平臺井鉆井技術(shù)在大慶深層氣田的應(yīng)用

叢 宇

（大慶油田責(zé)任有限公司采氣分公司〈儲氣庫分公司〉，黑龍江大慶 163000）

平臺化鉆井技術(shù)是大慶油田深層氣開發(fā)史上首次實(shí)施的平臺鉆井新模式，該模式應(yīng)用在大慶深層區(qū)塊，設(shè)計(jì)井深均超過4000m，井口間距僅10m，該區(qū)塊目的層為火山巖，具有儲層埋藏深、溫度高、CO2含量高的特征，且天然裂縫較發(fā)育，區(qū)塊內(nèi)曾有4口井發(fā)生過井漏事故，鉆井施工風(fēng)險較高。

1 鉆井施工的難點(diǎn)分析

（1）目的層巖性對鉆頭及鉆具磨損較為嚴(yán)重，單只鉆頭行程進(jìn)尺較少，鉆速較慢，需要鉆頭鉆具的適配性提高；

（2）目的層的束層滲透性較好，成裂縫發(fā)育，鉆至相應(yīng)地層易發(fā)生井漏；

（3）兩口水平井的井口距離相對較近，存在直井段段井眼軌跡碰撞的風(fēng)險，井眼軌跡控制存在相應(yīng)難度；

（4）水平井水平段較長，井壁穩(wěn)定性需要維護(hù)，需要優(yōu)選鉆井液體系，保證攜巖效果及較強(qiáng)的封堵性，起到保護(hù)儲層的效果。

2 平臺井可行性分析

為了更有效地發(fā)揮平臺鉆井的優(yōu)勢，大慶油田深層氣田需采用平臺化鉆井模式進(jìn)行鉆井，分析采用平臺鉆井模式的可行性，充分發(fā)揮平臺鉆井的優(yōu)勢。

2.1 平臺井區(qū)塊地質(zhì)條件

該區(qū)塊儲量需多井眼施工，且儲層存在分布較密的情況，采用平臺鉆井技術(shù)可以有效提高該區(qū)塊產(chǎn)能開發(fā)潛能；該區(qū)塊構(gòu)造位于斷陷斜坡帶中部，為典型的鼻狀構(gòu)造。產(chǎn)氣層段主要為火山巖地層。設(shè)計(jì)井油層已注水開發(fā)，地層壓力發(fā)生了變化；且目的層位發(fā)育較為明顯，設(shè)計(jì)提示鉆遇至該地層要注意放噴防漏。

2.2 平臺井區(qū)塊工程條件

平臺化鉆井施工可以有效地減少鉆前準(zhǔn)備工作，同時可以減少單井施工中重復(fù)性的征地、平整場地及鋪路等復(fù)雜的鉆前工程；可以提前同時開展鉆前水井放壓，滿足兩口水平井的鉆井地質(zhì)要求；節(jié)省鉆前搬家及相應(yīng)的等停時間，相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 XX區(qū)塊平臺井鉆前工作分析表

平臺井鉆井施工通過已經(jīng)掌握該區(qū)塊地層地質(zhì)等相關(guān)資料，以及鄰井的相關(guān)資料如表2所示。

表2 鄰井鉆遇地層相關(guān)資料

區(qū)塊內(nèi)勘探井試氣CO2含量為25.5%，存在CO2含量較高的風(fēng)險，應(yīng)注意管柱防腐；地層傾角較大，注意軌跡控制；鄰井鉆探在鉆進(jìn)過程中均發(fā)生不同程度的井漏；裂縫定量參數(shù)：綜合分析火山巖裂縫比較發(fā)育。通過已鉆的鄰井資料可以有效預(yù)防井漏、軌跡控制等情況，能夠有效地減少該區(qū)塊鉆井的風(fēng)險性。

3 深層氣田應(yīng)用效果

3.1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

通過鄰井實(shí)鉆井徑曲線及實(shí)鉆數(shù)據(jù)分析，該平臺井區(qū)塊已注水開發(fā)，并存在異常高壓，需要防油水侵，X2 段和X3 段鉆遇斷層，注意防漏，而且該區(qū)塊普遍發(fā)育底水，提示施工過程中存在一定的出水風(fēng)險，本次調(diào)整靶點(diǎn)上提規(guī)避相應(yīng)風(fēng)險，由于目的層面上提，對應(yīng)目的層段存在鉆遇差氣層風(fēng)險，同時附近鄰井區(qū)試氣CO2含量為25.5%，由于儲層內(nèi)部連通性復(fù)雜，距鄰井區(qū)較近，存在CO2含量較高的風(fēng)險，應(yīng)注意管柱防腐。同時目的地層傾角較大，注意軌跡控制，鄰井測井曲線顯示上部地層易坍塌，防塌，鄰井鉆探目的層均發(fā)生不同程度的井漏，注意防漏，在保障井壁穩(wěn)定性和井身質(zhì)量研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)井型和完鉆井深，來滿足裸眼大位移井的安全鉆進(jìn)需求。

