大慶徐深氣田小井眼水平井技術及配套工藝

張文雨

（大慶鉆探工程公司鉆井二公司，黑龍江 大慶 163000）

自小井眼水平井技術首次在美國問世以來，在世界各大油田，特別是老油田的老井改造、剩余油氣資源挖潛過程中發揮了重要作用，不僅提高了老井產量和總體采收率，還降低了大量的鉆井成本。徐家圍子深層天然氣含量豐富，是大慶油田天然氣勘探開發的重點區塊，由于天然氣埋藏深、儲層致密物性差、低溫梯度高、巖石硬度大等原因，打一口新井存在周期長、成本高等問題。因此，開展小井眼水平井井身結構優化設計、鉆頭設計及優選、優化鉆具組合以及鉆完井液等技術與工藝研究，現場成功應用證明，利用小井眼水平井技術可有效改造深部地層老井眼，實現深層天然氣的經濟有效開發[1-2]。

1 小井眼水平井技術簡介

小井眼水平井技術是指用直徑小于等于6″的井眼穿過目的層，井斜不小于86°，并保持這一角度直至打完水平段的一種鉆井技術。具有小井眼井和水平井的雙重優點，具有機械鉆速高、鉆井成本低、環境污染物排放量少等優勢，在老油田加密井開采剩余油、老井和報廢井改造再利用，以及特殊油氣藏資源的開采中得到廣泛應用。

小井眼鉆井技術在國外研究起步較早，20世紀50年代美國就開始使用該項技術，節約了鉆井成本，20世紀60年代前后是國外小井眼技術發展的高峰期，世界上各石油公司共鉆超過3200口小井眼井，取得了較高的經濟效益。進入21世紀前后，國際油價居高不下，小井眼技術未得到足夠重視，技術也未取得實質性突破。直到近10年來，各老油田開發進入后期和國際油價的下跌，小井眼技術和小井眼水平井技術再次進入高速發展階段，除了在1000m以內淺井中得到應用，在垂深超過3500m的深井中也得到較大范圍應用，并取得了良好效果[1]。

2 徐深氣田小井眼水平井技術難點

在徐深氣田應用小井眼水平井技術，主要存在以下幾方面的技術難點：

（1）井斜較大，接近90°，由于鉆具外徑較小，鉆進過程中鉆具偏心彎曲變形大，鉆具加壓困難，扭矩傳遞也困難，顯示鉆壓不能完全作用于鉆頭，會嚴重影響鉆井速度；

（2）徐深氣田儲層埋藏深，地層巖石可鉆性差，對鉆頭要求較高，如果鉆頭選型不符合地層要求，會嚴重影響鉆井速度，導致鉆井周期延長；

（3）低溫梯度高，最高溫度超過150℃，需要鉆井液具有良好的抗溫性能，避免鉆井液處理劑因高溫降解而發生增稠作用，進而影響鉆井速度和質量[2]；

（4）在超過3500m 的深部地層應用小井眼水平井技術，對鉆井液的攜巖攜屑能力和潤滑性要求較高，如果鉆井液粘切不合理極易在斜井段和水平段形成巖屑床，導致卡鉆等事故的發生。

3 配套技術及工藝

3.1 井身結構優化設計

徐深氣田小井眼水平井技術的成功應用，井身結構設計必須合理，設計原則是首先要保護好油氣層，其次是要杜絕漏、噴等井下復雜發生，確保鉆井順利進行；然后是確保鉆井液液柱壓力能夠有效平衡井內壓力，不能將套管鞋處裸露地層壓裂，還要能夠平衡地層壓力；最后優化設計套管層次和下入深度，確保裸眼井段的長度即為兩相鄰套管下入深度之差。

對鉆井周期和成本、井深和造斜點位置、裸眼段長度、完井方式和地層三項壓力，以及鉆遇地層不同巖性特征等多因素進行綜合考慮，確定最佳井身結構。

套管層次：徐深氣田深部地層巖性較為穩定，根據以往該區塊設計經驗和水平井鉆井經驗，通過優化套管與鉆頭尺寸配合，采用三層套管設計方案形成10-3/4″→7″→4-1/2″井身結構系列，當出現復雜后每層之間可以加放一層非標套管。二開的井控和井壁穩定問題，可以通過提高鉆井液密度平衡地層壓力來解決，從而縮短鉆井周期、降低鉆井成本[3]。

