陸　川，秦小虎，王　旭，夏　陽，常　森，韓　煒，崔海標(biāo)，呂　楊，張秀峰

（1.中國石油長(zhǎng)慶油田分公司第五采氣廠，陜西西安710069；2.西安石油大學(xué)，陜西西安710065）

蘇里格氣田東區(qū)水平井快速鉆井技術(shù)

陸川1,2，秦小虎1，王旭1,2，夏陽1，常森1，韓煒1，崔海標(biāo)1，呂楊1，張秀峰1

（1.中國石油長(zhǎng)慶油田分公司第五采氣廠，陜西西安710069；2.西安石油大學(xué)，陜西西安710065）

水平井在氣田開發(fā)中的重要作用日顯突出，水平井鉆井施工周期直接影響到水平井投入生產(chǎn)的規(guī)模，在氣田水平井開發(fā)建設(shè)中，提高水平井鉆井速度，降低水平井鉆井周期技術(shù)是一項(xiàng)必須作為長(zhǎng)期重點(diǎn)研究的項(xiàng)目。

水平井；提速；PDC鉆頭；井壁坍塌；井漏；井軌跡

1　水平井鉆井提速現(xiàn)狀

水平井開發(fā)已成為蘇里格氣田大規(guī)模開發(fā)的主要方式。隨著水平井?dāng)?shù)量、水平段長(zhǎng)度的不斷增加，開發(fā)過程中出現(xiàn)許多嚴(yán)峻的技術(shù)難題，導(dǎo)致機(jī)械鉆速低，鉆井周期長(zhǎng)，制約了蘇里格氣田東區(qū)水平井的規(guī)模，影響氣田產(chǎn)量。因此，急需進(jìn)行水平井技術(shù)研究，優(yōu)選PDC鉆頭，解決斜井段、水平段漏失、泥巖段防塌、快速穿越泥巖段等技術(shù)瓶頸，并逐步形成一套適合氣田的水平井安全快速鉆進(jìn)技術(shù)，提高鉆井速度、縮短鉆井周期，以此達(dá)到蘇里格氣田東區(qū)水平井規(guī)模開發(fā)，并達(dá)到氣田增產(chǎn)目的。

2　水平井快速鉆井技術(shù)

2.1PDC鉆頭優(yōu)選技術(shù)

由于蘇里格地層非均質(zhì)性強(qiáng)，砂體橫向遷移頻繁，為了確保水平井準(zhǔn)確入靶，并提高砂體鉆遇率，靶前距由500m逐漸縮短至350m，出現(xiàn)增斜段加長(zhǎng)、造斜率難度大、復(fù)合鉆進(jìn)率低等現(xiàn)象。由于PDC鉆頭穩(wěn)定性差，工具面變化幅度大，滑動(dòng)效率差，極大地限制了PDC鉆頭在斜井段廣泛使用[1]；而且在水平段施工中PDC鉆頭抗研磨性弱、鉆遇泥巖后鉆頭泥包現(xiàn)象嚴(yán)重（見圖1）、地層穩(wěn)定性差、水平段鉆進(jìn)時(shí)軌跡調(diào)整頻繁等，都是影響水平段鉆頭優(yōu)選的關(guān)鍵因素。

圖1　PDC鉆頭使用情況

借鑒PDC鉆頭在定向井中的運(yùn)用，通過優(yōu)選PDC鉆頭刀翼數(shù)、布齒疏密度、仰角攻擊性以及水眼布置等情況，提高水平井PDC鉆頭的使用效果，從而達(dá)到提高機(jī)械鉆速的目的。

通過對(duì)蘇里格氣田東區(qū)完鉆××水平井斜井段以及水平段鉆頭使用情況統(tǒng)計(jì)，得到表1、表2的數(shù)據(jù)。

表1　蘇里格氣田東區(qū)水平井斜井段鉆頭鉆速對(duì)比

表2　蘇里格氣田東區(qū)水平井水平段鉆頭鉆速對(duì)比

通過表1數(shù)據(jù)對(duì)比，在蘇里格氣田東區(qū)水平井斜井段鉆井施工中優(yōu)選并推廣MD665D鉆頭，進(jìn)行鉆進(jìn)。

通過表2數(shù)據(jù)對(duì)比，在蘇里格氣田東區(qū)水平井水平段鉆井施工中優(yōu)選并重點(diǎn)推廣DD65C鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)。

2.2井壁坍塌預(yù)防技術(shù)

石千峰組、石盒子組發(fā)生垮塌主要原因是泥頁巖水化膨脹而引起井壁不穩(wěn)定。這種水化程度低，但水化所產(chǎn)生的膨脹壓很大。山西組、太原組地層主要是煤層遇鉆井液濾液后，造成煤層破碎、垮塌，增加鉆井周期及施工風(fēng)險(xiǎn)。