根據(jù)情況優(yōu)選的情況如下：

（1）確定平臺井各開次的套管下深深度，兩口水平井均采用尾管回接的方式完井，且水泥返深要求表層套管、技術(shù)套管、生產(chǎn)套管的水泥漿均要返至地面；

（2）根據(jù)鄰井?dāng)?shù)據(jù)分析，設(shè)計(jì)井采用三層套管井身結(jié)構(gòu)，表層套管下至XX 組，封固含水層。由鄰井井徑測井曲線可知XX 段上部地層坍塌嚴(yán)重，技術(shù)套管下至XX段底部以下115m;

（3）綜合考慮井眼軌道光滑、無曲率突變、造斜率滿足施工要求、地面情況等因素，通過調(diào)整造斜點(diǎn)、造斜率和軌道設(shè)計(jì)模型，優(yōu)化了設(shè)計(jì)軌道。

3.2 井身軌跡優(yōu)化

平臺井井間距較小，存在防碰風(fēng)險，直井段鉆進(jìn)過程中更是較為突出，且影響井眼碰撞的原因如下：

（1）目前直井段工程施工不能滿足直井段垂直吊打，主要因素為地層不均一；

（2）目前二開鉆井儀器測量精度也存在偏差，給工程測量存在不穩(wěn)定的因素。

所以做好水平井直井段防碰措施，保證施工質(zhì)量，平臺井鉆井施工需要按照以下注意事項(xiàng)：

鉆井順序須按照平臺井的施工原則即采用造斜點(diǎn)先淺后深、先大斜度大位移的原則，按照此原則選擇區(qū)塊井位開鉆順序，同時要求井隊(duì)做好短起下，保證井眼質(zhì)量，同時按照鉆井工程設(shè)計(jì)做好復(fù)測工作，保障井斜方位等鉆井參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求，達(dá)到防碰控斜提速的效果，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目的。

井眼軌跡的控制主要依靠鉆具組合和鉆井參數(shù)的控制調(diào)控的方式來實(shí)現(xiàn)，軌跡控制及鉆井相關(guān)參數(shù)要嚴(yán)格按照鉆井施工設(shè)計(jì)要求，同時通過錄井儀器軟件實(shí)時控制井眼軌跡的情況，及時進(jìn)行調(diào)整參數(shù)，使實(shí)鉆井眼軌跡接近設(shè)計(jì)井眼軌跡。

在鉆井施工過程中要求鉆井施工隊(duì)伍對直井段、造斜段和水平段三個階段的控制做到位，即直井段要求井斜接近0，以確保造斜點(diǎn)以上井段過多產(chǎn)生位移，所以靈活選擇鉆具組合，優(yōu)化鉆井參數(shù)，確保XX 井的井身質(zhì)量得到了較好的提高。

直井段優(yōu)選控斜鉆具的同時，增加清砂螺扶，主要技術(shù)核心是通過清砂螺扶來保障井壁質(zhì)量，根據(jù)調(diào)整更有利于防斜打快，同時配合MWD 在直井段的應(yīng)用，能夠隨時控制和調(diào)整井斜與方位。具有防斜能力強(qiáng)、可精準(zhǔn)控制高效等優(yōu)點(diǎn)。

三開造斜段應(yīng)用符合鉆具結(jié)構(gòu)，通過應(yīng)用LWD 來縮短鉆具與鉆頭之間的距離，能夠有效地減少定向進(jìn)尺，并減少起下鉆換鉆具的次數(shù)，提高施工效率，有效地縮短了施工工期。

三開水平段鉆進(jìn)過程中的核心技術(shù)主要是要更好的穩(wěn)斜，通過螺桿+扶正器+LWD的鉆具組合來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)斜鉆進(jìn)的效果，通過優(yōu)化扶正器的相應(yīng)位置，使得該鉆具組合具有穩(wěn)斜能力強(qiáng)、復(fù)合鉆進(jìn)效果好的特點(diǎn)，能夠有效減少定向的調(diào)整次數(shù)，提高三開水平段的鉆進(jìn)的施工效率。

