蘇里格氣田蘇25區塊水平井鉆井關鍵技術

王建龍

(中國石油集團渤海鉆探工程有限公司工程技術研究院，天津 300280)

徐旺，郭耀，程東

(中國石油集團渤海鉆探工程有限公司，天津 300450)

王波，楊振榮

(中國石油集團渤海鉆探工程有限公司第五鉆井工程分公司，河北 滄州 062465)

陳祖紅

(中國石油集團渤海鉆探工程有限公司第四鉆井工程分公司，河北 任丘 062550)

蘇里格氣田蘇25區塊開發區域面積590km2，地質儲量267.5×108m3，含氣層位為古生界二疊系盒8段與山1段，氣藏深度3000m以上。該氣田屬于典型的“三低”氣田，采用水平井開發是提高單井采收率、有效使用土地資源、降低開發成本的重要途徑[1,2]。從2016年開始，鉆井投資大幅縮減，如何提速提效、降低鉆井成本成為水平井效益開發的關鍵。為此，筆者在分析鉆井技術難點的基礎上，開展了蘇25區塊水平井鉆井關鍵技術研究。通過理論研究和新工藝新工具的應用，有效解決了上述難題，形成了水平井安全鉆井配套技術，為該區塊的效益開發提供了技術支持。

1 技術難點分析

蘇25區塊存在區域性漏失、大段泥巖段垮塌、水平段攜巖困難、軌跡控制難度高等技術難題[3～6]，具體如下：

1)和尚溝組和劉家溝組地層壓力因數低(0.84～1.00)，地層承壓能力低，區域性漏失風險高，且與石千峰組、石盒子組的易塌地層處于同一裸眼段，有近1000m的漏、塌同層段。

2)石盒子組地層以硬脆性泥巖為主，該段泥巖存在垂直和水平微裂縫，且該井段處于水平段，為了找油層頻繁調整軌跡，機械鉆速慢，導致裸眼浸泡時間長，鉆井液自由水進入微裂縫后，極易造成井壁失穩。

3)裸眼段和水平段長，二開水平井裸眼段長3500m左右，水平段長1000m左右。當井斜超過60°以后，攜巖困難，導致摩阻扭矩大，井下卡鉆風險高[7,8]。

2 鉆井關鍵技術

為鉆進水平段長1000m的水平井，蘇25區塊配置了50DB和70DB鉆機；為滿足攜巖要求，配置了F-1600HP鉆井泵和35MPa高壓管線。

2.1 井身結構優化設計

水平井井身結構設計一般除了考慮采油及后期儲層改造要求、地層壓力和不穩定地層等以外，還要考慮裸眼段的長度、后期鉆完井施工的難度、儲層保護、開發成本等因素。綜合上述因素，蘇25區塊水平井采用2種典型的井身結構。

1)二開水平井：一開?311.1mm井眼，下入?244.5mm套管，封固直羅組；二開?215.9mm井眼鉆進至目的層，下入?139.7mm套管完井，如圖1(a)所示。該類型井身結構具有鉆井周期短、開發成本相對低的優點，是未來該區塊的發展趨勢。

2)三開水平井：一開?376.4mm井眼，下入?273.05mm套管，封固宜君組；二開?222.2mm井眼鉆進至入窗點，下入?177.8mm套管；三開?152.4mm井眼實現儲層專打，裸眼完井，如圖1(b)所示。該類型井身結構具有儲層保護效果好的優點，但非常規尺寸鉆頭可選擇的余地小，整體鉆井周期偏長。

圖1 蘇里格氣田蘇25區塊典型井身結構示意圖

2.2 井眼軌道優化設計

水平井井眼軌道設計在滿足實現地質目標的基礎上，還需要綜合考慮造斜點位置、靶前距、狗腿度、水平段長度和施工難度及成本等因素，具體設計參數如下。

1)靶前距選擇。考慮到降低施工難度，盡量降低施工摩阻扭矩，靶前距一般為400m，設計直-增-平三段制剖面；若受地質和地面因素制約， 靶前距可能會增大至500～600m，設計采用直-增-穩-增-平雙增剖面。

2)造斜點及造斜率選擇。造斜點盡量選擇在地層成巖性好且比較穩定的井段。蘇25區塊一般造斜點選在石千峰組，垂深2300～2800m。為了保證井眼平滑，降低施工的難度和風險，造斜段造斜率一般選擇5°/30m，調整井段造斜率4°/30m，入窗段造斜率(2～3°)/30m。

3)水平段長度選擇。理論上講，水平段長度越長，產氣量越高，鉆井成本和施工難度也會大幅增加。研究表明，水平段長度與產氣量并非線性關系，當水平段長度達到一定長度之后，累計產氣量不再變化。所以，應該綜合考慮區塊的地質特征、開發成本、施工技術水平和難度，確定水平段長度。基于低成本開發、螺桿鉆具+MWD+伽馬常規軌跡控制方式，結合蘇25區塊水平段長度與產氣量的變化情況，確定該區塊的水平段長度為800～1200m。

