宁东油田ND61井钻井工程设计

张 蕊，付春苗，王桂芹

(1.延安大学 石油工程与环境工程学院，陕西 延安 716000；2.吐哈油田勘探开发研究院，新疆 哈密 839000)

水平井技术是近三十年在国际石油技术行业中迅速兴起并日臻完备的一项综合性油田开发技术[1]。目前，该技术已成为国内外各大油田用来提高各类型油气藏单井产量的有效手段和重要措施。进入20世纪80年代以来，水平井钻井技术迅速发展起来，随后在世界不同类型油气藏中得到广泛应用[2-4]。90年代，我国水平井钻井技术也得以高速发展[5-7]。本文以宁东油田宁东25井区为研究对象，在综合参考宁东油田ND61井的资料以及数口邻井钻井设计的前提下，制定出一套完善的钻井工程设计，在井眼轨迹控制方面，结合随钻测井技术进行实时监控，针对改变技术套管尾部的管串结构，配合新工艺，安全高效地实现分级固井。针对该地区可能会出现的地层问题，我们设计优化出了一套合理的钻井液体系，最终解决了井漏、井塌、井涌、砂卡、气窜等钻井难题，从而达到保护储层的目的。

1 储层地质特征

宁东油田处于鄂尔多斯盆地天环坳陷中部，地质运动中期受到强烈的碰撞挤压作用，断裂与背斜和断鼻构造发育，并成排条状分布，冲断构造带也因此成为了该油田的典型地貌特征[8]。延安组地层特有一套煤层系地层，煤层发育在沉积构造旋回的上部，分布较广泛，而这也正是本区油层组对比划分的重要标志之一[9，10]。

2 钻井工程设计

在天然气勘探以及石油开发过程中，钻井是重要的手段，而合理的钻井工程设计是保证钻井安全、顺利钻进的前提。

2.1 井身剖面设计

将ND61井的井身剖面设计为直—增—平三段制的中曲率半径水平井，井身剖面设计结果见表1。该井的地层情况见表2。该井所钻地层地质条件复杂，地层倾角大，最大井斜角为89.81°，A、B靶点目的层均为延9层。

表1 井身剖面设计

表2 ND61井钻遇地层预测表

2.2 井身结构设计

井身结构设计的主要任务是确定套管的下入层次和下入深度，为确保成井，钻至目的层，在满足地质要求的前提下，井身结构采用二级井身结构设计方案。井身结构数据表见下表3，井身结构示意图见下图1。一开下套管封固第四系黄土层和志丹群泥岩易塌、易垮地层，加固井口；二开下套管钻穿志丹群安定组、延安组砂岩层，封固易漏易垮塌地层，打开目的层。

表3 ND61井设计井身结构数据

2.3 井眼轨迹控制技术

(1)一开直井段

设计井段深度为0.00 m至301 m，钻具组合为塔式钻具组合，情况如下：

φ311 mm钻头+φ203 mm无磁钻铤9 m+φ203 mm钻铤72 m+φ178 mm钻铤81 m+φ127 mm钻杆。

图1 ND61井井身结构示意图

初次钻进时采用低压低转速钻进，随着钻进深度的增加逐渐给钻头施加钻压。

(2)二开直井段

设计井段深度为301 m至2194 m，该段钻具组合设计为螺杆+MWD钻具组合，情况如下：

φ215.9 mm PDC+φ172 mm 1°螺杆+φ178 mm无磁钻铤(1根)+MWD定向接头+φ238 mm扶正器+φ158.8 mmDc(12根)+φ127 mm加重钻杆20根+φ127 mm钻杆。

(3)二开斜井段

设计井段深度为1833.23 m至2194 m，设计井斜角为89.81°，造斜率为7.45°/30 m，设计钻具组合为转盘钻具组合，情况如下：

φ215.9 mm牙轮钻头+φ214 mm近钻头稳定器+MWD定向接头+φ158.8 mm无磁钻铤9 m+φ158.8 mm钻铤9 m+φ214 mm扶正器+φ158.8 mm钻铤27 m+φ127 mm加重钻杆200 m+φ127 mm斜坡钻杆+φ127 mm钻杆。

