大牛地气田钻井工程实践与认识

赵文彬 巢贵业 邓红琳

(中石化华北分公司工程技术研究院，郑州 450006)

大牛地气田钻井工程实践与认识

赵文彬 巢贵业 邓红琳

(中石化华北分公司工程技术研究院，郑州 450006)

对大牛地气田优快钻完井技术国家示范工程取得的成果进行分析，通过对目前形成的优快钻、完井技术的研究，评价其应用效果；结合钻遇地层特征，进一步优选钻头、优化钻井参数，提高机械钻速，缩短钻井周期；对已用钻井液体系进行应用评价，优选出适合大牛地气田的钻完井液体系。

大牛地气田；机械钻速；钻井液；固井；水平井

2005年大牛地气田实现年产能10亿m3，创造了世人瞩目的“大牛地速度”。2009年年产能达23.9亿m3。本文总结大牛地气田钻完井的成功经验［1-4］，并提出改进建议。

1 大牛地气田钻井工程工艺技术研究现状

1.1 机械钻速

随着勘探开发的不断深入，钻井井数的不断增多，对储层工程特征的认识也更加深入。通过对钻头和钻井参数的进一步优化，使钻井工艺技术越来越科学化、合理化，优化后机械钻速提高了12.46%，钻井周期缩短了12.86%，提高了气田开发效益（图 1）。

图1 优化前后机械钻速对比

1.2 钻井液体系

通过对储层敏感性的研究分析，明确了大牛地气田储层的主要敏感性特征。研究表明大牛地气田储层损害机理主要为液相圈闭和固相侵入。2004年以前，大牛地气田共使用了4种钻井完井液体系，通过优化，目前选用天然高分子钻井液体系和甲胺基钻井液体系。

双保天然高分子钻井完井液体系进入目的层后，钻井液密度为1.08～1.09g/cm3，动切力大于4.5Pa，动塑比值控制在0.36～0.48，能够满足钻井液携带岩屑的能力，而黏滞系数在0.037～0.070之间，表明钻井液的循环摩阻系数小，钻井过程循环压力小，可有效加快岩屑上返速度。由于环空流动阻力减小，机械钻速得到大幅提高。

甲胺基钻井完井液体系进入目的层后，钻井液密度为 1.08～1.09g/cm3，动切力大于 4Pa，动塑比值控制在0.35～0.48之间，能够满足钻井液携带岩屑的能力；而黏滞系数在0.070左右，同样表明钻井液的循环摩阻系数很小，钻井过程循环压力小。

1.3 固井技术

大牛地气田具有低孔、低渗、个别井段易漏和固井后易气窜的特点。大部分井完井后经过压裂改造才能获得理想的工业气流，因此，要求完井液、完井工艺技术能够最大限度的保护储层。

采用“高效顶替、整体压力平衡”的防气窜短促凝近平衡固井技术，使整个注替过程中保持环空的动液柱压力与地层破裂压力的平衡，保证在整个施工过程中不漏、不窜；在水泥浆候凝过程中保持环空的静液柱压力与地层孔隙压力的平衡，同时采用短促凝直角稠化和紊流+塞流的顶替工艺。生产套管固井优质率93.6%，合格率100%。

1.4 水平井技术

水平井钻完井工艺技术取得初步成效，实现了一类储层近平衡自然建产，三类储层欠平衡自然建产，水平井机械钻速逐年提高，钻井周期逐年下降。

利用小井眼机械钻速高的特点，大大缩短了钻井周期，达到了降本增效的目的。平均机械钻速提高39.47%，平均钻井周期缩短29.96%。

表1 不同井眼钻速对比

通过对以往主要钻井完井液体系的统计分析，同时针对储层工程地质特征和储层敏感性，研究和优化出了适合水平井钻井的低成本钾铵基聚合醇和钾铵基悬浮乳液钻井完井液体系。

钾铵基聚合醇伤害率小，模拟岩心在井底围压和井底温度的实验条件下，平均渗透率恢复率为76%，伤害深度浅，仅为1.2～1.7cm。钾铵基悬浮乳液钻井完井液体系的渗透率恢复率大于66%。

2010年DPS-1井、DP25H井采用钾铵基聚合物钻井完井液体系，DP26T井采用钾铵基悬浮乳液钻井完井液体系，均大幅降低了钻井液费用，仅为2009年费用的50%左右。

2 大牛地气田钻井工程工艺技术改进

2.1 直井段采用复合式钻井方式

对于直井段，大牛地气田使用的是PDC钻头+大钻压的钻进方式，容易使钻具严重失效。DF2井直井段连续三次断钻具，是该队长期PDC+大钻压钻直井钻具疲劳伤害的结果。这种追求高机械钻速的钻进方式既造成钻具偏磨严重，又造成井身质量不达标。

建议吸取长庆苏里格气田的成功经验［5］，对大牛地气田地层倾角不明显的地层推荐使用直螺杆，使用螺杆钻具可获得较高的机械钻速与较好的井身质量，同时配合转盘转动形成复合式钻进。由于单弯螺杆加稳定器结构刚性过大，复合钻进时螺杆磨损严重，因此不推荐使用。

