大慶徐深氣田小井眼水平井技術(shù)及配套工藝

張文雨

（大慶鉆探工程公司鉆井二公司，黑龍江 大慶 163000）

自小井眼水平井技術(shù)首次在美國問世以來，在世界各大油田，特別是老油田的老井改造、剩余油氣資源挖潛過程中發(fā)揮了重要作用，不僅提高了老井產(chǎn)量和總體采收率，還降低了大量的鉆井成本。徐家圍子深層天然氣含量豐富，是大慶油田天然氣勘探開發(fā)的重點區(qū)塊，由于天然氣埋藏深、儲層致密物性差、低溫梯度高、巖石硬度大等原因，打一口新井存在周期長、成本高等問題。因此，開展小井眼水平井井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計、鉆頭設計及優(yōu)選、優(yōu)化鉆具組合以及鉆完井液等技術(shù)與工藝研究，現(xiàn)場成功應用證明，利用小井眼水平井技術(shù)可有效改造深部地層老井眼，實現(xiàn)深層天然氣的經(jīng)濟有效開發(fā)[1-2]。

1 小井眼水平井技術(shù)簡介

小井眼水平井技術(shù)是指用直徑小于等于6″的井眼穿過目的層，井斜不小于86°，并保持這一角度直至打完水平段的一種鉆井技術(shù)。具有小井眼井和水平井的雙重優(yōu)點，具有機械鉆速高、鉆井成本低、環(huán)境污染物排放量少等優(yōu)勢，在老油田加密井開采剩余油、老井和報廢井改造再利用，以及特殊油氣藏資源的開采中得到廣泛應用。

小井眼鉆井技術(shù)在國外研究起步較早，20世紀50年代美國就開始使用該項技術(shù)，節(jié)約了鉆井成本，20世紀60年代前后是國外小井眼技術(shù)發(fā)展的高峰期，世界上各石油公司共鉆超過3200口小井眼井，取得了較高的經(jīng)濟效益。進入21世紀前后，國際油價居高不下，小井眼技術(shù)未得到足夠重視，技術(shù)也未取得實質(zhì)性突破。直到近10年來，各老油田開發(fā)進入后期和國際油價的下跌，小井眼技術(shù)和小井眼水平井技術(shù)再次進入高速發(fā)展階段，除了在1000m以內(nèi)淺井中得到應用，在垂深超過3500m的深井中也得到較大范圍應用，并取得了良好效果[1]。

2 徐深氣田小井眼水平井技術(shù)難點

在徐深氣田應用小井眼水平井技術(shù)，主要存在以下幾方面的技術(shù)難點：

（1）井斜較大，接近90°，由于鉆具外徑較小，鉆進過程中鉆具偏心彎曲變形大，鉆具加壓困難，扭矩傳遞也困難，顯示鉆壓不能完全作用于鉆頭，會嚴重影響鉆井速度；

（2）徐深氣田儲層埋藏深，地層巖石可鉆性差，對鉆頭要求較高，如果鉆頭選型不符合地層要求，會嚴重影響鉆井速度，導致鉆井周期延長；

（3）低溫梯度高，最高溫度超過150℃，需要鉆井液具有良好的抗溫性能，避免鉆井液處理劑因高溫降解而發(fā)生增稠作用，進而影響鉆井速度和質(zhì)量[2]；

（4）在超過3500m 的深部地層應用小井眼水平井技術(shù)，對鉆井液的攜巖攜屑能力和潤滑性要求較高，如果鉆井液粘切不合理極易在斜井段和水平段形成巖屑床，導致卡鉆等事故的發(fā)生。

3 配套技術(shù)及工藝

3.1 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計

徐深氣田小井眼水平井技術(shù)的成功應用，井身結(jié)構(gòu)設計必須合理，設計原則是首先要保護好油氣層，其次是要杜絕漏、噴等井下復雜發(fā)生，確保鉆井順利進行；然后是確保鉆井液液柱壓力能夠有效平衡井內(nèi)壓力，不能將套管鞋處裸露地層壓裂，還要能夠平衡地層壓力；最后優(yōu)化設計套管層次和下入深度，確保裸眼井段的長度即為兩相鄰套管下入深度之差。

對鉆井周期和成本、井深和造斜點位置、裸眼段長度、完井方式和地層三項壓力，以及鉆遇地層不同巖性特征等多因素進行綜合考慮，確定最佳井身結(jié)構(gòu)。

套管層次：徐深氣田深部地層巖性較為穩(wěn)定，根據(jù)以往該區(qū)塊設計經(jīng)驗和水平井鉆井經(jīng)驗，通過優(yōu)化套管與鉆頭尺寸配合，采用三層套管設計方案形成10-3/4″→7″→4-1/2″井身結(jié)構(gòu)系列，當出現(xiàn)復雜后每層之間可以加放一層非標套管。二開的井控和井壁穩(wěn)定問題，可以通過提高鉆井液密度平衡地層壓力來解決，從而縮短鉆井周期、降低鉆井成本[3]。

