大牛地气田水平井配套技术日臻成熟

□

水平井是定向井钻井技术的延伸和发展，是20世纪80年代国际石油界迅速发展并日臻完善的一项综合性配套技术，它包括水平井油藏工程和优化设计技术、井眼轨迹控制技术、钻井液与油层保护技术、测井技术和完井技术等一系列重要技术环节，综合了多种学科的一些先进技术成果。

华北分公司大牛地气田水平井配套技术初步完成了从引进发展到消化吸收的过程，并实现了部分核心技术的自主创新。目前已拥有水平井优化设计技术、轨迹控制技术、优快钻井技术、水平井钻完井液储层保护技术、欠平衡钻井技术，正在研究攻关分支井技术、全过程欠平衡水平井钻完井技术和水平井压裂增产技术。通过这些先进技术的应用，为提高大牛地气田储量动用率提供了有力的支持。

水平井轨迹控制技术

华北分公司注重水平井钻井工程设计的研发工作，多次派专业技术人员到兄弟油田和水平井施工现场跟踪调研取经，结合大牛地气田低渗透薄差储层及长水平段轨迹控制困难等地质和工艺难点进行攻关。通过优化水平井井身结构设计、轨迹设计，形成了三级井身结构、靶前位移由原来的350米调整为500米井身剖面，这样降低了增斜率，利于井身轨迹控制和机械钻速的提高。

以往所施工的水平井，都是事先施工一个导眼，以一定的井斜直接稳斜钻入油层，探得油层深度之后回填到一定深度，再侧钻进行着陆施工。这种方法主要适合对油层的确切深度把握不准，且在油层上部无合适的标准层可做参考的水平井。为确保水平井顺利着陆于目的层，该法不失为行之有效的最直接的方法。

2009年，为进一步压缩水平井钻井周期，华北分公司大胆创新，运用不打斜导眼实施水平井工艺。由于没有任何参考项目，准确进入目的层难度非常大，对地质、工程要求非常高。地质设计人员通过坚持开发地质和三维储层预测全过程、高度紧密结合原则，在相控储层预测基础上进行局部的精细预测、精细跟踪、及时调整，采取精细标定技术、岩性曲线重构技术、地质统计多参数反演技术及电阻率反演技术，达到精细储层预测和准确入窗的目的层。

不打斜导眼实施水平井，是一项缩短水平井钻井周期的重要举措。实施此项工艺，水平井钻井周期由110天缩短至80天以内，钻井周期可缩短近40%。水平井DP17井、DP19井采取此项技术，钻井周期分别压缩为75天和81天。这项技术的推广应用，对进一步推进大牛地气田经济有效开发起到了重要作用。

悬空下切侧钻技术

大牛地气田天然气储层属河流状分布，储层展布方向难以确认，储层垂深位置会有变化，在实施水平井水平段钻井中，常常会发生井筒轨迹脱离含气储层而进入泥岩层的现象。进入非含气的泥岩，不但造成无效进尺，井壁还极易坍塌引发卡、埋钻具事故，这是非常危险的。在运用常规钻井液体系施工的水平井，一般都采取打水泥塞封堵无效的泥岩层井段，重新侧钻，使钻头回到含气储层钻进。

气田在施工水平井DP19井时，选用的是氮气泡沫欠平衡钻井工艺技术。在发生井筒轨迹脱离含气储层的情况下，如果采用打水泥塞的方法封堵无效井段，就会造成对储层的重新污染而失去欠平衡钻井的意义。遇到这种状况，必须采取退出无效井段，在钻头悬空状态下，利用单弯螺杆和地质导向仪器重新向其他方位侧钻出新井筒。这种方法既可避免储层污染，时效又高。

DP19井在水平段长500米和800多米处，井筒轨迹两次发生脱离含气储层时，施工单位详细分析实钻岩样和随钻数据的变化情况，优选侧钻点，制定了切实可行的侧钻技术措施，均采取悬空下切定向技术一次成功，丰富了氮气泡沫欠平衡条件下悬空侧钻经验，为施工水平分支井奠定了基础。

优快钻井工艺技术

大牛地气田水平井优快钻井技术经过了实验探索、逐步提高和优化改进三个阶段，形成了水平井优化钻头程序，优化钻具组合，防止钻具中扰动疲劳失效，井壁稳定技术，优化井身结构、剖面等配套优快钻井技术，为大牛地气田水平井提速发挥出重要作用。

