蘇里格氣田蘇77區(qū)塊叢式井優(yōu)快鉆井配套技術(shù)

柯 學(xué)，冉照輝，陳 建，邢 建

(1.中國(guó)石油西部鉆探鉆井工程技術(shù)研究院，新疆克拉瑪依834000;2.中國(guó)石油西部鉆探定向井技術(shù)服務(wù)公司，新疆克拉瑪依834000;3.中國(guó)石油西部鉆探蘇里格氣田開(kāi)發(fā)第一項(xiàng)目經(jīng)理部，內(nèi)蒙古烏審旗017300;4.中國(guó)石油西部鉆探克拉瑪依鉆井公司，新疆克拉瑪依 834000)

蘇里格氣田蘇77區(qū)塊叢式井優(yōu)快鉆井配套技術(shù)

柯 學(xué)1，冉照輝2，陳 建3，邢 建4

(1.中國(guó)石油西部鉆探鉆井工程技術(shù)研究院，新疆克拉瑪依834000;2.中國(guó)石油西部鉆探定向井技術(shù)服務(wù)公司，新疆克拉瑪依834000;3.中國(guó)石油西部鉆探蘇里格氣田開(kāi)發(fā)第一項(xiàng)目經(jīng)理部，內(nèi)蒙古烏審旗017300;4.中國(guó)石油西部鉆探克拉瑪依鉆井公司，新疆克拉瑪依 834000)

蘇77區(qū)塊處于生態(tài)環(huán)境脆弱的半沙漠半草原地區(qū)，采用叢式井開(kāi)發(fā)方式，不僅可以加快產(chǎn)能建設(shè)，而且可以降低鉆井成本，保護(hù)環(huán)境，便于氣田維護(hù)管理。針對(duì)蘇77區(qū)塊鉆井存在的技術(shù)難點(diǎn)，根據(jù)地層自然增降斜及方位漂移規(guī)律，從平臺(tái)部署、井身軌跡剖面、鉆具組合、PDC鉆頭選型及鉆井液體系及性能維護(hù)等方面進(jìn)行優(yōu)化，形成了一套適應(yīng)蘇77區(qū)塊的叢式井優(yōu)快鉆井配套技術(shù)，有效地提高了機(jī)械鉆速，縮短了鉆井周期及平臺(tái)建井周期，加快了產(chǎn)能建設(shè)。其中，蘇77－6－5井完鉆井深3167 m，鉆井周期僅為9.98天，創(chuàng)造了整個(gè)蘇里格氣田定向井最短鉆井周期記錄。

叢式井;井眼剖面;井眼軌跡控制;鉆具組合;PDC鉆頭;鉆井液;蘇里格氣田

1 概述

2011年，蘇77區(qū)塊全面進(jìn)入?yún)彩骄_(kāi)發(fā)階段，為加快定向井鉆井速度和叢式井開(kāi)發(fā)步伐，盡早投產(chǎn)，針對(duì)叢式井施工中地層研磨性強(qiáng)、井眼軌跡控制難、鉆井速度慢、鉆井成本高的難題，從井身剖面優(yōu)化、鉆頭優(yōu)選改進(jìn)、井眼軌跡控制、鉆井液體系應(yīng)用等方面開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，形成了一套成熟的鉆井技術(shù)路線和優(yōu)快鉆井配套技術(shù)。

2 蘇77區(qū)塊基本簡(jiǎn)況

2.1 鉆遇地質(zhì)分層及巖性描述

鉆遇地層自下而上分為奧陶系馬家溝組，石炭系本溪組，二疊系太原組、山西組、石盒子組和石千峰組，三疊系劉家溝組、和尚溝組、紙坊組和延長(zhǎng)組，侏羅系延安組、直羅組和安定組，白堊系洛河組。主要目的層為石盒子組的盒8段、山1段及山2段。地層分層及巖性情況如表1所示。

2.2 井身結(jié)構(gòu)

表1 地質(zhì)分層及巖性表

2.3 井身剖面

采用“直－增－穩(wěn)－降”型井身剖面，造斜點(diǎn)選擇在表層套管以下50 m左右，減少上部直井段防斜，克服直井段防斜與打快的矛盾;定向、增斜、穩(wěn)斜、降斜施工上提到上部可鉆性較好的地層，下部可鉆性差的地層，利用地層自然降斜，采用常規(guī)鉆具組合，最大程度釋放鉆壓，提高鉆速。

