苏里格气井水平井快速钻井配套技术

1、苏里格气井水平井快速钻井配套技术摘要：随着苏里格气田的不断开发，水平井规模开发已成为苏里 格开发的重点。由于苏里格气田水平井钻遇气层多为薄产层， 尖灭快, 地质构造复杂，地质导向预测不准等原因，钻井过程中遇到许多影响 因素，对钻井提速造成很大困难。结合今年水平井现场施工情况，分 析了影响钻井提速的因素，提出预防措施及改进和研究方向，达到安 全、快速、高效钻进的目的。关键词：钻井提速预防措施轨迹控制钻井液随着水平井钻井工艺技术的不断成熟， 水平井开发达到了预期的 效果。但是近年来的水平井钻井施工，也遇到了各种各样的情况，严 重影响了钻井的施工速度，直接影响钻井效益。因此就影响苏里格气 田水平井钻

2、井提速的一些因素进行分析，以便找到钻井提速的有效措施。2.制约提速因素2.1.地质因素的影响2.1.1地层稳定性差，增斜井段增斜困难，水平段稳斜困难。2.1.2气层位置不确定性，增加了轨迹控制难度。2.1.3地层的特殊性，地层缺失。2.1.4地层倾角的影响，方位漂移。2.1.5地层压实程度差，承压能力低，易发生井漏。2.2钻井因素的影响 2.2.1水力作用的影响排量大，对井壁冲刷严重，井径扩大率大，影响增斜、稳斜效果。2.2.2钻井参数的影响钻井参数不合理达不到单弯螺杆理想的造斜率。通常钻压大，转 速低增斜率高，反之，增斜率则低。2.2.3摩阻和扭矩的影响由于水平段长、井斜角大，钻具贴于下井壁

3、， 重力效应突出，上 提、下放钻具的阻力增加，钻进加压困难；钻柱摩擦阻力大、扭矩大， 下部钻具易屈曲，传递扭矩困难，机械钻速大为降低。2.2.4钻井液的影响钻井液是钻井施工的血液，钻井液性能的好坏与地层的适应情况 对钻井施工来说至关重要，甚至说钻井液性能是决定一 口井成败的关 键。钻井液性能差，水力清除井底岩屑的能力也大大降低，在很多情 况下因岩屑不能及时清除而导致重复破碎，甚至泥包，致使钻头的机械钻速下降。严重的易发生堵水眼、缩径、掉块、井塌、油气侵、井 漏、长井段的划眼、倒划等复杂情况，引起砂卡、粘卡、键槽卡钻等 事故。2.3钻井工具、仪器的因素2.3.1钻头寿命以及钻头选型的影响苏里格气

4、田水平井钻遇地层多、 岩性变化大。不同钻头厂家生产 的不同钻头地层适应性有所不同，选型不同，寿命不同， 钻井速度大 为不一样。三牙轮钻头复合增斜比较容易，返出岩屑有利地质导向辨认地层，不同地层之间钻时变化明显。但是使用时间过长有掉牙轮的危险。PDCM合钻进钻时快，但是表现为复合增斜比较困难，甚至出现 复合降斜的情况，钻时比三牙轮滑动还要慢。钻压稍大，工具面波动范围比较大，甚至出现工具面在 360范围内逐渐变化的情况。2.3.2单弯螺杆的选择对钻速的影响采用中空单弯螺杆有利于提高排量， 提高返砂效果。单弯螺杆的 寿命与新度密切相关，能减少起下钻次数。良好的造斜能力能减少滑 动钻进进尺，提高复合钻

5、进时间。单弯螺杆的强度主要提高了抗扭性 能，减少单弯螺杆壳体断裂、传动轴脱落事故。2.3.3钻井仪器对钻速的影响目前，苏里格气田主要应用的仪器是北京海蓝公司生产的MWDE线随钻仪器。该仪器稳定性比较差，频繁出现探管失效或者信号不准 确等故障，导致被迫起钻。2.4轨迹控制的影响钻井眼轨迹预测不及时，不能及时进行调整，造成后期滑动过多。 井眼轨迹不平滑，狗腿度过大，起下钻容易遇阻，要经过多次划眼方能正常起下钻，也制约着钻井速度。在滑动定向过程中，钻柱与井壁 摩擦产生的轴向摩阻和钻井液的吸附会产生严重托压现象，极易粘 卡。2.5完井工艺的影响完井工艺的选择，完钻后等解释、等方案时间长，工具的组织不

