代長靈　楊　光　薛讓平（中國石油川慶鉆探工程公司長慶鉆井總公司）

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長慶靖邊儲氣庫關(guān)鍵鉆井技術(shù)

代長靈楊光薛讓平
（中國石油川慶鉆探工程公司長慶鉆井總公司）

摘要長慶靖邊儲氣庫隨著規(guī)模化開發(fā)逐漸暴露出鉆井中存在的難點，嚴重影響了儲氣庫的生產(chǎn)運行。為此著重分析了儲氣庫鉆井中井眼軌跡控制、311.2 mm井眼側(cè)鉆、煤層碳質(zhì)泥頁巖鉆井、井眼凈化、215.9 mm水平段鉆井等關(guān)鍵鉆井技術(shù)，為儲氣庫的持續(xù)開發(fā)奠定一定的鉆井技術(shù)基礎(chǔ)。表8參5

關(guān)鍵詞儲氣庫側(cè)鉆碳質(zhì)泥頁巖降摩減阻

0　前言

儲氣庫注采井為滿足季節(jié)調(diào)峰和應(yīng)急供氣的功能，需要滿足大流量注采及長壽命、高安全的要求，國內(nèi)儲氣庫建設(shè)儲氣層普遍采用大尺寸井眼且儲層專打的井身結(jié)構(gòu)理念。長慶靖邊儲氣庫井部署于靖邊氣田中區(qū)以西，地質(zhì)、地震綜合分析表明目的層馬五13氣層厚度約3 m，儲層物性較好，主力儲層發(fā)育穩(wěn)定，實施水平井鉆遇主力層概率較高。

目前長慶靖邊儲氣庫已完井3口，隨著儲氣庫持續(xù)開發(fā)，鉆井中的關(guān)鍵技術(shù)決定著儲氣庫的鉆井速度、成本消耗和注采開發(fā)進度，完成情況見下表1。

表1　靖邊儲氣庫完成情況

1　靖邊儲氣庫區(qū)地質(zhì)特征與井身結(jié)構(gòu)

1.1地質(zhì)特征

靖邊儲氣庫水平段方向馬五12儲層保存較為完整，分布穩(wěn)定，延伸較遠。結(jié)合鄰井完鉆綜合解釋參數(shù)對比分析，認為該區(qū)塊水平段馬五13氣層發(fā)育較好，且厚度較大，物性較好。井區(qū)完鉆3口井試氣最大無阻流量為114.6×104m3/d，平均80.4×104m3/d，但該區(qū)完鉆井投產(chǎn)時間較長，氣藏工程評價目前該區(qū)地層壓力10.8 MPa，可采儲量采出程度64.6%。

1.2井身結(jié)構(gòu)

根據(jù)長慶區(qū)塊儲層地質(zhì)特點及儲氣庫井生產(chǎn)要求，靖邊儲氣庫采用四開四完大井眼尺寸，一開表層采用26″井眼封固流沙層松散地層和水層，防止沖垮井架基礎(chǔ)、技術(shù)套管固井時水泥漿漏失，二開直井段采用444.5 mm井眼，下入339.7 mm套管封固劉家溝承壓能力較低地層，以避免鉆下部地層時采用高密度鉆井液壓漏該地層，三開斜井段井段采用311.2 mm井眼，下入244.5 m套管，封固山西、太原、本溪煤層、碳質(zhì)泥頁巖不穩(wěn)定地層，確保儲氣庫注采安全、長期使用，四開水平段采用215.9 mm井眼，采用組合完井管柱。

2　關(guān)鍵鉆井技術(shù)

2.1井眼軌道設(shè)計技術(shù)

井眼軌道設(shè)計原則以最短鉆井周期、最大復(fù)合鉆井比例復(fù)合鉆進入窗的優(yōu)化設(shè)計理念。靖平22-4-2井設(shè)計靶前距500 m，軌道設(shè)計采用三增剖面，最大狗腿度設(shè)計不超過6°/30 m，為完整244.5 m套管下入和固井創(chuàng)造良好的井眼條件,具體數(shù)據(jù)見表2。

