大庆油田深层天然气钻井提速关键技术研究

     大庆油田深层天然气钻井提速关键技术研究

佘龙

  大庆钻探工程公司钻井三公司 黑龙江 大庆 163000

摘要：大庆油田深层天然气藏以开采营城组和沙河子组气藏为主，由于储层埋深大、研磨性强，地温高，倾角大，软硬地层交错，井塌井漏严重，导致钻井周期普遍较长，影响了钻井时效。随着深层天然气勘探不断深入，钻井技术及工具不断进步完善，提高钻井速度，减少钻井周期，降低钻井综合本的需求不断增多。基于此，结合大庆油田深层天然气藏钻井实践，开展了钻井提速关键技术攻关，并通过优化井身结构设计和钻头个性化设计，引进或自主研制液动旋冲工具为主的提速工具，优选高性能钻井液体系，完善长裸眼段低密度固井工艺，钻井速度大大提高，深层天然井钻井周期明显缩短，增效显著。

关键词：大庆油田；深层天然气；钻井难点；钻井提速

1大庆深层天然气藏地质难题

1.1储层情况

松辽盆地深层气藏岩性复杂，主要有砂岩、泥岩、火山熔岩、碎屑岩、砂砾岩及其过渡性岩石， 部分夹杂煤层，并具有多套储集类型，主力气层孔隙度2.0～10％，渗透率0.04～2.5mD，一般地层压力系数为0.9～1.17，局部存在异常压力层系。泉二组以下地层坚硬，尤其是沙河子组、营城组储层硬度高，抗压强度2000～5000MPa，其中火山岩4000～5000MPa，可钻性级值8～10.38级，钻进行程钻速低。

1.2复杂情况多

登娄库组以上非目的层水层多、出水量大，泥岩水敏性强，井壁吸水膨胀失稳。上部青山口组破碎性页岩，坍塌严重，下部易发生渗透性漏失。下部营城组火山岩为主，裂缝较发育、存在煤层、破碎带，易发生裂缝性漏失，深井漏失发生率达到21.6％，曾有5口井营城组为目的井坍塌严重导致提前完钻。

1.3地层温度高

松辽盆地地温梯度3．8～4．1℃／100m，4500m深井井底温度可达180℃，最高达到220℃以上。

1.4地层倾角大

登娄库以下地层倾角最高60度，岩层岩性不均质，泉头组以下地层造斜能力强，地层硬度高，窄气钻井、液动旋冲钻井、涡轮钻井等提速手段都存在防斜和打快的矛盾。

2钻井提速技术难点分析

2.1钻井设计

松辽盆地深层天然气钻井以营城组和沙河子组为钻井目的，一般采用三层井身结构设计，φ444．5mm井眼下入φ339.7mm表层套管，封隔上部松散地层和保护地下水层，四方台组完钻；φ315mm或φ311.15mm井眼下入φ244.5mm技术套管，封隔上部水层和高压层，还有青山口组泥岩和坍塌层，一般在登二段完钻；φ215.9mm井眼下入φ139.7mm生产套管，沙河子组完钻较多。经过多年钻井技术积累和钻井工艺整体进步，钻井设计更加灵活，现阶段钻井设计难点主要考虑：①地层压力：钻井设计必须满足裸眼井段力学平衡，松辽盆地储层多个压力体系集中在很短井段内，增加压力预测难度：②闭封点设计：不同的复杂地质条件、钻采目的、完钻方式、井身结构闭封点位置设计直接影响整体钻井速度；③设计工艺优化：钻井设计需要适应不断进步的新型钻井技术及其钻井装备更新的需要，尤其在多项技术整合、设计软件更新、井控安全标准、井型结构复杂设计和复杂事故预测等方面不断优化更新。

2.2钻井提速工具

通过引进世界前沿的提速工具到自主研发，提高机械钻速，提高提速工具包括小井眼、特殊结构井、深层水平井提速工具，使用效果和序列化程度。

2.3钻头优选

高温、高研磨地层的钻头个性化钻头设计，针对不同地区的钻头个性化钻头设计、改进和试验、钻头序列化，还有提速工具配套钻头的优选，这些都将是深井提速的重点。

2.4固井

钻井低密度水泥浆固井一次全封固段最大长度的多少直接限制了井身结构的简化。深层天然气井固井质量受地层温度、井径规则度、套管尺寸和居中度、环空间隙、地层流体腐蚀及气窜和固井施工参数影响较大，质量的好坏直接制约了后续完井采油工艺射孔和压裂施工。

