孫 莉

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163000）

1 大慶深層天然氣鉆井技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 基本情況

大慶天然氣年產(chǎn)50×108m3，是油田可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分，其中，深層天然氣產(chǎn)量31×108m3，是大慶天然氣開發(fā)的主力氣田。近年來，深層天然氣鉆井，通過持續(xù)攻關(guān)，打造了以氣體鉆井、液動旋沖工具、渦輪鉆具等技術(shù)產(chǎn)品為代表的先進(jìn)提速技術(shù)，鉆井速度逐年提高。但總體經(jīng)濟(jì)效益不高，尤其是中下部地層進(jìn)尺僅占30%，但周期占70%，是制約大慶深井提速提效的一項主要因素。因此，重點攻關(guān)中下部地層，開展技術(shù)完善、適應(yīng)性評價以及集成應(yīng)用，是實現(xiàn)大慶深層提速提效的重要技術(shù)手段。

1.2 技術(shù)難題

一是各單項技術(shù)不同區(qū)塊、不同層段應(yīng)用效果差異大，工具的穩(wěn)定性和使用的針對性還有待進(jìn)一步提高。如：相同型號的液動旋沖工具在徐深6井區(qū)兩口相鄰井，實鉆效果差異大。徐深6-306井泉二段—營城組（井底），僅用2只鉆頭，平均進(jìn)尺550.45m，平均機(jī)械鉆速5.70m/h；徐深6-302井泉二段—營城組，用6只鉆頭，平均進(jìn)尺180.31m，平均機(jī)械鉆速2.52m/h。

二是多項技術(shù)集成應(yīng)用度不高，存在單項技術(shù)應(yīng)用效果好，但整體綜合應(yīng)用效果不明顯的現(xiàn)象。如：宋深9H井的直導(dǎo)眼井采用多種提速技術(shù)，鉆井周期僅86.77d。而鄰井宋深10井主要依賴液動旋沖提速，雖然該井段提速54%，但鉆井周期達(dá)到100.21d。

三是大慶深層地溫梯度高，上下溫差大，鉆井液、水泥漿性能控制難度大，助劑種類多，且多數(shù)依賴外購，費用高。如：鶯深6井三開起下鉆后，終切高達(dá)20Pa以上，開泵循環(huán)時間長，且不利于井壁穩(wěn)定；在升深1-斜3等井多次出現(xiàn)工具失效導(dǎo)致的回接插入失敗、座掛失敗等情況，造成后期拔套管作業(yè)。

四是大慶深層天然氣鉆井技術(shù)雖然起步較晚，但通過近年來的快速發(fā)展，形成了以液動旋沖、渦輪為主的提速配套技術(shù)，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平，但在鉆頭、抗高溫鉆井液、固井方面與國外先進(jìn)技術(shù)還存在一定差距。

2 提速技術(shù)研究

2.1 地質(zhì)預(yù)測技術(shù)

針對松遼盆地深層巖性差異大的特點，開展了以巖芯室內(nèi)實驗為基礎(chǔ)，以測錄井單井分析預(yù)測技術(shù)為依托，以地震反演技術(shù)為推演手段的深層巖性、巖石可鉆性、三壓力及裂縫/破碎帶預(yù)測研究，以此進(jìn)行工程設(shè)計各部分優(yōu)化，形成了一套集“地質(zhì)預(yù)測、工程優(yōu)化”為一體的綜合提速技術(shù)，提高了鉆井工程設(shè)計的針對性和實用性。

通過鉆前綜合預(yù)測分析，一方面對井身結(jié)構(gòu)、鉆頭選型、鉆井參數(shù)等開展針對性優(yōu)化設(shè)計，提高鉆井施工效率；另一方面可根據(jù)裂縫形態(tài)和發(fā)育特征，提前50m采用針對性的隨鉆堵漏措施，降低實鉆過程中井下漏失風(fēng)險，保證施工安全。

為了提高鉆前地質(zhì)預(yù)測的時效性，優(yōu)選了表1中的深層重點區(qū)塊，開展井震結(jié)合的點—線—面—體的分析研究，形成目標(biāo)區(qū)塊地質(zhì)綜合數(shù)據(jù)體，巖石可鉆性計算模型與室內(nèi)試驗數(shù)據(jù)平均相對誤差7.48%，相似巖性頂面埋深平均相對誤差1.12%，相似巖性厚度平均相對誤差1.78%，孔隙壓力預(yù)測平均相對誤差6.66%，破裂壓力預(yù)測平均相對誤差8.85%，實現(xiàn)了區(qū)塊內(nèi)布井可迅速提取地質(zhì)資料，及時進(jìn)行施工方案優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率。

表1 推廣范圍

2.2 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)合勘探目標(biāo)和提速需求，依據(jù)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和井控細(xì)則，在保證鉆井施工安全的前提下，系統(tǒng)開展了井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究，考慮地質(zhì)及提速等方面，較前幾年優(yōu)化了各開次下深，并增加了雙城區(qū)塊的研究，確定了圖1中的五種主要的標(biāo)準(zhǔn)井身結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了“降本增效”。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)井身結(jié)構(gòu)