2.3 井眼軌跡控制技術

1)直井段軌跡控制。一開大井眼直井段采用0.75°螺桿，配置穩斜鉆具組合，利用隨鉆測斜儀器監測井斜角和方位角，鉆壓控制在60～80kN，轉盤轉速50～60r/min，輕壓吊打，結合測斜數據及時調整鉆井參數，嚴格控制井斜角≤1.25°；二開直井段采用1.25°螺桿，配置穩斜鉆具組合，利用MWD監測井斜角和方位角，鉆壓控制在80～100kN，轉盤轉速50～60r/min，輕壓吊打，結合測斜數據及時調整鉆井參數，嚴格控制井斜角≤2.5°。

2)造斜點至入窗點軌跡控制。自造斜點開始，采用1.5°螺桿，配置增斜鉆具組合，利用MWD+伽馬測井監測井斜角、方位角和入窗點巖性變化，鉆壓控制在40～60kN，轉盤轉速30～35r/min，堅持多復合少滑動的原則，保證造斜段井眼軌跡光滑，為后續套管下入創造條件。

3)水平段軌跡控制。水平段采用1.25°螺桿，配置穩斜鉆具組合，利用MWD+伽馬測井監測井斜角、方位角和巖性變化。為了保證水平段有效施加鉆壓，同時降低中性點附近受交變應力影響導致鉆具損壞風險，加重鉆桿倒裝在造斜點以上。水平段為了找氣層必然會頻繁調整軌跡，將導致摩阻急劇增大，出現嚴重的滑動鉆進托壓問題。建議使用水力振蕩器，通過振動減摩阻的方法緩解定向托壓，提高定向效率。現場實踐和理論分析結果表明，一般水平段要求水力振蕩器安放在距離鉆頭300～400m位置[9,10]。

水平段入靶前探砂層頂的井斜角在84～85°左右，入靶深度在氣層中上部。水平段鉆進時，結合巖屑錄井和隨鉆伽馬測井曲線，控制水平段軌跡始終處于主力氣層中上部，調整井斜時堅持以微調勤調為主，井斜變化率控制在2°/30m之內，單次調整井斜角要求控制在±0.3°之內，單次調整井斜角長度控制在2～5m。

2.4 鉆井液性能優化

為了保證水平段安全高效的鉆進，造斜點以后井段采用KCl聚磺鉆井液體系，該鉆井液體系抑制性、防塌性和潤滑防卡性極為顯著。鉆井液性能優化原則為“物理防塌和化學防塌并重，強抑制、強封堵、垮漏結合，統籌兼顧”，既可以解決劉家溝組地層的漏失，又可以解決石千峰組和石盒子組井壁失穩問題。

1)提高鉆井液封堵能力。劉家溝組地層承壓能力低，鉆井液密度不易過高，維持在1.05～1.08g/cm3。鉆進時可適當增大黏切，并隨鉆加入一定量的膨潤土、隨鉆堵漏材料封堵地層；適量加入降失水劑、防塌劑進一步降低失水量，改善泥餅質量，提高井壁穩定性和地層承壓能力。

2)根據漏速優選堵漏方法。若漏速≤5m3/h時，混入膨潤土漿，提高鉆井液膨潤土含量，加入2%DCL-1堵漏材料(配方中的百分數均為質量分數，下同)進行隨鉆堵漏；若無效則泵入堵漏漿Ⅰ(配方：3%膨潤土漿+5%單封DCL-1+3%隨鉆堵漏劑SD-801+3%超細度碳酸鈣QS-1)靜止堵漏。若漏速>5m3/h，采用堵漏漿Ⅱ(配方：3%膨潤土漿+10%單封DCL-1+3%復合中顆粒堵漏劑FH-1+5%隨鉆堵漏劑SD-801+3%超細度碳酸鈣QS-1)，靜止堵漏并適當憋壓。

3)提高造斜段鉆井液潤滑性。井斜角增至30°以后，及時加入乳化瀝青KRLQ，提高鉆井液潤滑能力，避免托壓，提高鉆井時效，并隨著井深增加，不斷補充加入，確保其含量，嚴格控制泥餅摩擦因數≤0.06。

4)提高水平段鉆井液抑制防塌性能、攜巖性能。保障鉆井液中K+質量分數為7%～8%，抑制泥巖水化膨脹；及時加入降失水劑，嚴格控制高溫高壓失水量≤10mL，失水量≤3mL；加大乳化瀝青質量分數至10%～15%，提高鉆井液封堵防塌能力；保證鉆井液合理的切力值，提高六速旋轉黏度計3r/min對應的讀值在5以上，保持動塑比在0.36～0.48Pa/(mPa·s)。

5)加強固控設備的使用。做好鉆井液凈化工作，使用好固控設備，保持間斷使用離心機，及時清除無用固相，特別是鉆進中反復碾磨后形成的細顆粒，確保泥餅質量。

2.5 井眼清潔技術

保證水平井水平段井眼清潔效率的前提是能夠準確判斷井下是否有巖屑床的存在，根據判斷情況采取相應的技術措施。其中，提高井眼清潔的方法除了提高鉆井液排量、轉盤轉速、定期短起下鉆通井、提高鉆井液攜巖性能之外，還需借助巖屑床破壞器等新工具，有效清除并將巖屑攜帶出井口。

