鄂爾多斯東勝氣田鉆完井工程關鍵技術

＊張軍義

（中石化華北石油工程有限公司 河南 450000）

鄂爾多斯盆地是一個長期穩定發育的大型克拉通疊合盆地[1]，上古生界發育大面積致密砂巖儲集層，具有“先致密、后成藏”的特征，屬大型低孔、特低滲透、低豐度油藏，整體呈現“多、低、薄、強”的致密低滲透儲層發育特征[2-5]。

自1999 年大探1 井獲得工業氣流開始，中石化在鄂爾多斯盆地北緣（以下簡稱“鄂北”）已發現大牛地、東勝等多個氣田。不同于鄂爾多斯盆地內部長期穩定發育的蘇里格氣田，鄂北工程地質特征復雜[6]，鉆完井工程存在機械鉆速低、漏塌嚴重、完井周期長、優質儲層鉆遇率低、儲層易受傷害等問題，嚴重制約致密低滲氣藏高效勘探與效益開發[7]。針對鄂北致密氣開發面臨的技術瓶頸問題，立足工程地質特征，持續開展技術攻關，形成了保障鄂北致密氣高效勘探效益開發的鉆完井工程技術系列。

1.鉆完井工程技術難點

(1)地層巖性復雜，機械鉆速低

氣藏以砂礫巖、硬質砂巖等巖性為主，在縱向上，研磨性和塑性地層交互分布。如志丹群、安定組、延長組含等層段含礫大于30%，PDC 鉆頭易崩齒。盒1段、山2 段等石英含量大于60%，山1 段石英最高達100%，地層研磨性強，PDC 鉆頭磨損快。多層位發育大段泥巖，石千峰組地層垂厚約290 m，以棕紅、棕褐色泥巖為主，石盒子組以灰綠灰褐色泥巖為主，鉆頭易泥包。山西、太原組存在大段硬脆性泥巖，巖石強度高，鉆井提速難度大[8]。

(2)漏塌同存，鉆井復雜頻發

盆地多層位裂縫發育，泥巖段長，隨著勘探開發區域的逐漸擴大，鉆井復雜情況體現出新的特征。盆地中生界-上古生界位于同一裸眼井段，漏失壓力低，如東勝氣田劉家溝組漏失壓力為1.06～1.20 g/cm3，柳楊堡氣田劉家溝組漏失壓力1.10～1.20 g/cm3，坍塌壓力高，東勝氣田石千峰組和石盒子組地層坍塌壓力大于1.20 g/cm3，安全密度窗口窄，甚至是負窗口，漏塌相互干擾，僅通過調控鉆井液密度難以實現一體化防漏抑塌。

(3)儲層非均質性強，軌跡調整頻繁

由于普通伽馬無法分析儲層方向性，導致難以實時準確評價當前鉆遇地層的特性，增加了地質導向決策難度。A 靶點著陸前因地質需求，常需要進行強增或強降井斜施工，造成井眼曲率過大，增加了中完作業難度和風險。另外，由于儲層砂體夾泥巖，鉆遇泥巖后需進行軌跡調整，甚至地質回填，嚴重影響鉆進時效。

(4)地層承壓能力低，固井漏失率高

鄂爾多斯盆地地層承壓能力低、漏失層位多，固井漏失率高，水泥返高難以保障。以劉家溝組、延安組問題最為突出。采用“正注反擠”工藝銜接難度大，反擠井段固井質量不理想，空套管段長問題突出。

2.復雜巖性地層水平井鉆井提速技術

針對復雜巖性特征及井眼軌跡造成的機械鉆速慢難題，通過應用研制的個性化PDC 鉆頭、優選輔助配套提速工具，配套高效破巖優化控制技術，有效提高機械鉆速。

(1)高效混合布齒PDC鉆頭

基于巖石力學特征，通過計算機模擬分析和單齒破巖室內實驗，優選切削齒齒形，優化切削齒的高度差組合，切削齒后傾角和鉆頭力平衡性能，形成適合鄂北地質工程特點的3 種規格混合布齒PDC 鉆頭。直井段采用“錐齒+平面齒”組合，保證單只鉆頭進尺和機械鉆速，提高鉆遇含礫石夾層時的抗沖擊性；斜井段采用“脊形齒+錐齒”組合及超短螺旋保徑+超短接頭的設計方法，提高鉆頭定向效率；水平段采用“脊形齒+平面齒”組合，全金剛石保徑，提高鉆頭壽命和機械鉆速。推廣應用后，平均單只鉆頭進尺提高40%以上，單井鉆頭使用數量降低30%以上。

(2)鉆井輔助提速工具

根據各井段鉆井提速和施工難點，優選多類輔助提速工具，配套應用方案，形成分段鉆井提速方案（見表1），有效提高破巖效率，平均機械鉆速提高25%以上。

表1 各井段鉆井提速工具應用方案

(3)高效破巖優化控制技術

針對大斜度井段與水平段易形成巖屑床難題，通過偏心環空壓耗模型，分析巖屑床對環空壓耗的影響規律，繪制ECD 圖版，對比實鉆與理論ECD 的變化規律，監測井眼清潔程度（見圖1）；通過臨界流速方程和巖屑床厚度預測方法，優化鉆桿轉速、排量等參數，配套旋流清砂工具，水力與機械方式結合，有效清除井內巖屑床。