2.3 鉆頭序列優(yōu)選

針對深層火成巖、致密砂礫巖地層特性差異大的特點，在巖石力學(xué)參數(shù)預(yù)測基礎(chǔ)上，統(tǒng)計分析不同巖性地層鉆進(jìn)難易程度發(fā)現(xiàn)，大慶深層“難鉆巖性”主要為礫巖、流紋質(zhì)角礫巖、流紋巖。在深層難鉆巖性中礫巖、流紋質(zhì)角礫巖、流紋巖的可鉆性最差，且抗壓強(qiáng)度較高，其中流紋巖可鉆性最差，抗壓強(qiáng)度最高。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)PDC鉆頭吃入極限理論（抗壓強(qiáng)度≤18000psi）和地層含礫情況，建立了大慶深層各區(qū)塊常規(guī)PDC使用極限深度，通過個性化鉆頭優(yōu)選、改進(jìn)與試驗，形成了大慶深層高效鉆頭序列。

2.4 鉆井參數(shù)強(qiáng)化

通過配套35MPa高壓泥漿泵、5-1/2″S級鉆桿等設(shè)備，持續(xù)開展“三大兩高”提速攻關(guān)，以臨界鉆速所需排量、鉆壓等參數(shù)為底線，研究排量與轉(zhuǎn)速匹配關(guān)系，進(jìn)行強(qiáng)化鉆井參數(shù)試驗，提升鉆井效率，圖2為隔開次鉆井參數(shù)。

圖2 強(qiáng)化鉆井參數(shù)

通過采取“三大兩高”強(qiáng)化鉆井參數(shù)、優(yōu)選高效PDC鉆頭等措施，2020年肇深區(qū)塊施工的3口深井技套全部使用1只四川萬吉WS605鉆頭鉆至泉一段完鉆，相比鄰井節(jié)省1只鉆頭，鉆井周期縮短2.74d，具體應(yīng)用效果見表2，泉一段平均機(jī)械鉆速31.14m/h，泉二段—泉三段平均機(jī)械鉆速22.56m/h。

表2 應(yīng)用效果

2.5 液動旋沖工具改進(jìn)完善

液動旋沖工具經(jīng)過對三種工具先后四次改進(jìn)完善后已實現(xiàn)了系列化，可適用于6″、8-1/2″、9-1/2″和12-1/2″井眼鉆進(jìn)，截止到2020年初，累計施工127口井，總進(jìn)尺9.2×104m，平均提速126%，各項指標(biāo)超過國內(nèi)外同類產(chǎn)品。

一是研制了液動旋沖工具性能檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)速、頻率、扭矩、壓降、沖擊力等參數(shù)的精確檢測，從而提高了工具的可靠性，使工具整體質(zhì)量得到有效控制（QA/QC），為進(jìn)一步優(yōu)化液動旋沖工具提供數(shù)據(jù)支撐。

二是為了適應(yīng)“三大兩高”提速要求，對工具流道（實心軸→空心+可調(diào)噴嘴）、連接方式（銷軸→錐形螺紋）進(jìn)行了改進(jìn)，保證施工排量增加28%（28~30L/s→36~38L/s）的同時，工具性能不變（工具壓耗、沖擊頻率等）。

2019年改進(jìn)后的工具累計應(yīng)用22支，壽命提高14.84%（155h→178h），平均鉆速再提高37%（126%→163%）。其中，改進(jìn)后279型工具在630重點工程——升平庫平1井成功應(yīng)用，進(jìn)尺780m，鉆速提高175%，2020年正在鉆的肇深16-平1井，進(jìn)尺228m，鉆速提高276%，創(chuàng)歷史最好成績，具體提速效果見表3。

表3 2020年液動旋沖工具提速效果

2.6 鉆井液體系優(yōu)化改進(jìn)

為提高鉆井液封堵防塌效果，對瀝青類封堵防塌劑進(jìn)行了優(yōu)選評價實驗。通過單劑評價和體系的配伍性實驗，最終優(yōu)選了FT-1A，同時增加納米聚合物用量，與FT-1A配合使用，達(dá)到了良好的封堵防塌能力，鉆井液性能參數(shù)見表4。

存在問題：原體系使用的抗高溫降濾失劑類型單一，在水平井施工后期，鉆井液溫度越來越高，起下鉆過程中，井底鉆井液經(jīng)過長時間高溫老化后，聚合物結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，易出現(xiàn)高溫降解的現(xiàn)象，造成HTHP失水增加，流變性變差。