圖2 某井利用摩阻曲線判斷井眼清潔情況

1)井眼清潔程度判斷。在蘇25區塊首次利用了不同工況下摩阻變化趨勢，判斷井眼清潔程度和巖屑床形成的位置。步驟如下：第1步預測大鉤載荷，根據實際井眼尺寸、 鉆具組合、實鉆+設計軌跡和鉆井液性能等參數，建立復合鉆進、滑動鉆進和起鉆時的大鉤載荷曲線；第2步收集實測大鉤載荷，準確收集實鉆數據，繪制實鉆過程中的復合鉆進、滑動鉆進和起鉆的大鉤載荷曲線；第3步通過對比預測大鉤載荷和實鉆大鉤載荷，根據2條曲線偏離值來判斷井眼清潔狀況。具體判斷依據如下：當實鉆的大鉤載荷與預測的大鉤載荷偏離值超過±8%，就說明井眼不清潔，需要采取相應的措施清除巖屑床，才能保證下部井段安全鉆進。

某井預測情況如圖2所示，鉆進至3800、4100、4300m附近大鉤載荷異常，說明井眼不清潔，隨后及時采取了井眼清潔措施，保證了后續安全鉆進。

2) 軟件優化保證清潔最優排量。當井斜角超過60°以后，巖屑床厚度和鉆井液中懸浮巖屑質量分數急劇上升。但是當鉆井液中懸浮巖屑質量分數小于5%，巖屑床厚度小于井眼尺寸的10%時，才能有效避免復雜事故，保證安全施工。基于不同井眼尺寸、井斜角和機械鉆速，利用Landmark軟件優化得出蘇25區塊安全鉆進的最低鉆井液排量，如圖3所示。

圖3 蘇25區塊安全鉆進最低鉆井液排量曲線

3)使用井眼清潔工具。當井斜角超過60°以后，鉆具中加入井眼清潔工具，利用機械刮削和水力旋流雙重作用清除井壁上已經形成的巖屑床，并預防新的巖屑床的形成，一般要求在加重鉆桿中每3根加1只，鉆桿中每4根加1只，最下端1只安放在距離鉆頭60m位置附近，最上端1只安放在井斜角40°位置附近[11]。

3 現場應用效果分析

截至2018年底，蘇25區塊完鉆水平井3口，完鉆情況如表1所示，平均機械鉆速達到10.98m/h，平均鉆井周期達到43.99d。

表1 蘇25區塊完鉆水平井情況統計

以SU25-A井為例，該井是一口三開水平井，其井身結構如圖4(a)所示，靶前距588.11m，采用雙增剖面。一開?346.1mmPDC鉆頭鉆進至686m，下入?273.05mm套管；二開?215.9mmPDC鉆頭鉆進至3441m，下入?177.8mm套管；三開水平段儲層專打，?152.4mm鉆頭鉆進至4459m，裸眼完井。

圖4 SU25-A井實鉆井身結構和井眼軌跡示意圖

SU25-A井井眼軌跡如圖4(b)所示，一開采用0.75°螺桿鉆具，二開直井段和一次造斜段、三開水平段采用1.25°螺桿鉆具，配置雙穩定器穩斜鉆具組合；二次增斜段采用1.5°螺桿鉆具，配備單穩定器增斜鉆具組合。鉆進過程中每30m測斜一次，及時計算并跟蹤井眼軌跡，根據軌跡變化實時調整鉆井參數，井眼軌跡控制較好。

鉆進至劉家溝組時，為防止發生漏失，適當降低鉆井液密度，隨鉆加入單向壓力封閉劑等堵漏劑進行技術性隨鉆堵漏，提高地層承壓能力。鉆進至石千峰組和石盒子組時，采用低固相聚合物和KCl鉆井液體系。為了防止地層坍塌和提高攜巖能力，嚴格控制各項性能參數，確保了鉆井液性能優良。SU25-A井機械鉆速11.40m/h，鉆井周期40.85d，刷新了該區塊從開鉆到中完最快鉆井記錄。

4 結論

1)蘇里格氣田蘇25區塊水平井鉆井關鍵技術解決了施工中存在的區域性漏失、大段泥巖段垮塌、水平段攜巖困難、軌跡控制難度高等技術難題，實現了該區塊水平井安全高效鉆井。

2)采用KCl聚磺鉆井液體系，加入高效防塌劑、封堵劑、潤滑劑等鉆井液添加劑，有效提高了鉆井液封堵、抑制防塌、潤滑防卡和攜巖性能，有效解決了蘇25區塊劉家溝組易漏、石千峰組和石盒子組易塌和水平段攜巖困難的技術難題，保證了安全高效施工。

3)提出了摩阻預測值與實測值對比方法判斷井眼清潔的方法，當偏差值超過±8%時，即可判斷井眼不清潔，需要采取短起下鉆，提高排量和鉆井液攜巖性能，使用井眼清潔工具等技術措施。