新沙21-27H长水平段水平井钻井实践

2013-09-20胥豪唐洪林张晓明房海涛

断块油气田 2013年1期

胥豪，唐洪林，张晓明，房海涛

（1.长江大学石油工程学院，湖北荆州 434023；2.中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院，山东东营 257017；3.中国石油集团渤海钻探工程有限公司第五钻井分公司，河北沧州 062450）

1 油藏地质概况

新沙21-27H是部署在川西坳陷新场构造北翼的一口长水平段开发水平井。新场构造总体呈西高东低、南陡北缓的不对称分布，目的层为上沙溪庙组，埋深2 100～2 300 m，储层以中—细粒长石岩屑、岩屑长石砂岩为主，部分井段夹少量薄层棕红色泥岩、泥质粉砂岩及粉砂质泥岩；孔隙度平均9%，为中—低孔储层，渗透率平均 0.13×10－3μm2，属典型致密气藏。该气藏采用常规方式开发的效果不佳，随着长水平段水平井和大型加砂压裂技术的应用，其开发价值得到显著提升。

2 井身结构和井眼轨道设计

新场气田以往水平井多采用三开井身结构设计，二开采用φ311.2 mm钻头钻进，φ244.5 mm技术套管下至A靶点，三开采用φ215.9 mm钻头钻至完钻井深。由于二开钻头尺寸较大，机械钻速普遍较低，再加上中完作业时间，施工周期普遍较长。为了缩短钻井周期，节约钻井成本，新沙21-27H井采用二开井身结构设计（见表1），有利于机械钻速的提高。

为了增大气层裸露面积，提高单井产量，配合大型加砂压裂技术，新沙21-27H井设计为长水平段水平井，采用“增—稳—增”剖面类型，中间设计18.19 m调整段，一方面考虑水平井目的层垂深可能与设计存在偏差［1］，另一方面考虑造斜率异常，增加调整段有利于井眼轨迹控制，井眼轨道优化设计如表2所示。

表1 新沙21-27H井井身结构设计

表2 新沙21-27H井井眼轨道设计

3 施工难点

1）施工周期长。由于地层抗压强度大，可钻性差，钻头进尺少，起下钻频繁，在高密度、高摩阻、高扭矩情况下易发生井下复杂情况或事故（如断钻具、井漏、卡钻等），导致施工周期长。

2）井身结构设计独特。二开裸眼段长2 888.64 m，且水平段长达1 038.67 m，摩阻、扭矩极大，使得井眼轨迹控制困难，水平段后期容易出现滑动钻进时效低，甚至无法再进行滑动钻进的情况［2-5］。

3）钻井液性能要求高。造斜段及水平段设计钻井液密度为1.60～1.90 g/cm3，区块邻井水平段钻井液密度为1.80～2.10 g/cm3，高密度下钻井液润滑防卡、降摩减扭、防漏堵漏、稳定井壁的难度加大，还容易导致MWD 信号传递困难，降低钻井效率［6-9］。

4）井身质量要求高。新沙21-27H井场规划部署3口水平井，井间距4.00 m，因此直井段的防斜打直非常重要，以避免同平台井在直井段相碰造成事故。另外，本井水平段靶框要求上下2.00 m，左右15.00 m，过高的靶框要求会增加现场控制难度。

5）井眼清洁困难。随着水平段的延伸，携岩越来越困难，容易在井眼低边形成岩屑床，使得井眼不通畅，井内摩阻、扭矩变大，钻进更加困难［10］；加之井眼环空小，若砂体疏松，钻时较快，岩屑不能及时带离井底，还容易造成卡钻事故。

4 技术措施

4.1 井眼轨迹控制

长水平段水平井与一般的定向井、水平井不同，减少摩阻、扭矩是关键技术之一。实钻过程中应尽量控制好造斜率，避免因造斜率过高使得摩阻、扭矩增大，增加后期施工难度［11-12］。在水平段应通过钻具组合和钻进参数的调整达到稳斜效果，避免过多调整井眼轨迹，从而提高钻井效率。根据井眼特点和轨迹控制的需要，新沙21-27H井先后采用了“单弯动力钻具+无线随钻测量”及“单弯动力钻具+欠尺寸稳定器+无线随钻测量”的单弯双稳钻具结构，前者主要用于造斜段，后者主要用于水平段；同时配合负脉冲无线随钻系统进行井眼轨迹测量，取得了良好效果。

4.1.1 直井段

新沙21-27H井为三井同台，且上部属易斜地层，直井段防斜打直非常重要。一开采用“φ311.2 mm钻头+φ203.2 mm 钻铤+φ177.8 mm 钻铤+φ165.1 mm 钻铤”的塔式钻具组合，二开采用“φ215.9 mm钻头+φ203.2 mm 钻铤+φ214 mm 稳定器+φ177.8 mm 钻铤+φ165.1 mm钻铤”的塔式加钟摆钻具组合，取得了良好的防斜效果，直井段最大井斜仅1.68°，而区块邻井直井段井斜多在 3～5°。