同時(shí)考慮后續(xù)采氣、修井等作業(yè)因素，最大井斜角控制在35°以內(nèi)、造斜率控制在5°/30 m以內(nèi)。

3 主要技術(shù)難點(diǎn)

(1)三疊系延長(zhǎng)組至劉家溝組巖性變化大且含砂礫巖，主要目的層石盒子組砂巖居多、含礫石，山西組石英質(zhì)砂巖，地層研磨性強(qiáng)，PDC鉆頭磨損嚴(yán)重。

(2)二開(kāi)長(zhǎng)裸眼井段中，延安組、延長(zhǎng)組巖性以泥巖為主，且延長(zhǎng)組夾層多易出井壁失穩(wěn)。

(3)劉家溝組底部為區(qū)域漏失層，地層承壓能力低，易發(fā)生壓力誘導(dǎo)性漏失。

(4)石千峰底部、石盒子組上部泥巖易坍塌，同時(shí)石盒子組上部泥巖易泥包鉆頭。

(5)山西組、太原組、本溪組煤層發(fā)育，單層厚1～10 m，易坍塌。

(6)井眼軌跡控制井段長(zhǎng)，地層漂移規(guī)律不清楚，下部常規(guī)鉆具控制井眼軌跡所需鉆具組合及鉆進(jìn)參數(shù)難以滿足軌跡控制的需求。

4 叢式井優(yōu)快鉆井技術(shù)

4.1 叢式井平臺(tái)部署優(yōu)化

蘇77區(qū)塊采用600 m×800 m的井網(wǎng)，為達(dá)到最大開(kāi)發(fā)能力，一般鉆井?dāng)?shù)量控制在7口井以內(nèi)。為減小防碰風(fēng)險(xiǎn)，各井口間距控制在10 m，避免空間交叉。由于定向井鉆井周期較長(zhǎng)，尤其是位移超過(guò)800 m的鉆井周期更長(zhǎng)，為提高鉆井效率、縮短建井周期，盡快投產(chǎn)，一個(gè)平臺(tái)一臺(tái)鉆機(jī)井?dāng)?shù)控制在3～4口井，5口井以上采用一個(gè)平臺(tái)、2臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)施工，如圖1、圖2所示。為縮短建井周期，采取鉆機(jī)整拖縮短搬安時(shí)間，完井搬安最短3天，大大縮短了建井周期。

4.2 叢式定向井剖面優(yōu)化及軌跡控制技術(shù)

圖1 一部鉆機(jī)單排施工示意

圖2 兩部鉆機(jī)雙排施工排列示意

通過(guò)實(shí)鉆驗(yàn)證，逐步掌握了蘇77區(qū)塊復(fù)合鉆進(jìn)過(guò)程中地層增降斜以及方位變化的規(guī)律(見(jiàn)表2)。

4.2.1 位移600 m定向井井身軌跡的優(yōu)化

根據(jù)蘇77區(qū)塊地層增降斜和方位漂移軌跡，600 m以內(nèi)定向井位移相對(duì)較小，控制段較短。初始角設(shè)定100 m井段定向到10°左右，復(fù)合鉆進(jìn)至900 m左右井斜控制在21°左右，設(shè)計(jì)穩(wěn)斜至延長(zhǎng)中部1650 m左右開(kāi)始降斜，至井深2200 m井斜降至7°左右。下部井段利用常規(guī)光鉆鋌鉆具組合，降斜率0.5°/30 m以內(nèi)。位移600 m定向井優(yōu)化后的井眼軌跡如表3所示。

表2 地層增降斜及方位變化規(guī)律

表3 位移600 m定向井優(yōu)化后的井眼軌跡

4.2.2 位移800 m定向井井眼軌道優(yōu)化

根據(jù)蘇77區(qū)塊地層增降斜和方位漂移軌跡，800 m定向井位移相對(duì)較大，控制段較長(zhǎng)。初始角設(shè)定100 m井段定向到15°左右，復(fù)合鉆進(jìn)至900 m左右井斜控制在27°左右，設(shè)計(jì)穩(wěn)斜至延長(zhǎng)中部1800 m開(kāi)始降斜，至井深2200 m井斜降至18°。下部井段利用常規(guī)光鉆鋌鉆具組合，降斜率0.6°/30 m。位移800 m定向井優(yōu)化后的井眼軌跡如表4所示。

