大牛地氣田鉆井工程實(shí)踐與認(rèn)識(shí)

趙文彬 巢貴業(yè) 鄧紅琳

(中石化華北分公司工程技術(shù)研究院，鄭州 450006)

大牛地氣田鉆井工程實(shí)踐與認(rèn)識(shí)

趙文彬 巢貴業(yè) 鄧紅琳

(中石化華北分公司工程技術(shù)研究院，鄭州 450006)

對(duì)大牛地氣田優(yōu)快鉆完井技術(shù)國(guó)家示范工程取得的成果進(jìn)行分析，通過對(duì)目前形成的優(yōu)快鉆、完井技術(shù)的研究，評(píng)價(jià)其應(yīng)用效果；結(jié)合鉆遇地層特征，進(jìn)一步優(yōu)選鉆頭、優(yōu)化鉆井參數(shù)，提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期；對(duì)已用鉆井液體系進(jìn)行應(yīng)用評(píng)價(jià)，優(yōu)選出適合大牛地氣田的鉆完井液體系。

大牛地氣田；機(jī)械鉆速；鉆井液；固井；水平井

2005年大牛地氣田實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)能10億m3，創(chuàng)造了世人矚目的“大牛地速度”。2009年年產(chǎn)能達(dá)23.9億m3。本文總結(jié)大牛地氣田鉆完井的成功經(jīng)驗(yàn)［1-4］，并提出改進(jìn)建議。

1 大牛地氣田鉆井工程工藝技術(shù)研究現(xiàn)狀

1.1 機(jī)械鉆速

隨著勘探開發(fā)的不斷深入，鉆井井?dāng)?shù)的不斷增多，對(duì)儲(chǔ)層工程特征的認(rèn)識(shí)也更加深入。通過對(duì)鉆頭和鉆井參數(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化，使鉆井工藝技術(shù)越來(lái)越科學(xué)化、合理化，優(yōu)化后機(jī)械鉆速提高了12.46%，鉆井周期縮短了12.86%，提高了氣田開發(fā)效益（圖 1）。

圖1 優(yōu)化前后機(jī)械鉆速對(duì)比

1.2 鉆井液體系

通過對(duì)儲(chǔ)層敏感性的研究分析，明確了大牛地氣田儲(chǔ)層的主要敏感性特征。研究表明大牛地氣田儲(chǔ)層損害機(jī)理主要為液相圈閉和固相侵入。2004年以前，大牛地氣田共使用了4種鉆井完井液體系，通過優(yōu)化，目前選用天然高分子鉆井液體系和甲胺基鉆井液體系。

雙保天然高分子鉆井完井液體系進(jìn)入目的層后，鉆井液密度為1.08～1.09g/cm3，動(dòng)切力大于4.5Pa，動(dòng)塑比值控制在0.36～0.48，能夠滿足鉆井液攜帶巖屑的能力，而黏滯系數(shù)在0.037～0.070之間，表明鉆井液的循環(huán)摩阻系數(shù)小，鉆井過程循環(huán)壓力小，可有效加快巖屑上返速度。由于環(huán)空流動(dòng)阻力減小，機(jī)械鉆速得到大幅提高。

甲胺基鉆井完井液體系進(jìn)入目的層后，鉆井液密度為 1.08～1.09g/cm3，動(dòng)切力大于 4Pa，動(dòng)塑比值控制在0.35～0.48之間，能夠滿足鉆井液攜帶巖屑的能力；而黏滯系數(shù)在0.070左右，同樣表明鉆井液的循環(huán)摩阻系數(shù)很小，鉆井過程循環(huán)壓力小。

1.3 固井技術(shù)

大牛地氣田具有低孔、低滲、個(gè)別井段易漏和固井后易氣竄的特點(diǎn)。大部分井完井后經(jīng)過壓裂改造才能獲得理想的工業(yè)氣流，因此，要求完井液、完井工藝技術(shù)能夠最大限度的保護(hù)儲(chǔ)層。

采用“高效頂替、整體壓力平衡”的防氣竄短促凝近平衡固井技術(shù)，使整個(gè)注替過程中保持環(huán)空的動(dòng)液柱壓力與地層破裂壓力的平衡，保證在整個(gè)施工過程中不漏、不竄；在水泥漿候凝過程中保持環(huán)空的靜液柱壓力與地層孔隙壓力的平衡，同時(shí)采用短促凝直角稠化和紊流+塞流的頂替工藝。生產(chǎn)套管固井優(yōu)質(zhì)率93.6%，合格率100%。

1.4 水平井技術(shù)

