延長氣田天然氣水平井鉆井施工技術難點及對策

吳貝貝，張 飛，常孜恒,孫淵珍，李 鵬

(延長石油油氣勘探公司采氣一廠，陜西 延安 716000)

1 地質概況

延長氣田頁巖氣水平井鉆遇地層自上而下分別為：第四系；中生界三疊系上統延長組、中統紙坊組、下統和尚溝組和劉家溝組；上古生界二疊系上統石千峰組、中統石盒子組、下統山西組。目的層主要為山西組山 12 段。

1.1 地層巖性

延長氣田水平井鉆遇地層巖性及易發生的井下復雜情況,見表1。

表1 延長氣田頁巖氣水平井鉆遇層位、巖性特征及復雜情況提示

1.2 山西組儲層特性

山西組氣層屬于低孔低滲儲層，孔隙度為0.4%～8.7%，平均孔隙度為4.82%，滲透率為(0.002～9.7)×10-3μm2，平均滲透率為0.23×10-3μm2。含泥質中粒石英砂巖為主，巖石類型主要為中粒石英砂巖，其次為粗中粒石英砂巖、細粒石英砂巖，分選性中，風化度中-淺，巖石膠結以壓嵌-接觸和孔隙接觸為主，膠結物接觸關系主要為點-線式和線式。該儲層中黏土礦物以伊利石含量為主，其次為伊蒙間層。儲集層空間為次生孔隙。孔喉結構r平均、r50和rmax分別為 0.43 μm、0.38 μm、4.86 μm，平均排驅壓力為 1.89 MPa。地層壓力為0.76(MPa/100 m)，溫度梯度為2.84(℃/100 m)，地層水為氯化鈣型，平均總礦化度為 55766 mg/L。該儲層存在強水鎖、強土酸敏、中偏強鹽敏、中偏強堿敏、中偏弱水敏、弱速敏等潛在損害因素。

2 水平井井身結構及鉆井液體系

2.1 井身結構

延長氣田的水平井完鉆井深一般都在3800～4200 m，垂深2550～2650 m。一開采用φ444.5 mm 鉆至2000～2200 m(二疊系上統石千峰組)造斜點，造斜鉆進，斜導眼鉆至井深2850～2950 m，井斜60°。鉆至井深2900～3000 m 到達A點(山西組)，下入φ244.5 mm 技術套管封隔上部地層，三開采用φ215.9 mm 鉆頭鉆水平段 1000 m 左右完鉆，下入φ139.7 mm 氣層套管完井。

2.2 鉆井液體系

2.2.1 KCl聚磺鉆井液體系配方

4%坂土+0.2%Na2CO3+0.2%NaOH+5%～7%KCl+0.3%～0.5%HP+0.5%～0.7%NH4HPAN+0.5%～ 0.7%COP+0.5%～1.0%PL+2.0%～3%FT-342+2%～3%乳化石蠟+3%～5%CGY+0.3%～%0.5聚胺抑制劑+0.2%～0.3%胺基聚醇+石灰石粉+0.5%～0.7%HV-CMC+3%～5%SMP-1+1%～3%SMC+3%～5%GFRH3 +2%～3%MSL2 +2%～3%QS-2。鉆井液性能要求見表2。

表2 鉆井液性能要求

3 水平井鉆井技術難點及對策

1)延長氣田區域區塊黃土層易垮塌、易漏。

表層井段上部黃土層一般厚20～130 m，土質疏松，膠結十分松軟，且滲透性好，極易發生垮塌和漏失;下部為石板 層，軟硬交錯在鉆開上部黃土層時，鉆井液往往是“有進無出”。

對于漏失區域要求配備 50 m 導管在開鉆前準備好堵漏用膨潤土鉆井液60 m3并充分水化24 h以上。鉆井過程中要求小排量單凡爾開泵(排量控制在控制在12 L/s以內)，等穿過黃土層以后在加大排量。