3.2 鉆頭設計及優(yōu)選

鉆頭在鉆井過程中具有重要的作用，合理選用鉆頭的類型和參數(shù)是提高鉆井速度、降低鉆井成本和縮短鉆井周期的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。經(jīng)過研究得知，徐家圍子營城組地層可鉆性級值在8.0～10.4之間，并且富含直徑在0.5～5cm之間砂質(zhì)礫巖，個別直徑能達到7～10cm，礫石之間充填的砂質(zhì)基質(zhì)含量高，鉆進中對鉆頭磨損極為嚴重。因此，在小井眼水平井鉆進中需選擇耐磨損高級別的鉆頭類型：直井段采用PDC 鉆頭，造斜段及水平段采用與地層配伍性較好的高轉(zhuǎn)速鑲齒金剛石牙輪鉆頭。

3.3 鉆具組合優(yōu)化

在二開造斜段的鉆具組合為：215.9mm 鉆頭、9m（彎角1.25°～1.5°172mm 螺桿+212mm 本體穩(wěn)定器）、172mm 浮閥、9m172mmMWD、9m165.1mm 無磁鉆鋌、54m158.8mm 鉆鋌、158.8mm 投入式止回閥、270m127mm 加重鉆桿、127mm 斜坡鉆桿；三開造斜段和水平段的鉆具組合為：152.4mm 鉆頭、5m（彎角0.75°～1.25°120.6mm 螺桿+148mm 本體穩(wěn)定器）、120.6mm 浮閥、13m120.6mmMWD、9m120.6mm 無磁鉆鋌、54m88.9mm加重鉆桿、1260m88.9mm斜坡鉆桿、120.6mm 投入式止回閥、243m88.9mm 加重鉆桿、88.9mm斜坡鉆桿[4]。

3.4 鉆井液技術(shù)措施

小井眼水平井鉆井液技術(shù)在造斜段和穩(wěn)斜段要求具有合適的鉆井液密度、潤滑性能和抑制防塌能力，提高鉆井液對井壁的力學穩(wěn)定作用，在井壁上形成的泥餅要光滑致密，泥餅粘滯系數(shù)要在0.1 以內(nèi)，滿足鉆具在起下鉆過程中與井壁低摩擦系數(shù)的要求。在水平段施工時，要適當提高鉆井液的動切力，保持動塑比在合理范圍內(nèi)，以確保鉆井液具有良好的攜巖攜砂能力，避免在水平段堆積成巖屑床，造成砂橋卡鉆等事故[5]。

因此，通過開展抗溫型處理機優(yōu)選和配方研究，形成適合徐深氣田小井眼水平井技術(shù)的鉆井液配方：4%～5%膨潤土+ 0.5%純堿+1%～2%銨鹽+0.3%～0.5%復合抑制劑+1%～2%DS-302+0.2%～0.4%陽離子包被劑+1.5%～2%高效封堵降濾失劑+1%～2%低熒光井壁穩(wěn)定劑+1%～2%HA 樹脂+1%～2%SFT-1。經(jīng)過室內(nèi)評價實驗，該體系能抗溫150℃，高溫高壓失水小于12mL，動塑比在0.4 以上，極壓潤滑系數(shù)小于0.1，能夠滿足施工需求。

4 現(xiàn)場應用情況

形成的小井眼水平井技術(shù)在XSP34井得到成功應用，井深超過3500m，全井水平段長865m，井底水平位移超過1140m 鉆井周期為201d，平均機械鉆速為2.65m/h，與同區(qū)塊鄰井相比，節(jié)省鉆井時間65.82d，節(jié)約鉆機日費445萬元。

5 結(jié)論

（1）徐深氣田是大慶油田天然氣的主力產(chǎn)區(qū)，因儲層埋藏較深，鉆井周期長、成本高，利用小井眼水平井技術(shù)改造老井眼，是提高天然氣可采儲量的重要技術(shù)手段。

（2）通過開展小井眼水平井井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計、鉆頭設計及優(yōu)選、優(yōu)化鉆具組合以及鉆井液等技術(shù)與工藝研究，形成了適合于大慶深部天然氣地層老井眼側(cè)鉆水平井的配套技術(shù)及工藝措施。