□

水平井是定向井鉆井技術的延伸和發(fā)展，是20世紀80年代國際石油界迅速發(fā)展并日臻完善的一項綜合性配套技術，它包括水平井油藏工程和優(yōu)化設計技術、井眼軌跡控制技術、鉆井液與油層保護技術、測井技術和完井技術等一系列重要技術環(huán)節(jié)，綜合了多種學科的一些先進技術成果。

華北分公司大牛地氣田水平井配套技術初步完成了從引進發(fā)展到消化吸收的過程，并實現(xiàn)了部分核心技術的自主創(chuàng)新。目前已擁有水平井優(yōu)化設計技術、軌跡控制技術、優(yōu)快鉆井技術、水平井鉆完井液儲層保護技術、欠平衡鉆井技術，正在研究攻關分支井技術、全過程欠平衡水平井鉆完井技術和水平井壓裂增產(chǎn)技術。通過這些先進技術的應用，為提高大牛地氣田儲量動用率提供了有力的支持。

水平井軌跡控制技術

華北分公司注重水平井鉆井工程設計的研發(fā)工作，多次派專業(yè)技術人員到兄弟油田和水平井施工現(xiàn)場跟蹤調研取經(jīng)，結合大牛地氣田低滲透薄差儲層及長水平段軌跡控制困難等地質和工藝難點進行攻關。通過優(yōu)化水平井井身結構設計、軌跡設計，形成了三級井身結構、靶前位移由原來的350米調整為500米井身剖面，這樣降低了增斜率，利于井身軌跡控制和機械鉆速的提高。

以往所施工的水平井，都是事先施工一個導眼，以一定的井斜直接穩(wěn)斜鉆入油層，探得油層深度之后回填到一定深度，再側鉆進行著陸施工。這種方法主要適合對油層的確切深度把握不準，且在油層上部無合適的標準層可做參考的水平井。為確保水平井順利著陸于目的層，該法不失為行之有效的最直接的方法。

2009年，為進一步壓縮水平井鉆井周期，華北分公司大膽創(chuàng)新，運用不打斜導眼實施水平井工藝。由于沒有任何參考項目，準確進入目的層難度非常大，對地質、工程要求非常高。地質設計人員通過堅持開發(fā)地質和三維儲層預測全過程、高度緊密結合原則，在相控儲層預測基礎上進行局部的精細預測、精細跟蹤、及時調整，采取精細標定技術、巖性曲線重構技術、地質統(tǒng)計多參數(shù)反演技術及電阻率反演技術，達到精細儲層預測和準確入窗的目的層。

不打斜導眼實施水平井，是一項縮短水平井鉆井周期的重要舉措。實施此項工藝，水平井鉆井周期由110天縮短至80天以內，鉆井周期可縮短近40%。水平井DP17井、DP19井采取此項技術，鉆井周期分別壓縮為75天和81天。這項技術的推廣應用，對進一步推進大牛地氣田經(jīng)濟有效開發(fā)起到了重要作用。

懸空下切側鉆技術

大牛地氣田天然氣儲層屬河流狀分布，儲層展布方向難以確認，儲層垂深位置會有變化，在實施水平井水平段鉆井中，常常會發(fā)生井筒軌跡脫離含氣儲層而進入泥巖層的現(xiàn)象。進入非含氣的泥巖，不但造成無效進尺，井壁還極易坍塌引發(fā)卡、埋鉆具事故，這是非常危險的。在運用常規(guī)鉆井液體系施工的水平井，一般都采取打水泥塞封堵無效的泥巖層井段，重新側鉆，使鉆頭回到含氣儲層鉆進。

氣田在施工水平井DP19井時，選用的是氮氣泡沫欠平衡鉆井工藝技術。在發(fā)生井筒軌跡脫離含氣儲層的情況下，如果采用打水泥塞的方法封堵無效井段，就會造成對儲層的重新污染而失去欠平衡鉆井的意義。遇到這種狀況，必須采取退出無效井段，在鉆頭懸空狀態(tài)下，利用單彎螺桿和地質導向儀器重新向其他方位側鉆出新井筒。這種方法既可避免儲層污染，時效又高。

DP19井在水平段長500米和800多米處，井筒軌跡兩次發(fā)生脫離含氣儲層時，施工單位詳細分析實鉆巖樣和隨鉆數(shù)據(jù)的變化情況，優(yōu)選側鉆點，制定了切實可行的側鉆技術措施，均采取懸空下切定向技術一次成功，豐富了氮氣泡沫欠平衡條件下懸空側鉆經(jīng)驗，為施工水平分支井奠定了基礎。

優(yōu)快鉆井工藝技術

大牛地氣田水平井優(yōu)快鉆井技術經(jīng)過了實驗探索、逐步提高和優(yōu)化改進三個階段，形成了水平井優(yōu)化鉆頭程序，優(yōu)化鉆具組合，防止鉆具中擾動疲勞失效，井壁穩(wěn)定技術，優(yōu)化井身結構、剖面等配套優(yōu)快鉆井技術，為大牛地氣田水平井提速發(fā)揮出重要作用。