改進(jìn)措施：引進(jìn)HFR-1抗高溫降失水劑，與原配方中的JY-1復(fù)配使用，在已經(jīng)完鉆的徐深1-平6井和正在施工的昌深1HC井中取得了良好的使用效果，HTHP失水基本控制在9~12mL范圍內(nèi)，并且鉆井液在長時間高溫老化后，保持良好流變狀態(tài)。

2.7 完善深層防氣竄固井配套技術(shù)

針對深層氣井固井難點，圍繞抗高溫、防腐蝕、防竄、防漏等技術(shù)難題，以提高固井質(zhì)量、預(yù)防井口帶壓為目標(biāo)，推廣應(yīng)用固井配套技術(shù)措施。

固井方案：應(yīng)用尾管及尾管回接固井工藝，結(jié)合井身質(zhì)量、居中度、鉆井液性能、固井前置液、水泥漿、固井工藝及施工參數(shù)等，優(yōu)化固井方案。

抗高溫外加劑：為了提高外加劑產(chǎn)品穩(wěn)定性和適應(yīng)性，自主生產(chǎn)緩凝劑、降失水劑和穩(wěn)定劑等核心外加劑，保障現(xiàn)場施工安全。

多級沖洗頂替：根據(jù)數(shù)值模擬分析，優(yōu)化了固井前置液方案，形成多級沖洗方案，優(yōu)化前后，模擬頂替效率提高了7.91%。

水泥漿技術(shù)：應(yīng)用抗高溫膠乳水泥漿，提高防竄能力；應(yīng)用1.30~1.50g/cm3大溫差低密度水泥漿，保障易漏井施工安全；應(yīng)用自修復(fù)水泥漿，預(yù)防井口帶壓。

最終形成了以“壓穩(wěn)、居中、替凈、密封”為原則的深層天然氣井固井配套技術(shù)。2019~2020年推廣應(yīng)用13井次，未發(fā)生井口帶壓，合格率100%，固井后無井口帶壓問題。

3 應(yīng)用效果

3.1 推廣規(guī)模

通過可鉆性預(yù)測、鉆頭優(yōu)選評價、參數(shù)優(yōu)化、提速工具等多種技術(shù)手段的集成應(yīng)用，開展了個性化設(shè)計，優(yōu)化集成后的技術(shù)成果在大慶深層各個區(qū)塊推廣應(yīng)用，其中包括徐深、宋深、升深、肇深、中央隆起等區(qū)塊探井和開發(fā)井共13口，均取得了良好的應(yīng)用效果，保障了施工快速順利進(jìn)行，從而為深層天然氣勘探開發(fā)提供了技術(shù)支撐。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

分別統(tǒng)計近三年的深層直井和水平井?dāng)?shù)據(jù)，應(yīng)用了深層天然氣鉆井技術(shù)優(yōu)化與集成應(yīng)用技術(shù)后，直井的平均機(jī)械鉆速提高了43.5%，平均鉆井周期縮短了40.46d，水平井的平均機(jī)械鉆速提高了37.7%，平均鉆井周期縮短了51.07d。近三年的深層天然氣直井鉆井情況見表5，近三年的深層天然氣水平井鉆井情況見表6。

表5 近三年的深層天然氣直井鉆井情況

表6 近三年的深層天然氣水平井鉆井情況

直井經(jīng)濟(jì)效益：節(jié)省鉆機(jī)日費=40.46×15=606.9（萬元）

水平井經(jīng)濟(jì)效益：節(jié)省鉆機(jī)日費=51.07×15=766.05（萬元）

50鉆機(jī)、70鉆機(jī)日費按15萬元/d。

經(jīng)過計算本項目每口直井節(jié)省鉆井成本606.9萬元，每口水平井節(jié)省鉆井成本766.05萬元，總體經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3.3 社會效益

項目通過頂層優(yōu)化設(shè)計、技術(shù)優(yōu)選與集成配套，充分發(fā)揮各項技術(shù)優(yōu)勢，建立大慶深井鉆井技術(shù)模版，優(yōu)化施工工序，并為深層天然氣上產(chǎn)提供了鉆井技術(shù)支撐，因此，該項研究具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和廣泛的市場前景。

4 結(jié)論

(1)強(qiáng)化鉆井參數(shù)，在保證井眼清潔的同時，充分發(fā)揮螺桿的功率，從而提高機(jī)械鉆速，是深層水平井提速的關(guān)鍵措施[6]；

(2)在地質(zhì)設(shè)計基礎(chǔ)上，通過裂縫/破碎帶詳細(xì)預(yù)測，并根據(jù)裂縫形態(tài)和發(fā)育特征，提前50m采用針對性的隨鉆堵漏措施，可有效降低井漏發(fā)生的幾率；

(3)通過尾管+尾管回接方式固井，配合自愈合水泥漿，可有效解決井口帶壓問題；

(4)針對深層主要區(qū)域，綜合考慮多種提速技術(shù)對比評價，明確各項技術(shù)應(yīng)用界限，分區(qū)塊建立了“降本增效鉆井技術(shù)”模板。