表4 位移800 m定向井優(yōu)化后的井眼軌跡表

4.3 井身軌跡控制技術(shù)

4.3.1 鉆具組合(見(jiàn)表5)

蘇77區(qū)塊地層研磨性較強(qiáng)，引用低速螺桿緩解鉆頭快速磨損問(wèn)題，減小對(duì)PDC的磨損，提高PDC鉆頭+螺桿鉆具的使用效率。

4.3.2 井身軌跡控制技術(shù)

(1)一開(kāi)直井段主要是防斜打直打快。設(shè)備安裝時(shí)天車、大鉤、井口三點(diǎn)一線軸線偏差＜10 mm;在鉆進(jìn)過(guò)程，采用大排量(45 L/s以上)、高轉(zhuǎn)速(100 r/min以上)、低鉆壓(40～60 kN)吊打鉆進(jìn)，確保一開(kāi)井段打直，防止起步井斜，控制井斜角在1°以內(nèi)。

表5 定向井鉆具組合及鉆井參數(shù)

(2)二開(kāi)直井段采用低鉆壓(40～50 kN)輕壓復(fù)合鉆進(jìn)，嚴(yán)格控制井斜在1°內(nèi)。

(3)造斜段滑動(dòng)鉆進(jìn)井斜增至設(shè)計(jì)初始井斜角后，采用40～60 kN鉆壓復(fù)合鉆進(jìn)，因延安組降井斜、降方位，若井斜、方位降得過(guò)多，及時(shí)滑動(dòng)鉆進(jìn)調(diào)整對(duì)準(zhǔn)靶心，同時(shí)增大井斜角至設(shè)計(jì)井斜角。

(4)鉆至延長(zhǎng)組中部左右利用滑動(dòng)鉆進(jìn)全力降井斜，待整個(gè)井眼形成降斜趨勢(shì)后使用復(fù)合鉆進(jìn)提高鉆進(jìn)效率。因延長(zhǎng)組降方位，調(diào)整方位比設(shè)計(jì)方位大2°，若復(fù)合鉆進(jìn)井斜不降或增加，應(yīng)及時(shí)滑動(dòng)鉆進(jìn)調(diào)整。

(5)復(fù)合鉆進(jìn)至井深2200 m左右開(kāi)始下入光鉆鋌鉆具，因紙坊組、和尚溝組和劉家溝組增方位，井深2200 m以前滑動(dòng)鉆進(jìn)調(diào)整方位比設(shè)計(jì)方位小2°。

4.4 PDC鉆頭優(yōu)選

由巖石力學(xué)特性剖面(圖3)可以看出，總體上該區(qū)縱向上鉆遇地層的抗鉆特性均較高，結(jié)合蘇77區(qū)塊三疊系延長(zhǎng)組至劉家溝組巖性變化大且含砂礫巖，石盒子組砂巖居多、含礫石，地層研磨性強(qiáng)等特點(diǎn)，考慮定向時(shí)工具面的穩(wěn)定性，選用5刀翼、雙排齒(主副齒)的PDC鉆頭，以提高鉆頭的抗沖擊性和耐磨性，減少邊齒的磨損，同時(shí)提高鉆頭的穩(wěn)定性。

圖3 巖石力學(xué)特性剖面

針對(duì)研磨性強(qiáng)地層，PDC鉆頭采用較高鉆壓、較低轉(zhuǎn)速，鉆壓控制在80～120 kN，轉(zhuǎn)速60～80 r/ min，排量30 L/s，充分清洗井底，快速攜帶巖屑，減少重復(fù)破碎對(duì)鉆頭的磨損。在延長(zhǎng)組等含礫石易憋跳的層位，適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速及鉆壓以防止沖擊造成PDC鉆頭切削齒破壞。

4.5 鉆井液技術(shù)

4.5.1 二開(kāi)至石千峰組頂部井段

4.5.1.1 鉆井液體系

清水+聚合物體系。配方為:清水 +0.2% Na2CO3+0.1%～0.3%NaOH+0.3%～0.5%KPAM+1%～2%潤(rùn)滑劑。

4.5.1.2 鉆井液配制及維護(hù)