水平井鉆完井工藝技術(shù)取得初步成效，實(shí)現(xiàn)了一類儲(chǔ)層近平衡自然建產(chǎn)，三類儲(chǔ)層欠平衡自然建產(chǎn)，水平井機(jī)械鉆速逐年提高，鉆井周期逐年下降。

利用小井眼機(jī)械鉆速高的特點(diǎn)，大大縮短了鉆井周期，達(dá)到了降本增效的目的。平均機(jī)械鉆速提高39.47%，平均鉆井周期縮短29.96%。

表1 不同井眼鉆速對(duì)比

通過對(duì)以往主要鉆井完井液體系的統(tǒng)計(jì)分析，同時(shí)針對(duì)儲(chǔ)層工程地質(zhì)特征和儲(chǔ)層敏感性，研究和優(yōu)化出了適合水平井鉆井的低成本鉀銨基聚合醇和鉀銨基懸浮乳液鉆井完井液體系。

鉀銨基聚合醇傷害率小，模擬巖心在井底圍壓和井底溫度的實(shí)驗(yàn)條件下，平均滲透率恢復(fù)率為76%，傷害深度淺，僅為1.2～1.7cm。鉀銨基懸浮乳液鉆井完井液體系的滲透率恢復(fù)率大于66%。

2010年DPS-1井、DP25H井采用鉀銨基聚合物鉆井完井液體系，DP26T井采用鉀銨基懸浮乳液鉆井完井液體系，均大幅降低了鉆井液費(fèi)用，僅為2009年費(fèi)用的50%左右。

2 大牛地氣田鉆井工程工藝技術(shù)改進(jìn)

2.1 直井段采用復(fù)合式鉆井方式

對(duì)于直井段，大牛地氣田使用的是PDC鉆頭+大鉆壓的鉆進(jìn)方式，容易使鉆具嚴(yán)重失效。DF2井直井段連續(xù)三次斷鉆具，是該隊(duì)長(zhǎng)期PDC+大鉆壓鉆直井鉆具疲勞傷害的結(jié)果。這種追求高機(jī)械鉆速的鉆進(jìn)方式既造成鉆具偏磨嚴(yán)重，又造成井身質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。

建議吸取長(zhǎng)慶蘇里格氣田的成功經(jīng)驗(yàn)［5］，對(duì)大牛地氣田地層傾角不明顯的地層推薦使用直螺桿，使用螺桿鉆具可獲得較高的機(jī)械鉆速與較好的井身質(zhì)量，同時(shí)配合轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)形成復(fù)合式鉆進(jìn)。由于單彎螺桿加穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)剛性過大，復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)螺桿磨損嚴(yán)重，因此不推薦使用。

2.2 調(diào)整定向井井身結(jié)構(gòu)

目前大牛地氣田定向井主要小位移采用五段制直—增—穩(wěn)—降—直井身結(jié)構(gòu)，中、大位移采用三段制直—增—穩(wěn)井身結(jié)構(gòu)，井身結(jié)構(gòu)單一，且存在施工困難、浪費(fèi)材料以及摩阻扭矩大的問題。

（1）中短位移定向井建議使用“直—緩增—緩降—小井斜穩(wěn)”剖面，該剖面造斜點(diǎn)上提，最大井斜角減小到25°以內(nèi)，穩(wěn)斜段有所增長(zhǎng)(圖2)?？沙浞掷蒙喜康貙涌摄@性好的優(yōu)點(diǎn)，在上部地層調(diào)整好井斜方位，減少下部地層滑動(dòng)鉆進(jìn)。

圖2 中短位移定向井剖面優(yōu)化示意圖

（2）大位移井建議用雙增雙穩(wěn)剖面設(shè)計(jì)位移過大，如果使用“直—增—穩(wěn)”剖面，則摩阻扭矩較大。在此基礎(chǔ)上，建議采用“直—增—小井斜穩(wěn)—增—穩(wěn)”剖面。該剖面提供了雙穩(wěn)斜段，避免了長(zhǎng)穩(wěn)斜段給鉆井帶來(lái)的困難以及剖面打成“S”型的風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，該剖面摩阻扭矩小［6］，有利于提高鉆速和降低鉆井風(fēng)險(xiǎn)。

表2 D1-2-83井原設(shè)計(jì)井眼軌道(三段制)

對(duì)比表2、表3可以看出，鉆達(dá)同樣的靶點(diǎn)，原井眼要多出154m的進(jìn)尺和套管用量。在大牛地氣田，下部地層在進(jìn)入奧陶系馬家溝組可鉆性極差，154m的進(jìn)尺至少要多用一個(gè)鉆頭，需要2d的時(shí)間完成。

表3 D1-2-83 井新設(shè)計(jì)井眼軌道(雙增)