例如：蘇東X5-X6H井鉆井施工過程中，鉆至3272.55m時(shí)發(fā)生井塌并卡鉆，經(jīng)循環(huán)后井口返出黑色炭質(zhì)泥巖。通過調(diào)整鉆井參數(shù)1.5h并成功解卡，隨后下放鉆具探井底遇阻，劃眼憋鉆，憋泵，上提有遇卡顯示，井口有坍塌巖屑（最大直徑4cm，厚度1.5cm）返出。經(jīng)過20d處理井塌，期間劃眼困難，考慮引起次生風(fēng)險(xiǎn)決定套管開窗側(cè)鉆。該井從處理井塌、套管開窗側(cè)鉆，到重新入窗總計(jì)41d。

根據(jù)蘇東水平井歷年所采用強(qiáng)抑制無固相聚合物體系、雙鉀鹽聚合物鉆井液、無土相低傷害暫堵鉆(完)井液體系、以及有機(jī)胺防塌鉆井液等多種體系應(yīng)用分析發(fā)現(xiàn)，有機(jī)胺防塌鉆井液體系對(duì)于泥巖坍塌有較好的效果。該鉆井液體系的機(jī)理是依靠有機(jī)胺獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)使得抑制劑很好地吸附在粘土層間，并使得粘土層緊密結(jié)合在一起，對(duì)泥巖的水化作用有很強(qiáng)的抑制性[2]。

采用有機(jī)胺防塌鉆井液，減少固相含量，降低鉆井液密度，減少了井底摩阻，從而起到提高機(jī)械鉆速的效果，使用常規(guī)鉆井液井平均機(jī)械鉆速為4.87m/h，而使用有機(jī)胺防塌鉆井液井平均機(jī)械鉆速為6.43m/h，提高了1.56m/h。見圖2。

圖2　泥巖防塌鉆井液使用效果對(duì)比

對(duì)于煤層坍塌預(yù)防主要通過控制鉆井液性能。進(jìn)入山西組前將鉆井液密度提高到1.30g/cm3，粘度80s以上；至太原組密度提高到1.35g/cm3，粘度80～90s；至本溪組密度提高到1.35g/cm3以上，粘度80～90s。在鉆井液抑制性方面，復(fù)合鹽鉆井液體系轉(zhuǎn)換后，鹽的濃度應(yīng)逐步增加，不能降低，保持強(qiáng)的化學(xué)抑制性。

2.3井漏控制技術(shù)

蘇東區(qū)塊部分井在鉆進(jìn)過程中發(fā)生了井漏現(xiàn)象，如果不采取有效的預(yù)防井漏及堵漏措施，失返性地層將產(chǎn)生非常嚴(yán)重的漏失；若處理不當(dāng)可能造成較大的安全事故和經(jīng)濟(jì)損失。蘇東X0-X8H井鉆井液性能統(tǒng)計(jì)情況見表3。水平井井漏情況統(tǒng)計(jì)見表4。

表3　蘇東X0-X8H井鉆井液性能統(tǒng)計(jì)情況

表4　水平井井漏情況統(tǒng)計(jì)

在易漏失層位鉆進(jìn)時(shí)，必須做好防漏措施，控制好鉆井液的密度和泵的排量，通常情況下泥漿密度越大對(duì)地層的壓差就大，排量越大井筒內(nèi)循環(huán)壓力越大?？紤]到地層的復(fù)雜性，提高密度可以防止紙坊組、和尚溝組地層坍塌，而對(duì)于易發(fā)生井漏區(qū)域，該方法不可??；但是可以提前加入少量堵漏劑防止?jié)B透性井漏發(fā)生，單封堵漏劑可以封堵較小孔隙，達(dá)到防止井漏的作用。

例如蘇東X4-X1H2井鉆斜井段施工中，斜井段采用復(fù)合鹽水鉆井液體系，鉆井液主要組成有高分子聚合物、防塌劑、降濾失劑、提粘劑、有機(jī)和無機(jī)鹽，以防漏、安全快速鉆進(jìn)為目的。鉆井液性能控制在ρ：1.05～1.30g/cm3；FV：38～55s；API濾失量：FL≤5.0mL；pH：9～10；YP：10～15；Kf≤0.07。該井斜井段平均機(jī)械鉆速為5.37m/h，明顯高于同一年實(shí)施所有水平井斜井段平均機(jī)械鉆速1.51m/h。

2.4水平井軌跡控制技術(shù)

