大牛地气田水平井钻井提速技术研究与应用

王海 张斌(渤海钻探定向井技术服务分公司, 天津 300280)

大牛地气田位于鄂尔多斯盆地北东部，古生界天然气资源量丰富，属于古生界石炭系、二叠系海陆交互相含煤碎屑岩含油气体系[1]。因此，对大牛地水平井钻井提速技术的研究具有现实的经济效益。

1 地层特点及施工主要难点

(1)地层特点 鄂北区块地层为河流相沉积地层，具有较大的差异性和复杂性[2]。该区块已钻探揭露的地层有第四系，白垩系，侏罗系安定组、直罗组、延安组，三叠系延长组、二马营组、和尚沟组、刘家沟组，二叠系石千峰组、上石盒子组、下石盒子组、山西组，石炭系太原组、本溪组，其二叠系为含油气体系。从实钻井捞沙情况看，在延长组含有多套薄的砾岩夹层，并且不纯，地层软硬交替；晶结构坚硬，性硬、脆，钻井速度极低，而且对螺杆、钻具、钻头的磨损相当厉害。

(2)施工存在主要难点 由地层特点及已钻井资料显示施工过程中存在如下主要难点：

①地层差异性大，钻头选型困难。

②延长PDC钻头的寿命发挥其优势。

③钻井液保障难度大。

④水平段保证无线随钻LWD(MWD+Gama)仪器的稳定难度大。

2 大牛地气田水平井提速技术

(1)优选钻头及合理使用 钻头选型的优劣直接制约着机械钻速，众所周知选择与地层相匹配的钻头才能实现钻井提速。鄂北地层存在差异性和多样性，要选择一种高效、优质、价优的钻头是比较困难的，所以除考虑性能因素、价格因素和井身结构外，最重要的还要根据地层岩性综合考虑。对地层进行可钻性划分和岩石硬度分级，结合实钻资料，对钻头类型进行优选。

①各井段钻头的优选 鄂北工区基本是大斜度导眼侧钻水平井，因为使用PDC工具面不稳定，轨迹控制困难，造斜段和导眼填眼侧钻至着陆井段均使用江汉HJ517G牙轮钻头，所以造成多趟起下钻，无法提速。现在使用经改良后的PDC钻头提速效果非常好，下面分井段介绍钻头选择。

直井段钻头选择：直井段地层钻遇石千峰以上地层，选用具有较高抗冲击研磨性较强、内锥深冠抛物线长、保径长的五刀翼PDC钻头。

造斜段、导眼井段和回填侧钻至着陆点井段钻头选择：该井段钻遇地层为石千峰组、石盒子组和山西组，选用双排齿抗冲击力强、抗研磨能力较好、内锥浅冠抛物线较短、保径短的五刀翼PDC钻头。

水平段152.4mm井眼钻头的选择：水平段目的层钻遇盒1、山2，其主要岩性为砂岩、微含粉砂泥岩、砂质泥岩互层，可钻性不均匀，其中粉砂岩、砂质泥岩互层研磨性极强，应选用保径长、抗研磨性强，具有一定抗冲击能力的五刀翼PDC钻头。

②DC钻头合理使用 a.防止溜钻和墩钻。b.禁止先加压后旋转。c.不允许采用堵喷嘴的办法钻进，以免降低对复合片的冷却效果及排屑效果。d.可钻性较高的层段钻进时要有意识控制钻速不要太快，以免突然遇硬夹层损坏复合片。e.钻速快的井段注意短起下钻，防最后起下钻时拔活塞现象。

(2)螺杆优选 选择好螺杆钻具，充分发挥其潜在的钻井能力是提高机械钻速的重要保障。水平井螺杆的选择除了考虑造斜率能跟上设计以外，还要考虑如何配合好PDC钻头发挥其潜能，为高效的井眼轨迹控制提供前提条件。

(3)直井段提速措施 直井段防斜打直是关键，但也是整口井最抢进尺的井段。直井段利用优质PDC钻头+水力脉冲+低速直螺杆+大钟摆的钻具结构，打破了常规大钟摆钻具结构钻速提不起来的局面，直井段提高钻井速度正是充分利用了大钟摆力达到防斜打直的目的。

