大牛地氣田水平井配套技術(shù)日臻成熟

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

華北分公司大牛地氣田水平井配套技術(shù)初步完成了從引進(jìn)發(fā)展到消化吸收的過程，并實(shí)現(xiàn)了部分核心技術(shù)的自主創(chuàng)新。目前已擁有水平井優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、軌跡控制技術(shù)、優(yōu)快鉆井技術(shù)、水平井鉆完井液儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)、欠平衡鉆井技術(shù)，正在研究攻關(guān)分支井技術(shù)、全過程欠平衡水平井鉆完井技術(shù)和水平井壓裂增產(chǎn)技術(shù)。通過這些先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，為提高大牛地氣田儲(chǔ)量動(dòng)用率提供了有力的支持。

水平井軌跡控制技術(shù)

華北分公司注重水平井鉆井工程設(shè)計(jì)的研發(fā)工作，多次派專業(yè)技術(shù)人員到兄弟油田和水平井施工現(xiàn)場跟蹤調(diào)研取經(jīng)，結(jié)合大牛地氣田低滲透薄差儲(chǔ)層及長水平段軌跡控制困難等地質(zhì)和工藝難點(diǎn)進(jìn)行攻關(guān)。通過優(yōu)化水平井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軌跡設(shè)計(jì)，形成了三級井身結(jié)構(gòu)、靶前位移由原來的350米調(diào)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(jī)械鉆速的提高。

以往所施工的水平井，都是事先施工一個(gè)導(dǎo)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(cè)鉆進(jìn)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(zhǔn)，且在油層上部無合適的標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)一步壓縮水平井鉆井周期，華北分公司大膽創(chuàng)新，運(yùn)用不打斜導(dǎo)眼實(shí)施水平井工藝。由于沒有任何參考項(xiàng)目，準(zhǔn)確進(jìn)入目的層難度非常大，對地質(zhì)、工程要求非常高。地質(zhì)設(shè)計(jì)人員通過堅(jiān)持開發(fā)地質(zhì)和三維儲(chǔ)層預(yù)測全過程、高度緊密結(jié)合原則，在相控儲(chǔ)層預(yù)測基礎(chǔ)上進(jìn)行局部的精細(xì)預(yù)測、精細(xì)跟蹤、及時(shí)調(diào)整，采取精細(xì)標(biāo)定技術(shù)、巖性曲線重構(gòu)技術(shù)、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)多參數(shù)反演技術(shù)及電阻率反演技術(shù)，達(dá)到精細(xì)儲(chǔ)層預(yù)測和準(zhǔn)確入窗的目的層。

不打斜導(dǎo)眼實(shí)施水平井，是一項(xiàng)縮短水平井鉆井周期的重要舉措。實(shí)施此項(xiàng)工藝，水平井鉆井周期由110天縮短至80天以內(nèi)，鉆井周期可縮短近40%。水平井DP17井、DP19井采取此項(xiàng)技術(shù)，鉆井周期分別壓縮為75天和81天。這項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用，對進(jìn)一步推進(jìn)大牛地氣田經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)起到了重要作用。

懸空下切側(cè)鉆技術(shù)

大牛地氣田天然氣儲(chǔ)層屬河流狀分布，儲(chǔ)層展布方向難以確認(rèn)，儲(chǔ)層垂深位置會(huì)有變化，在實(shí)施水平井水平段鉆井中，常常會(huì)發(fā)生井筒軌跡脫離含氣儲(chǔ)層而進(jìn)入泥巖層的現(xiàn)象。進(jìn)入非含氣的泥巖，不但造成無效進(jìn)尺，井壁還極易坍塌引發(fā)卡、埋鉆具事故，這是非常危險(xiǎn)的。在運(yùn)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(cè)鉆，使鉆頭回到含氣儲(chǔ)層鉆進(jìn)。