6、到位，下完井工具前井眼准备时间长等因素直接影响完井作业的周 期。2.6复杂事故的影响钻井井下事故严重影响钻井施工时效，增大了钻井成本。苏里格 气田水平井主要遇到以下几种常见复杂。2.6.1直井段井斜超标，正位移过大，缩短斜井段靶前距位移。2.6.2井斜比设计落后，入靶困难，甚至脱靶。2.6.3钻井液性能差，严重井塌，上提下放遇阻，轻钻压划眼出现新 井眼。2.6.4地层压差型漏失。2.6.5环空不畅通，泵压不正常。2.6.6钻具刺、断。2.6.7起钻遇阻强提，进入键槽，或小井眼，最后粘卡的复合卡钻。2.6.8完井电测仪器落井。2.6.9完井施工井下落物。3.提速方案及措施3.1强化直井段快速钻进

7、前期完成的水平井，上部井段施工参数保守，钻井速度远远低于 常规井钻井速度，影响了水平井整体进度。因此，建议通过优化钻具结构（将二开直井段使用的原203mm占铤改为172mm占铤，减少钻具 组合接头过多防止钻具事故发生）、强化参数、优化钻井液等措施， 提高表层及二开直井段的钻井速度。具体措施如下：3.1.1表层施工3.1.1.1 钻头选型：135/8 SKH517G XHP2（用新钻头）3.1.1.2 钻具组合： 346SKH517G+5LZ203+203MW接头 + 203MNDC 1根+转换接头+0）178DC2艮+168DC15艮+转换接头+0）127HWDP45 + 127DP前期螺杆主

8、要使用立林 5LZ203和7LZ197*0.75° ,由于后期频繁出现螺杆壳体断裂和传动轴脱落等事故，后期使用螺杆为奥瑞托 6LZ203*0.75 。表层钻进上部主要避免流沙层的垮塌，排量控制在正常返出即可，进入石板层20-30米后，主要通过提高排量，排量达到38L/S以上，利用水力喷射提高钻速。待钻铤打完后在井斜小于1的情况下强化钻进参数，钻压控制在 16-18T，钻盘转速控制在80-90rmp （艾 瑞托6LZ203*0.75°为低转速大扭矩螺杆），此环节必须严格测斜要 求。表层钻进控制好钻井液性能，预防缩径。另一方面表层钻具及套管的丈量必须精确，计算必须准确，防止井深

9、未打够，导致二开井口过高或无法安装等低级错误，整改进口花费时间；再一方面表层固井替量不准，水泥塞过多或替空，钻水泥塞 时间长，重新固井延长周期。直井段提速必须抓好表层固井、二开准 备各工序的衔接。3.1.2二开直井段施工二开主要采用9 1/2 ' PDCM合方式钻进，两只钻头钻至造斜点。3.1.2.1 钻头选型：通过对比分析直井段建议采用包井方式，钻头选型为：哈里伯顿FMH3653ZR胜利P5362MJ（上部井段）和 P5362S （下部井段，不使 用螺杆）、亿斯达EM1925SE3.1.2.2 钻具组合：241.3PDO 6LZ203*0.75 （奥瑞拓）+转换接头 +238stab

10、 + MW接头+172MDC+换接头+168DC14艮+转换接头 + 127HWDP45+ 127DR3.1.2.3参数优化3.1.2.3.1 钻至延长底部300米至纸坊组上部100米井段，适当控制 钻压，降低转盘转速20转左右，防止该段含砾石层对 PDC占头的损 坏；3.1.2.3.2 增大排量，使用 180mmM套，若复合钻进机械钻速低， 第二只钻头使用双泵170 mm缸套。目前直井段提速方向还是以参数优化为主，尤其是排量的选择， 米用双泵最短钻井周期5.48天。直井段钻进钻井液必须保持良好的 携砂性能，定期对井底进行清扫，预防延安组和延长组缩径，每天开 启震动筛查看返出岩屑是否有掉块，做

