延长气田天然气水平井钻井施工技术难点及对策

吴贝贝，张 飞，常孜恒,孙渊珍，李 鹏

(延长石油油气勘探公司采气一厂，陕西 延安 716000)

1 地质概况

延长气田页岩气水平井钻遇地层自上而下分别为：第四系；中生界三叠系上统延长组、中统纸坊组、下统和尚沟组和刘家沟组；上古生界二叠系上统石千峰组、中统石盒子组、下统山西组。目的层主要为山西组山 12 段。

1.1 地层岩性

延长气田水平井钻遇地层岩性及易发生的井下复杂情况,见表1。

表1 延长气田页岩气水平井钻遇层位、岩性特征及复杂情况提示

1.2 山西组储层特性

山西组气层属于低孔低渗储层，孔隙度为0.4%～8.7%，平均孔隙度为4.82%，渗透率为(0.002～9.7)×10-3μm2，平均渗透率为0.23×10-3μm2。含泥质中粒石英砂岩为主，岩石类型主要为中粒石英砂岩，其次为粗中粒石英砂岩、细粒石英砂岩，分选性中，风化度中-浅，岩石胶结以压嵌-接触和孔隙接触为主，胶结物接触关系主要为点-线式和线式。该储层中黏土矿物以伊利石含量为主，其次为伊蒙间层。储集层空间为次生孔隙。孔喉结构r平均、r50和rmax分别为 0.43 μm、0.38 μm、4.86 μm，平均排驱压力为 1.89 MPa。地层压力为0.76(MPa/100 m)，温度梯度为2.84(℃/100 m)，地层水为氯化钙型，平均总矿化度为 55766 mg/L。该储层存在强水锁、强土酸敏、中偏强盐敏、中偏强碱敏、中偏弱水敏、弱速敏等潜在损害因素。

2 水平井井身结构及钻井液体系

2.1 井身结构

延长气田的水平井完钻井深一般都在3800～4200 m，垂深2550～2650 m。一开采用φ444.5 mm 钻至2000～2200 m(二叠系上统石千峰组)造斜点，造斜钻进，斜导眼钻至井深2850～2950 m，井斜60°。钻至井深2900～3000 m 到达A点(山西组)，下入φ244.5 mm 技术套管封隔上部地层，三开采用φ215.9 mm 钻头钻水平段 1000 m 左右完钻，下入φ139.7 mm 气层套管完井。

2.2 钻井液体系

2.2.1 KCl聚磺钻井液体系配方

4%坂土+0.2%Na2CO3+0.2%NaOH+5%～7%KCl+0.3%～0.5%HP+0.5%～0.7%NH4HPAN+0.5%～ 0.7%COP+0.5%～1.0%PL+2.0%～3%FT-342+2%～3%乳化石蜡+3%～5%CGY+0.3%～%0.5聚胺抑制剂+0.2%～0.3%胺基聚醇+石灰石粉+0.5%～0.7%HV-CMC+3%～5%SMP-1+1%～3%SMC+3%～5%GFRH3 +2%～3%MSL2 +2%～3%QS-2。钻井液性能要求见表2。

表2 钻井液性能要求

3 水平井钻井技术难点及对策

1)延长气田区域区块黄土层易垮塌、易漏。

表层井段上部黄土层一般厚20～130 m，土质疏松，胶结十分松软，且渗透性好，极易发生垮塌和漏失;下部为石板 层，软硬交错在钻开上部黄土层时，钻井液往往是“有进无出”。

对于漏失区域要求配备 50 m 导管在开钻前准备好堵漏用膨润土钻井液60 m3并充分水化24 h以上。钻井过程中要求小排量单凡尔开泵(排量控制在控制在12 L/s以内)，等穿过黄土层以后在加大排量。

2)局部地区刘家沟组底地层承压能力低，多发生失返性漏失。

该区域施工难度大，采用“桥接+水泥浆复合堵漏法”。以桥接泥浆先行，跟注水泥浆的复合方式。先将长短纤维等堵漏材料的高黏度桥堵剂泵入漏层，使其在漏失通道内堆积产生滞流体。水泥浆进入漏层后，在压差作用下挤入和充满初级桥塞垫层的微小孔道。凝固后，可增强漏层堵塞的承压能力。

将工艺堵漏井深由进入石千峰20～30 m 改为进入石千峰组 150 m 以后进行工艺堵漏，充分暴露漏层然后再堵。如果采用堵漏浆无法承压到设计要求值，采用“桥接+水泥浆复合堵漏法”有效的一次性解决井漏难题，保障后续施工的安全。

3)大斜度井段(井斜40～80°)携砂及水平段井眼清洁问题；水平段托压签黏卡明显，井身轨迹控制难度大。

①增大排量。控制环空返速。环空返速是影响井眼净化的主要因素，但过高的环空返速将会对井壁造成严重的冲蚀，所以在利于减缓岩屑床形成的同时需要控制环空返速和排量。

②改善钻井液性能，提高钻井液的动切力[1]。钻进中要随时补充高分子聚合物，增强钻井液的悬浮、携砂能力；严格控制钻井液中黏土含量，做好钻井液固相净化，使用好振动筛、离心机、除砂器、除泥器等固控设备，清除钻井液中有害固相。使用加量为2%～2.5%的QS-2、1%～1.5%FT-1改善滤饼质量，使泥饼薄而致密。钻井液中加入固体润滑剂、液体润滑剂，降低钻井液摩擦系数。

4)斜井段地层古老下部地层可钻性差，钻速慢，摩阻扭矩大。

在地层可钻性(PDC钻头的可钻性与声波时差关系曲线,见图1；可钻性级值,见表3)研究的基础上个性化设计的基础上，通过作业现场试验应用，将斜井段PDC钻头基本结构确定为“五刀翼、双排齿、TSP强化长保径”主切削齿 17 mm[2]。结合以往数据资料，优选了适合斜井段钻井的PDC钻头，平均机械钻速从 1.5 m/h 提高到 2.1 m/h,

图1 声波时差与PDC钻头可钻性关系回归曲线

表3 PDC钻头可钻性级值

4 应用效果

延长气田针对建产快的水平井开展了一系列提高钻井速度的技术攻关，通过优化井身结构、“个性化”的PDC钻头、优化钻井液技术、改善斜井段和水平段的清砂技术等一系列技术革新，平均机械钻速较往年平均值提高约67.3%。2019年水平井钻井情况,见表4。延520平1井创造了第一口完钻的四开结构水平井、水平井延长历史施工速度最“快”(97.29天)、水平井历史施工最“安全”(零复杂和零事故)、水平井历史施工砂岩钻遇率最“高”(100%)的佳绩。

表4 水平井钻井情况统计

5 结论及认识

1)“五刀翼、双排齿、TSP强化长保径”的五刀翼PDC钻头在延长气田天然气水平井斜井段地层比较实用，在满足造斜需求的前提下，机械钻速也得到了提高。

2)KCl聚磺钻井液体系具有较强的抑制性，对于水平段出现泥岩易垮塌有较好的预防作用，施工过程中需要对钻井液密度进行不断的调整，保证井壁的稳定性。

3)为减小水平段钻井过程的托压，钻具结构越简单越好，一般不连接过多的大钻具。钻进过程中配合短起程下钻、分段循环和划眼等措施，有效破坏岩屑床。