(4)二开水平段

设计井段深度为2194.93 m至2494.96 m，水平段钻具设计组合如下：

φ215.9 mm钻头+φ172 mm 1°单弯动力钻具+MWD+φ158.8 mm无磁钻铤9 m+φ127 mm加重钻杆200 m+φ127 mm斜坡钻杆+φ127 mm钻杆。

水平井段采用转盘钻+小角度单弯马达的钻具组合，LWD测井仪随钻测量地层的自然伽马、电阻率等数据，指导钻头有效沿油层走向钻进[11]。

3 钻井液性能优选

3.1 钻井液设计

由于ND61井所钻地层具有水敏性强、易垮塌、岩屑床阻卡等特点，遵循有利于发现和保护油气层，有利于安全钻进的原则，在钻井液体系的优选上要选择具有低密度、低固相和强抑制性等特点的钾铵基聚合物钻井液体系[6]。表4中每一开井段钻井液体系中的原浆都是由清水+5%膨润土配置而成。

表4 钻井液分段设计表

3.2 钻井液维护与处理

(1)一开井段，为了确保地层水中Cl-、Ca2+、Mg2+离子含量不超标，开钻前应对地层水进行化验分析，当Cl-含量超过1000 mg/L时不适宜配坂土浆，当地层水中Ca2+、Mg2+离子含量超标时，应先对配浆水进行软化处理。

(2)二开直井段，严禁直接采用清水钻进和循环坑大循环[12]，应选用低固相钾基聚合物钻井液，全部采用罐式循环。钻进过程中应时刻关注视泥浆上返情况，并根据实际情况适当调整聚丙烯酸钾(K-PAM)和水解聚丙烯腈-铵盐(NH4-HPAN)两种胶液的含量。

(3)二开斜井段，为确保煤层井壁结构的稳定性，需要对泥浆的粘度进行严格把控，若返出泥浆含有大量煤屑，应提高泥浆的密度，直到再次上返出的泥浆情况变回正常为止。

(4)二开水平段，钻进过程中视泥浆返出情况，及时检测泥浆性能并增补各种处理剂，各项处理剂在地面上均调配成溶液或胶液状态并充分溶解[12-14]，避免未溶解的处理剂梗塞井下钻具和筛网网眼。

4 固井方案

固井是钻井工程中一个十分重要的环节，固井质量的好坏影响整个工程完成的进度以及油气井开采过程的安全。针对于研究区地层固井时容易出现的漏失、气窜等问题，对传统固井方案做以下改进：

(1)表层套管固井方案设计。表层套管固井使采用一次注水泥全井段封固的方案，若泥浆未能有效上返，立即从套管环空中回注水泥。

(2)技术套管固井方案设计。固井方案采用在全封固段一次注水泥的固井技术方案。下放套管到位后，先对盲板以上分级箍以下的井段进行固井，一级碰压后打开分级箍后循环，5～6 h后进行二级固井[15，16]，改变技术套管尾部的管串结构，配合新工艺，能够更加安全高效地实现分级固井，有效预防漏失及气窜等固井问题。该方法的优势在于若钻井过程中没有发生漏失，则一级固井和二级固井都不会发生漏失。改进后管串结构见图2。

图2 管串结构示意图

5 结论

通过研究，我们得出以下结论：

(1)本文将ND61井的井身剖面设计为直—增—平三段制的中曲率半径水平井，井身结构设计为二级井身结构，二开技术套管直接下至井深2194 m，尾部采用防砂金属纤维筛管完井。

(2)在井眼轨迹控制方面，设计出一套详细的井控技术应对方案，并结合先进的随钻测井仪技术，及时对比、分析地层信息，准确掌握井眼轨迹的变化趋势、地层岩性及油气层变化情况，确保准确钻达目的层。

(3)针对宁东油田ND61井所钻地层水敏性强、易垮塌、岩屑床阻卡等特殊性，在钻井液体系上优选具有低固相、强抑制性的钾铵基聚合物钻井液体系，在保证井壁稳定的同时有效地防止了泥岩水化膨胀和井塌等事故，确保施工作业优质、安全、高效的完成，达到保护处储层的目的。

(4)优选固井方案，改变技术套管尾部的管串结构，可以安全高效地实现分级固井，有效预防漏失、气窜等固井问题。