11、好防塌工作。加强井下事故的 预防，主要是断钻具事故的预防，加强对钻铤及接头的探伤检验。3.2抓好斜井段提速目前斜井段提速仍是水平井提速的关键环节，斜井段施工最短周期10.6天，最长周期24.14天，三趟钻2 口井，四趟钻1 口井，五 趟钻5 口井，五趟钻以上14 口井，所以斜井段有较大的提速空间。 苏6、苏36和苏东区块靶前距设计在 400米左右，桃七和苏5区块 设计靶前距为500米左右，井眼轨迹较苏6、苏36和苏东区块容易， 增斜率较低，所以斜井段钻头使用模式可定为：1只牙轮+2只PDC戈 1只牙轮+1只PDC+2R牙轮。3.2.1定向造斜牙轮钻头必须使用到位，该钻头井斜达到 18度以上，

12、为后期PDC占头使用预留空间，减轻PDC曾斜压力,达到快速钻进的 目的。3.2.2斜井段PDC勺优选：PDC钻头在气井水平井斜井段进行了多次试验，都因滑动钻进 工具面不稳定、增斜率低等缺陷没有取得突破。 今年主要使用进口贝 克休斯HCD506ZX亿斯达EDM1616ML并试验了胜利 PQ6257MJD哈 里伯顿FX65R和FXD65D锐德及江钻PDC钻头，其主要特征为六刀 翼、16复合片双级切削结构，使用过程滑动钻进工具面较为稳定， 寿命长，机械钻速较高。通过对比分析斜井段进口钻头贝克休斯 HCD506ZX钻头在使用过程中运转平稳，复合机械钻速较高，国产胜 利PQ6257MJ哓过改进在包井钻头

13、中优势较为明显。 所以斜井段钻头 选型为：胜利 PQ6257MJD亿斯达EDM1616EL贝克休斯 HCD506ZX 哈里伯顿FXD65D江钻KM1662DTR3.2.3 钻具组合：215.9mmMD537HXPDC +7LZ172x1.25 + 回压凡尔 （如窗前加入）+MWD+165mmMDC头（461*410） +127HWx45艮+ 127DP3.2.4斜井段井眼控制水平井钻井工程设计中所给定的钻具组合是在一定的理论计算 和实践经验的基础上得出的，随着理性认识的深化和实践经验总结， 设计的钻具组合钻出实际井眼轨迹与设计轨道曲线的符合程度会不 断提高。但是，由于井下条件的复杂性和多变性，

14、 这个符合程度总是 相对的。实钻井眼轨迹点的位置相对于设计轨道曲线总是会提前、 或 适中、或滞后，点的井斜角大小也可能是超前、适中、或滞后。实钻轨迹点的位置和点的井斜角大小对待钻井眼轨迹中靶的影 响规律是：3.2.4.1实钻轨迹点的位置超前，？相当于缩短了靶前位移。此时若 井斜角偏大，会使稳斜钻至目的层所产生的位移接近甚至超过目标窗 口平面的位置，必将延迟入靶，且往往在窗口处脱靶。3.2.4.2 轨迹点位置适中，？若此时井斜角大小也适中，是实钻轨迹 与设计轨道符合的理想状态。但若井斜角大小超前过多，往往需要加 长稳斜段，可能造成延迟入靶，或在窗口处脱靶。3.2.4.3 轨迹点的位置滞后，？相当

