鄂尔多斯盆地致密气藏水平井钻井提速技术应用研究

鄂尔多斯盆地致密气藏水平井钻井提速技术应用研究

刘翰成

中国石油玉门油田分公司环庆采油厂  甘肃 玉门 735200

摘要：由于水平井具有提高采收率和单井产量的优势，使得水平井数量逐年增多，特别是在鄂尔多斯盆地致密气藏应用效果更加显著。而由于受到地理地貌、地质等因素的限制，水平井钻井过程施工难度较大，影响了气藏开发效益。因此，加快水平井钻井时效刻不容缓。基于此，本文在摸清了鄂尔多斯盆地致密气藏地质特点及影响机械钻速的因素基础上，从井身结构优化，优选了钻井参数、钻具组合，应用了高效能 PDC 钻头，优化了中完下套管技术方案，运用了井壁稳定与清洁技术，制定了钻具事故预防与处理措施等方面开展了提高水平井钻井施工速度的技术攻关，取得了良好的应用效果。

关键词：鄂尔多斯盆地；致密气藏；水平井钻井；钻井提速技术

1鄂尔多斯盆地地层特性

经过前期的钻井实践及地质岩性分析，盆地内部分致密气藏地层特性为：

（1）钻遇地层老，可钻性差、且地层研磨性强。

（2）直罗地层松散，易垮塌卡钻。

（3）上部地层（直 罗组）易斜。

（4）和尚沟、刘家沟存在区域性漏层。

（5）“双石层”易发生井壁失稳造成垮塌。

（6）山西组夹有10-30m 不等厚煤层，易垮塌卡钻。

（7）该区地层研磨性强，易发生钻具事故。

（8）三开水平段钻进，容易出现钻具事故，易产生井眼失稳，泥岩段极易垮塌引发卡钻事故。 

2影响钻速的因素

影响机速的主要因素有以下几个方面：

2.1二开钻速慢

主要体现在二开造斜段钻速慢。主要原因是①井眼尺寸原因。以某致密气水平井B井为例，该井造斜段采用 9-1/2″井眼钻速明显低于本井二开下部采用的  8-1/2″井眼的钻速以及以往在本区所钻 2 口水平井二开造斜段 8-1/2″井眼的钻速。②为追求靶前位移短，设计造斜率 5.2º/30m 偏大，滑动进尺多，单只钻头进尺少。③造斜井段Φ241.3mm 井眼，Φ197mm、1.5º马达造斜率不够。由于该马达造斜率比Φ172mm 马达低，在 3210-3258m 井段 1.5º马达造斜 率只有 3-4.32 º/30m，达不到设计要求，被迫起钻更换 1.75º马达。④该井A靶砂层缺失，导致二开井段井眼加深 72m（设计中完井深 3649m，实际 3721m）， 导致钻速低。

2.2二开中完下套管前双扶正器通井困难

为确保在Φ215.9mm 井眼顺利下入Φ177.8mm 套管，下套管前采取双扶正器通井。由于在Φ215.9mm 井眼内连续遇阻，划眼到底后经过三次短起下拉刮井壁，井眼才畅通，仅在Φ215.9mm 井眼内通井就耗时 36 小时，而后续部分施工的水平井采用单扶正器通井正常后采用试下套管的方式，同样保证了二开套管的顺利下入，实践说明该套双扶正器通井钻具组合刚性强且没有必要。

2.3三开钻速低

该井三开水平段用时 14 天 10 小时，进尺只有 385m，与其它井相比（三开进尺 869m，用时 14 天 6.5 小时），钻井时间多 10 天。主要制约因素是①钻遇泥岩井段长，泥岩钻速慢、 单只钻头进尺少。该井侧钻前水平段钻遇泥岩 301m，钻砂岩仅 84m，砂岩平均钻速为 2.89m/h，泥岩平均钻速 1.53m/h，砂岩钻速是泥岩的 2 倍。②滑动进尺多。A 靶砂层缺失，没有见到砂层中完，三开后找砂层，在水平井段频繁调整井斜角 14 次，滑动进尺多，钻速慢。侧钻后与侧钻前相比，砂岩钻遇率高，复合钻进平均钻速提高 1.4 倍。 

2.4由于二开中完入窗点选择原因，水平段泥岩井段长期浸泡后发生坍塌现象导致侧钻

由于二开中完没有入窗，三开侧钻前泥岩段进尺达到 301m 占侧 钻前进尺的 78%，钻进到 4106m 时，井下犯卡，通过反复活动解除，原因是水 平段泥岩井段长期浸泡后发生井壁失稳现象。

2.5三开钻进砂层薄，在砂层中钻进难度大，钻速慢。

该井侧钻后砂层仅有 1.5m 厚，要求垂深 3453.5m 上下偏差不超过 0.5m。地质条件决定了频繁的调整井斜角。到三开完钻井深 4466m，累计调整滑动定向 31 次，其 中上调井斜 18 次，下扣井斜 13 次；右摆 22 次，左摆 2 次。