1.PDC钻头的成功应用，大幅度提高了机械钻速

钻井施工单位根据钻井工程设计、充分考虑剖面类型、地层、岩性、地层可钻性等因素，确定合适的钻头类型。目前大牛地气田水平井基本解决了一开、二开上直井段PDC钻头优选问题。

一开采用适应上部地层的PDC钻头，单只钻头连续使用了9口井，总进尺4520米，平均机械钻速每小时11.49米，比牙轮钻头提高幅度达31%，其中在水平井DP3井使用的PDC钻头，机械钻速高达每小时33.375米。

进入二开造斜段，各施工水平井单位都尝试了PDC钻头的应用，但由于PDC钻头定向时工具面不稳、造斜率低、滑动钻进多，基本上都没有成功。2009年8月以后，水平井设计将靶前位移由350米增至500米，这样就为造斜段PDC钻头的应用提供了使用条件。在DP21井造斜段又进行了PDC钻头试验，一种新型号的PDC钻头进尺157.36米，机械钻速相对牙轮钻头提高130%，同时也为下步在造斜段推广应用PDC钻头提供了依据。

三开水平段使用有三种型号PDC钻头，经过现场应用分析，一种新型适合于水平段钻进的PDC钻头，使用效果最好，该钻头在水平井DP16井、DP18井、DP20井都使用得非常好，平均单只钻头进尺165米，平均机械钻速每小时4.35米。

PDC钻头的成熟应用为大牛地气田水平井提速起到了关键作用，具备水平井PDC钻头使用效果最好指标。

2.优化钻具组合，防止钻具中扰动疲劳失效

早在2007年，大牛地气田在施工水平井DF2井、DP3井中，初期采用的钻具组合为塔式钻具组合，由于井眼和钻具之间存在较大的间隙，钻进过程中钻铤中和点位置存在钻具扰动现象，施工中入井的新钻铤频频出现疲劳断裂，其中DF2井出现钻具失效3次，DP3井出现钻具失效2次。

他们以此为教训，总结分析钻具失效的原因，自2008年，在施工水平井DP5井开始，通过在中和疲劳点处加装一只直径308毫米的扶正器，消除了钻具扰动现象，解决了钻具早期失效的问题，当年除DP11井出现1次钻具失效，至今未出现钻具失效问题。

水平井欠平衡钻井技术

大牛地气田气藏地层压力具备典型的低压低渗裂缝性砂岩，该区储层具有孔隙度低、渗透率低或致密、储层压力低、储层孔喉细小、毛管压力高以及储层裂缝和微裂缝发育等特征。储层损害以储层裂缝损害、储层液锁损害、应力敏感损害以及酸碱敏、水敏、盐敏损害等为主，必须采取切实可行的保护措施。

欠平衡钻井是保护储层最有效的手段。2006年，大牛地气田从DF1井开始使用氮气泡沫进行欠平衡施工，截至目前共施工7口欠平衡工艺水平井。

欠平衡钻井技术是准确发现和评价油气资源的方法之一，尤其适合评价和开发低压低渗油气层。在大牛地气田施工的欠平衡水平井大多数采用两相流注入氮气法加套管阀的工艺。

通过欠平衡工艺的实施，取得了以下效果：

钻井机械钻速大幅度提高。欠平衡钻井降低了井底压力，减少了井底岩屑的压持效应，能够较大程度地提高机械钻速，DP4井三开欠平衡段平均机械钻速每小时6.03米，创造了本区块钻井速度最快的指标。

防止了地层伤害，提高了产量，有利于发现低压产层，扩大勘探区块。测试结果表明，欠平衡钻井地层表皮系数为0，属于完善完井。DP4井水平段由于采用了充气全过程欠平衡钻井技术，完全消除了常规钻井液钻井的正压差，加之充气钻井液迟到时间短，极其有利于及时发现油气层。三开充气全过程欠平衡钻井地层油气显示良好，自井深3377.25米后均能实现后效着火，持续着火时间长达140分钟，火焰最高11米，首次在本区块盒一段地层见到良好的显示，很好地实现了保护油气层效果。