15、于加长靶前位移。此时若井斜角 偏低，就需要提高造斜率以改变待钻井眼垂深和位移增量之间的关 系，往往要采用较高的造斜率而提前入靶。实践表明，轨迹控制点的位移接近或少量滞后于设计轨道，并保持合适的井斜角，有利于井眼轨迹的控制。轨迹控制点的井斜角偏大 或偏小可能导致脱靶或入靶前所需要的造斜率偏高。实际上，水平井造斜段井眼轨迹控制也是轨迹点的位移和方位的综合控制，这对于没有设计稳斜调整段的井身剖面更是如此。在实际井眼轨迹控制过程中，我们根据造斜段井眼轨迹控制的实 钻轨迹点的位置、点的井斜角大小对待钻井眼轨迹中靶的影响规律， 将造斜井段井眼轨迹的控制程度限定在有利于入靶点矢量中靶的范 围内。也就是说，在

16、轨迹预测计算结果表明有余地、并有后备工具条 件时，应当充分发挥动力钻具的一次造斜能力，以提高工作效率，减 少起下钻次数。根据区块地层特点以及所钻邻井方位飘移规律和井斜变化规律， 预留方位角和井斜角。斜井段滑动钻进时可根据邻井资料小范围调整 滑动位置，尽量选择砂岩段滑动增斜。由于钻具白重竖直向下，井斜较大时，降斜较容易，增斜较困难，可以根据设计轨迹走上限，为轨迹调整留有调控余地，入窗时着陆于气层上部。3.2.5斜井段施工注意事项3.2.5.1 斜井段第一只钻头起钻前，完成钻井液的转换，进行刘 家沟组地层承压能力试压，保证刘家沟组地层的承压能力。3.2.5.2控制钻井液性能，做好大斜度段的防塌工作

17、，原来要求 钻井液比重60井斜够达到1.30g/cm3，后期通过试验如果斜井段加 大KCL的含量，提高抑制性，密度1.25 g/cm3也能达到良好的防塌 效果。3.2.5.3 预防钻头泥包，下钻到大斜度段进行分段循环，滑动钻 进时，适当增加排量保证携砂性，滑动 2-3米活动一次钻具。3.2.5.4 采用具有良好润滑性的钻井液体系降低摩阻系数，在钻井液中加入高效润滑剂降低摩阻和扭矩。3.2.5.5 尽可能降低过大的全角变化率。优化井下管柱结构设 计，使管柱受力分布合理尽量避免螺旋屈曲。精确控制井眼轨迹，保 证井眼光滑，减少管柱弯曲阻力。3.2.5.6 斜井段完钻电测后，米用双稳定器通井，在不开泵

18、、不 转钻盘的情况下，钻柱能白由下至井底，方可进行下套管作业。3.3水平段安全、高效施工水平段钻头经过大半年的试验和使用，目前水平段钻头选型取得较大突破，单只进口钻头、螺杆已突破11150m大关，国产钻头通过改进已近突破550m水平段起下钻趟数明显减少，钻头选型不再 是影响水平段高效施工的关键， 地层的特殊性，地层倾角的影响是制 约水平段施工的重要因素。随着水平段趟数增加机械钻速下降明显， 周期明显增加，所以水平段提速必须减少趟数，这就需要从钻头、工 具选型方面考虑。3.3.1钻头选型水平段钻头主要以PDC主，国产PD滩利PK6257M®过改进复 合片厂家，复合片质量得到提升，创造了

19、水平段单只最高进尺553米， 进口钻头单只最高进尺1157米，水平段钻头选型为：哈里伯顿FX55D 胜利PK6257M胜利PK5235MJH江钻KM1652DT魅续试验，争取取 得较好成绩。3.3.2 钻具组合： 152.4mmBit+7LZ127x1 ° (奥瑞托)+0)120 回压 凡尔 + 146Stab+MWD+ 120mmMNDC换接头 + 101.6HWDPx15艮 + 101.6mmDPx(50-120)根+ 101.6HWDPx15艮+ 101.6mmDP 3.3.3施工注意事项：3.3.3.1水平段以气层钻进为主提高采收率，所以有效的气层段钻进 尤为重要，必须根据临