表2　靖平22-4-2井井眼軌道設(shè)計剖面數(shù)據(jù)

2.2井眼軌跡控制技術(shù)

井眼軌跡控制的重點是斜井段和水平段。311.2 mm大井眼造斜率低，鉆遇山西、太原、本溪大段煤層，煤層鉆進呈穩(wěn)斜趨勢。造斜層位石千峰上部，起始造斜采用三牙輪鉆頭配合立林5LZ228*1.5°中空螺桿，后續(xù)增斜段采用PDC鉆頭+立林5LZ228*1.5°中空螺桿增斜鉆進。鉆井中采用滑動鉆井和復(fù)合鉆井結(jié)合鉆進，最大限度提高復(fù)合鉆井比例，提高斜井段的施工速度，這樣既保證了造斜井段的井身軌跡滿足設(shè)計要求，將造斜率控制在6°/30 m以內(nèi)，為后期的完井電測和完井管柱的順利下入創(chuàng)造了良好的井眼條件，同時高比例的復(fù)合鉆井井段能及時破壞巖屑床，提高井眼凈化效果,靖邊儲氣庫斜井段滑動鉆井進尺情況見表3。

表3　靖邊儲氣庫斜井段滑動鉆井進尺分析表

靖邊儲氣庫井目的層位奧陶系下統(tǒng)馬家溝組，水平段儲層平均厚度2～3 m，高產(chǎn)儲層薄，水平段長，軌跡控制是目的層鉆遇率和長水平段能否順利完成的重要因素。施工中水平段采用7LZΦ172 mm（1.0°～1.25°）單彎（Φ208扶正器）+Φ213 mm扶正器鉆具這樣既能保證水平井段的穩(wěn)斜效果，有利于多采用復(fù)合鉆進，降低水平井段的摩阻，及時清除巖屑床，加快水平井段的施工速度；又能及時調(diào)整井斜的變化，保證目的層的鉆遇率。靖平22-4-2井完鉆水平段長1177 m，滑動鉆井進尺113 m，滑動鉆井進尺比例9.6%。

2.3 311.2 mm井眼側(cè)鉆工藝技術(shù)

（1）井眼側(cè)鉆難點

a.儲氣庫311.2 mm大井眼側(cè)鉆屬長慶區(qū)塊首列，側(cè)鉆工藝技術(shù)無相關(guān)經(jīng)驗可循，無法預(yù)測，可借鑒經(jīng)驗少。側(cè)鉆段井眼造斜率必須滿足鉆井工程中軌跡控制要求，確保側(cè)鉆成功后能準確按照現(xiàn)場地質(zhì)導(dǎo)向要求繼續(xù)增斜鉆井中靶。

b.側(cè)鉆鉆具組合結(jié)構(gòu)必須要保證造斜要求，由于鉆具剛性強度大，井眼側(cè)鉆一定角度后，必須考慮下入鉆具如何正常進入側(cè)鉆井眼對井眼進行修整，降低狗腿度后順利鉆進，而不在造斜點處由于更換鉆具組合，加強剛性強度后而無法進入側(cè)鉆井眼，劃出新眼。

（2）側(cè)鉆工藝技術(shù)思路

采用打水泥填井側(cè)鉆方式，為確保側(cè)鉆成功，先使用215.9 mm鉆頭側(cè)鉆，側(cè)鉆成功后使用311.2 mm鉆頭擴眼、鉆井。鑒于高密度水泥漿容易導(dǎo)致井漏而影響水泥塞的高度或形成懸空塞，導(dǎo)致打塞失敗，根據(jù)靖平22-4-2井的實際情況，水泥漿比重調(diào)制1.85 g/cm3，確保打水泥成功。