蘇里格氣田水平井開發(fā)存在單砂體規(guī)模小、儲(chǔ)層橫向變化快、非均質(zhì)性強(qiáng)等地質(zhì)情況，前期研究得到的砂巖頂面構(gòu)造、井間儲(chǔ)層展布與儲(chǔ)層性質(zhì)等與實(shí)際地質(zhì)情況存在較大差異，導(dǎo)致水平井設(shè)計(jì)與實(shí)際鉆遇情況差異大。由于砂體薄、變化快，對(duì)水平井精確入靶和井眼軌跡的控制提出了更高的要求，加上水平井鉆井技術(shù)、隨鉆測(cè)量技術(shù)的局限性，大大增加了水平井井軌跡控制難度，很大程度影響了鉆井施工進(jìn)度。

（1）斜井段井軌跡控制技術(shù)：

①入窗前，綜合利用隨鉆伽馬、鄰井資料、實(shí)時(shí)機(jī)械鉆速和巖性等數(shù)據(jù)，及時(shí)預(yù)測(cè)地層傾角及標(biāo)志層變化情況，做好目的層預(yù)判，及時(shí)調(diào)整軌跡，做好入窗準(zhǔn)備，入窗前150m井段不能大幅度調(diào)整改變垂深。

②加強(qiáng)井眼軌跡監(jiān)控，優(yōu)化鉆具組合，采用1.5°螺桿增斜，確保增斜效果，并及時(shí)預(yù)算和調(diào)整井眼軌跡，保證軌跡光滑；禁止大段滑動(dòng)強(qiáng)增、強(qiáng)降斜，必要時(shí)下牙輪鉆頭進(jìn)行調(diào)整。

③按照“2個(gè)井斜”鉆進(jìn)，保證一次入靶，2個(gè)井斜即：以井斜84°穩(wěn)斜鉆進(jìn)，探氣頂后再調(diào)整軌跡，增強(qiáng)入靶的主動(dòng)性；入靶時(shí)，控制井斜不超過90°，增強(qiáng)水平段初期軌跡控制。

（2）水平段井軌跡控制技術(shù)：

①儲(chǔ)層鉆遇率是確保鉆進(jìn)速度的關(guān)鍵因素之一。在軌跡控制上，始終控制井眼軌跡處于上偏位置，以免突然降斜導(dǎo)致軌跡失控的被動(dòng)局面[3]。

②在儲(chǔ)層變化較大、垂深調(diào)整頻繁的井段鉆進(jìn)時(shí)，適當(dāng)延長(zhǎng)下部鉆具組合中2個(gè)穩(wěn)定器之間距離，增加鉆具組合的增斜能力，確保水平段始終處于復(fù)合增斜狀態(tài)。

③井眼軌跡調(diào)整時(shí)，應(yīng)平緩進(jìn)行，避免狗腿過大，造成后續(xù)施工困難。

比如蘇東X0-X8H井水平段施工中，水平段目的層有效厚度較薄，水平段實(shí)施難度較大，對(duì)井斜控制的要求比較高。地層巖性以灰褐色白云巖為主，復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)井斜穩(wěn)中有增，伽馬值7～60API，氣測(cè)值2%～90%，第二趟鉆井深4100～4400m氣測(cè)值在10%～90%之間，采取控時(shí)鉆進(jìn)，邊鉆進(jìn)邊循環(huán)的方式，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)伽馬值、氣測(cè)值、巖性等數(shù)據(jù)，出現(xiàn)異常時(shí)，及與地質(zhì)導(dǎo)向溝通，提早做出判斷，避免大幅度調(diào)整，同時(shí)密切注意井下情況，有異常及時(shí)調(diào)整鉆井液性能，達(dá)到安全、快速施工的目的。蘇東X0-X8H井水平段井軌跡跟蹤如圖3所示。

圖3　蘇東X0-X8H井水平段井軌跡跟蹤圖

3　結(jié)論

通過歷年研究結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，形成了以優(yōu)選PDC鉆頭技術(shù)，以及井壁坍塌預(yù)防技術(shù)、井漏控制技術(shù)、水平井軌跡控制技術(shù)等水平井快速鉆井技術(shù)，2013年平均鉆井周期較2012年提高了6.6d，極大地提高了水平井鉆井速度，縮短了鉆井周期，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)、安全、高效、低耗的鉆井施工目的。

[1]張金權(quán)，雙建平，蒙啟騰.蘇里格氣田水平井斜井段PDC鉆頭應(yīng)用難點(diǎn)與對(duì)策[J].內(nèi)蒙古石油化工，2011（15）：29-30.

[2] 王旭，張強(qiáng)，等.有機(jī)胺防塌鉆井液在水平井水平段泥巖防塌技術(shù)研究[J].石油化工應(yīng)用，2013，32（10）：116-119.

[3]游開遠(yuǎn).蘇里格氣田T2-4-7H水平井鉆井技術(shù)[J].西部探礦工程，2012（7）：94-96.

TE243

B

1004-5716(2015)07-0048-03

2014-07-09

2014-08-25

陸川（1990-），男（壯族），廣西崇左人，助理工程師，現(xiàn)從事采氣工程方面的工作。