4.1.2 增斜段

增斜段采用“φ215.9 mm钻头+φ172 mm 1.5°单弯钻具+无线随钻测量”的钻具组合，滑动钻进与复合钻进交替进行，使得实钻轨迹贴近设计轨道［13-15］；施工过程中控制井斜和垂深稍微提前设计轨道，从而降低入靶造斜率，做到精确中靶。实钻斜井段轨迹满足设计要求，且轨迹圆滑，最高造斜率仅27.17（°）/hm。

4.1.3 水平段

水平段采用“φ215.9 mm 钻头+φ172 mm 1.25°单弯钻具+欠尺寸稳定器+无线随钻测量”的单弯双稳钻具组合。φ172 mm单弯钻具自带φ212 mm螺旋扶正块，根据同类型钻具组合施工经验优选φ212 mm欠尺寸稳定器，并选择扶正块长度在200～300 mm，避免扶正块过长增大摩阻和扭矩，增加井下不安全因素。通过调整钻压来调整钻具组合的稳斜效果；水平段钻井液排量29～32 L/s，转盘转速120 r/min，通过大排量、高转速并间断短起下钻清除岩屑床，提高携岩效果。实钻水平段长度1 039.21 m，机械钻速8.25 m/h，滑动进尺54 m，比例仅为5.2%，取得了良好的控制效果。

4.2 摩阻、扭矩跟踪分析控制

摩阻、扭矩是长水平段水平井最突出的问题，随着位移增加，摩阻和扭矩相应增加。如何对实钻摩阻、扭矩水平进行监测和评估，以采取相应的技术措施，从而达到安全快速钻进的目的是施工重点［16-21］。新沙21-27H井利用Wellplan软件对上提、下放摩阻及扭矩进行跟踪（见图1、图2），并通过数据反算摩阻系数（见图3），从而指导现场施工。

根据现场跟踪情况，井深2 500 m以下摩阻呈现较快增加趋势，实测扭矩与预测扭矩出现较大背离，摩阻系数达到0.4～0.5，定向钻进比较困难，效率低下；因此现场加强钻井液处理措施，增加润滑剂含量，确保摩阻系数不再继续增加。钻进到3 090 m后进行短起下钻作业，畅通井眼，并加大钻井液排量，确保携岩，改善了摩阻和扭矩水平，从而顺利钻达完钻井深。

4.3 钻头优选

根据该区块地层特点，结合PDC钻头适用性分析，增斜段和水平段采用“PDC钻头+单弯螺杆”的优快钻具组合。定向钻进时选用短保径PDC钻头，工具面稳定，侧向能力强；复合钻进时则切削能力强，扭矩小，钻速高。新沙21-27H井二开全井段采用5刀翼ABS1605F型PDC钻头，单只钻头进尺1 104.20 m，完钻起出后保径齿良好，端部切削齿轻微磨损，证明PDC钻头应用效果好，大大减少了起下钻辅助时间，提高了钻井效率。

图1 上提、下放钻具实测摩阻水平

图2 预测与实测扭矩对比

图3 实钻摩阻系数校正

4.4 钻井液技术措施

二开采用正电胶聚磺钻井液体系，在直井段遂宁组地层，确保钻井液具有较强的润滑性和防塌抑制性。进入造斜段后逐步加入足量润滑剂，增强钻井液的润滑防卡性能，基本配方为“上部基浆+（2%～4%）磺化酚醛树脂+（2%～4%）无铬磺化褐煤+（1%～2%）磺化丹宁+（3%～4%）沥青类防塌剂+（3%～5%）液体润滑剂+（1%～2%）极压润滑剂+（0.1%～0.2%）乳化剂”。进入水平段后钻井液配方为“上部基浆+（4%～6%）液体润滑剂+（1%～2%）聚合醇+（1%～2%）极压润滑剂+（0.1%～0.2%）乳化剂”，使钻井液具备很强的抑制性、封堵性和润滑性，并加强维护，确保钻井液性能稳定。水平段钻井液性能为：密度 1.89～1.95 g/cm3，漏斗黏度 50 s，失水 3 mL，泥饼厚度0.5mm，pH值9，含砂量0.2%，塑性黏度32mPa·s，动切力 14.5 Pa，切力 5/12 Pa，固相体积分数 34%，膨润土质量浓度28.6 g/L，油相体积分数5.6%。在摩阻、扭矩较大井段和定向钻进困难井段，加入CC40，RH220，RH102等润滑材料，提高钻井液润滑性；在钻井液循环系统方面采用4级净化系统，并采取短起下钻、大幅度活动钻具、大排量循环钻井液等工程措施，确保携岩，避免岩屑床的形成和堆积。

5 实钻效果

新沙21-27H井完钻井深3 407.00 m，水平位移1 336.70 m，水平段长度1 039.21 m，实钻周期39.96 d，比设计周期提前27.04 d，水平段单趟钻最高进尺788.20 m，单只钻头最高进尺1 104.20 m，水平段平均机械钻速8.25 m/h，水平段滑动进尺占5.2%，气层钻遇率99.23%，取得多项良好指标；全井平均机械钻速6.63 m/h，台月效率2 561.65 m，创川西地区3 001～3 500 m水平井平均机械钻速最高、台月效率最高2项纪录。