DP25H井小井眼钻水平井技术研究

杨仲涵 何世明 周晓红 邓红琳 陈晓华 孙洪亮

（1．西南石油大学， 成都 610500；2．中石化华北分公司，郑州 450006；3．中石油塔里木油田公司，库尔勒 841000）

DP25H井小井眼钻水平井技术研究

杨仲涵1何世明1周晓红3邓红琳2陈晓华2孙洪亮3

（1．西南石油大学， 成都 610500；2．中石化华北分公司，郑州 450006；3．中石油塔里木油田公司，库尔勒 841000）

为在大牛地气田盒1段储层安全、经济和高效地进行水平井施工，开展了小井眼水平井钻井技术的研究和应用。DP25H三开水平段（2 692～3 492m）长达800m，井径Φ152.4mm，钻井液体系为钾铵基聚合醇。水平段平均机械钻速为6.79m/h，高于本地区常规水平井Φ215.9mm水平段的平均水平（2.76 m/h）；在水平段中共使用钻头5只，其中锐石M1652C钻头4只，一只钻头钻速为7.96 m/h；整个施工过程未曾发生井眼坍塌和埋钻等复杂情况，摩阻保持在200kN左右，而扭矩始终控制在10kN·m以下。

大牛地气田；小井眼；水平井；钾铵基聚合醇；摩阻扭矩

DP25H井是大牛地气田在2010年实施的一口小井眼水平井，地处陕西省榆林市神木县尔林兔镇东葫芦素村一组，目的层为二叠系下石盒子组盒1段。三开水平井段长达800m（自2 692m至3 492m），井径Φ152.4mm，通过优选钻井液体系、钻头及钻具组合，采用合理的井身结构和钻井参数，最终在机械钻速、井壁稳定以及摩阻扭矩控制等方面取得了满意的成果，并节约了成本。

1 井壁稳定性分析

结合本井特点，确定井内静液柱压力当量密度为1.07g/cm3，水平井段（井径152.4mm）平均垂深为2 465m。水平井段沿水平最小地应力方向，地层孔隙压力系数0.9，并根据已有的盒1段储层岩心岩石力学参数［1-2］，运用有限元方法建模分析得到图 1［3］。

从图1可以看出，DP25H水平段井眼中Von-Mise应力最大值为66.427MPa，小于室内实验得到的盒1段地层岩石抗压强度（105.29MPa），故本井在水平段施工过程中不会发生井壁失稳。

2 小井眼钻水平井难点及其对策

小井眼水平井中钻柱与井壁之间的环空间隙比常规水平井小，这将会增大摩阻扭矩，托压现象更加严重，导致钻压低而降低了钻速。对此，通过优选循环介质和钻头，优化钻具组合及井身结构，从而控制摩阻扭矩，提高机械钻速。

图1 DP25H井水平段井眼Von-Mise应力图

2.1 循环介质优选

大牛地气田盒1段岩性为砂泥岩互层，泥岩性脆，微裂缝发育，易水化剥落。砂岩储层平均孔隙度9.1%，平均渗透率 0.62×10-3μm2，地层平均压力系数0.89［4］，属“三低”储藏类型。 2008—2009 年，大牛地气田针对盒1段储层开展了一系列氮气泡沫欠平衡钻水平井试验，旨在解放储层产能，但是费用昂贵。为实现经济建产、有效保护储层并降低钻具摩阻扭矩，决定改用钾铵基聚合醇钻井液体系。该体系费用低廉，其中NH4-HPAN能够提黏和降滤失，具有护壁作用，而K-PAM为絮凝剂，可以提高钻井液的携岩能力，通过K+和NH4+的晶体固定和离子交换作用抑制泥岩吸水膨胀。另外聚合醇也具有良好的抑制性，并能起到润滑作用。通过加强使用固控设备，将钻井液密度控制在1.05～1.08g/cm3之间，减少对储层的伤害。

2.2 钻头选型

大牛地气田盒1地层岩性为石英砂岩，研磨性强，而且含有泥岩夹层，易泥包钻头。DP25H井在三开水平段Φ152.4mm井眼中采用Φ88.9mm钻杆，柔性大，更容易弯曲变形，要求所加钻压不能过大。而且Φ152.4mm牙轮钻头的轴承尺寸小，无法承受较大压力。因此综合考虑决定选用PDC钻头，型号为锐石M1652C，钻头面呈球形，刀翼5片，复合片尺寸大而布齿密度小，排屑槽深，有利于提高钻速并防止泥包。

2.3 钻具组合

三开水平段钻具组合为：Φ152.4mmPDC+Φ120.65mm 单弯螺杆 （1.25°）+Φ148mm 扶正器+无磁钻铤+Φ88.9mm斜坡钻杆+Φ88.9mm加重钻杆+Φ88.9mm斜坡钻杆。将欠尺寸扶正器安置在螺杆之后，扶正器与钻具底部距离达6.5m，能够降低钻具的侧向力［5］，力保形成的井眼轨迹平滑，而且欠尺寸扶正器能够有效降低钻柱的摩阻扭矩，减少发生复杂井况。另外根据井深的变化适时地倒装钻具，尽量保证加重钻杆不处于水平段，既能够有效加压，又降低了水平段的摩阻扭矩。

