延長氣田天然氣水平井鉆井施工技術(shù)難點(diǎn)及對策

吳貝貝，張 飛，常孜恒,孫淵珍，李 鵬

(延長石油油氣勘探公司采氣一廠，陜西 延安 716000)

1 地質(zhì)概況

延長氣田頁巖氣水平井鉆遇地層自上而下分別為：第四系；中生界三疊系上統(tǒng)延長組、中統(tǒng)紙坊組、下統(tǒng)和尚溝組和劉家溝組；上古生界二疊系上統(tǒng)石千峰組、中統(tǒng)石盒子組、下統(tǒng)山西組。目的層主要為山西組山 12 段。

1.1 地層巖性

延長氣田水平井鉆遇地層巖性及易發(fā)生的井下復(fù)雜情況,見表1。

表1 延長氣田頁巖氣水平井鉆遇層位、巖性特征及復(fù)雜情況提示

1.2 山西組儲(chǔ)層特性

山西組氣層屬于低孔低滲儲(chǔ)層，孔隙度為0.4%～8.7%，平均孔隙度為4.82%，滲透率為(0.002～9.7)×10-3μm2，平均滲透率為0.23×10-3μm2。含泥質(zhì)中粒石英砂巖為主，巖石類型主要為中粒石英砂巖，其次為粗中粒石英砂巖、細(xì)粒石英砂巖，分選性中，風(fēng)化度中-淺，巖石膠結(jié)以壓嵌-接觸和孔隙接觸為主，膠結(jié)物接觸關(guān)系主要為點(diǎn)-線式和線式。該儲(chǔ)層中黏土礦物以伊利石含量為主，其次為伊蒙間層。儲(chǔ)集層空間為次生孔隙?？缀斫Y(jié)構(gòu)r平均、r50和rmax分別為 0.43 μm、0.38 μm、4.86 μm，平均排驅(qū)壓力為 1.89 MPa。地層壓力為0.76(MPa/100 m)，溫度梯度為2.84(℃/100 m)，地層水為氯化鈣型，平均總礦化度為 55766 mg/L。該儲(chǔ)層存在強(qiáng)水鎖、強(qiáng)土酸敏、中偏強(qiáng)鹽敏、中偏強(qiáng)堿敏、中偏弱水敏、弱速敏等潛在損害因素。

2 水平井井身結(jié)構(gòu)及鉆井液體系

2.1 井身結(jié)構(gòu)

延長氣田的水平井完鉆井深一般都在3800～4200 m，垂深2550～2650 m。一開采用φ444.5 mm 鉆至2000～2200 m(二疊系上統(tǒng)石千峰組)造斜點(diǎn)，造斜鉆進(jìn)，斜導(dǎo)眼鉆至井深2850～2950 m，井斜60°。鉆至井深2900～3000 m 到達(dá)A點(diǎn)(山西組)，下入φ244.5 mm 技術(shù)套管封隔上部地層，三開采用φ215.9 mm 鉆頭鉆水平段 1000 m 左右完鉆，下入φ139.7 mm 氣層套管完井。

2.2 鉆井液體系

2.2.1 KCl聚磺鉆井液體系配方

4%坂土+0.2%Na2CO3+0.2%NaOH+5%～7%KCl+0.3%～0.5%HP+0.5%～0.7%NH4HPAN+0.5%～ 0.7%COP+0.5%～1.0%PL+2.0%～3%FT-342+2%～3%乳化石蠟+3%～5%CGY+0.3%～%0.5聚胺抑制劑+0.2%～0.3%胺基聚醇+石灰石粉+0.5%～0.7%HV-CMC+3%～5%SMP-1+1%～3%SMC+3%～5%GFRH3 +2%～3%MSL2 +2%～3%QS-2。鉆井液性能要求見表2。

表2 鉆井液性能要求

3 水平井鉆井技術(shù)難點(diǎn)及對策

1)延長氣田區(qū)域區(qū)塊黃土層易垮塌、易漏。

表層井段上部黃土層一般厚20～130 m，土質(zhì)疏松，膠結(jié)十分松軟，且滲透性好，極易發(fā)生垮塌和漏失;下部為石板 層，軟硬交錯(cuò)在鉆開上部黃土層時(shí)，鉆井液往往是“有進(jìn)無出”。

對于漏失區(qū)域要求配備 50 m 導(dǎo)管在開鉆前準(zhǔn)備好堵漏用膨潤土鉆井液60 m3并充分水化24 h以上。鉆井過程中要求小排量單凡爾開泵(排量控制在控制在12 L/s以內(nèi))，等穿過黃土層以后在加大排量。

