摘要 DP1井是中國石油化工股份有限公司在鄂爾多斯盆地大牛地氣田部署的第一口小井眼氮氣泡沫全過程欠平衡長水平段水平井。該井為探索在小井眼條件下開發(fā)低壓低孔低滲致密砂巖的自然建產(chǎn)潛力，設(shè)計水平段井眼尺寸為øl52．
關(guān)鍵詞 鄂爾多斯盆地 大牛地氣田 小井眼 長水平段 氮氣泡沫鉆井液 欠平衡 軌跡控制 低效氣藏 高效開發(fā)
隨著鉆井工藝技術(shù)水平的不斷提高，小井眼井開采油氣的優(yōu)越性更加明顯。鉆小井眼井的鉆井設(shè)備小、重量輕，便于偏遠(yuǎn)地區(qū)鉆井設(shè)備的搬遷和安裝，井場各項費用少，鉆同樣深度的井巖屑少?？s短了鉆井周期，降低了鉆井成本，適合于開發(fā)各類油氣藏。欠平衡鉆井技術(shù)[1 -2]在鉆井過程中實現(xiàn)了井筒壓力小于地層壓力，鉆井液不會進(jìn)入儲層造成近井壁油氣層的傷害。因此，特別適合于采用常規(guī)鉆井方法無法實現(xiàn)油氣層保護(hù)的低壓地層，以及與鉆井液濾液作用后滲透率急劇降低的水敏、鹽敏、堿敏及碎屑巖等儲層。長水平段水平井的優(yōu)點是井眼在產(chǎn)層中水平延伸，可以更大限度地穿越油氣層，大幅度增加油氣藏裸露面積，連通各
種小型圈閉、增加縫洞鉆遇率，改善油氣田勘探開發(fā)效果，提高油氣采收率。
1 DPl9井概況
DP19井位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東北部，勘探層位為二疊系下石盒子組盒l段。鉆探的地質(zhì)任務(wù)是新建盒l段氣層的自然產(chǎn)能，評價水平井開發(fā)大牛地氣田盒l段氣藏的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性。
DP19井ø241．
2 主要技術(shù)難點
氣藏主要分布在辮狀河道砂體[3]，橫向上變化比較大，且儲層夾泥巖薄層、泥巖薄層分布不穩(wěn)定和無規(guī)律、砂巖研磨性強、地層壓力低等特點給鉆井施工帶來了一系列的難題。
2．1 泥巖夾層不利于井壁穩(wěn)定
本井開發(fā)層位為下石盒子組，其為辮狀河流沉積環(huán)境，呈北東 南西向展布，地層標(biāo)志層不夠清晰，沉積相橫向變化快，井網(wǎng)較稀，致使地層對比難度大[2]，欠平衡條件下鉆遇泥巖薄層，易出現(xiàn)泥巖井壁失穩(wěn)問題；氮氣泡沫鉆井液不能在井壁形成有效的泥餅，泥巖段井壁容易坍塌，給鉆進(jìn)施工帶了一定的難度。主要體現(xiàn)在以下3方面：
1)由于地層標(biāo)志層不夠清晰，沉積相橫向變化快，并且井網(wǎng)較稀，致使地層對比難度大，目的層盒1段沒有標(biāo)志層位，著陸井段控制井眼軌跡精確進(jìn)入目的層帶來了很大難度。
2)目的層盒l段砂體夾泥巖薄層，預(yù)測困難，泥巖段井壁不穩(wěn)定，易垮塌，欠平衡條件下井壁穩(wěn)定問題突出。
3)地層研磨性強，單只鉆頭使用壽命短，進(jìn)尺少，增加了起下鉆次數(shù)。
2．2 鉆具組合對井眼軌跡控制效果的制約
大牛地氣藏為低孔、特低滲巖性氣藏，平面上相變快、物性差，非均質(zhì)性強，使用同一種導(dǎo)向鉆具組合因造斜率不同，給待鉆井眼軌跡的預(yù)測帶來了困難，增大了軌跡控制的難度。
2．2．1 水平段鉆桿尺寸為ø
水平段使用的ø
2．2．2 水平段復(fù)合鉆進(jìn)增斜率較高，需要經(jīng)?；瑒鱼@進(jìn)降井斜，影響鉆井時效