(1)采用大池地面循環(huán)，充分沉降鉆井液中的固相，密度控制在1.02～1.08 g/cm3，粘度控制在28～55 s。

(2)采用K－PAM處理劑保持鉆井液有足夠的抑制和絮凝能力，有效預(yù)防延安組、延長(zhǎng)組泥巖縮徑、鉆頭泥包。

(3)井深1500 m左右隨著井斜角的增大，托壓明顯，加大潤(rùn)滑劑的含量至2%，減小托壓。

(4)劉家溝組為區(qū)域漏層，地層承壓能力較低，適當(dāng)降低鉆井液密度，提高鉆井液粘度。同時(shí)鉆進(jìn)過(guò)程中開(kāi)泵平穩(wěn)，控制起下鉆速度，避免因壓力“激動(dòng)”壓漏地層。

(5)確保起下鉆順利，每次起鉆前用稠膠液或膨潤(rùn)土漿清掃井底。

4.5.2 石千峰組至完井井段

4.5.2.1 鉆井液體系

聚磺鉆井液體系。配方為:3%～5%坂土+ 0.2%Na2CO3+0.1%～0.3%NaOH+0.4%～0.6% MAN101+1.5%～2%SMP－1粉+1%～3%磺化瀝青干粉+1%～2%潤(rùn)滑劑。

4.5.2.2 鉆井液配制及維護(hù)

(1)石千峰組的大段硬脆性泥頁(yè)巖易垮塌掉塊，可逐漸加入充分預(yù)水化的膨潤(rùn)土漿，轉(zhuǎn)化為低固相、低失水聚磺鉆井完井液體系。

(2)采用地面罐循環(huán)，鉆井液中加入足量的膨潤(rùn)土、CMC和抑制防塌劑等，密度控制在1.08 g/ cm3以內(nèi)，粘度控制在32～50 s。

(3)因山西組存在多套煤系地層，進(jìn)入煤層前30 m，加大抑制防塌劑的含量，確保順利鉆穿煤層。

(4)鉆進(jìn)過(guò)程中按比例配制膠液以細(xì)水常流的辦法補(bǔ)充維護(hù)鉆井液，避免鉆井液性能波動(dòng)過(guò)大。

(5)認(rèn)真使用好四級(jí)固控設(shè)備，將固相顆粒對(duì)氣層的污染減少到最低程度。

5 叢式井實(shí)施效果

通過(guò)對(duì)PDC鉆頭的優(yōu)選，鉆具組合及井眼軌跡剖面的優(yōu)化，2011年蘇77區(qū)塊完鉆50口定向井，平均井深3213.50 m，平均鉆井周期16.92天，其中，22口井鉆井周期在15天以內(nèi)，平均全井機(jī)械鉆速13.94 m/h，與2010年相比鉆井周期縮短了4.25天，完井周期縮短了4.24天，平均機(jī)械鉆速提高了12.44%。其中蘇77－6－5井完鉆井深3167 m，鉆井周期僅為9.98天，創(chuàng)造了整個(gè)蘇里格氣田的最短鉆井周期記錄。從式井實(shí)施效果見(jiàn)表6。

通過(guò)優(yōu)選PDC鉆頭及低速螺桿、優(yōu)化鉆進(jìn)參數(shù)，2011年完鉆的50口定向井中有20口井實(shí)現(xiàn)了二開(kāi)兩趟鉆完鉆(見(jiàn)表7)，減少了提下鉆次數(shù)，縮短了鉆井周期。

6 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)通過(guò)對(duì)叢式井優(yōu)快鉆井技術(shù)的研究與應(yīng)用，蘇77區(qū)塊鉆井周期有了明顯提高，加快了叢式井投產(chǎn)步伐。

表6 定向井鉆井技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)情況

表7 二開(kāi)鉆頭使用情況

(2)根據(jù)蘇77區(qū)塊地層自然增降斜及方位漂移規(guī)律，優(yōu)化后的井身軌跡剖面及控制技術(shù)，滿足了蘇77區(qū)優(yōu)快鉆進(jìn)的需求。

(3)“四合一”鉆具在上部地層可以實(shí)現(xiàn)防斜打直、定向、增斜、穩(wěn)斜鉆進(jìn)，大大提高了施工效率。下部采用常規(guī)光鉆鋌鉆具能夠滿足降斜，同時(shí)有效地解放了鉆壓，提高了機(jī)械鉆速。