對(duì)比兩種井身結(jié)構(gòu)的拉力扭矩（圖3、圖4）可知，當(dāng)所有參數(shù)相同時(shí)，鉆至同等深度，新軌跡鉆具受力特征明顯優(yōu)于原軌跡。

2.3 水平井設(shè)計(jì)施工需進(jìn)一步優(yōu)化

目前，定向井段A靶點(diǎn)前仍未找到提高鉆井效率的有效途徑，尤其在鉆頭選型上仍采用三牙輪鉆頭，大大限制了鉆井效率的提升空間。水平段施工鉆頭磨損嚴(yán)重，目前尚未尋求到好的鉆頭選型，使鉆井效率的提高受到了制約。今后應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)特定工況特定井段的鉆頭選型工作。

大牛地水平井鉆井存在的最突出的問題是煤層垮塌問題。DPS-1井鉆至井深3 167.70m時(shí)，目的層頂部煤層突然坍塌，最終打水泥塞在井深2 885m處開始側(cè)鉆，損失進(jìn)尺282.7m。DP26T井二開完鉆電測(cè)時(shí)在2 840m處遇阻，通井至2 839～2 847m時(shí)煤層垮塌，由于煤層垮塌導(dǎo)致測(cè)井時(shí)間延長(zhǎng)，測(cè)井耗時(shí)8d。建議提高鉆井液密度以平衡煤層垮塌壓力，提高鉆井液黏度切力以減少鉆井液對(duì)煤層的沖刷力度，并提高對(duì)煤層的抑制性。

圖3 D1-2-83井原軌道鉆柱受力分析(至3 140m)

圖4 D1-2-83井新軌道鉆柱受力分析(至3 140m)

3 結(jié) 論

以國(guó)家十一五重大專項(xiàng)為依托，中石化華北分公司工程院完成多項(xiàng)課題，使大牛地氣田鉆完井工藝配套技術(shù)水平得到了很大的提高。

同時(shí)，仍需進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)鉆井工程工藝的研究，特別是對(duì)水平井鉆遇地層特性和鉆井液影響井壁穩(wěn)定性的分析研究不足。當(dāng)前定向井井眼軌道設(shè)計(jì)單一，需進(jìn)一步優(yōu)化軌道設(shè)計(jì)對(duì)鉆柱摩阻扭矩的影響。另外，應(yīng)加強(qiáng)和廠家合作進(jìn)行鉆頭選型和試驗(yàn)工作，優(yōu)化和設(shè)計(jì)出一套適合大牛地水平井施工的鉆頭類型。

[1]巢貴業(yè),陳宇，方彬.大牛地氣田固井防竄水泥漿體系研究與應(yīng)用[J].鉆采工藝,2006,29(2):94-96.

[2]巢貴業(yè),李建山,陳宇.大牛地氣田開發(fā)井鉆井工藝技術(shù)研究與應(yīng)用[J].鉆采工藝,2006，29(3):15-17.

[3]湯明,何世明,邢景寶,等.大牛地氣田欠平衡水平井井壁穩(wěn)定性分析[J].石油鉆采工藝,2010,32(3):37-39.

[4]鄧紅琳,袁立鶴.大牛地氣田保護(hù)儲(chǔ)層鉆井液技術(shù) [J].鉆井與完井液,2005,22(增刊):39-42.

[5]梁武東，趙鑫宇，劉小靜.優(yōu)化鉆井技術(shù)在蘇里格氣田東區(qū)的應(yīng)用[J].石油化工應(yīng)用,2009,28(8):46-50.

[6]李子豐.油氣井桿管柱力學(xué)及應(yīng)用[M].北京:石油工業(yè)出版社,2008.

Abstract：This paper analyzes the result of using the optimized drilling and completion technology in Daniudi gas field,which is national demonstration project.Through studying the optimized drilling and completion technology which has been developed currently,the application results are evaluated particularly.Coupled with formation characteristics,the boring bit and drilling parameters are further optimized to improve the rate of penetration and to shorten the drilling cycle.The application of the used drilling fluid systems has been evaluated,and the drilling and completion fluid systems have been optimized,which is fit for Daniudi gas field.At the same time，the issues to be resolved are analyzed here,and the directions for further development are defined clearly.

Key words：Daniudi gas field；drilling rate；drilling fluid；cementing；horizontal well

On the Theory and Practice of Drilling Engineering in Daniudi Gas Field

ZHAO Wen-bin CHAO Gui-yeDENG Hong-lin
(The Engineering&Technology Institute of Huabei Branch,SINOPEC，Zhengzhou 450006)

TE241

A

1673-1980（2011）06-0009-03

2011-07-02

國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2008ZX05045003002)

趙文彬（1982-），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)殂@完井工程技術(shù)。