2)局部地區(qū)劉家溝組底地層承壓能力低，多發(fā)生失返性漏失。

該區(qū)域施工難度大，采用“橋接+水泥漿復(fù)合堵漏法”。以橋接泥漿先行，跟注水泥漿的復(fù)合方式。先將長短纖維等堵漏材料的高黏度橋堵劑泵入漏層，使其在漏失通道內(nèi)堆積產(chǎn)生滯流體。水泥漿進(jìn)入漏層后，在壓差作用下擠入和充滿初級(jí)橋塞墊層的微小孔道。凝固后，可增強(qiáng)漏層堵塞的承壓能力。

將工藝堵漏井深由進(jìn)入石千峰20～30 m 改為進(jìn)入石千峰組 150 m 以后進(jìn)行工藝堵漏，充分暴露漏層然后再堵。如果采用堵漏漿無法承壓到設(shè)計(jì)要求值，采用“橋接+水泥漿復(fù)合堵漏法”有效的一次性解決井漏難題，保障后續(xù)施工的安全。

3)大斜度井段(井斜40～80°)攜砂及水平段井眼清潔問題；水平段托壓簽黏卡明顯，井身軌跡控制難度大。

①增大排量?？刂骗h(huán)空返速。環(huán)空返速是影響井眼凈化的主要因素，但過高的環(huán)空返速將會(huì)對井壁造成嚴(yán)重的沖蝕，所以在利于減緩巖屑床形成的同時(shí)需要控制環(huán)空返速和排量。

②改善鉆井液性能，提高鉆井液的動(dòng)切力[1]。鉆進(jìn)中要隨時(shí)補(bǔ)充高分子聚合物，增強(qiáng)鉆井液的懸浮、攜砂能力；嚴(yán)格控制鉆井液中黏土含量，做好鉆井液固相凈化，使用好振動(dòng)篩、離心機(jī)、除砂器、除泥器等固控設(shè)備，清除鉆井液中有害固相。使用加量為2%～2.5%的QS-2、1%～1.5%FT-1改善濾餅質(zhì)量，使泥餅薄而致密。鉆井液中加入固體潤滑劑、液體潤滑劑，降低鉆井液摩擦系數(shù)。

4)斜井段地層古老下部地層可鉆性差，鉆速慢，摩阻扭矩大。

在地層可鉆性(PDC鉆頭的可鉆性與聲波時(shí)差關(guān)系曲線,見圖1；可鉆性級(jí)值,見表3)研究的基礎(chǔ)上個(gè)性化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過作業(yè)現(xiàn)場試驗(yàn)應(yīng)用，將斜井段PDC鉆頭基本結(jié)構(gòu)確定為“五刀翼、雙排齒、TSP強(qiáng)化長保徑”主切削齒 17 mm[2]。結(jié)合以往數(shù)據(jù)資料，優(yōu)選了適合斜井段鉆井的PDC鉆頭，平均機(jī)械鉆速從 1.5 m/h 提高到 2.1 m/h,

圖1 聲波時(shí)差與PDC鉆頭可鉆性關(guān)系回歸曲線

表3 PDC鉆頭可鉆性級(jí)值

4 應(yīng)用效果

延長氣田針對建產(chǎn)快的水平井開展了一系列提高鉆井速度的技術(shù)攻關(guān)，通過優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)、“個(gè)性化”的PDC鉆頭、優(yōu)化鉆井液技術(shù)、改善斜井段和水平段的清砂技術(shù)等一系列技術(shù)革新，平均機(jī)械鉆速較往年平均值提高約67.3%。2019年水平井鉆井情況,見表4。延520平1井創(chuàng)造了第一口完鉆的四開結(jié)構(gòu)水平井、水平井延長歷史施工速度最“快”(97.29天)、水平井歷史施工最“安全”(零復(fù)雜和零事故)、水平井歷史施工砂巖鉆遇率最“高”(100%)的佳績。

表4 水平井鉆井情況統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

1)“五刀翼、雙排齒、TSP強(qiáng)化長保徑”的五刀翼PDC鉆頭在延長氣田天然氣水平井斜井段地層比較實(shí)用，在滿足造斜需求的前提下，機(jī)械鉆速也得到了提高。

2)KCl聚磺鉆井液體系具有較強(qiáng)的抑制性，對于水平段出現(xiàn)泥巖易垮塌有較好的預(yù)防作用，施工過程中需要對鉆井液密度進(jìn)行不斷的調(diào)整，保證井壁的穩(wěn)定性。

3)為減小水平段鉆井過程的托壓，鉆具結(jié)構(gòu)越簡單越好，一般不連接過多的大鉆具。鉆進(jìn)過程中配合短起程下鉆、分段循環(huán)和劃眼等措施，有效破壞巖屑床。