20、井资料掌握气层的走向，及时调整轨迹，防止 泥岩段钻进过长为后期施工带来困难。3.3.3.2水平段易发生粘卡，水平段滑动时必须注意工具面的变化情 况，若钻时变慢或无进尺，工具面不变化，及时活动钻具，预防粘卡。 3.3.3.3水平段单只钻头进尺过多，每 200米必须进行短起下作业， 减少岩屑床的形成机率。3.3.3.4钻遇泥岩段超过50米，加大KCL和工业盐的加量，提高比 重和抑制性，防止泥岩段垮塌。3.3.3.5加强钻具及工具探伤，每两趟钻探伤一次。4.水平井钻井液技术4.1 一开钻进采用低固相-聚合物体系，防止流沙层垮塌，确保表层 施工采用白土浆开孔打导管，导管下深以封固流沙层为准，导管填实、

21、 找正、固定，方可一开钻进。在流沙层钻进为小循环上罐，采用低固 相体系钻进至50米后，放入大池子转为聚合物体系。表层钻完后白 土浆清扫井筒，起钻连续灌浆，防止井口流沙垮塌，保证下套管顺利。（若流沙层未钻穿，则用白土浆钻穿流沙层后50-100米再转为聚合物体系）4.2二开直井段钻进采用双抑制防塌聚合物体系，预防直罗、延长组 底部坍塌，确保安全、快速钻进4.3完善推广了斜井段复合盐无土相钻井液体系， 减少滑动钻进脱压、 粘卡，提高钻井速度在2009年试验的基础上，2010年在气井水平井斜井段得到大面 积的推广，解决了 PDC钻头泥包、“双石层”及煤层垮塌，斜井段粘 阻的技术难题。其关键技术主要是：

22、4.3.1体系的转化在井下正常的情况下要尽量使用清水聚合物泥浆钻穿石千峰上部造浆地层。然后彻底转化为复合盐无土相钻井液体系。 在井下不正 常的情况下，在转化时必须配 40方白土三磺泥浆清扫井筒内未带出 的岩屑，白土的加量要控制在总泥浆量不超过3%勺范围内。要进一步提高泥浆的携砂能力要通过加 CMS-1 XCDffi无机盐来实现。泥浆 的转化要按水平井下部井段抗盐、抗高温无土相复合盐体系进行，严 禁加入不抗盐、不抗高温的其他处理剂。4.3.2化学防塌措施增大钻井液中无机盐和有机盐含量，使钻井液的矿化度远大于地 层水的矿化度，有效的降低钻井液中水的活度，提高钻井液对地层的 抑制能力。第一次转化盐水

23、泥浆盐的加量不少于泥浆量的 5%提高钻井液中封堵粒子的含量，增加阳离子乳化沥青质和细目碳 酸钙的含量。严格控制钻井液的滤失量，要求 API滤失量在5ml以下，HTHP 滤失量在15ml以下。兼顾降失水、强封堵、提动切力、改善泥浆流 变性，根据泥浆性能和各种处理剂的特性使用好各种处理剂。同时在造浆严重的井段加大 KPAIM CWD-侍具有抑制性的处理剂 的加量，抑制地层造浆，同时预防 PDC占头的泥包。4.3.3物理防塌要求在不增加或降低体系中固相含量的情况下，尽量提高钻井液密度。主要是通过增加无机盐和有机盐的含量辅以重晶石提高密度。在井斜45度前将密度提高到1.23-1.25克/厘米3,井斜大

24、于45度逐渐 将密度提高到1.25-1.28克/厘米3,井斜达到60度以上密度必须达 到1.30克/厘米3,在地层承压允许的情况下，若井下有不稳定的迹象 情况可提高到1.35克/厘米3。完成井泥浆密度曲线系列 1 _ 系列2系列3系列4 n 系列5, 系列 6 系列 7（备注：系列1 苏五1H,系列2 苏36-18-10H，系列3 一桃7-17-19H，系列4 一桃七1H,系列5一 桃 7-8-8H，系列 6 桃 7-17-18H,系列 7 苏 36-8-18H ）所完成井，除了工程院技术服务桃 7-17-19H井（系列3）,因为 体系不同斜井段完钻钻井液密度1.23克/厘米3偏低外，其余井均

