孫曉日

（長城西部鉆井有限公司，遼寧 盤錦 124010）

神木氣田位于鄂爾多斯盆地東部，勘探面積約2.0×l04km2，發(fā)育上古生界二疊系石盒子組、山西組、太原組和石炭系本溪組等多套含氣層系。儲層巖性為巖屑石英砂巖，充填程度較高（＞90%），儲層平均孔隙度為3.9%，平均滲透率為0.41 mD，為典型的致密氣藏。該氣田地質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜，儲層非均質(zhì)性強，初探時被認為是沒有開采價值的“邊角料”區(qū)塊而擱置。隨著對致密氣藏認識的進一步深化以及勘探思維的轉(zhuǎn)變，創(chuàng)新建立了致密氣藏“多層系兼顧、大井組部署、工廠化作業(yè)”的立體化開發(fā)模式。神木氣田接連建成了國內(nèi)規(guī)模最大的叢式井組整體開發(fā)區(qū)，高效建產(chǎn)，已成為長慶油田“二次加快發(fā)展”和增儲上產(chǎn)的主力區(qū)塊。

1 水平井施工周期分析

叢式井組中水平井是提高產(chǎn)量及采收率的重要手段，一般井身結(jié)構(gòu)如表1 所示。神木氣田水平井平均井深4 113.1 m，平均水平段長1 455.4 m，平均鉆井周期61.82 天。

表1 神木氣田水平井井身結(jié)構(gòu)

與其他區(qū)塊同井型相比，鉆井周期較長[1-3]，分析發(fā)現(xiàn)影響該氣田水平井施工周期因素如下。

1.1 機械鉆速低

主力氣層為山西組和太原組，山西組主要巖性為深灰、灰色泥巖、煤、灰白色砂巖，太原組為深灰色泥巖、灰?guī)r、煤、灰白色砂巖。地層變化大，巖性復雜，區(qū)塊局部石英含量高達50%，最低機械鉆速僅3.48 m·h-1，鉆頭易崩齒掉齒，偏磨嚴重，鉆頭壽命低。

地層軟硬交替，井眼曲率變化大的現(xiàn)象，大大增加了鉆具的摩阻和扭矩，導致定向時擺工具面困難、鉆具拖壓，鉆壓不能及時傳遞到鉆頭，降低了機械鉆速。

1.2 井下工具、儀器壽命不一致

井下工具、儀器壽命不匹配，常因某個工具或儀器原因被迫起鉆，延長了施工周期。

1.3 井漏頻繁

劉家溝組裂縫發(fā)育且分布復雜，承壓能力低，存在區(qū)域性漏失。據(jù)統(tǒng)計，近年來有49%的井發(fā)生不同程度的漏失，速度一般為6～15 m3·h-1，也有個別井甚至發(fā)生失返性漏失。

1.4 易發(fā)生井壁失穩(wěn)

石千峰組、石盒子組存在大段泥巖，水平段煤層、碳質(zhì)泥巖發(fā)育，最長鉆遇碳質(zhì)泥巖和煤層688 m，占水平段長度57%。泥巖水敏性強，易發(fā)生井壁失穩(wěn)。據(jù)統(tǒng)計，神木氣田31%的井出現(xiàn)井壁失穩(wěn)，甚至引起卡鉆、斷鉆具事故。

工程復雜大大延長了鉆井周期，一方面增加了鉆井成本，另一方面也影響了產(chǎn)能建設(shè)進度，有必要對水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)進行研究。

2 水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)

2.1 鉆頭、螺桿“等壽命”優(yōu)化

2.1.1 高性能長壽命PDC 鉆頭優(yōu)選

PDC 鉆頭作為水平井鉆井提速的主要利器，鉆頭的合理選型對提高鉆進速度、降低鉆井綜合成本起著十分重要的作用。筆者對鉆頭使用情況分層段統(tǒng)計，從PDC 鉆頭的結(jié)構(gòu)、布齒、復合片數(shù)目及材料、水眼等方面進行優(yōu)選[4-7]，提高平均機械鉆速和單只進尺，增強PDC 鉆頭的可鉆性及使用壽命。

二開劉家溝組上部泥巖含石英，中下部部分含礫石，部分三維井還涉及增井斜與扭方位，肩部及保徑部分要避免鉆頭崩齒后環(huán)磨、縮徑等現(xiàn)象，因此選用6 刀翼、19 mm 斧形齒、大齒間距、雙排齒、長保徑、強攻擊性輪廓鉆頭，達到提速提效目的。石千峰組至石盒子組泥砂巖互層變換較頻繁，鉆進時主要扭方位、增井斜，工程要求狗腿度每30 m 5～6°，滑動進尺比例高，肩部磨損大，另在小參數(shù)下鉆頭長時間破碎地層，復合片磨損較嚴重，因此選用5 刀翼、16 mm 復合片、雙排齒、雙圓弧輪廓鉆頭。