具體鉆具組合如表3所示。

表3 XX井鉆具組合應(yīng)用效果

該平臺井通過鉆具組合的優(yōu)化控制的井斜及全角變化率，均符合設(shè)計(jì)要求，直井段的造斜率為0.41，二開井斜角為0.71°遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)要求的4.5，其中水平位移一開要求是15m，二開水平位移為60m，實(shí)鉆過程中水平位移分別達(dá)到了0.45m、16.49m，取得了防碰控斜的效果，對井筒質(zhì)量的提升起到了較好的效果。具體情況如表4所示。

表4 平臺井取得的效果

3.3 鉆井液應(yīng)用效果

該平臺井一開二開采用水基鉆井液，針對該區(qū)塊的地質(zhì)條件，以及施工作業(yè)要求，鉆井三開采用油包水鉆井液體系，油基鉆井液的優(yōu)勢有：

（1）針對區(qū)塊目的泥巖、頁巖抑制和防塌性強(qiáng)，巖屑清晰分明的特點(diǎn)，油基鉆井液可以有效的控制；

（2）有利于井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降低固井和鉆井費(fèi)用；

（3）潤滑效果強(qiáng)于水基鉆井液，同時起下鉆可以減少阻力，降低卡鉆的風(fēng)險，同時鉆進(jìn)復(fù)雜井井下故障少，機(jī)械和綜合效率比較高；

（4）油基鉆井液儲層傷害小，對油氣井產(chǎn)能影響小，對管材和鉆具盈余的損壞有所減少；

（5）同時可反復(fù)利用率較高，降低鉆井液成本和資源消耗。

通過選用的油基泥漿的技術(shù)優(yōu)勢，在平臺井鉆進(jìn)過程中，連續(xù)的三開井作業(yè)使得油基泥漿重復(fù)利用率達(dá)到60%，累計(jì)產(chǎn)生200 余立方米廢棄泥漿，減少安全環(huán)保風(fēng)險。

鉆井過程中均發(fā)生漏失，實(shí)鉆結(jié)果表明XX組地層裂縫發(fā)育，地層中存在能使鉆井液流動的漏失通道，容易發(fā)生漏失，該平臺井在油基體系泥漿的使用過程中，對井壁穩(wěn)定性有所提升，鉆至該井段上部地層時及時加入隨鉆堵漏劑，預(yù)防漏失，做好氣侵和溢流顯示檢測。

3.4 固井質(zhì)量控制

3.4.1 區(qū)塊固井難度分析

該區(qū)塊地層傾斜角角度較大等原因會導(dǎo)致套管在下入的過程當(dāng)中，套管與井壁的摩擦阻力會增加，對套管的磨損及井壁的情況都會造成影響，容易造成井下復(fù)雜情況，導(dǎo)致固井效果不佳，增加施工難度；同時水平井井筒的內(nèi)部受力較為復(fù)雜，會造成套管不集中的現(xiàn)象，扶正器的扶正作用及位置需要進(jìn)行較好的分配，且套管的受力點(diǎn)難以預(yù)估，影響最后的頂替效果，容易造成固井質(zhì)量無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求；巖屑床的形成也對固井質(zhì)量造成的影響較大，前期需要進(jìn)行三次通井，對遇卡井段進(jìn)行劃眼處理，對巖屑床進(jìn)行徹底的清理，減少影響因素。

3.4.2 措施及應(yīng)用效果

針對上述情況在平臺井施工過程中，按照施工設(shè)計(jì)要求，做好固井作業(yè)前的井眼準(zhǔn)備工作，按照設(shè)計(jì)要求做好三次通井過程，可以有效地提高固井質(zhì)量和成功率，井眼的順暢能夠保障管串的正常下入及順利下入到指定位置；按照設(shè)計(jì)要求，對平臺井管串進(jìn)行軟件模擬設(shè)計(jì)，對管串的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，確保扶正器的位置和使用數(shù)量，保障管串的最優(yōu)方案下入。

根據(jù)三口井完鉆資料顯示分析，平臺井表層套管下至XX組層位，封固含水層。由鄰井井徑測井曲線可知上部地層坍塌嚴(yán)重，技術(shù)套管下至層段底部以下135m，臨井資料顯示鉆井過程中均發(fā)生了漏失，故兩口平臺井采用了回接方式固井完井。