1.PDC鉆頭的成功應用，大幅度提高了機械鉆速

鉆井施工單位根據(jù)鉆井工程設計、充分考慮剖面類型、地層、巖性、地層可鉆性等因素，確定合適的鉆頭類型。目前大牛地氣田水平井基本解決了一開、二開上直井段PDC鉆頭優(yōu)選問題。

一開采用適應上部地層的PDC鉆頭，單只鉆頭連續(xù)使用了9口井，總進尺4520米，平均機械鉆速每小時11.49米，比牙輪鉆頭提高幅度達31%，其中在水平井DP3井使用的PDC鉆頭，機械鉆速高達每小時33.375米。

進入二開造斜段，各施工水平井單位都嘗試了PDC鉆頭的應用，但由于PDC鉆頭定向時工具面不穩(wěn)、造斜率低、滑動鉆進多，基本上都沒有成功。2009年8月以后，水平井設計將靶前位移由350米增至500米，這樣就為造斜段PDC鉆頭的應用提供了使用條件。在DP21井造斜段又進行了PDC鉆頭試驗，一種新型號的PDC鉆頭進尺157.36米，機械鉆速相對牙輪鉆頭提高130%，同時也為下步在造斜段推廣應用PDC鉆頭提供了依據(jù)。

三開水平段使用有三種型號PDC鉆頭，經(jīng)過現(xiàn)場應用分析，一種新型適合于水平段鉆進的PDC鉆頭，使用效果最好，該鉆頭在水平井DP16井、DP18井、DP20井都使用得非常好，平均單只鉆頭進尺165米，平均機械鉆速每小時4.35米。

PDC鉆頭的成熟應用為大牛地氣田水平井提速起到了關鍵作用，具備水平井PDC鉆頭使用效果最好指標。

2.優(yōu)化鉆具組合，防止鉆具中擾動疲勞失效

早在2007年，大牛地氣田在施工水平井DF2井、DP3井中，初期采用的鉆具組合為塔式鉆具組合，由于井眼和鉆具之間存在較大的間隙，鉆進過程中鉆鋌中和點位置存在鉆具擾動現(xiàn)象，施工中入井的新鉆鋌頻頻出現(xiàn)疲勞斷裂，其中DF2井出現(xiàn)鉆具失效3次，DP3井出現(xiàn)鉆具失效2次。

他們以此為教訓，總結分析鉆具失效的原因，自2008年，在施工水平井DP5井開始，通過在中和疲勞點處加裝一只直徑308毫米的扶正器，消除了鉆具擾動現(xiàn)象，解決了鉆具早期失效的問題，當年除DP11井出現(xiàn)1次鉆具失效，至今未出現(xiàn)鉆具失效問題。

水平井欠平衡鉆井技術

大牛地氣田氣藏地層壓力具備典型的低壓低滲裂縫性砂巖，該區(qū)儲層具有孔隙度低、滲透率低或致密、儲層壓力低、儲層孔喉細小、毛管壓力高以及儲層裂縫和微裂縫發(fā)育等特征。儲層損害以儲層裂縫損害、儲層液鎖損害、應力敏感損害以及酸堿敏、水敏、鹽敏損害等為主，必須采取切實可行的保護措施。

欠平衡鉆井是保護儲層最有效的手段。2006年，大牛地氣田從DF1井開始使用氮氣泡沫進行欠平衡施工，截至目前共施工7口欠平衡工藝水平井。

欠平衡鉆井技術是準確發(fā)現(xiàn)和評價油氣資源的方法之一，尤其適合評價和開發(fā)低壓低滲油氣層。在大牛地氣田施工的欠平衡水平井大多數(shù)采用兩相流注入氮氣法加套管閥的工藝。

通過欠平衡工藝的實施，取得了以下效果：

鉆井機械鉆速大幅度提高。欠平衡鉆井降低了井底壓力，減少了井底巖屑的壓持效應，能夠較大程度地提高機械鉆速，DP4井三開欠平衡段平均機械鉆速每小時6.03米，創(chuàng)造了本區(qū)塊鉆井速度最快的指標。

防止了地層傷害，提高了產(chǎn)量，有利于發(fā)現(xiàn)低壓產(chǎn)層，擴大勘探區(qū)塊。測試結果表明，欠平衡鉆井地層表皮系數(shù)為0，屬于完善完井。DP4井水平段由于采用了充氣全過程欠平衡鉆井技術，完全消除了常規(guī)鉆井液鉆井的正壓差，加之充氣鉆井液遲到時間短，極其有利于及時發(fā)現(xiàn)油氣層。三開充氣全過程欠平衡鉆井地層油氣顯示良好，自井深3377.25米后均能實現(xiàn)后效著火，持續(xù)著火時間長達140分鐘，火焰最高11米，首次在本區(qū)塊盒一段地層見到良好的顯示，很好地實現(xiàn)了保護油氣層效果。