（3）側(cè)鉆工藝關(guān)鍵技術(shù)

a.215.9mm井眼采用三牙輪鉆頭配合7LZ172*1.5°單彎螺桿，在側(cè)鉆過程中，嚴格控制機械鉆進速度不大于10～15 min/m，以防止鉆具順水泥塞鉆進。同時加強地面觀察，定時撈取巖屑，鑒定地層巖屑與水泥碎屑的比例，當?shù)貙訋r屑比例達到或超過50%后，逐漸提高鉆進參數(shù)以提高機械鉆進速度。

b.215.9 mm井眼造斜率高于311.2 mm，采用215.9 mm鉆頭側(cè)鉆時狗腿控制在（7°～8°）/30 m3，避免造斜率遠超出311.2 mm鉆頭造斜率，而導(dǎo)致擴眼失敗。

c.215.9 mm井眼側(cè)鉆時，兩井眼相距1.5～2 m距離即可起鉆更換311.2 mm鉆頭擴眼，提高擴眼效率，降低擴眼鉆井風險。

d.311.2 mm井眼擴眼采用311.2 mmPDC鉆頭配合7LZ228*1.5°單彎螺桿，采用滑動鉆井擴眼方式。擴眼結(jié)束后可繼續(xù)斜井段鉆井。由于大井眼鉆時慢與215.9 mm井眼，311.2 mm井眼擴眼鉆時控制15～20 min/m。

靖平22-4-2井311.2 mm井眼側(cè)鉆2次，側(cè)鉆成功率100%,側(cè)鉆數(shù)據(jù)見下。

表4　靖平22-4-2井311.2 mm井眼側(cè)鉆數(shù)據(jù)

2.4煤層、碳質(zhì)泥頁巖鉆井技術(shù)

靖邊儲氣庫井區(qū)山西組、太原組、本溪組煤層、黑色碳質(zhì)泥頁巖連續(xù)互層多。靖平22-4-2井三開斜井段山西組、太原組、本溪組共鉆遇35 m的12層煤層及8層黑色碳質(zhì)泥頁巖和大段黑色泥巖，分布在井深3402～3632 m(斜深)之間，該井段井斜角在48°～75°之間，其中最厚一層黑色碳質(zhì)泥頁巖斜厚18 m，井斜角73°～75°左右，并且各煤層和碳質(zhì)泥頁巖間分布著泥巖及砂巖等小夾層。連續(xù)的煤層、泥頁巖、黑色泥巖互層分布在井斜48°～75°之間，垂直應(yīng)力超過水平應(yīng)力，極易造成井壁坍塌，同時影響著軌跡控制和入窗的穩(wěn)定性，鉆井中措施不當垮塌嚴重，施工中會出現(xiàn)經(jīng)常性的遇阻。

（1）關(guān)鍵技術(shù)

a.斜井段采用強抑制、強封堵復(fù)合鹽鉆井液體系。在原漿中加入乳化瀝青等封堵材料，加入適量石灰石粉，強化鉆井液封堵護壁能力。使鉆井液性能達到：APIFL控制在2～3mL，HTHP失水≦4mL。在打開山西煤層前通過隨鉆堵漏將密度提高在1.50g/cm3，鉆至本溪底部碳質(zhì)泥頁巖層前將比重提至1.56 g/cm3，使鉆井液具有較強的抑制性，加強煤系地層中泥巖夾層的防塌，減少泥巖垮塌對煤層的影響，鞏固各煤系地層間堅固的隔擋。

表5　靖平儲氣庫井煤層及碳質(zhì)泥巖及泥漿性能數(shù)據(jù)表

b.細化碳質(zhì)泥頁巖鉆井技術(shù)措施。煤層多與碳質(zhì)泥頁巖互層，碳質(zhì)泥頁巖夾層的失穩(wěn)使煤層失去穩(wěn)定的堅固的格擋而失穩(wěn)，因此，碳質(zhì)泥頁巖層的穩(wěn)定有利于煤層的穩(wěn)定，考慮煤巖穩(wěn)定時應(yīng)同時考慮穩(wěn)定碳質(zhì)泥頁巖夾層。靖22-4-2井碳質(zhì)泥頁巖鉆井采用同煤層鉆井相同的技術(shù)措施，鉆井中采用低轉(zhuǎn)速、小鉆壓、控時鉆井，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)錄井鉆遇層位預(yù)告，提前優(yōu)化井身軌跡，鉆至碳質(zhì)泥頁巖段時減少滑動鉆井井段，降低螺桿鉆具的旋轉(zhuǎn)碰撞和環(huán)空激動壓力的影響,靖平儲氣庫井煤層及碳質(zhì)泥巖及泥漿性能數(shù)據(jù)見下表5。