平臺井的儲層壓力為36.54MPa，CO2含量占1.26%，CO2分壓為0.46MPa，屬于嚴(yán)重腐蝕范疇。因此生產(chǎn)套管在靶點(diǎn)前20m至井口壁厚9.17mm防腐套管，采用氣密扣；井底至靶點(diǎn)前20m 采用鋼級P110、壁厚9.17mm 套管，采用氣密扣；氣密扣套管應(yīng)逐根進(jìn)行氣密封檢測，固井采用防腐防竄抗高溫膠乳水泥漿，同時現(xiàn)場采用多級隔離沖洗液以及自愈合水泥漿的利用，有效地提高了固井質(zhì)量和滿足后期壓裂需求。

同時加強(qiáng)過程管控，要求施工組織人員及現(xiàn)場服務(wù)人員對現(xiàn)場情況進(jìn)行管控，設(shè)備設(shè)施和裝備工具是否配套，施工設(shè)計(jì)是否滿足現(xiàn)場要求，工具是否配套，施工設(shè)計(jì)是否滿足需求，套管和工具入井前合格證等相關(guān)進(jìn)行監(jiān)督檢查，固井材料與水泥漿體系是否滿足設(shè)計(jì)要求。

3.5 鉆井周期分析

3.5.1 節(jié)約鉆前準(zhǔn)備周期

（1）減少單井施工征地的周期約30d；同時區(qū)塊環(huán)評無需重復(fù)開展，節(jié)約環(huán)評等待周期4個月左右時間；

（2）減少單井搬家及等停周期，鉆臺平移到開鉆準(zhǔn)備只需3d時間；

（3）減少注水井重復(fù)鉆關(guān)及放壓周期。

3.5.2 鉆進(jìn)周期控制

三開全部采用PDC 非平面齒鉆頭配合螺桿和LWD 儀器，單只鉆頭完成造斜段78.83%的進(jìn)尺，單只鉆頭進(jìn)尺503m，三開平均鉆速3.48m/h；鉆井參數(shù)選擇鉆壓達(dá)80～140kN，最高轉(zhuǎn)數(shù)110r/min，排量34L/s，平臺井單只鉆頭三開最高進(jìn)尺503m，機(jī)械鉆速平均為3.56m/h，根據(jù)實(shí)鉆數(shù)據(jù)分析及實(shí)鉆參數(shù)PDC 鉆頭更符合該區(qū)塊井的鉆頭選型。

3.6 平臺井?dāng)?shù)據(jù)共享

由于平臺井二開直井段相距較近，在鉆井過程中采用測井?dāng)?shù)據(jù)共享，僅對XX-平3井進(jìn)行套前測井，其中測井項(xiàng)目包括井徑、井斜方位、自然電位、自然伽馬、雙側(cè)向，測量井段為表層套管底部一開二開完鉆井深，采用高分辨率聲波，測量井段為二開完鉆井深，通過減少一次二開測井工序，壓縮二開完井周期。

3.7 產(chǎn)能建設(shè)方面的優(yōu)勢

（1）有利于地面與鉆井同期開展設(shè)計(jì)工作；

（2）井場設(shè)施的投入減少，減少井場共用設(shè)備，數(shù)字化監(jiān)控等設(shè)備設(shè)施，有利于井場設(shè)計(jì)優(yōu)化；

（3）便于井站后期的生產(chǎn)管理；

（4）有利于減少井場征地面積及優(yōu)化布局，兩口平臺井共用一個井場，并且井場減少一個放空池設(shè)計(jì)，可節(jié)省征地面積1500余平方米。

4 結(jié)論與認(rèn)識

平臺化鉆井模式的應(yīng)用有效縮短鉆機(jī)搬家安裝周期近10d，提高三開油基鉆井液重復(fù)利用率近60%，完井周期提速了52%，取得了較好的效果：

（1）繼續(xù)開展三開油基鉆井液體系模式，深入研究體系對井身質(zhì)量的提升及完井固井效果的影響；

（2）平臺井采用裸眼分段壓裂方式完井，完井作業(yè)時需打撈可取橋塞作業(yè)，由于井口距離較近，需反復(fù)平移鉆機(jī)作業(yè)，才能實(shí)現(xiàn)打撈及安裝采氣樹施工，建議下步平臺井優(yōu)化井口安全距離，滿足原鉆機(jī)撈塞施工需求；

（3）深入研究平臺化+一體化鉆井模式的研究，達(dá)到縮周期、降成本的要求；

（4）繼續(xù)研究廢棄油基泥漿鉆井液處理體系，達(dá)到安全環(huán)保要求。