水平段采用“PDC鉆頭+單彎空氣螺桿+欠尺寸扶正器”的單彎雙穩(wěn)定器鉆具組合進(jìn)行導(dǎo)向鉆進(jìn)，希望通過優(yōu)選螺桿扶正器外徑和欠尺寸扶正器的外徑的相對大小保證穩(wěn)斜鉆進(jìn)。但在實際施工過程中，由于地層對鉆具的磨損、不同井段鉆進(jìn)參數(shù)的時刻變化等因素，難以維持底部鉆具組合穩(wěn)斜性能的穩(wěn)定性，因此往往復(fù)合鉆進(jìn)一段后需要配合滑動鉆進(jìn)才能滿足施工要求。由于使用的氮氣泡沫鉆井液潤滑性能較差，摩阻相對較大，另外又是小尺寸鉆具，滑動鉆進(jìn)時工具面不穩(wěn)定，加大了滑動鉆進(jìn)的難度，影響鉆井時效。
2．2．3 水平位移大，水平段長，摩阻扭矩大，軌跡控制困難，后期鉆井效率低
本井在水平段達(dá)到l
2．3 小井眼懸空側(cè)鉆難度大
本井水平段施工過程中共側(cè)鉆兩次。在小井眼氮氣泡沫欠平衡鉆井技術(shù)條件下實施懸空側(cè)鉆作業(yè)所面臨的主要技術(shù)難題有：
1)鉆頭型號為P5234MH的PDC鉆頭，其破碎巖石的方式為切削型，相比牙輪鉆頭，加大了側(cè)鉆難度。
2)采用l．25°的單彎空氣螺桿，與常規(guī)側(cè)鉆選用大度數(shù)(1．5°或l．75°等)的單彎螺桿相比，鉆頭側(cè)向力小，側(cè)鉆成功率低。
3)使用氮氣泡沫鉆井液技術(shù)下實施懸空側(cè)鉆作業(yè)，與常規(guī)鉆井液側(cè)鉆相比，井壁易失穩(wěn)，不利于夾壁墻穩(wěn)定。
2．4 水平段氮氣泡沫攜巖困難
氮氣泡沫排量一定，隨著水平段的延伸，攜巖變得越來越困難，欠平衡條件下機械鉆速較高，井眼凈化不徹底，容易在井眼低邊形成巖屑床，增大了砂卡的幾率。而且一旦鉆遇泥巖，氮氣泡沫不具備防塌能力，勢必造成大塊泥巖攜帶不動，加之運移距離較長，很快在該井眼處堆積大量巖屑，加之小井眼環(huán)空小，更容易造成卡鉆。
2．5 井下鉆具震動對EMWD的影響
井下儀器由多個獨立的模塊串聯(lián)而成，在節(jié)點部位抗持續(xù)震動的能力較薄弱，而氮氣泡沫作為循環(huán)介質(zhì)的情況下，流速較快，鉆井液體系的阻尼作用小，造成底部鉆具震動嚴(yán)重，容易使某部分部件失效，造成EMWD故障。
3 主要技術(shù)措施
為探索在小井眼條件下采用氮氣泡沫欠平衡長水平段水平井技術(shù)開發(fā)低壓低滲天然氣田的開發(fā)效果，進(jìn)一步完善氮氣泡沫作為循環(huán)介質(zhì)下欠平衡長水平段水平井井眼軌跡控制配套技術(shù)?；谏鲜黾夹g(shù)難點的分析，主要采取了以下技術(shù)措施。
3．1 井眼軌跡的優(yōu)化設(shè)計
由于本井水平段長為1
1)根據(jù)地質(zhì)提供的井口位置和靶點位置，結(jié)合井底水平位移的偏移量及其與靶點的位置關(guān)系，重新選擇造斜點，優(yōu)化施工剖而。
2)遵循剖面所設(shè)計的造斜率比實際螺桿鉆具在該井地層中的所能達(dá)到的造斜率小的原則，全井采用“直-增-穩(wěn)-增-穩(wěn)”剖面類型，在保證第一造斜率大于第二造斜率前提下，使第一造斜率和第二造斜率相差較小，利于減小后期施工井眼軌跡所帶來的摩阻扭矩問題。
3)局部造斜率的控制，鉆具組合在滿足設(shè)計造斜率前提下，加大滑動井段和復(fù)合井段的交錯施工的連續(xù)性，避免長井段的滑動，以降低井眼軌跡所帶來的摩阻問題。
設(shè)計及實鉆數(shù)據(jù)見表l。
3．2 鉆具組合、鉆井參數(shù)優(yōu)化設(shè)計
3．2．1 鉆具組合的優(yōu)選[6]
水平段采用單彎雙穩(wěn)定器鉆具組合“ø1 52．4mmPDC鉆頭+1．25°單彎空氣螺桿+欠尺寸扶正器”，在水平段施工中，隨著水平段長的增加，實時地調(diào)整倒裝鉆具；同時，為了維持其穩(wěn)斜的力學(xué)性能，優(yōu)化單彎空氣螺桿扶正器外徑和欠尺寸扶正器外徑的相對大小，施工中螺桿扶正器選用外徑尺寸ø l