氣田在施工水平井DP19井時(shí)，選用的是氮?dú)馀菽菲胶忏@井工藝技術(shù)。在發(fā)生井筒軌跡脫離含氣儲(chǔ)層的情況下，如果采用打水泥塞的方法封堵無效井段，就會(huì)造成對儲(chǔ)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(zhì)導(dǎo)向儀器重新向其他方位側(cè)鉆出新井筒。這種方法既可避免儲(chǔ)層污染，時(shí)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(chǔ)層時(shí)，施工單位詳細(xì)分析實(shí)鉆巖樣和隨鉆數(shù)據(jù)的變化情況，優(yōu)選側(cè)鉆點(diǎn)，制定了切實(shí)可行的側(cè)鉆技術(shù)措施，均采取懸空下切定向技術(shù)一次成功，豐富了氮?dú)馀菽菲胶鈼l件下懸空側(cè)鉆經(jīng)驗(yàn)，為施工水平分支井奠定了基礎(chǔ)。

優(yōu)快鉆井工藝技術(shù)

大牛地氣田水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)經(jīng)過了實(shí)驗(yàn)探索、逐步提高和優(yōu)化改進(jìn)三個(gè)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(dòng)疲勞失效，井壁穩(wěn)定技術(shù)，優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)、剖面等配套優(yōu)快鉆井技術(shù)，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(yīng)用，大幅度提高了機(jī)械鉆速

鉆井施工單位根據(jù)鉆井工程設(shè)計(jì)、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(yīng)上部地層的PDC鉆頭，單只鉆頭連續(xù)使用了9口井，總進(jìn)尺4520米，平均機(jī)械鉆速每小時(shí)11.49米，比牙輪鉆頭提高幅度達(dá)31%，其中在水平井DP3井使用的PDC鉆頭，機(jī)械鉆速高達(dá)每小時(shí)33.375米。

進(jìn)入二開造斜段，各施工水平井單位都嘗試了PDC鉆頭的應(yīng)用，但由于PDC鉆頭定向時(shí)工具面不穩(wěn)、造斜率低、滑動(dòng)鉆進(jìn)多，基本上都沒有成功。2009年8月以后，水平井設(shè)計(jì)將靶前位移由350米增至500米，這樣就為造斜段PDC鉆頭的應(yīng)用提供了使用條件。在DP21井造斜段又進(jìn)行了PDC鉆頭試驗(yàn)，一種新型號(hào)的PDC鉆頭進(jìn)尺157.36米，機(jī)械鉆速相對牙輪鉆頭提高130%，同時(shí)也為下步在造斜段推廣應(yīng)用PDC鉆頭提供了依據(jù)。

三開水平段使用有三種型號(hào)PDC鉆頭，經(jīng)過現(xiàn)場應(yīng)用分析，一種新型適合于水平段鉆進(jìn)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(jìn)尺165米，平均機(jī)械鉆速每小時(shí)4.35米。

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

2.優(yōu)化鉆具組合，防止鉆具中擾動(dòng)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(jìn)過程中鉆鋌中和點(diǎn)位置存在鉆具擾動(dòng)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(xùn)，總結(jié)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(diǎn)處加裝一只直徑308毫米的扶正器，消除了鉆具擾動(dòng)現(xiàn)象，解決了鉆具早期失效的問題，當(dāng)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(shù)

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(chǔ)層具有孔隙度低、滲透率低或致密、儲(chǔ)層壓力低、儲(chǔ)層孔喉細(xì)小、毛管壓力高以及儲(chǔ)層裂縫和微裂縫發(fā)育等特征。儲(chǔ)層損害以儲(chǔ)層裂縫損害、儲(chǔ)層液鎖損害、應(yīng)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(shí)可行的保護(hù)措施。

欠平衡鉆井是保護(hù)儲(chǔ)層最有效的手段。2006年，大牛地氣田從DF1井開始使用氮?dú)馀菽M(jìn)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(shù)是準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)和評價(jià)油氣資源的方法之一，尤其適合評價(jià)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?dú)夥犹坠荛y的工藝。

通過欠平衡工藝的實(shí)施，取得了以下效果：

鉆井機(jī)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(yīng)，能夠較大程度地提高機(jī)械鉆速，DP4井三開欠平衡段平均機(jī)械鉆速每小時(shí)6.03米，創(chuàng)造了本區(qū)塊鉆井速度最快的指標(biāo)。

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(kuò)大勘探區(qū)塊。測試結(jié)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(shù)，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(shí)間短，極其有利于及時(shí)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(shí)現(xiàn)后效著火，持續(xù)著火時(shí)間長達(dá)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(shí)現(xiàn)了保護(hù)油氣層效果。