3.2 鉆頭設計及優選

鉆頭在鉆井過程中具有重要的作用，合理選用鉆頭的類型和參數是提高鉆井速度、降低鉆井成本和縮短鉆井周期的關鍵環節。經過研究得知，徐家圍子營城組地層可鉆性級值在8.0～10.4之間，并且富含直徑在0.5～5cm之間砂質礫巖，個別直徑能達到7～10cm，礫石之間充填的砂質基質含量高，鉆進中對鉆頭磨損極為嚴重。因此，在小井眼水平井鉆進中需選擇耐磨損高級別的鉆頭類型：直井段采用PDC 鉆頭，造斜段及水平段采用與地層配伍性較好的高轉速鑲齒金剛石牙輪鉆頭。

3.3 鉆具組合優化

在二開造斜段的鉆具組合為：215.9mm 鉆頭、9m（彎角1.25°～1.5°172mm 螺桿+212mm 本體穩定器）、172mm 浮閥、9m172mmMWD、9m165.1mm 無磁鉆鋌、54m158.8mm 鉆鋌、158.8mm 投入式止回閥、270m127mm 加重鉆桿、127mm 斜坡鉆桿；三開造斜段和水平段的鉆具組合為：152.4mm 鉆頭、5m（彎角0.75°～1.25°120.6mm 螺桿+148mm 本體穩定器）、120.6mm 浮閥、13m120.6mmMWD、9m120.6mm 無磁鉆鋌、54m88.9mm加重鉆桿、1260m88.9mm斜坡鉆桿、120.6mm 投入式止回閥、243m88.9mm 加重鉆桿、88.9mm斜坡鉆桿[4]。

3.4 鉆井液技術措施

小井眼水平井鉆井液技術在造斜段和穩斜段要求具有合適的鉆井液密度、潤滑性能和抑制防塌能力，提高鉆井液對井壁的力學穩定作用，在井壁上形成的泥餅要光滑致密，泥餅粘滯系數要在0.1 以內，滿足鉆具在起下鉆過程中與井壁低摩擦系數的要求。在水平段施工時，要適當提高鉆井液的動切力，保持動塑比在合理范圍內，以確保鉆井液具有良好的攜巖攜砂能力，避免在水平段堆積成巖屑床，造成砂橋卡鉆等事故[5]。

因此，通過開展抗溫型處理機優選和配方研究，形成適合徐深氣田小井眼水平井技術的鉆井液配方：4%～5%膨潤土+ 0.5%純堿+1%～2%銨鹽+0.3%～0.5%復合抑制劑+1%～2%DS-302+0.2%～0.4%陽離子包被劑+1.5%～2%高效封堵降濾失劑+1%～2%低熒光井壁穩定劑+1%～2%HA 樹脂+1%～2%SFT-1。經過室內評價實驗，該體系能抗溫150℃，高溫高壓失水小于12mL，動塑比在0.4 以上，極壓潤滑系數小于0.1，能夠滿足施工需求。

4 現場應用情況

形成的小井眼水平井技術在XSP34井得到成功應用，井深超過3500m，全井水平段長865m，井底水平位移超過1140m 鉆井周期為201d，平均機械鉆速為2.65m/h，與同區塊鄰井相比，節省鉆井時間65.82d，節約鉆機日費445萬元。

5 結論

（1）徐深氣田是大慶油田天然氣的主力產區，因儲層埋藏較深，鉆井周期長、成本高，利用小井眼水平井技術改造老井眼，是提高天然氣可采儲量的重要技術手段。

（2）通過開展小井眼水平井井身結構優化設計、鉆頭設計及優選、優化鉆具組合以及鉆井液等技術與工藝研究，形成了適合于大慶深部天然氣地層老井眼側鉆水平井的配套技術及工藝措施。