3．2．2鉆井參數(shù)的優(yōu)化
當(dāng)滑動鉆井時，根據(jù)鉆時和工具面的工況要求，確定了合理的鉆壓范圍。既保證有進(jìn)尺還能滿足滑動造斜目的，同時還滿足了鉆具所能承受變形損壞的安全鉆壓范圍內(nèi)；復(fù)合鉆進(jìn)過程中，結(jié)合待鉆井眼軌跡所需井斜角和復(fù)合鉆增井斜率的變化規(guī)律來確定鉆壓的大小。同時根據(jù)待鉆井眼軌跡所需方位角的大小和復(fù)合鉆方位漂移率的變化規(guī)律來確定轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速的大小，以便合理的利用其復(fù)合鉆造斜率。
為了提高攜巖效率，避免巖屑床的形成，保證井下安全，水平段施工中，在基液的密度、發(fā)泡體積、析液半衰期等參數(shù)穩(wěn)定的條件下，通過相應(yīng)的泡沫鉆井液軟件計算，確定了合理的氮氣排量為55～60 m3／min，基液排量為2～3 L／S。
3．3 長水平段水平井井眼軌跡控制技術(shù)
3．3．1增斜井段施工
采用先進(jìn)的無線隨鉆測量儀器MWD進(jìn)行隨鉆監(jiān)測，并對測斜數(shù)據(jù)采用先進(jìn)的井眼軌跡控制軟件及時處理和預(yù)測，對待鉆井眼軌跡重新設(shè)計，提高井眼軌跡控制的精度。
在探尋氣層的過程中，采用中國石化勝利石油管理局鉆井工藝研究院自主研發(fā)的帶有自然伽馬地質(zhì)參數(shù)的LWD地質(zhì)導(dǎo)向儀器，LWD儀器可提供的井下實時地層信息，結(jié)合地質(zhì)撈砂砂樣分析情況，綜合分析所鉆遇的地質(zhì)環(huán)境和巖性情況，引導(dǎo)井眼軌跡進(jìn)入氣層。
3．3．2 水平段鉆進(jìn)
由于采用氮氣泡沫鉆井液，使用英GELINK公司生產(chǎn)的E-LINK MWD無線隨鉆測量儀器，E-LINK MWD把表征井底井眼軌跡參數(shù)的信號和表征地層特性的信號轉(zhuǎn)換成電磁信號，地面接收設(shè)備收到電磁信號后再還原成表征井底井眼軌跡參數(shù)和地層特性的原始數(shù)據(jù)，根據(jù)E-LINK MWD)所提供的井眼軌跡數(shù)據(jù)和隨鉆測井?dāng)?shù)據(jù)對待鉆井眼軌跡做出實時調(diào)整，來設(shè)計和控制井眼軌跡走向，使井眼軌跡能夠安全有效地沿著實際的目的層鉆進(jìn)，提高了氣層穿透率。
3．4 小井眼水平段裸眼懸空側(cè)鉆技術(shù)
3．4．1 利用E-LINK MWD測井?dāng)?shù)據(jù)確定側(cè)鉆點
本井在水平段鉆進(jìn)中，兩次鉆遇泥巖，實施了3次裸眼懸空側(cè)鉆作業(yè)，2次成功。由于水平段砂巖中夾有泥巖層，部分井段有礫石，因此根據(jù)LWD儀器測井反映的地質(zhì)參數(shù)，選擇在地層自然伽馬值穩(wěn)定即巖性均質(zhì)的井段實施裸眼懸空側(cè)鉆作業(yè)。
3．4．2側(cè)鉆作業(yè)
由于盒1段地層致密，在施工中嚴(yán)格按照懸空側(cè)鉆作業(yè)程序進(jìn)行操作外，還需要加大劃槽作業(yè)的次數(shù)，根據(jù)摩阻顯示優(yōu)化每次劃眼井段的時間參數(shù)。
根據(jù)鉆具造斜率大小、地層巖性及相應(yīng)軟件分析形成穩(wěn)定的夾壁墻所需要的控時鉆進(jìn)的井段，控時鉆進(jìn)后可慢慢加壓鉆進(jìn)[6-9]。通過對比對應(yīng)井深時的井斜角、方位角、垂深的變化來判斷側(cè)鉆新井眼的成功與否。
確定側(cè)鉆成功后，采用倒劃眼、慢速復(fù)合下劃眼等措施修復(fù)好窗口，確保鉆具和完井管柱順利進(jìn)入新井眼。
3．5 氮氣泡沫鉆井液技術(shù)