2.4 井身结构设计

大牛地气田区块地层年代古老，在长时间沉积过程地层岩石得到充分压实和胶结，岩石硬度大而孔隙度及渗透率均较低，具有较高地层破裂压力（上古生界地层破裂压力当量密度1.58～1.98 g/cm3），在以往的施工过程中极少发生井漏事故，允许下钻过程有较大的激动压力，故在二开Φ215.9mm裸井眼中下入Φ177.8mm套管［6］，减少固井水泥用量，并增大了钻柱与套管之间的环空间隙。为了增大涉气面积，提高单井产量，三开水平段采用裸眼完井。最终DP25H井井身结构见表1。

2.5 摩阻扭矩控制

有文献［7］认为，钻柱转速越高，与井眼之间的间隙越小，钻柱由于涡动效应而产生的附加离心力就越大。相对大牛地气田先前实施的一系列常规水平井而言，本井水平段井眼与钻杆之间的间隙更小，起下钻时的摩阻以及在复合钻进过程中由于钻柱涡动而对井壁产生的摩擦力都将会增大。对此要求在施工过程中注意复合与滑动钻进相结合，控制复合钻进时转盘转速，并尽量减少每次滑动钻进时间，根据井下情况适时短起钻作业，对滑动钻进井段进行划眼，确保井眼轨迹平滑和清除岩屑床。定期补充KPAM、K-HPAN、聚合醇及铵盐，维护提高钻井液的抑制性、护壁性、润滑性和携岩能力。使用好四级固控系统，保证钻井液的清洁。

表1 不同井身结构套管总重及水泥用量对比表

3 施工效果

（1）DP25H井建井周期为42d，全程机械钻速达7.35m/h，远高于本地区常规水平井的平均水平（3.86m/h）。三开水平段平均钻压为40kN，机械钻速高达6.79m/h，仅用8.65d便完成800m水平段施工。而相比之下，本地区常规水平井Φ215.9mm水平段平均钻速仅为2.76 m/h。

（2）在水平段施工中优化钻头选型，共使用锐石M1652C钻头4只，获得了满意的机械钻速，其中一只钻头钻速高达7.96 m/h。通过优化井身结构，在成本节约方面取得明显成效（见表1）。

（3）实时注意保持钻井液的抑制性、润滑性以及携岩性，最大密度为1.07 g/cm3，整个水平井段施工顺利，从未出现井眼坍塌和埋钻等复杂情况。

（4）保持复合钻进时转盘转速在35r/min以内，减小了钻具的涡动效应，始终将摩阻扭矩控制在合理的范围内。

4 结 论

图2 DP25H井水平段摩阻示意图

（1）通过优选循环介质和钻头型号，优化钻具组合及井身结构，克服了小井眼摩阻扭矩大的特点，从而使其机械钻速高于常规水平井，节约了成本。

（2）钾铵基聚合醇钻井液体系对泥岩地层有良好的抑制性，具有一定的润滑作用，并能够有效携岩和保护储层。

（3）DP25H井的成功实施，探索出一套经济、高效的施工方法，为后续小井眼水平井的实施积累了宝贵经验。

图3 DP25H井水平段扭矩示意图

[1]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.

[2]何世明,汤明,邢景宝,等.大牛地气田盒1段气层氮气泡沫钻水平井技术[J].天然气工业，2010，30(10):49-52.

[3]练章华.现代CAE技术与应用教程[M].北京：石油工业出版社，2004.

[4]郝蜀民,惠宽洋,李良.鄂尔多斯盆地大牛地大型低渗气田成藏特征及其勘探开发技术 [J].石油与天然气地质,2006，27(6):762-768.

[5]刘硕琼,谭平,张汉林,等.小井眼钻井技术[M].北京：石油工业出版社，2005.

[6]巨满成,陈志勇,欧阳勇.小井眼钻井技术在苏里格气田的应用[J].天然气工业，2005，25(4):74-76.

[7]贺志刚.大位移井摩阻扭矩分析与应用研究[D].成都：西南石油大学，2001.

Slim-hole Horizontal Drilling Technology of the Well DP-25H

YANG Zhonghan1HE Shiming1ZHOU Xiaohong3DENG Honglin2CHEN Xiaohua2SUN Hongliang3
（1.Southwest Petroleum University，Chengdu 610500；2.North China Petroleum Administration，Sinopec Group，Zhengzhou 450006；3.Tarim Oilfield Company，CNPC，Korla 841000）

Slim-hole horizontal drilling technique has been deliberated and implemented in order to drill horizontal well at the He-1 formation in the Daniudi gasfield safely,economically and efficiently.The well DP-25H,of which horizontal interval totaled at 800m and hole at 215.9mm,has been drilled with drilling fluid system of potassium amino polyalcohol.The average penetration rate along the horizontal interval is 6.79m/h,which is greater than the average level of normal horizontal well in this gasfield.There are five bits in total being used,comprising four bits of Ruishi M1652C,and the penetration rate of one such bit is 7.96 m/h.During the whole construction of horizontal interval,there is no wellbore collapse and drillstring buried.And drag has been kept in 200kN approximately,meanwhile torque is below 10kN·m all along.

Daniudi gasfield；slim-hole；horizontal well；potassium amino polyalcohol；torque and drag

TE243

A

1673-1980（2012）01-0020-03

2011-10-02

国家科技重大专项（2008ZX05045-03-3-1）

杨仲涵(1985-)，男，西南石油大学油气井工程专业在读硕士研究生，研究方向为钻井工程。