25、保 持在了 1.29-1.34克/厘米3,基本是上保证了物理防塌的要求。4.3.4防PDC占头泥包技术预防PDC占头泥包的钻井液维护的核心是：通过维持大分子包被 剂、无机盐、有机盐、等强抑制剂的含量，提高钻井液的抑制性，抑 制泥岩地层造浆、分散。同时保持低土相、低活性固相含量，确保泥 岩段的砂样成型好，不粘筛布，钻井液的性能在泥岩段钻进变化不大， 密度、粘度、固含不升，性能稳定。一是PDC钻头钻速快、钻屑多，必须要有足够的排量，避免钻 屑重复切削会形成淤泥而泥包钻头。要求环空上返速度达到 1.00-1.20 米/秒；二是钻压合理，送钻均匀，速度太快时要适当控 制钻压.三是尽量避免长时间、长井段

26、的滑动钻进。4.3.5降低摩阻，减小扭矩措施4.3.5.1定期加入聚合醇、石墨，原油等润滑剂，保证井壁光滑。4.3.5.2四级固控设备不定期使用。4.3.5.3清洗沉砂罐，尽量保证细砂不重复入井。4.3.5.4短程起下钻，破坏岩床，降低摩阻。在不易造浆的砂岩井段， 勤补充具有悬浮性的处理剂，增强钻井液的结构，有利于携带岩屑。苏平36-08-10井摩阻系数0.1苏平 36-18-10 夫F斜井E殳摩阻顶Z数0.090.080.070.060.050.040.03V%苏平36-08-10井井斜、摩阻系数、狗腿度（表7）井深m29933206324933603432349035263597摩阻系数0

27、.08750.06990.06120.06120.05240.05240.04370.0437井斜21.0936.2141.4851.3361.8868.9175.5990.7狗腿度18.487.1123.112.2115.7919.6331.8618.35通过上述措施的实施，虽然随着井深的增加，井斜的增大，但是 泥浆的摩阻系数在减小，控制在0.0875-0.0437之间，较好的降低了 摩阻，为后期施工奠定了基础.4.3.6有效携砂措施4.3.6.1保证足够大的排量，力争环空返速度达到 1.2m/s,防止 岩屑床的形成。4.3.6.2大斜度井段通过加CMS-1和XCD提高泥浆的携砂能力， 减小

28、岩屑床的形成的机率。4.3.6.3确保钻井液具有良好的流动性，要采用适当的粘度，防 止在斜井段粘切过高或过低而造成的携砂困难。4.3.7四级固控的使用要求。进入斜井段要合理使用四级固控设备，严格控制钻井液中的有害 固相，含砂量小于0.5%,在固控设备不能满足的情况下，采用清罐 或替换部分钻井液来降低有害固相。搞好一级固控，选用波浪筛布，筛布要求在100-120目，要求泥浆要100%勺过筛。钻进时，不间断的开启除砂、除泥器，离心机对加重钻井液要通 过清除-加重-清除的措施来调整钻井液中的固相比例。推荐斜井段钻井液性能控制（表8）井 斜密度粘度API失水摩擦系数kf摩阻MBT (g/L )CL (

29、ppg清水 加量限总固相含量V451.061.2045-5040.0875-0.0612v 6<14. 34-5万15-20%V10%>451.201.3050-706-4V 3.5 度V1214-295-7万> 20V154.4进一步改进和完善了水平段无土相低伤害钻井液体系针对水平段储层不稳定，存在大段泥岩，对原水平段钻井液体系 通过加入无机盐、有机盐及性能的调整优化，基本上解决了水平段大 段泥岩井壁不稳定的状况。4.4.1水平段主要技术难点：4.4.1.1钻井液性能能否满足钻遇泥页岩夹层时井壁稳定性。4.4.1.2钻井液性能能否满足水平段钻进携砂问题。4.4.1.3钻井液性能能否满足水平段润滑性。4.4.2维护处理措施及要求：4.4.2.1利用固井候凝时间将地面循环罐清理干净并放满清水， 打水泥塞时用清水洗井，做好钻井液的替换工作。4.4.2.2转换过程中控制泥浆总量在200方左右，初始性能密度 1.03-1.04g/cm3，漏斗粘度 60-70S，失水 6-8m