3提速关键技术

3.1井身结构的优化

针对不同的井型优化出了现在简化、实用、能满足工程地质要求的井身结构。水平井井身结构优化原则为：

(1)有利于保护发现油气层，特别对探井目的层实现先期完成。

(2)能有效地防止井喷失控，具有处理溢流及压井的能力。

(3)能有效地在长裸眼段内防止和处理井塌、井漏、遇阻、遇卡等井下复杂情况。

(4)考虑开采工艺，增产作业，井下管柱等方面的因素。

很明显，改变井身结构后，机速得到了极大的提高。

3.2钻井参数、钻具组合的优选 

受地区地层高研磨性原因限制，PDC 钻头通常使用是低转速、适当钻压，使用高转速虽然能够提高一定的机速，但极易引起钻头先期损坏，不利于钻头的优化使用。水平井直井段钻井参数及钻具组合的选择塔式钻具组合。高钻压、低转速，采取高压喷射(钻头压降 7MPa 以上)，控制井斜在设计要求以内。机速能达到50m/h 以上。二开直井段采用 PDC 钻头+塔式钟摆钻具。二开定向施工、三开水平段钻进采用 PDC+马达导向钻具组合，使用低转速马达降低 PDC 先期损坏，利于定向。

3.3高效能 PDC 的使用

在水平井施工中共试验多种不同型号的钻头。在使用过程中，不断摸索适合不同层段的高效能PDC 钻头，极大的提高了机械钻速。在使用高效能 PDC 的同时，配合能在井底正常工作 250h 以上的等壁厚螺杆钻具，延长钻头在井底工作时间，减少起下钻，节约钻井周期。3.4 中完下套管技术措施 

采用单稳定器通井钻具组合:Φ215.9mm钻头＋Φ210mm扶正器＋Φ165DC×1 柱+Φ127mm 加重×（4-5 柱）。短起下钻至直井段，验证井眼情况，如无阻卡现象，到底后充分循环，打入润滑封闭浆，封住全部斜井段，起钻，进行试下套管作业。下套管模拟管柱结构: Φ177.8mm 引鞋+Φ177.8mm 套管 X3 根+Φ 127mm 钻杆。用模拟管柱试下套管，确认无阻卡情况，到底后，充分循环，打入润滑封闭浆，封住全部斜井段，起钻进行下套管作业。

3.5井眼清洁、井壁稳定技术

  根据鄂尔多斯盆地内地层特性，在上部直井段采用的独特的井眼清洁技术。施工过程中，上部安定、直罗段不控制失水，快速钻进，不进行短起下钻，每钻进100m 过坂土浆稠塞清扫井眼、护壁、造壁一次，即保证了快速钻进，减少了短起下钻时间，又能保证安全快速钻进。根据地层孔隙压力值，在垂深2000m 以前密度控制在 1.08～1.12g/cm3 ，保证机械钻速，防止压差卡钻，钻进直刘家沟之后逐渐把 API 失水降到 5ml，并及时加入单封，提前做好防漏工作，同时强化工程防漏措施，强调开泵方法、开泵时钻头位置，起下钻速度，避免激动压力过大而人为压漏地层。定向段钻井液密度走设计上限，强化钻井液的防塌性能，并及时补充润滑剂，保证井眼的润滑性，防止定向托压，入窗前强化钻井液的润滑、防塌性能，钻井液失水控制在 5ml 以下，防止石盒子泥岩遇水后剥落坍塌，造成二开中完通井困难，影响钻井施工周期。 

3.6 钻具事故的预防与处理

根据地区地层、气候特点，制定针对性的钻具事故预防措施。①水平井二开中完后立即检查二开全部钻具，完井后检查 89mm 钻具，挑出需要喷涂的钻具回管子站喷涂，回厂钻具全部探伤检查。②口井探伤制度。每口井对辅助钻  具进行一次探伤，挑出坏钻具，根据情况修理或者报废。水平井二开前准备好钻具，中完后钻具全部探伤、修理，完井后对三开钻具进行探伤、修理。③防风沙措施，严格清洗钻杆接头，每次接立柱前用高压气吹干净丝扣粘附沙粒，丝扣油桶加盖，保证丝扣油清洁等措施。保证钻具接头在使用过程中的密封性能。在水平井施工中，严格落实各项措施，杜绝了钻具事故的发生。

4成果与认识

⑴通过在鄂尔多斯盆地内致密气藏水平井的实施，摸清了影响水平井钻井的各种因素，找到了水平井的提速方法。

（2）经过摸索与实践，优化了水平井井身结构，优选了各井段钻井参数和钻具组合，优选了适合各段地层的 PDC 钻头，制定了合适的下套管技术措施，保证了二开全井套管的顺利下入，建立了一整套的优快钻井施工工艺。

（3）定向井方面摸索并总结了二开定向到入窗的定向钻具组合，钻井参数，结合地质资料找准目的砂层，顺利入窗，保证了三开水平段在砂层中钻进；三开水平段钻具组合及钻井参数，井斜调整方法，取得了水平井定向施工经验并摸清了水平井定向施工规律。

（4）总结了一套适合鄂尔多斯盆地内致密气藏的独特的井眼清洁、井壁稳定技术。

（5）利用现有的事故复杂预防与处理技术，针对鄂尔多斯盆地独特的地层、气候、环境制定针对性的措施，并成功的避免了事故复杂的发生。

（6）水平井靶前距最好控制在400m 之内；水平井二开中完必须入窗，找到目的砂层，方可中完；入窗后井斜角调整到 90°再中完。

（7）三开水平段钻进可以采用旋转导向系统，进一步提高机械钻速。