2.2 调整定向井井身结构

目前大牛地气田定向井主要小位移采用五段制直—增—稳—降—直井身结构，中、大位移采用三段制直—增—稳井身结构，井身结构单一，且存在施工困难、浪费材料以及摩阻扭矩大的问题。

（1）中短位移定向井建议使用“直—缓增—缓降—小井斜稳”剖面，该剖面造斜点上提，最大井斜角减小到25°以内，稳斜段有所增长(图2)。可充分利用上部地层可钻性好的优点，在上部地层调整好井斜方位，减少下部地层滑动钻进。

图2 中短位移定向井剖面优化示意图

（2）大位移井建议用双增双稳剖面设计位移过大，如果使用“直—增—稳”剖面，则摩阻扭矩较大。在此基础上，建议采用“直—增—小井斜稳—增—稳”剖面。该剖面提供了双稳斜段，避免了长稳斜段给钻井带来的困难以及剖面打成“S”型的风险；同时，该剖面摩阻扭矩小［6］，有利于提高钻速和降低钻井风险。

表2 D1-2-83井原设计井眼轨道(三段制)

对比表2、表3可以看出，钻达同样的靶点，原井眼要多出154m的进尺和套管用量。在大牛地气田，下部地层在进入奥陶系马家沟组可钻性极差，154m的进尺至少要多用一个钻头，需要2d的时间完成。

表3 D1-2-83 井新设计井眼轨道(双增)

对比两种井身结构的拉力扭矩（图3、图4）可知，当所有参数相同时，钻至同等深度，新轨迹钻具受力特征明显优于原轨迹。

2.3 水平井设计施工需进一步优化

目前，定向井段A靶点前仍未找到提高钻井效率的有效途径，尤其在钻头选型上仍采用三牙轮钻头，大大限制了钻井效率的提升空间。水平段施工钻头磨损严重，目前尚未寻求到好的钻头选型，使钻井效率的提高受到了制约。今后应进一步加强对特定工况特定井段的钻头选型工作。

大牛地水平井钻井存在的最突出的问题是煤层垮塌问题。DPS-1井钻至井深3 167.70m时，目的层顶部煤层突然坍塌，最终打水泥塞在井深2 885m处开始侧钻，损失进尺282.7m。DP26T井二开完钻电测时在2 840m处遇阻，通井至2 839～2 847m时煤层垮塌，由于煤层垮塌导致测井时间延长，测井耗时8d。建议提高钻井液密度以平衡煤层垮塌压力，提高钻井液黏度切力以减少钻井液对煤层的冲刷力度，并提高对煤层的抑制性。

图3 D1-2-83井原轨道钻柱受力分析(至3 140m)

图4 D1-2-83井新轨道钻柱受力分析(至3 140m)

3 结 论

以国家十一五重大专项为依托，中石化华北分公司工程院完成多项课题，使大牛地气田钻完井工艺配套技术水平得到了很大的提高。

同时，仍需进一步加强对钻井工程工艺的研究，特别是对水平井钻遇地层特性和钻井液影响井壁稳定性的分析研究不足。当前定向井井眼轨道设计单一，需进一步优化轨道设计对钻柱摩阻扭矩的影响。另外，应加强和厂家合作进行钻头选型和试验工作，优化和设计出一套适合大牛地水平井施工的钻头类型。

[1]巢贵业,陈宇，方彬.大牛地气田固井防窜水泥浆体系研究与应用[J].钻采工艺,2006,29(2):94-96.

[2]巢贵业,李建山,陈宇.大牛地气田开发井钻井工艺技术研究与应用[J].钻采工艺,2006，29(3):15-17.

[3]汤明,何世明,邢景宝,等.大牛地气田欠平衡水平井井壁稳定性分析[J].石油钻采工艺,2010,32(3):37-39.

[4]邓红琳,袁立鹤.大牛地气田保护储层钻井液技术 [J].钻井与完井液,2005,22(增刊):39-42.

[5]梁武东，赵鑫宇，刘小静.优化钻井技术在苏里格气田东区的应用[J].石油化工应用,2009,28(8):46-50.

[6]李子丰.油气井杆管柱力学及应用[M].北京:石油工业出版社,2008.

Abstract：This paper analyzes the result of using the optimized drilling and completion technology in Daniudi gas field,which is national demonstration project.Through studying the optimized drilling and completion technology which has been developed currently,the application results are evaluated particularly.Coupled with formation characteristics,the boring bit and drilling parameters are further optimized to improve the rate of penetration and to shorten the drilling cycle.The application of the used drilling fluid systems has been evaluated,and the drilling and completion fluid systems have been optimized,which is fit for Daniudi gas field.At the same time，the issues to be resolved are analyzed here,and the directions for further development are defined clearly.

Key words：Daniudi gas field；drilling rate；drilling fluid；cementing；horizontal well

On the Theory and Practice of Drilling Engineering in Daniudi Gas Field

ZHAO Wen-bin CHAO Gui-yeDENG Hong-lin
(The Engineering&Technology Institute of Huabei Branch,SINOPEC，Zhengzhou 450006)

TE241

A

1673-1980（2011）06-0009-03

2011-07-02

国家科技重大专项(2008ZX05045003002)

赵文彬（1982-），男，硕士，工程师，研究方向为钻完井工程技术。