寧東油田ND61井鉆井工程設(shè)計(jì)

張 蕊，付春苗，王桂芹

(1.延安大學(xué) 石油工程與環(huán)境工程學(xué)院，陜西 延安 716000；2.吐哈油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆 哈密 839000)

水平井技術(shù)是近三十年在國(guó)際石油技術(shù)行業(yè)中迅速興起并日臻完備的一項(xiàng)綜合性油田開(kāi)發(fā)技術(shù)[1]。目前，該技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)外各大油田用來(lái)提高各類型油氣藏單井產(chǎn)量的有效手段和重要措施。進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來(lái)，水平井鉆井技術(shù)迅速發(fā)展起來(lái)，隨后在世界不同類型油氣藏中得到廣泛應(yīng)用[2-4]。90年代，我國(guó)水平井鉆井技術(shù)也得以高速發(fā)展[5-7]。本文以寧東油田寧東25井區(qū)為研究對(duì)象，在綜合參考寧東油田ND61井的資料以及數(shù)口鄰井鉆井設(shè)計(jì)的前提下，制定出一套完善的鉆井工程設(shè)計(jì)，在井眼軌跡控制方面，結(jié)合隨鉆測(cè)井技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，針對(duì)改變技術(shù)套管尾部的管串結(jié)構(gòu)，配合新工藝，安全高效地實(shí)現(xiàn)分級(jí)固井。針對(duì)該地區(qū)可能會(huì)出現(xiàn)的地層問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)優(yōu)化出了一套合理的鉆井液體系，最終解決了井漏、井塌、井涌、砂卡、氣竄等鉆井難題，從而達(dá)到保護(hù)儲(chǔ)層的目的。

1 儲(chǔ)層地質(zhì)特征

寧東油田處于鄂爾多斯盆地天環(huán)坳陷中部，地質(zhì)運(yùn)動(dòng)中期受到強(qiáng)烈的碰撞擠壓作用，斷裂與背斜和斷鼻構(gòu)造發(fā)育，并成排條狀分布，沖斷構(gòu)造帶也因此成為了該油田的典型地貌特征[8]。延安組地層特有一套煤層系地層，煤層發(fā)育在沉積構(gòu)造旋回的上部，分布較廣泛，而這也正是本區(qū)油層組對(duì)比劃分的重要標(biāo)志之一[9，10]。

2 鉆井工程設(shè)計(jì)

在天然氣勘探以及石油開(kāi)發(fā)過(guò)程中，鉆井是重要的手段，而合理的鉆井工程設(shè)計(jì)是保證鉆井安全、順利鉆進(jìn)的前提。

2.1 井身剖面設(shè)計(jì)

將ND61井的井身剖面設(shè)計(jì)為直—增—平三段制的中曲率半徑水平井，井身剖面設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。該井的地層情況見(jiàn)表2。該井所鉆地層地質(zhì)條件復(fù)雜，地層傾角大，最大井斜角為89.81°，A、B靶點(diǎn)目的層均為延9層。

表1 井身剖面設(shè)計(jì)

表2 ND61井鉆遇地層預(yù)測(cè)表

2.2 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是確定套管的下入層次和下入深度，為確保成井，鉆至目的層，在滿足地質(zhì)要求的前提下，井身結(jié)構(gòu)采用二級(jí)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表見(jiàn)下表3，井身結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)下圖1。一開(kāi)下套管封固第四系黃土層和志丹群泥巖易塌、易垮地層，加固井口；二開(kāi)下套管鉆穿志丹群安定組、延安組砂巖層，封固易漏易垮塌地層，打開(kāi)目的層。

表3 ND61井設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

2.3 井眼軌跡控制技術(shù)