(4)五刀翼、雙排齒PDC鉆頭配合低速螺桿適合蘇77區(qū)塊研磨性較強(qiáng)地層，二開(kāi)“兩趟鉆”技術(shù)，減少了提下鉆次數(shù)，有效地縮短了鉆井周期。

(5)上部采用清水聚合物鉆井液體系，下部采用聚磺鉆井液體系，能夠滿足井壁穩(wěn)定的需求，有效地抑制泥巖垮塌，同時(shí)降低了鉆井液成本。

(6)在滿足井壁穩(wěn)定的情況下，增加鉆井液潤(rùn)滑性，可以有效地降低鉆具在鉆進(jìn)過(guò)程中的扭矩和摩阻，從而降低地層對(duì)鉆具的磨損。

［1］徐波.螺桿鉆具和PDC鉆頭組合在鄂爾多斯工區(qū)定向井中的應(yīng)用［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2008，35(10):16－17，35.

［2］高 明亮.鄂北工區(qū)PDC鉆頭泥包特征分析及預(yù)防措施［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2009，36(9):21－23，27.

［3］何 自新，付金華，等.蘇里格大氣田成藏地質(zhì)特征［J］.石油學(xué)報(bào)，2003，24(2).

［4］歐 陽(yáng)勇，吳學(xué)升，等.蘇里格氣田PDC鉆頭的優(yōu)選與應(yīng)用［J］.鉆采工藝，2008，31(2).

［5］王 希勇，張藝瀚，熊繼有.PDC鉆頭與動(dòng)力鉆具的優(yōu)化匹配和鉆進(jìn)特性研究［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2005，34(1):27－29.

［6］侯 慶勇.PDC鉆頭在鄂爾多斯盆地大牛地氣田的應(yīng)用［J］.河南石油.2006.5(20):2－3.

［7］霍 飛.鄂爾多斯盆地氣井優(yōu)選PDC鉆頭技術(shù)［J］.科技咨詢導(dǎo)報(bào)，2007，5(24):185－187.

［8］李洪波，王衛(wèi)忠.陜北地區(qū)叢式井鉆井技術(shù)［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2005，4(27):624－626.

［9］冉 新權(quán).蘇里格氣田開(kāi)發(fā)論［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2008.

Matching Technology for Optimized and Fast Drilling with Cluster Wells in Sulige Gas Field

KE Xue1，RAN Zhaohui2，CHEN Jian3，XING Jian4(1.China Petroleum Western Drilling Engineering Institute，Karamay Xinjiang 834000，China;2.China Petroleum Western Directional Drilling Technology Services Company，Karamay Xinjiang 834000，China; 3.1st Project Manager Department of China Petroleum Western Drilling Sulige Gas Field Development，Wushen Inner Mongolia 017300，China;4.China Petroleum Karamay Drilling Company，Karamay Xinjiang 834000，China)

Su 77 block is located in a fragile ecological environment of half desert and half grassland，cluster wells can accelerate productivity construction，lower the drilling cost，protect environment and is convenient for gas field maintenance management.According to the drilling difficulties in Su 77 block and based on the formation natural deflecting law and azimuth drift pattern，optimization was made on platform deployment，well profile，bottom hole assembly，PDC bit selection，drilling fluid system and its performance maintenance，a set of matching technologies was formed for optimized and fast drilling with cluster wells suitable to Su 77 block，the penetration rate was effectively improved，drilling period and well construction cycle in platform were shortened and productivity construction was accelerated.A drilled depth of 3167m for Su 77－6－5 well，drilling period was only 9.98 days，which is the shortest directional well drilling record in whole Sulige gas field.

cluster wells;well profile;well trajectory control;bottom hole assembly;PDC bit;drilling fluid;Sulige gas field

TE243

A

1672－7428(2012)08－0005－06

2012－03－14

柯學(xué)(1982－)，男(漢族)，新疆人，中國(guó)石油西部鉆探鉆井工程技術(shù)研究院，石油工程專業(yè)，從事鉆井設(shè)計(jì)及研究工作，新疆克拉瑪依市鴻雁路80號(hào)，gslsdmgy@163.com。