(4)大斜度导眼优快侧钻水平井技术 大牛地气田导眼一般70°左右，按常规方法侧钻，侧钻时间一般为2～3天，做法是先下牙轮侧钻，侧完钻再起钻换PDC定向至着陆点A靶点两趟钻。但怎样才能使侧钻优于常规方法，实现安全快速，一次性侧钻成功，并且侧完钻直接钻进至着陆点A靶点实现一趟钻完成，在这里提出了一些大斜度导眼优快侧钻的一些先决条件和做法。

①快速侧钻水泥塞的硬性要求。

②简化倒装钻具结构。

③快速侧钻施工做法。

(5)水平段152.4mm井眼优快钻进的保障措施 水平段152.4mm井眼环境比较复杂，特别是水平段长的井，在这要保持安全、优快钻进这里从以下三方面做了一些保障措施。

①简化倒装钻具结构：双扶单弯螺杆(Φ146mm/Φ149mm)钻压40KN、钻速40+DNr/mim、转动钻进稳斜效果很好，在实钻中转动钻进85%～90%，减少滑动控制轨迹工作量，不仅提升了钻井速度，而且保证了轨迹的圆滑性。

②无线随钻LWD(MWD+Gama)仪器的不稳定性分析及保障措施。

不稳定性原因：a.152.4mm井眼环境比较复杂，随着井越深，仪器信号衰减越厉害；b.大牛地水平井水平段长都1000米以上，为保证安全优快钻进，钻井液会使用一些防塌剂、润滑剂，这些化学药品都会对仪器信号产生影响；c.水平段打快的时候，钻井液含沙量高，对仪器的冲刷伤害十分大；d.泵排量不够、不稳定和上水不好都会影响仪器信号的解码。

③正确判断层位做法。

要想水平段打得快，就得准确的分析地层情况，提前了解地层砂岩的走向，科学准确判断层位。首先根据录井综合仪的气测值分析地层情况；其次结合无线随钻LWD(MWD+Gama)仪器的Gama分析地层岩性，大牛地气田最好的砂岩气藏显示Gama在30～50API；最后就是通过捞出的沙子判断。

(6)钻井液性能的保障 鄂北工区一开井段钻遇地层易漏，易垮塌，钻井液主要以携带岩屑、稳定井壁为主，则选用聚合物钻井液较好，粘度能满足携砂和稳定井壁即可。二开采用无固相聚合物钻井液体系有效地抑制了延安组缩颈，解决了起下钻阻卡严重问题[2]。三开针对目的层盒1、山2岩性特点，以稳定井壁和最大限度的减少对储集层的损害，保护油气层为主，优选出聚磺强封堵钻井液，该钻井液具有封堵性强，防煤层坍塌、失水低，工艺成熟，人为失误少等特点，保证了井下安全。

3 现场实践效果对比

下面5口井是近几年在大牛地气田鄂北工区完成的导眼侧钻水平井，设计导眼侧钻井斜均在70度～75度之间，其中DP41S、DP48S、DP36H是未应用水平井提速技术研究措施施工的井，DPS-14、DPH-73是应用水平井提速技术研究措施施工的井，下面表1为施工效果对比情况表。从表1可以看出现场应用水平井提速技术研究措施所收到的效果。

表1 水平井提速技术研究现场实践前后对比

4 结语

①进行地层详细分析，优选好PDC钻头是提高钻井速度的关键技术之一。②选择低速、大扭矩、带稳流阀的中空转子螺杆钻具，有利于机械钻速的提高。③定向段对螺杆扶正器进行改进，匹配水平段螺杆本体上下扶正器尺寸，保证水平段稳斜效果，从而达到少滑动多导向使井眼平滑，减少复杂井故发生的几率，并提高了机械钻速。④优质PDC钻头+水力脉冲+低速直螺杆+大钟摆的钻具结构，实现了直段的优快钻进。⑤无线随钻仪器信号稳定是小井眼水平段钻进的重要保障。⑥良好的钻井液润滑性能、优化合理的钻具结构是大牛地区水平井安全快速施工的先决条件。

[1]王锦昌,邓红林,袁立鹤等.大牛地气田煤层失稳机理分析及对策［J］.石油钻采工艺，2012,34(2):4-8.

[2]贾锁宏.鄂北优快钻井技术研究与应用［J］.石油钻探技术，2006,04:38-39.