（續(xù)上表）

c.根據(jù)儲氣庫井區(qū)地層分布趨勢，調(diào)整靖平22-4-2井鉆井工程設(shè)計，減少本溪組碳質(zhì)泥頁巖井段，降低其垮塌風險。

d.控制本溪底部碳質(zhì)泥頁巖層鉆遇、鉆出井斜角，降低其垮塌風險。靖平22-4-2井本溪底部存在大段碳質(zhì)泥頁巖層，該段碳質(zhì)泥頁巖處理入窗前100m井段，鉆井中曾2次垮塌，斜井段鉆井時根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)錄井層位預(yù)告，提前優(yōu)化井身軌跡，降低進入該層井斜角，減少鉆遇井段，安全的完成了斜井段的施工,靖平22-4-2井本溪底部碳質(zhì)泥頁巖鉆遇數(shù)據(jù)見表6。

表6　靖平22-4-2井本溪底部碳質(zhì)泥頁巖鉆遇數(shù)據(jù)

2.5井眼凈化技術(shù)

（1）用168.3 mm鉆具代替139.7 mm鉆具，降低鉆井中壓耗，保持穩(wěn)定的鉆井排量，提高泥漿上返速度，增強井眼凈化效果。

靖邊儲氣庫井斜井段采用311.2 mm井眼，井眼凈化不充分，易形成巖屑床從而導(dǎo)致鉆具扭矩和摩阻增大，鉆速降低以及卡鉆等井下復(fù)雜情況，直接影響鉆井、電測、下套管和固井作業(yè)的正常進行。靖平22-4-2井鉆井中采用168.3 mm鉆具，降低了環(huán)空壓耗，提高泥漿上返速度，增強井眼凈化效果。該井使用168.3 mm鉆具，環(huán)空壓耗降低24%，泥漿上返速度提高12.92%，排量增加14.5%。一定程度上解決了儲氣庫鉆井中泵壓高、泥漿上返速度低、攜砂難的問題,168.3 mm、139.7 mm鉆具環(huán)空返速見表7。

表7　168.3 mm、139.7 mm鉆具環(huán)空返速分析表

（2）提高泥漿比重，增加巖屑運移動力。隨著鉆井液密度的增加，固液兩相的密度差減小，井液中的平均運行距離增大，巖屑顆粒在鉆井液中的有效質(zhì)量下降，從而增大了巖屑運移的動力。在同樣條件下，巖屑在鉆在同樣的時間內(nèi)，運移出的環(huán)空巖屑量增多，最終降低了環(huán)空巖屑總濃度，達到清洗井眼的目的。

靖平22-4-2井第二次側(cè)鉆前井斜37°時將泥漿比重提至1.45 g/cm3，鉆至山西組時將比重提至1.50 g/cm3，完鉆時比重提至1.56 g/cm3，大大降低了鉆井中巖屑床的面積。

2.6鉆具失效預(yù)防措施

靖平22-4-2井斜井段鉆井中曾多次出現(xiàn)斷鉆具事故，最終無法打撈填井側(cè)鉆。為了防止儲氣庫施工井在施工過程中出現(xiàn)井下鉆具事故，安全快速鉆井,主要采取了如下關(guān)鍵措施：

（1）優(yōu)化井身軌跡，在滿足井眼軌跡控制條件下，增加復(fù)合鉆井井段，確保井眼軌跡平滑，降低鉆井中的扭矩，減少井下鉆具疲勞。

（2）優(yōu)化鉆具組合，使用168.3 mm加重鉆桿，提高大斜度井段鉆具受力能力，降低鉆具刺、斷風險。

（3）調(diào)整鉆井液性能，提高鉆井液的攜砂性能、潤滑性能，滿足水平井的施工要求。

2.7水平段防摩減阻技術(shù)