圖1 巖屑床監測圖版

3.窄壓力窗口漏塌一體化防治技術

針對地層壓力窗口窄的問題，基于漏塌復雜機理分析，應用復合鹽強抑制強封堵鉆井液、窄壓力窗口堵漏技術、工程控壓防漏鉆井技術，有效降低漏塌復雜占比。

(1)復合鹽強抑制強封堵鉆井液體系

針對泥巖段井壁易失穩的難題，針對性設計“活度調控+ 協同封堵+ 強化抑制”的鉆井液開發思路，優選活度調節劑、泥巖水化抑制劑和降失水劑等關鍵處理劑，通過調整加量，控制鉆井液高溫高壓失水小于10 mL，泥巖滾動回收率大于95%，鉆井液活度控制在0.95 左右。研選多級配致密填充和多元封堵劑，實現“剛性顆粒+表面改性+變形封堵+濁點效應”協同封堵。通過應用該鉆井液，井壁失穩平均單井損失時間降低50%以上。

(2)裂縫性地層鉆井防漏技術

根據鉆井漏失數據統計，結合理論分析，劃分漏失風險等級區。根據壓力窗口，采用循環壓耗、波動壓力的井筒壓力分析手段，分井段、分井斜精細控制鉆井液密度，指導機械鉆速、循環排量、起下鉆（套管）速度、通井速度等參數優化。技術應用后，鉆井漏失率降低50%以上。

(3)鉆井堵漏技術措施

針對劉家溝組等裂縫性漏失地層，研發出了系列堵漏材料，針對不同漏速采用不同堵漏措施：針對漏速小于3 m3/h 的井漏，應用納米級隨鉆堵漏材料，配套形成隨鉆堵漏漿，承壓可達5 MPa；針對漏速3～5 m3/h 的井漏，采用致密承壓堵漏體系，不同規格楔形裂縫承壓均大于8 MPa；針對漏速大于5 m3/h的惡性漏失，采用自主開發的可控膨脹堵漏（KPD）工藝技術，包括水泥基、低水泥復合基和化學凝膠3 種堵漏漿體系，具有強觸變性、強度發展快、鎖水膨脹、即時稠化等特征，適用不同層位和施工階段的堵漏需要，KPD 技術一次堵漏成功率大于90%。

4.致密砂巖水平井軌跡高效控制技術

針對地層強非均質性的問題，基于三維地質模型，采用井眼軌跡優化設計技術、近鉆頭地質導向技術、高效鉆具組合等方法，有效降低軌跡控制難度，提高儲層鉆遇率。

(1)水平井井眼軌跡優化設計技術

根據三維地質模型中大段砂、泥巖疊置關系，在井壁穩定的砂巖段使用滑動鉆進以提高造斜率，井壁不穩定泥巖段多采用復合鉆進以提高機械鉆速，實現二維斜井段井眼軌道優化（見圖2），斜井段泥巖滑動占比較常規設計方法降低40%以上。三維水平井采用“雙二維”軌跡設計，上移造斜點，有效降低鄰井碰撞風險，滑動摩阻減少50%以上。

圖2 二維水平井斜井段井眼軌跡優化方案

(2)近鉆頭地質導向應用技術

應用近鉆頭地質導向工具，測量零長約為0.5 m，并且基于方位伽馬圖譜，優化邊界追蹤和傾角算法，有效確定地層傾角和“軌跡-地層”接觸關系。通過有機融合定向、錄井和地質導向技術，形成以三維地質建模、隨鉆三維模型反演、在線實時評價和軌跡動態調整為核心的定錄導一體化技術。通過該技術推廣，導眼井占比大幅度降低，砂巖鉆遇率和一次中靶率均提高至90%以上。

(3)高效鉆具組合

采用底部鉆具組合鉆進趨勢分析模型，利用基于實鉆數據的鉆進趨勢修正方法和BHA 鉆進趨勢分析與優化設計軟件，實現扶正器間距設計和外徑優化。斜井段應用1.50°和1.75°短彎螺桿，使造斜率提高28%以上；水平段配套變徑穩定器，實現“單彎單穩”和“單彎雙穩”之間鉆具組合靈活轉化，水平段滑動定向進尺減少60%以上，進一步促進了鉆井提速。

5.低漏失壓力水平井固井技術

針對固井漏失嚴重問題，采用固井前地層漏失壓力預測技術、低成本低密度水泥漿體系及配套工藝技術，形成了致密氣藏低漏失壓力水平井固井技術，有效保障固井長效密封。

(1)固井前地層漏失壓力預測技術

依據鉆井漏失、固井漏失、水泥返高等生產資料大數據統計結果，劃分井漏風險等級區，應用深、淺電阻率數據計算裂縫孔隙度剖面，并擬合計算鉆井漏失壓差、漏失速率和裂縫孔隙度，確定裂縫性地層漏失壓力剖面；參考固井前鉆井液在“環空-套管”內循環流動規律，利用循環摩阻動態測試地層漏失壓力?，F場應用預測符合率大于90%，為固井防漏設計提供定量依據。

(2)低成本低密度水泥漿體系

通過優選減輕材料，通過多元復配，開發了1.15～1.30 g/cm3超低密度水泥漿體系，體系穩定性好，承壓30 MPa 后的密度變化范圍小于0.01 g/cm3，綜合成本較市場同密度體系降本20%以上?，F場應用固井優良率達93.2%。

6.結論及建議

（1）研究形成的鄂北致密氣鉆完井工程技術系列具有較好的針對性，有效地提高了工程技術水平，取得了好的應用效果，具有很好的推廣應用前景。

（2）建議持續優化現有成熟技術，進一步開展技術集成應用，并且在“一趟鉆”技術、儲層保護技術等方面進一步強化攻關，助力持續降本增效，保障鄂北致密氣高效開發。