針對大牛地地區(qū)的地質(zhì)及氣藏特點，確定了由發(fā)泡劑+井壁穩(wěn)定保護(hù)劑+穩(wěn)泡劑+防水鎖劑組成的泡沫液體系，其配方為：清水+0．5％～2％發(fā)泡劑+1％～2％井壁穩(wěn)定保護(hù)劑+1％～2％穩(wěn)泡劑+1％～2％防水鎖劑。該配方[10]具有較強的攜巖和攜水能力，良好的抗鹽抗鈣能力，溫度對發(fā)泡能力的影響很小，其中加入的井壁穩(wěn)定保護(hù)劑，能在井壁周圍形成憎水保護(hù)膜，防止泥頁巖斟吸水膨脹垮塌，同時與泡沫有效配伍，提高泡沫液的整體性能，以解決井壁失穩(wěn)問題；防水鎖劑可以有效地減弱和抑制低滲透油氣儲層中由水鎖效應(yīng)產(chǎn)生的傷害。
3．6 電磁波無線隨鉆測量技術(shù)
采用氮氣泡沫鉆井液進(jìn)行欠平衡鉆井作業(yè)時，無法使用常規(guī)測量技術(shù)。因此，采用了英國GEOLINK公司生產(chǎn)的ELINK MWD無線隨鉆測量儀來傳遞井下信息。
EMWD主要由地面儀器和井下儀器組成(圖1)：①地面儀器主要由電腦和相匹配的工作軟件、電磁波地面接口箱、地線棒、防噴器連接器、同軸電纜、司鉆顯示器、司鉆顯示器電纜等組成；②井下儀器從上到下依次南電磁波短節(jié)、發(fā)射天線、脈沖電路、電磁波電池、流量開關(guān)、定向電池和定向探管組成。
主要工作原理[11]：井內(nèi)的傳感器將井內(nèi)物理量轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號，經(jīng)過井內(nèi)EMWI)組件信號處理轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；這些數(shù)字信號被送到中央處理器(CPU)，經(jīng)過編碼、壓縮等處理后，由電磁波發(fā)射器發(fā)射出去；電磁波沿著傳輸通道傳播到地表，通過距離井口一定距離插入地下的專用天線接收電磁波信號；監(jiān)測專用天線和鉆桿之間的電壓就可以得到井內(nèi)傳輸?shù)挠杏眯盘?，信號?jīng)過解碼、濾波等處理得到井內(nèi)測量數(shù)據(jù)。
4 結(jié)論及建議
1)為了縮短建井周期、降低開發(fā)成本，有效開發(fā)低滲低孔油氣藏，將小井眼鉆井技術(shù)、氮氣泡沫欠平衡鉆井技術(shù)、長水平段水平井鉆井技術(shù)、電磁波無線隨鉆測量技術(shù)和地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)有機結(jié)合是必然趨勢。
2)采用氮氣泡沫全過程欠平衡鉆井機械鉆速較快，并且在鉆井過程中保護(hù)油氣層、及時發(fā)現(xiàn)油氣層和提高單井產(chǎn)量方面有絕對優(yōu)勢，為大幅度提高勘探開發(fā)效益提供了一條有效的途徑。
3)欠平衡長水平段水平井鉆井技術(shù)能實現(xiàn)低壓低滲低孔氣層的最大井眼接觸，改善開發(fā)效果。
4)小井眼欠平衡條件下水平段裸眼懸空側(cè)鉆作業(yè)的成功，豐富了長水平段鉆井技術(shù)懸空側(cè)鉆的工程內(nèi)容，積累了氮氣泡沫欠平衡條件下懸空側(cè)鉆作業(yè)經(jīng)驗。
5)電磁波無線隨鉆測量儀器不受常規(guī)鉆井液性能的限制，為今后更好地推廣欠平衡長水平段水平井鉆井技術(shù)提供了基礎(chǔ)。
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本文作者：楊春旭唐洪林 崔海林 白立業(yè) 孫連坡
作者單位：中國石化勝利石油管理局鉆井工藝研究院
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