三開水平段鉆遇地層巖性主要為灰白色砂巖夾泥巖，鉆遇泥巖時會調(diào)整井斜，需考慮鉆頭定向能力，選用5 刀翼、16 mm 復合片、肩部雙排齒、短保徑鉆頭，優(yōu)化后傾角，提升鉆頭吃入能力。

2.1.2 螺桿優(yōu)選

螺桿馬達由定子和轉(zhuǎn)子組成，是最關(guān)鍵最敏感的部位，目前常用的定子結(jié)構(gòu)有常規(guī)定子和等壁厚定子，常規(guī)定子受熱膨脹變形不均勻且極易老化，使得螺桿鉆具的輸出效率大大降低；等壁厚螺桿馬達受內(nèi)壓作用的影響小，具有很好的抗壓能力和密封性能，且隨著壓力增加，定子內(nèi)輪廓線各點法向位移增加較均勻，可提高螺桿的鉆進效率和使用壽命[8]。

為最大限度實現(xiàn)“一趟鉆”，螺桿優(yōu)選等壁厚螺桿。二開選用低轉(zhuǎn)速、大扭矩、7/8 頭大導程、高硬度橡膠的Φ172/165 mm 等壁厚單彎螺桿；三開結(jié)合地層巖性，優(yōu)化彎點和軸頭距離，Φ127 mm 等壁厚單彎螺桿。

2.1.3 儀器要求

為防止因定向儀器壽命不足而起鉆，每趟鉆選用新電池、新探管和新脈沖等儀器配件，確保入井使用時間不低于200 h，達到鉆頭、螺桿、儀器“等壽命”要求[9]。

2.2 振動減阻工具優(yōu)選

振動減阻工具可通過鉆井液的驅(qū)動產(chǎn)生高頻、低幅振動并傳遞至相鄰鉆具，進而將定向鉆進過程中的靜摩擦轉(zhuǎn)換為動摩擦，從而降低摩阻，提高鉆壓傳遞效果，同時降低滑動鉆進時粘卡風險。

為達到“等壽命”要求，完善了工具的規(guī)格、強度，優(yōu)選了工具的振動參數(shù)，確定偏心距定位12 mm，馬達級數(shù)為1.5 級，并對轉(zhuǎn)子表面進行了鍍鉻處理，提高表面硬度、抗沖蝕能力，硬度可達到HV800 以上，在非油基泥漿環(huán)境中，壽命可到300 h以上。通過優(yōu)化馬達定子橡膠配方，并按照特定方式與轉(zhuǎn)子組裝，使工具抗溫能力達150 ℃以上。其規(guī)格參數(shù)如表2 所示。

表2 振動減阻工具規(guī)格參數(shù)

2.3 堵漏配方優(yōu)化

為穩(wěn)定石千峰組及以下地層，一般需將密度提至1.20～1.25 g·cm-3，而劉家溝組底裂縫發(fā)育，承壓能力低，易發(fā)生漏失。因此進入石千峰組50～100 m需做承壓工藝堵漏，以提高地層承壓能力。

橋塞堵漏因其成本低廉而成為首選的堵漏方法，但常依賴于現(xiàn)場經(jīng)驗，成功率較低。通過合理選取橋接堵漏材料的種類、濃度與粒度級配[10-11]，形成不同漏失情況的堵漏配方，所需堵漏材料如表3 所示。

表3 堵漏材料

漏失速度1～2 m3·h-1時，一般用DFC、ZDX-40等進行隨鉆堵漏；漏失速度3～10 m3·h-1時，承壓堵漏配方一般為：3%DFB+6% DFC+3% ZDX-40 +3%ZDX-60 + 0.5% DRQ-7 + 雷特纖維（0.5 kg·m-3）；漏失速度10～30 m3·h-1時，承壓堵漏配方一般為：1%DFA+1%DFM+6%DFB+8%DFC+2%ZDX-40+2%ZDX-60+1%DRQ-7+雷特纖維（0.5 kg·m-3）；漏失速度≥30 m3·h-1時，應(yīng)堵漏漿墊底，下光鉆桿承壓堵漏：2%DFA+2%DFM+6%DFB+8%DFC+2%ZDX-40 +2%ZDX-60+2%DRQ-7+雷特纖維（0.7 kg·m-3）。如橋塞堵漏效果不佳，可用水泥堵漏。

承壓堵漏過程中，可觀察套壓，適時小排量蹩入堵漏漿，以達到提高承壓能力的目的。承壓堵漏結(jié)束時注意緩慢泄壓，讓地層緩慢閉合，以免堵漏劑在突然泄壓時再次回吐至井眼中。后續(xù)施工中工程上予以配合，注意開泵程序，減小壓力激動，控制鉆時、增加循環(huán)時間，防止因環(huán)空鉆井液巖屑含量高而增加環(huán)空壓耗導致井漏。

