目的層。

表3 ND61井設計井身結構數據

2.3 井眼軌跡控制技術

(1)一開直井段

設計井段深度為0.00 m至301 m，鉆具組合為塔式鉆具組合，情況如下：

φ311 mm鉆頭+φ203 mm無磁鉆鋌9 m+φ203 mm鉆鋌72 m+φ178 mm鉆鋌81 m+φ127 mm鉆桿。

圖1 ND61井井身結構示意圖

初次鉆進時采用低壓低轉速鉆進，隨著鉆進深度的增加逐漸給鉆頭施加鉆壓。

(2)二開直井段

設計井段深度為301 m至2194 m，該段鉆具組合設計為螺桿+MWD鉆具組合，情況如下：

φ215.9 mm PDC+φ172 mm 1°螺桿+φ178 mm無磁鉆鋌(1根)+MWD定向接頭+φ238 mm扶正器+φ158.8 mmDc(12根)+φ127 mm加重鉆桿20根+φ127 mm鉆桿。

(3)二開斜井段

設計井段深度為1833.23 m至2194 m，設計井斜角為89.81°，造斜率為7.45°/30 m，設計鉆具組合為轉盤鉆具組合，情況如下：

φ215.9 mm牙輪鉆頭+φ214 mm近鉆頭穩定器+MWD定向接頭+φ158.8 mm無磁鉆鋌9 m+φ158.8 mm鉆鋌9 m+φ214 mm扶正器+φ158.8 mm鉆鋌27 m+φ127 mm加重鉆桿200 m+φ127 mm斜坡鉆桿+φ127 mm鉆桿。

(4)二開水平段

設計井段深度為2194.93 m至2494.96 m，水平段鉆具設計組合如下：

φ215.9 mm鉆頭+φ172 mm 1°單彎動力鉆具+MWD+φ158.8 mm無磁鉆鋌9 m+φ127 mm加重鉆桿200 m+φ127 mm斜坡鉆桿+φ127 mm鉆桿。

水平井段采用轉盤鉆+小角度單彎馬達的鉆具組合，LWD測井儀隨鉆測量地層的自然伽馬、電阻率等數據，指導鉆頭有效沿油層走向鉆進[11]。

3 鉆井液性能優選

3.1 鉆井液設計

由于ND61井所鉆地層具有水敏性強、易垮塌、巖屑床阻卡等特點，遵循有利于發現和保護油氣層，有利于安全鉆進的原則，在鉆井液體系的優選上要選擇具有低密度、低固相和強抑制性等特點的鉀銨基聚合物鉆井液體系[6]。表4中每一開井段鉆井液體系中的原漿都是由清水+5%膨潤土配置而成。

表4 鉆井液分段設計表

3.2 鉆井液維護與處理

(1)一開井段，為了確保地層水中Cl-、Ca2+、Mg2+離子含量不超標，開鉆前應對地層水進行化驗分析，當Cl-含量超過1000 mg/L時不適宜配坂土漿，當地層水中Ca2+、Mg2+離子含量超標時，應先對配漿水進行軟化處理。

(2)二開直井段，嚴禁直接采用清水鉆進和循環坑大循環[12]，應選用低固相鉀基聚合物鉆井液，全部采用罐式循環。鉆進過程中應時刻關注視泥漿上返情況，并根據實際情況適當調整聚丙烯酸鉀(K-PAM)和水解聚丙烯腈-銨鹽(NH4-HPAN)兩種膠液的含量。

(3)二開斜井段，為確保煤層井壁結構的穩定性，需要對泥漿的粘度進行嚴格把控，若返出泥漿含有大量煤屑，應提高泥漿的密度，直到再次上返出的泥漿情況變回正常為止。

(4)二開水平段，鉆進過程中視泥漿返出情況，及時檢測泥漿性能并增補各種處理劑，各項處理劑在地面上均調配成溶液或膠液狀態并充分溶解[12-14]，避免未溶解的處理劑梗塞井下鉆具和篩網網眼。

4 固井方案

固井是鉆井工程中一個十分重要的環節，固井質量的好壞影響整個工程完成的進度以及油氣井開采過程的安全。針對于研究區地層固井時容易出現的漏失、氣竄等問題，對傳統固井方案做以下改進：

(1)表層套管固井方案設計。表層套管固井使采用一次注水泥全井段封固的方案，若泥漿未能有效上返，立即從套管環空中回注水泥。

(2)技術套管固井方案設計。固井方案采用在全封固段一次注水泥的固井技術方案。下放套管到位后，先對盲板以上分級箍以下的井段進行固井，一級碰壓后打開分級箍后循環，5～6 h后進行二級固井[15，16]，改變技術套管尾部的管串結構，配合新工藝，能夠更加安全高效地實現分級固井，有效預防漏失及氣竄等固井問題。該方法的優勢在于若鉆井過程中沒有發生漏失，則一級固井和二級固井都不會發生漏失。改進后管串結構見圖2。

圖2 管串結構示意圖

5 結論

通過研究，我們得出以下結論：

(1)本文將ND61井的井身剖面設計為直—增—平三段制的中曲率半徑水平井，井身結構設計為二級井身結構，二開技術套管直接下至井深2194 m，尾部采用防砂金屬纖維篩管完井。

(2)在井眼軌跡控制方面，設計出一套詳細的井控技術應對方案，并結合先進的隨鉆測井儀技術，及時對比、分析地層信息，準確掌握井眼軌跡的變化趨勢、地層巖性及油氣層變化情況，確保準確鉆達目的層。

(3)針對寧東油田ND61井所鉆地層水敏性強、易垮塌、巖屑床阻卡等特殊性，在鉆井液體系上優選具有低固相、強抑制性的鉀銨基聚合物鉆井液體系，在保證井壁穩定的同時有效地防止了泥巖水化膨脹和井塌等事故，確保施工作業優質、安全、高效的完成，達到保護處儲層的目的。

(4)優選固井方案，改變技術套管尾部的管串結構，可以安全高效地實現分級固井，有效預防漏失、氣竄等固井問題。