大牛地氣田水平井鉆井提速技術研究與應用

王海 張斌(渤海鉆探定向井技術服務分公司, 天津 300280)

大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地北東部，古生界天然氣資源量豐富，屬于古生界石炭系、二疊系海陸交互相含煤碎屑巖含油氣體系[1]。因此，對大牛地水平井鉆井提速技術的研究具有現實的經濟效益。

1 地層特點及施工主要難點

(1)地層特點 鄂北區塊地層為河流相沉積地層，具有較大的差異性和復雜性[2]。該區塊已鉆探揭露的地層有第四系，白堊系，侏羅系安定組、直羅組、延安組，三疊系延長組、二馬營組、和尚溝組、劉家溝組，二疊系石千峰組、上石盒子組、下石盒子組、山西組，石炭系太原組、本溪組，其二疊系為含油氣體系。從實鉆井撈沙情況看，在延長組含有多套薄的礫巖夾層，并且不純，地層軟硬交替；晶結構堅硬，性硬、脆，鉆井速度極低，而且對螺桿、鉆具、鉆頭的磨損相當厲害。

(2)施工存在主要難點 由地層特點及已鉆井資料顯示施工過程中存在如下主要難點：

①地層差異性大，鉆頭選型困難。

②延長PDC鉆頭的壽命發揮其優勢。

③鉆井液保障難度大。

④水平段保證無線隨鉆LWD(MWD+Gama)儀器的穩定難度大。

2 大牛地氣田水平井提速技術

(1)優選鉆頭及合理使用 鉆頭選型的優劣直接制約著機械鉆速，眾所周知選擇與地層相匹配的鉆頭才能實現鉆井提速。鄂北地層存在差異性和多樣性，要選擇一種高效、優質、價優的鉆頭是比較困難的，所以除考慮性能因素、價格因素和井身結構外，最重要的還要根據地層巖性綜合考慮。對地層進行可鉆性劃分和巖石硬度分級，結合實鉆資料，對鉆頭類型進行優選。

①各井段鉆頭的優選 鄂北工區基本是大斜度導眼側鉆水平井，因為使用PDC工具面不穩定，軌跡控制困難，造斜段和導眼填眼側鉆至著陸井段均使用江漢HJ517G牙輪鉆頭，所以造成多趟起下鉆，無法提速。現在使用經改良后的PDC鉆頭提速效果非常好，下面分井段介紹鉆頭選擇。

直井段鉆頭選擇：直井段地層鉆遇石千峰以上地層，選用具有較高抗沖擊研磨性較強、內錐深冠拋物線長、保徑長的五刀翼PDC鉆頭。

造斜段、導眼井段和回填側鉆至著陸點井段鉆頭選擇：該井段鉆遇地層為石千峰組、石盒子組和山西組，選用雙排齒抗沖擊力強、抗研磨能力較好、內錐淺冠拋物線較短、保徑短的五刀翼PDC鉆頭。

水平段152.4mm井眼鉆頭的選擇：水平段目的層鉆遇盒1、山2，其主要巖性為砂巖、微含粉砂泥巖、砂質泥巖互層，可鉆性不均勻，其中粉砂巖、砂質泥巖互層研磨性極強，應選用保徑長、抗研磨性強，具有一定抗沖擊能力的五刀翼PDC鉆頭。

②DC鉆頭合理使用 a.防止溜鉆和墩鉆。b.禁止先加壓后旋轉。c.不允許采用堵噴嘴的辦法鉆進，以免降低對復合片的冷卻效果及排屑效果。d.可鉆性較高的層段鉆進時要有意識控制鉆速不要太快，以免突然遇硬夾層損壞復合片。e.鉆速快的井段注意短起下鉆，防最后起下鉆時拔活塞現象。

(2)螺桿優選 選擇好螺桿鉆具，充分發揮其潛在的鉆井能力是提高機械鉆速的重要保障。水平井螺桿的選擇除了考慮造斜率能跟上設計以外，還要考慮如何配合好PDC鉆頭發揮其潛能，為高效的井眼軌跡控制提供前提條件。

(3)直井段提速措施 直井段防斜打直是關鍵，但也是整口井最搶進尺的井段。直井段利用優質PDC鉆頭+水力脈沖+低速直螺桿+大鐘擺的鉆具結構，打破了常規大鐘擺鉆具結構鉆速提不起來的局面，直井段提高鉆井速度正是充分利用了大鐘擺力達到防斜打直的目的。