2.4 鉆井液性能優(yōu)化

石千峰組、石盒子組、山西組和太原組存在大段的煤層和碳質(zhì)泥巖，層理和微裂縫發(fā)育，在液柱壓力和毛細管力持續(xù)作用下，微裂縫容易開裂、延伸和擴展，使硬脆泥巖易剝落掉塊，引起井壁失穩(wěn)，導致劃眼、憋漏及卡鉆等復雜事故頻發(fā)。復合鹽高性能水基鉆井液[12-15]是在復合鹽鉆井液基礎(chǔ)上復配聚胺抑制劑而形成的新型高性能水基鉆井液，具有抑制效果好、抑制作用平緩而長效的特點。

通過對聚胺抑制劑、納米封堵劑、高效潤滑劑等核心處理劑的優(yōu)選，形成了一套復合鹽高性能水基鉆井液體系。其配方為：2%～3%膨潤土+0.1%～0.2%純堿+0.1%～0.2%燒堿+1.5%～2%YLJ-1+ 0.2%～0.4%LV-PAC+2%～3%納米乳液+0.1%～0.2%XC+2%～5%極壓潤滑劑+0.5%～1%聚胺抑制劑+ 25%NaCl+3%～5%甲酸鈉+加重劑。該體系在不同密度時性能如表4 所示。

表4 復合鹽高性能水基鉆井液性能評價

復合鹽高性能水基鉆井液熱滾前后黏切適中，濾失量低，能夠滿足施工中對鉆井液流變性的要求。室內(nèi)評價試驗表明該體系可抗130 ℃高溫，抑制性能與油基鉆井液相當，封堵性強，磨阻系數(shù)0.11 左右，潤滑性強，滿足現(xiàn)場施工要求。

3 現(xiàn)場試驗

神木氣田水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)已在3 口井進行了現(xiàn)場試驗，試驗井使用優(yōu)選后的鉆頭、低轉(zhuǎn)速大扭矩螺桿、使用時間不低于200 h 的定向儀器、造斜段使用φ172 mm 振動減阻工具，有效地降低了鉆進摩阻和扭矩。3 口井在劉家溝底有滲漏現(xiàn)象，漏速為3～5 m3·h-1，使用優(yōu)化后的堵漏配方均一次承壓堵漏成功，承壓當量密度達到1.25 g·cm-3。復合鹽高性能水基鉆井液體系在施工中表現(xiàn)出了優(yōu)異的抑制性和潤滑性，施工很順利，未出現(xiàn)井壁失穩(wěn)。施工中優(yōu)化了鉆進水力參數(shù)如表5 所示。

表5 鉆井水力參數(shù)

摸清每趟鉆的井身軌跡控制規(guī)律，精細化操作，多復合鉆進；根據(jù)地質(zhì)導向預(yù)測巖性變化，優(yōu)化待鉆設(shè)計，提前調(diào)整軌跡，取得了較好的提速效果，如表6 所示。

表6 優(yōu)快鉆井技術(shù)應(yīng)用效果

從表6 可以看出，3 口井平均鉆井周期45.2 天，縮短了26.88%；平均機械鉆速為10.355 m·h-1，提速32%；水平段平均鉆速8.94 m·h-1，提速35.4%。其中雙55-XXH3 井水平段1 500 m 用2 趟鉆完成，螺桿、儀器、鉆頭“等壽命”配套優(yōu)選初步得到驗證，其中一趟鉆165 h 鉆進1 018 m，水平段平均鉆速為10.8 m·h-1，施工中沒有劃眼遇阻現(xiàn)象，氣層鉆遇率100%，刷新了該區(qū)塊歷史記錄。

4 結(jié) 論

1）通過分析神木氣田鉆頭使用情況，針對鉆遇地層巖性，各開次優(yōu)選了高性能長壽命的PDC 鉆頭、等壁厚的低轉(zhuǎn)速、大扭矩螺桿；同時對定向儀器的使用做了要求，達到鉆頭、螺桿、儀器“等壽命”目的。

2）優(yōu)選的振動減阻工具有效降低了摩阻和扭矩，提高了鉆壓傳遞效果，提升了鉆進速度。

3）針對不同漏失情況，優(yōu)化了不同尺寸堵漏劑配比，進一步優(yōu)化了堵漏配方，提高了堵漏一次成功率。

4）優(yōu)化后的復合鹽高性能水基鉆井液具有良好的流變性、觸變性、抑制性和潤滑性，現(xiàn)場試驗井施工順利，未出現(xiàn)井壁失穩(wěn)。水平井優(yōu)快鉆井配套技術(shù)大幅度提高了機械鉆速，縮短了鉆井、建井周期，應(yīng)用前景廣闊。