贾 佳，夏忠跃，冯 雷，李明杰

(中海油能源发展股份有限公司 工程技术分公司,天津 300450)

神府致密气区块位于陕西省榆林市神木县和府谷县，地跨鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东北段和晋西挠褶带西北缘，区块内地表复杂，黄土厚度10～150 m，起伏剧烈，受后期河流侵蚀而支离破碎，形成了树枝状冲沟及塬、梁、峁、坡并存的地貌特征[1-3]。自上而下钻遇地层有刘家沟组、石千峰组、上石盒子组、下石盒子组、山西组、太原组、本溪组、马家沟组。由于自然产能很低，需要低成本高效的开发方式[4-6]，以实现非常规油气的快速发展。神府区块早期钻井采用的常规井身结构为：Ф311.15 mm井眼×Ф244.5 mm套管+Ф215.9 mm井眼×Ф139.7 mm套管，存在钻井工期长、钻速慢、岩屑量大等问题，尤其随着环保要求的严格，废弃物处理成本剧增，为了提速降本，需对常规井身结构进行优化和改进。

1 井身结构改进

以早期常规井身结构为基础，进行了逐步的改进，对不同井身结构对悬重、扭矩、泵压、侧向力、固井ECD、成本的影响进行了分析和研究。神府区块井身结构进行了多次改进研究，分别从井身结构1、井身结构2，调整至井身结构3和井身结构4，如图1所示。

以神府区块的定向井1D井为例，对不同井身结构下悬重、扭矩、泵压、侧向力、固井ECD、成本等进行比较分析[7-9]，1D井轨迹情况为：造斜点300.0 m；造斜终点544.7 m；造斜终垂深537.3 m；造斜率3.0(°)/30 m；终点井斜角24.5(°)；终点方位103.9(°)；井底垂深2 270.0 m；井底斜深2 448.3 m；井底位移889.8 m。

1.1 钻进和下套管中受力分析

钻进过程中，在同等条件下井身结构1的钻具受力最大，其中在井口受力68 t(见图2)，而井身结构3和井身结构4的受力情况相差不大，但两者都小于井身结构2的受力。所以，当使用常规井身结构即井身结构1钻井时，使用的钻机高于其他小井眼井身结构的钻机级别，当使用ZJ20进行小井眼井身结构的钻井时，则需要使用ZJ30钻机进行井身结构1钻井作业[10-11]。

在同等条件下，下套管过程中，井身结构1二开使用的是17磅的Ф139.7 mm生产套管，比其他井身结构使用的11.6磅的Ф139.7 mm套管重，其受力最大，其中在井口受力达到86 t，而其他三种井身结构的受力相差不大(见图3)。

1.2 扭矩分析

钻进过程中，在造斜段前扭矩保持定值，随着井深加深，扭矩逐渐减小；同等条件下，井身结构1的扭矩值比其他三种井身结构都大；三种小井眼井身结构中，扭矩值相差不大，但井身结构4略大于其他两种(见图4)。

1.3 侧向力变化

随着井深逐渐加深，侧向力呈现出不变、增大、减小、不变、增大、减小的总趋势(见图5)。其中，井身结构1的侧向力均明显大于其他三种小井眼井身结构的侧向力，而其他三种井身结构侧向力基本相同[12-13]。

1.4 泵压变化

钻进过程中，随着排量增大，泵压逐渐增大，但实现井眼清洁的最小排量不尽相同[14-15]，井身结构1所需要的最小排量为1.5 m3/min，而其他三种小井眼井身结构所需要的最小排量为0.8 m3/min。同时，在相同排量下，采用小井眼井身结构，泵压均比常规的井身结构1泵压高，其中，井身结构2的泵压最高，当排量在1 m3/min，泵压可以达到16.3 MPa，其他三种井身结构的泵压均不超过10 MPa(见图6)。

1.5 固井井底ECD变化

在固井过程中，随着井深增加，ECD值逐渐增大[16-18]；不同井身结构，ECD值不同，表现出的规律是：井身结构2的ECD值>井身结构4的ECD值>井身结构3的ECD值>井身结构1的ECD值。其中，井身结构2进行固井时，现场发生过因井底ECD过大压漏地层的情况(见图7)。所以，为了避免井底ECD过大，需要控制ECD值在1.88 g/cm3以下。

1.6 成本

1)钻井液用量。对不同井身结构的钻井液用量进行计算，小井眼井身结构使用的钻井液用量比井身结构1的用量少，井身结构1共使用钻井液113.9 m3(一开16 m3、二开97.9 m3)，井身结构2使用钻井液57.9 m3(一开7.7 m3、二开50.2 m3)，减少了57.9%；井身结构3使用钻井液79.8 m3(一开16 m3、二开63.8 m3)，减少了29.94%；井身结构4使用钻井液67.1 m3(一开9.6 m3、二开57.5 m3)，减少了41.09%。

2)套管用量。井身结构1的套管用量最多，共使用套管68.66 t(一开11.34 t、二开57.32 t)，井身结构2使用45.42 t(一开6.30 t、二开39.12 t)，减少了33.86%；井身结构3使用50.46 t(一开11.34 t、二开39.12 t)，减少了26.52%；井身结构4使用47.4 3t(一开8.32 t、二开39.12 t)，减少了30.92%。

1.7 对比小结

从管柱受力、扭矩、侧向力、泵压、固井井底ECD、成本等几个因素，对4种井身结构进行综合对比(见表1)，井身结构4具有比较好的优势。在满足降低作业难度和作业风险，提高作业效率的情况下，可以有效地实现降本的目的[19-20]。

表1 不同井身结构综合对比分析表

注：√号表示该种井身结构更具有优势。

2 现场应用

2.1 钻井工期

4种不同井身结构钻井工期对比如图8所示。结果表明，使用井身结构1，折算2 000 m平均当量钻井工期23.92 d；使用井身结构2，平均当量钻井工期22.21 d；使用井身结构3，平均当量钻井工期19.49 d；使用井身结构4，平均当量钻井工期17.46 d；井身结构4相对于井身结构1，工期缩短了27%，说明井身结构4具有比较大的优势。

2.2 机械钻速

随着井身结构的不断改进，钻进时的机械钻速也呈现逐渐加快的趋势(见图9)。使用井身结构1，平均机械钻速7.4 m/h；使用井身结构2，平均机械钻速8.5 m/h；使用井身结构3，平均机械钻速9.8 m/h；使用井身结构4，平均机械钻速10.1 m/h；井身结构4相对于井身结构1，机械钻速提高26%，说明井身结构4更利于实现增效目的。

2.3 钻井成本

现场作业表明，使用井身结构4进行钻进，可以有效减少钻井液用量，岩屑产生数量减少40%以上；使用的钻具和套管尺寸小，可以节省30%钢材；对钻机的要求降低，钻井作业费得到了减少；对井场面积要求减少，更利于山区等土地匮乏地区的作业。

3 结论

经过改进的井身结构Ф311.15 mm×Ф244.5 mm+Ф215.9 mm×Ф139.7 mm，更适合目前神府区块的致密气钻井作业。使用改进后的井身结构，可以有效提高机械钻速26%，缩短工期27%；可以减少40%钻井液用量，减少30%管材用量，达到实现降本的目的；可以有效解决固井中ECD较高产生的井漏问题。现场应用表明，改进后的井身结构可以在神府致密气区块推广使用。