(4)大斜度導眼優快側鉆水平井技術 大牛地氣田導眼一般70°左右，按常規方法側鉆，側鉆時間一般為2～3天，做法是先下牙輪側鉆，側完鉆再起鉆換PDC定向至著陸點A靶點兩趟鉆。但怎樣才能使側鉆優于常規方法，實現安全快速，一次性側鉆成功，并且側完鉆直接鉆進至著陸點A靶點實現一趟鉆完成，在這里提出了一些大斜度導眼優快側鉆的一些先決條件和做法。

①快速側鉆水泥塞的硬性要求。

②簡化倒裝鉆具結構。

③快速側鉆施工做法。

(5)水平段152.4mm井眼優快鉆進的保障措施 水平段152.4mm井眼環境比較復雜，特別是水平段長的井，在這要保持安全、優快鉆進這里從以下三方面做了一些保障措施。

①簡化倒裝鉆具結構：雙扶單彎螺桿(Φ146mm/Φ149mm)鉆壓40KN、鉆速40+DNr/mim、轉動鉆進穩斜效果很好，在實鉆中轉動鉆進85%～90%，減少滑動控制軌跡工作量，不僅提升了鉆井速度，而且保證了軌跡的圓滑性。

②無線隨鉆LWD(MWD+Gama)儀器的不穩定性分析及保障措施。

不穩定性原因：a.152.4mm井眼環境比較復雜，隨著井越深，儀器信號衰減越厲害；b.大牛地水平井水平段長都1000米以上，為保證安全優快鉆進，鉆井液會使用一些防塌劑、潤滑劑，這些化學藥品都會對儀器信號產生影響；c.水平段打快的時候，鉆井液含沙量高，對儀器的沖刷傷害十分大；d.泵排量不夠、不穩定和上水不好都會影響儀器信號的解碼。

③正確判斷層位做法。

要想水平段打得快，就得準確的分析地層情況，提前了解地層砂巖的走向，科學準確判斷層位。首先根據錄井綜合儀的氣測值分析地層情況；其次結合無線隨鉆LWD(MWD+Gama)儀器的Gama分析地層巖性，大牛地氣田最好的砂巖氣藏顯示Gama在30～50API；最后就是通過撈出的沙子判斷。

(6)鉆井液性能的保障 鄂北工區一開井段鉆遇地層易漏，易垮塌，鉆井液主要以攜帶巖屑、穩定井壁為主，則選用聚合物鉆井液較好，粘度能滿足攜砂和穩定井壁即可。二開采用無固相聚合物鉆井液體系有效地抑制了延安組縮頸，解決了起下鉆阻卡嚴重問題[2]。三開針對目的層盒1、山2巖性特點，以穩定井壁和最大限度的減少對儲集層的損害，保護油氣層為主，優選出聚磺強封堵鉆井液，該鉆井液具有封堵性強，防煤層坍塌、失水低，工藝成熟，人為失誤少等特點，保證了井下安全。

3 現場實踐效果對比

下面5口井是近幾年在大牛地氣田鄂北工區完成的導眼側鉆水平井，設計導眼側鉆井斜均在70度～75度之間，其中DP41S、DP48S、DP36H是未應用水平井提速技術研究措施施工的井，DPS-14、DPH-73是應用水平井提速技術研究措施施工的井，下面表1為施工效果對比情況表。從表1可以看出現場應用水平井提速技術研究措施所收到的效果。

表1 水平井提速技術研究現場實踐前后對比

4 結語

①進行地層詳細分析，優選好PDC鉆頭是提高鉆井速度的關鍵技術之一。②選擇低速、大扭矩、帶穩流閥的中空轉子螺桿鉆具，有利于機械鉆速的提高。③定向段對螺桿扶正器進行改進，匹配水平段螺桿本體上下扶正器尺寸，保證水平段穩斜效果，從而達到少滑動多導向使井眼平滑，減少復雜井故發生的幾率，并提高了機械鉆速。④優質PDC鉆頭+水力脈沖+低速直螺桿+大鐘擺的鉆具結構，實現了直段的優快鉆進。⑤無線隨鉆儀器信號穩定是小井眼水平段鉆進的重要保障。⑥良好的鉆井液潤滑性能、優化合理的鉆具結構是大牛地區水平井安全快速施工的先決條件。

[1]王錦昌,鄧紅林,袁立鶴等.大牛地氣田煤層失穩機理分析及對策［J］.石油鉆采工藝，2012,34(2):4-8.

[2]賈鎖宏.鄂北優快鉆井技術研究與應用［J］.石油鉆探技術，2006,04:38-39.