(1)一開(kāi)直井段

設(shè)計(jì)井段深度為0.00 m至301 m，鉆具組合為塔式鉆具組合，情況如下：

φ311 mm鉆頭+φ203 mm無(wú)磁鉆鋌9 m+φ203 mm鉆鋌72 m+φ178 mm鉆鋌81 m+φ127 mm鉆桿。

圖1 ND61井井身結(jié)構(gòu)示意圖

初次鉆進(jìn)時(shí)采用低壓低轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)，隨著鉆進(jìn)深度的增加逐漸給鉆頭施加鉆壓。

(2)二開(kāi)直井段

設(shè)計(jì)井段深度為301 m至2194 m，該段鉆具組合設(shè)計(jì)為螺桿+MWD鉆具組合，情況如下：

φ215.9 mm PDC+φ172 mm 1°螺桿+φ178 mm無(wú)磁鉆鋌(1根)+MWD定向接頭+φ238 mm扶正器+φ158.8 mmDc(12根)+φ127 mm加重鉆桿20根+φ127 mm鉆桿。

(3)二開(kāi)斜井段

設(shè)計(jì)井段深度為1833.23 m至2194 m，設(shè)計(jì)井斜角為89.81°，造斜率為7.45°/30 m，設(shè)計(jì)鉆具組合為轉(zhuǎn)盤鉆具組合，情況如下：

φ215.9 mm牙輪鉆頭+φ214 mm近鉆頭穩(wěn)定器+MWD定向接頭+φ158.8 mm無(wú)磁鉆鋌9 m+φ158.8 mm鉆鋌9 m+φ214 mm扶正器+φ158.8 mm鉆鋌27 m+φ127 mm加重鉆桿200 m+φ127 mm斜坡鉆桿+φ127 mm鉆桿。

(4)二開(kāi)水平段

設(shè)計(jì)井段深度為2194.93 m至2494.96 m，水平段鉆具設(shè)計(jì)組合如下：

φ215.9 mm鉆頭+φ172 mm 1°單彎動(dòng)力鉆具+MWD+φ158.8 mm無(wú)磁鉆鋌9 m+φ127 mm加重鉆桿200 m+φ127 mm斜坡鉆桿+φ127 mm鉆桿。

水平井段采用轉(zhuǎn)盤鉆+小角度單彎馬達(dá)的鉆具組合，LWD測(cè)井儀隨鉆測(cè)量地層的自然伽馬、電阻率等數(shù)據(jù)，指導(dǎo)鉆頭有效沿油層走向鉆進(jìn)[11]。

3 鉆井液性能優(yōu)選

3.1 鉆井液設(shè)計(jì)

由于ND61井所鉆地層具有水敏性強(qiáng)、易垮塌、巖屑床阻卡等特點(diǎn)，遵循有利于發(fā)現(xiàn)和保護(hù)油氣層，有利于安全鉆進(jìn)的原則，在鉆井液體系的優(yōu)選上要選擇具有低密度、低固相和強(qiáng)抑制性等特點(diǎn)的鉀銨基聚合物鉆井液體系[6]。表4中每一開(kāi)井段鉆井液體系中的原漿都是由清水+5%膨潤(rùn)土配置而成。

表4 鉆井液分段設(shè)計(jì)表

3.2 鉆井液維護(hù)與處理

(1)一開(kāi)井段，為了確保地層水中Cl-、Ca2+、Mg2+離子含量不超標(biāo)，開(kāi)鉆前應(yīng)對(duì)地層水進(jìn)行化驗(yàn)分析，當(dāng)Cl-含量超過(guò)1000 mg/L時(shí)不適宜配坂土漿，當(dāng)?shù)貙铀蠧a2+、Mg2+離子含量超標(biāo)時(shí)，應(yīng)先對(duì)配漿水進(jìn)行軟化處理。

(2)二開(kāi)直井段，嚴(yán)禁直接采用清水鉆進(jìn)和循環(huán)坑大循環(huán)[12]，應(yīng)選用低固相鉀基聚合物鉆井液，全部采用罐式循環(huán)。鉆進(jìn)過(guò)程中應(yīng)時(shí)刻關(guān)注視泥漿上返情況，并根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整聚丙烯酸鉀(K-PAM)和水解聚丙烯腈-銨鹽(NH4-HPAN)兩種膠液的含量。

