大庆徐深气田小井眼水平井技术及配套工艺

2022-12-13张文雨

西部探矿工程 2022年4期

张文雨

（大庆钻探工程公司钻井二公司，黑龙江大庆 163000）

自小井眼水平井技术首次在美国问世以来，在世界各大油田，特别是老油田的老井改造、剩余油气资源挖潜过程中发挥了重要作用，不仅提高了老井产量和总体采收率，还降低了大量的钻井成本。徐家围子深层天然气含量丰富，是大庆油田天然气勘探开发的重点区块，由于天然气埋藏深、储层致密物性差、低温梯度高、岩石硬度大等原因，打一口新井存在周期长、成本高等问题。因此，开展小井眼水平井井身结构优化设计、钻头设计及优选、优化钻具组合以及钻完井液等技术与工艺研究，现场成功应用证明，利用小井眼水平井技术可有效改造深部地层老井眼，实现深层天然气的经济有效开发[1-2]。

1 小井眼水平井技术简介

小井眼水平井技术是指用直径小于等于6″的井眼穿过目的层，井斜不小于86°，并保持这一角度直至打完水平段的一种钻井技术。具有小井眼井和水平井的双重优点，具有机械钻速高、钻井成本低、环境污染物排放量少等优势，在老油田加密井开采剩余油、老井和报废井改造再利用，以及特殊油气藏资源的开采中得到广泛应用。

小井眼钻井技术在国外研究起步较早，20世纪50年代美国就开始使用该项技术，节约了钻井成本，20世纪60年代前后是国外小井眼技术发展的高峰期，世界上各石油公司共钻超过3200口小井眼井，取得了较高的经济效益。进入21世纪前后，国际油价居高不下，小井眼技术未得到足够重视，技术也未取得实质性突破。直到近10年来，各老油田开发进入后期和国际油价的下跌，小井眼技术和小井眼水平井技术再次进入高速发展阶段，除了在1000m以内浅井中得到应用，在垂深超过3500m的深井中也得到较大范围应用，并取得了良好效果[1]。

2 徐深气田小井眼水平井技术难点

在徐深气田应用小井眼水平井技术，主要存在以下几方面的技术难点：

（1）井斜较大，接近90°，由于钻具外径较小，钻进过程中钻具偏心弯曲变形大，钻具加压困难，扭矩传递也困难，显示钻压不能完全作用于钻头，会严重影响钻井速度；

（2）徐深气田储层埋藏深，地层岩石可钻性差，对钻头要求较高，如果钻头选型不符合地层要求，会严重影响钻井速度，导致钻井周期延长；

（3）低温梯度高，最高温度超过150℃，需要钻井液具有良好的抗温性能，避免钻井液处理剂因高温降解而发生增稠作用，进而影响钻井速度和质量[2]；

（4）在超过3500m 的深部地层应用小井眼水平井技术，对钻井液的携岩携屑能力和润滑性要求较高，如果钻井液粘切不合理极易在斜井段和水平段形成岩屑床，导致卡钻等事故的发生。

3 配套技术及工艺

3.1 井身结构优化设计

徐深气田小井眼水平井技术的成功应用，井身结构设计必须合理，设计原则是首先要保护好油气层，其次是要杜绝漏、喷等井下复杂发生，确保钻井顺利进行；然后是确保钻井液液柱压力能够有效平衡井内压力，不能将套管鞋处裸露地层压裂，还要能够平衡地层压力；最后优化设计套管层次和下入深度，确保裸眼井段的长度即为两相邻套管下入深度之差。

对钻井周期和成本、井深和造斜点位置、裸眼段长度、完井方式和地层三项压力，以及钻遇地层不同岩性特征等多因素进行综合考虑，确定最佳井身结构。

套管层次：徐深气田深部地层岩性较为稳定，根据以往该区块设计经验和水平井钻井经验，通过优化套管与钻头尺寸配合，采用三层套管设计方案形成10-3/4″→7″→4-1/2″井身结构系列，当出现复杂后每层之间可以加放一层非标套管。二开的井控和井壁稳定问题，可以通过提高钻井液密度平衡地层压力来解决，从而缩短钻井周期、降低钻井成本[3]。

3.2 钻头设计及优选

钻头在钻井过程中具有重要的作用，合理选用钻头的类型和参数是提高钻井速度、降低钻井成本和缩短钻井周期的关键环节。经过研究得知，徐家围子营城组地层可钻性级值在8.0～10.4之间，并且富含直径在0.5～5cm之间砂质砾岩，个别直径能达到7～10cm，砾石之间充填的砂质基质含量高，钻进中对钻头磨损极为严重。因此，在小井眼水平井钻进中需选择耐磨损高级别的钻头类型：直井段采用PDC 钻头，造斜段及水平段采用与地层配伍性较好的高转速镶齿金刚石牙轮钻头。

3.3 钻具组合优化

在二开造斜段的钻具组合为：215.9mm 钻头、9m（弯角1.25°～1.5°172mm 螺杆+212mm 本体稳定器）、172mm 浮阀、9m172mmMWD、9m165.1mm 无磁钻铤、54m158.8mm 钻铤、158.8mm 投入式止回阀、270m127mm 加重钻杆、127mm 斜坡钻杆；三开造斜段和水平段的钻具组合为：152.4mm 钻头、5m（弯角0.75°～1.25°120.6mm 螺杆+148mm 本体稳定器）、120.6mm 浮阀、13m120.6mmMWD、9m120.6mm 无磁钻铤、54m88.9mm加重钻杆、1260m88.9mm斜坡钻杆、120.6mm 投入式止回阀、243m88.9mm 加重钻杆、88.9mm斜坡钻杆[4]。

3.4 钻井液技术措施

小井眼水平井钻井液技术在造斜段和稳斜段要求具有合适的钻井液密度、润滑性能和抑制防塌能力，提高钻井液对井壁的力学稳定作用，在井壁上形成的泥饼要光滑致密，泥饼粘滞系数要在0.1 以内，满足钻具在起下钻过程中与井壁低摩擦系数的要求。在水平段施工时，要适当提高钻井液的动切力，保持动塑比在合理范围内，以确保钻井液具有良好的携岩携砂能力，避免在水平段堆积成岩屑床，造成砂桥卡钻等事故[5]。

因此，通过开展抗温型处理机优选和配方研究，形成适合徐深气田小井眼水平井技术的钻井液配方：4%～5%膨润土+ 0.5%纯碱+1%～2%铵盐+0.3%～0.5%复合抑制剂+1%～2%DS-302+0.2%～0.4%阳离子包被剂+1.5%～2%高效封堵降滤失剂+1%～2%低荧光井壁稳定剂+1%～2%HA 树脂+1%～2%SFT-1。经过室内评价实验，该体系能抗温150℃，高温高压失水小于12mL，动塑比在0.4 以上，极压润滑系数小于0.1，能够满足施工需求。