2)局部地區劉家溝組底地層承壓能力低，多發生失返性漏失。

該區域施工難度大，采用“橋接+水泥漿復合堵漏法”。以橋接泥漿先行，跟注水泥漿的復合方式。先將長短纖維等堵漏材料的高黏度橋堵劑泵入漏層，使其在漏失通道內堆積產生滯流體。水泥漿進入漏層后，在壓差作用下擠入和充滿初級橋塞墊層的微小孔道。凝固后，可增強漏層堵塞的承壓能力。

將工藝堵漏井深由進入石千峰20～30 m 改為進入石千峰組 150 m 以后進行工藝堵漏，充分暴露漏層然后再堵。如果采用堵漏漿無法承壓到設計要求值，采用“橋接+水泥漿復合堵漏法”有效的一次性解決井漏難題，保障后續施工的安全。

3)大斜度井段(井斜40～80°)攜砂及水平段井眼清潔問題；水平段托壓簽黏卡明顯，井身軌跡控制難度大。

①增大排量。控制環空返速。環空返速是影響井眼凈化的主要因素，但過高的環空返速將會對井壁造成嚴重的沖蝕，所以在利于減緩巖屑床形成的同時需要控制環空返速和排量。

②改善鉆井液性能，提高鉆井液的動切力[1]。鉆進中要隨時補充高分子聚合物，增強鉆井液的懸浮、攜砂能力；嚴格控制鉆井液中黏土含量，做好鉆井液固相凈化，使用好振動篩、離心機、除砂器、除泥器等固控設備，清除鉆井液中有害固相。使用加量為2%～2.5%的QS-2、1%～1.5%FT-1改善濾餅質量，使泥餅薄而致密。鉆井液中加入固體潤滑劑、液體潤滑劑，降低鉆井液摩擦系數。

4)斜井段地層古老下部地層可鉆性差，鉆速慢，摩阻扭矩大。

在地層可鉆性(PDC鉆頭的可鉆性與聲波時差關系曲線,見圖1；可鉆性級值,見表3)研究的基礎上個性化設計的基礎上，通過作業現場試驗應用，將斜井段PDC鉆頭基本結構確定為“五刀翼、雙排齒、TSP強化長保徑”主切削齒 17 mm[2]。結合以往數據資料，優選了適合斜井段鉆井的PDC鉆頭，平均機械鉆速從 1.5 m/h 提高到 2.1 m/h,

圖1 聲波時差與PDC鉆頭可鉆性關系回歸曲線

表3 PDC鉆頭可鉆性級值

4 應用效果

延長氣田針對建產快的水平井開展了一系列提高鉆井速度的技術攻關，通過優化井身結構、“個性化”的PDC鉆頭、優化鉆井液技術、改善斜井段和水平段的清砂技術等一系列技術革新，平均機械鉆速較往年平均值提高約67.3%。2019年水平井鉆井情況,見表4。延520平1井創造了第一口完鉆的四開結構水平井、水平井延長歷史施工速度最“快”(97.29天)、水平井歷史施工最“安全”(零復雜和零事故)、水平井歷史施工砂巖鉆遇率最“高”(100%)的佳績。

表4 水平井鉆井情況統計

5 結論及認識

1)“五刀翼、雙排齒、TSP強化長保徑”的五刀翼PDC鉆頭在延長氣田天然氣水平井斜井段地層比較實用，在滿足造斜需求的前提下，機械鉆速也得到了提高。

2)KCl聚磺鉆井液體系具有較強的抑制性，對于水平段出現泥巖易垮塌有較好的預防作用，施工過程中需要對鉆井液密度進行不斷的調整，保證井壁的穩定性。

3)為減小水平段鉆井過程的托壓，鉆具結構越簡單越好，一般不連接過多的大鉆具。鉆進過程中配合短起程下鉆、分段循環和劃眼等措施，有效破壞巖屑床。