大井眼長水平段隨著水平段長逐漸延伸，鉆遇巖性的多樣性，存在著摩阻大，扭矩大，鉆壓不能有效傳遞等技術(shù)難點。鉆井中有效控制摩阻和扭矩是確保長水平段順利完成的重要因素。

2.8水平段防摩減阻關(guān)鍵技術(shù)

（1）靖平22-4-2井水平段采用泥漿體系，鉆井中強化四級固控設(shè)備，提高固控效率。使用高頻直線式振動篩和變頻高速離心機，提高了鉆井液的固控能力，降低了有害固相，促進了鉆井液的性能優(yōu)化。

（2）根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)導(dǎo)向要求，軌跡調(diào)整控制技術(shù)采用勤、少原則，根據(jù)實測井斜數(shù)據(jù)及時采用滑動鉆井方式控制軌跡，滑動鉆井段長控制3～4 m，保證儲層鉆遇率的同時保證井眼軌跡平滑。

通過優(yōu)質(zhì)的泥漿性能和平滑的井眼軌跡控制技術(shù)，靖平22-4-2井水平段鉆井中無拖壓現(xiàn)象，避免了滑動鉆井中調(diào)整工具面的時間，極大的提高了水平段的機械鉆速，同比鄰井靖平22-4-1、靖平22-4-3機械鉆速有了大幅度提高。靖平22-4-2井2014年9月23日四開水平段鉆井,鉆至10月5日2趟鉆鉆進進尺1050 m,后由于井下復(fù)雜提前完鉆,完鉆井深4887 m（表8）。

表8　水平段機械鉆速分析表

3　結(jié)論與建議

（1）優(yōu)化儲氣庫井身結(jié)構(gòu)，加快鉆井速度，降低成本消耗，提高注采使用速度。合理的井身結(jié)構(gòu)是儲氣庫能否成功鉆完和快速注采的關(guān)鍵因素。目前長慶儲氣庫普遍采用四開大井眼井身結(jié)構(gòu)，鉆井中需要解決諸多難題，鉆井速度受到一定程度的制約，延緩了注采開發(fā)進度。

（2）加強井下鉆柱優(yōu)化設(shè)計的理論支撐。大井眼水平井鉆柱優(yōu)化設(shè)計的核心是在對下部鉆具組合的特性和造斜能力能滿足井眼軌跡控制需要的前提下，如何降低摩阻和扭矩，如何減少井下鉆柱可能產(chǎn)生的疲勞失效問題。隨著大井眼水平段的延長，加上地質(zhì)導(dǎo)向的要求，摩阻、扭矩變化較大，大大增加了鉆具失效風險。

（3）定期召開儲氣庫鉆井專項會議，組織公司專家、現(xiàn)場技術(shù)、承鉆井隊召開專題會議，針對鉆井工程中出現(xiàn)的問題集中討論分析解決，鉆完單井后總結(jié)工藝技術(shù)，分享工藝技術(shù)經(jīng)驗，進一步完善儲氣庫鉆井工藝技術(shù)，為后續(xù)規(guī)?；_發(fā)長慶油田儲氣庫打下堅持的技術(shù)基礎(chǔ)。

（4）儲氣庫鉆井工藝技術(shù)屬長慶油田難度較高鉆井技術(shù)，鉆井過程中經(jīng)常出現(xiàn)井下復(fù)雜、事故，應(yīng)針對集中、頻繁發(fā)生的復(fù)雜事故建立緊急處理預(yù)案，形成可執(zhí)行規(guī)范制度，以便能夠快速準確有針對性的解決異常情況。

（5）針對儲層地層壓力較低的井區(qū)，采取先注氣提高壓力再鉆井的操作程序，以降低鉆井時井下復(fù)雜，減少對儲層的傷害。

參考文獻

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（修改回稿日期2015-06-09編輯文敏）

作者簡介代長靈，男，1980年出生，漢族，鉆井工程師；2004年7月畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）石油工程專業(yè)，學(xué)士，主要從事天然氣水平井鉆井研究與設(shè)計工作。地址：（710018）陜西省西安市未央?yún)^(qū)151號長慶大廈2107室。電話：15097121706。E-mail:280411481@qq.com