(3)二開(kāi)斜井段，為確保煤層井壁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，需要對(duì)泥漿的粘度進(jìn)行嚴(yán)格把控，若返出泥漿含有大量煤屑，應(yīng)提高泥漿的密度，直到再次上返出的泥漿情況變回正常為止。

(4)二開(kāi)水平段，鉆進(jìn)過(guò)程中視泥漿返出情況，及時(shí)檢測(cè)泥漿性能并增補(bǔ)各種處理劑，各項(xiàng)處理劑在地面上均調(diào)配成溶液或膠液狀態(tài)并充分溶解[12-14]，避免未溶解的處理劑梗塞井下鉆具和篩網(wǎng)網(wǎng)眼。

4 固井方案

固井是鉆井工程中一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)，固井質(zhì)量的好壞影響整個(gè)工程完成的進(jìn)度以及油氣井開(kāi)采過(guò)程的安全。針對(duì)于研究區(qū)地層固井時(shí)容易出現(xiàn)的漏失、氣竄等問(wèn)題，對(duì)傳統(tǒng)固井方案做以下改進(jìn)：

(1)表層套管固井方案設(shè)計(jì)。表層套管固井使采用一次注水泥全井段封固的方案，若泥漿未能有效上返，立即從套管環(huán)空中回注水泥。

(2)技術(shù)套管固井方案設(shè)計(jì)。固井方案采用在全封固段一次注水泥的固井技術(shù)方案。下放套管到位后，先對(duì)盲板以上分級(jí)箍以下的井段進(jìn)行固井，一級(jí)碰壓后打開(kāi)分級(jí)箍后循環(huán)，5～6 h后進(jìn)行二級(jí)固井[15，16]，改變技術(shù)套管尾部的管串結(jié)構(gòu)，配合新工藝，能夠更加安全高效地實(shí)現(xiàn)分級(jí)固井，有效預(yù)防漏失及氣竄等固井問(wèn)題。該方法的優(yōu)勢(shì)在于若鉆井過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生漏失，則一級(jí)固井和二級(jí)固井都不會(huì)發(fā)生漏失。改進(jìn)后管串結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 管串結(jié)構(gòu)示意圖

5 結(jié)論

通過(guò)研究，我們得出以下結(jié)論：

(1)本文將ND61井的井身剖面設(shè)計(jì)為直—增—平三段制的中曲率半徑水平井，井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為二級(jí)井身結(jié)構(gòu)，二開(kāi)技術(shù)套管直接下至井深2194 m，尾部采用防砂金屬纖維篩管完井。

(2)在井眼軌跡控制方面，設(shè)計(jì)出一套詳細(xì)的井控技術(shù)應(yīng)對(duì)方案，并結(jié)合先進(jìn)的隨鉆測(cè)井儀技術(shù)，及時(shí)對(duì)比、分析地層信息，準(zhǔn)確掌握井眼軌跡的變化趨勢(shì)、地層巖性及油氣層變化情況，確保準(zhǔn)確鉆達(dá)目的層。

(3)針對(duì)寧東油田ND61井所鉆地層水敏性強(qiáng)、易垮塌、巖屑床阻卡等特殊性，在鉆井液體系上優(yōu)選具有低固相、強(qiáng)抑制性的鉀銨基聚合物鉆井液體系，在保證井壁穩(wěn)定的同時(shí)有效地防止了泥巖水化膨脹和井塌等事故，確保施工作業(yè)優(yōu)質(zhì)、安全、高效的完成，達(dá)到保護(hù)處儲(chǔ)層的目的。

(4)優(yōu)選固井方案，改變技術(shù)套管尾部的管串結(jié)構(gòu)，可以安全高效地實(shí)現(xiàn)分級(jí)固井，有效預(yù)防漏失、氣竄等固井問(wèn)題。