2.5钻井液

深井钻井液难点在环保水基钻井液体系的抗高温稳定性、抑制防塌、润滑防卡等三个基本性能，另外在钻井液复杂处理、防漏堵漏、堵漏工具等钻井液复杂处理方面，减少复杂情况的发生相当于减少钻井周期，降低钻井成本，水基钻井液性能最终将不断接近油基钻井液性能，并且更加环保。

3钻井提速工艺及技术改进

3.1钻井设计优化

松原盆地深井以往受钻井技术限制，三层井身结构，二开井段长，需要2个钻头钻取软硬地层，二开完钻下尾管和尾管回接，总体成本居高不下，经过一次全封固固井工艺的改进、钻头的优选和提速工具的完善，井身结构设计更加合理。①二开完钻深度由登二组提高泉二组上部，减少套管长度和水泥成本；②二开完钻取消尾管悬挂和尾管回接，取消了尾管悬挂，节省了尾管悬挂器和回接的套管成本；③二开完钻改为低密度水泥浆一次全封固固井，技套全封固长度最长达到4000m以上，二开完井工艺综合成本大大降低，同时大幅度减少钻井周期；④三开坚硬使用液动旋冲工具和耐研磨地层的涡轮钻具，提速效果明显；⑤二开井段长度减小，钻头由2个PDC钻头减少为1个PDC钻头，一趟钻完钻，减少钻头成本。

3.2钻井提速工艺优化及应用

(1)提速工具

通过自主研发的提速工具达到国内先进水平的有液动旋冲工具、涡轮钻具和水力振荡器等，根据松原盆地深层特点，建立中硬地层螺杆加复合钻进，下部硬地层优选液动旋冲工具和涡

轮钻具提速模板，提速效果明显。液动旋冲工具应用在三开全井段，钻遇进尺慢、高研磨营城组下部和沙河子组上部晶屑凝灰岩和砂质砾岩地层，选用涡轮钻具。

(2)钻头设计优选

开展岩石力学和地层特性分析，明确了松辽盆地地区常规PDC使用极限深度，以三压力、岩性、可钻性为主的多学科地质预测技术为主，针对深井不同层位、井径、井型和钻井工艺优选出多套钻头优选方案，集成应用各单项成熟技术工艺，固化了松辽盆地深层八个区块的钻头提速技术模板。

通过引进和自主研制，针对性开展个性化钻头优选、改进与试验，优选防泥包软地层快进尺钻头，高耐磨抗冲击的复合片的PDC钻头或牙轮，提速工具配套钻头，形成了深层高效钻头序列，现场提速效果非常好。

(3)固井

研发低密度水泥浆添加剂，降低固井施工环空压耗，提高了水泥封隔段长度，实现长井段一次全封固钻井工艺技术。为了满足松辽深层天然气勘探固井工艺质量要求，研究包括固井防气窜、防腐蚀、大温差等水泥浆固井工艺技术，同时研制了下套管居中液力扶正器、漂浮下套管工具、遇水膨胀工具等，保证了固井质量的完整性。

(4)钻井液体系

大庆松辽盆地地区青山口地层和储层存在细小裂缝和渗透性砂岩，优选细颗粒可酸化暂堵剂，随钻预防漏失发生，优选低分子聚合物类降失水剂和磺化沥青类处理剂预防泥页岩坍塌，选用环保型水基润滑剂，形成松辽盆地深层特色的水基高性能防塌防漏钻井液体系。要求高性能水基钻井液抗温能力大于180℃，抗污染、抗盐和抗钙能力强，体系中泥岩水化分散率低。根据以上要求，优选得到钻井液体系：3％～4％膨润土+0.2％～0.3％纯碱+0.2％～O．4％氢氧化钾+1.5％～3.0％铵盐+2.0％～4.O％抗盐抗高温降失水剂+1.5％～2.5％封堵防塌降失水剂+2.0％～3.0％磺化沥青+1.O％～4.O％增粘剂+1.0％～3.0％胺基抑制剂+2.0％～4.0％聚合醇+1.0％～2.0％粘土稳定剂+2.0%～4.0％环保无荧光极压润滑剂+3.0％～50％固体润滑剂+1.0％～5.0％油层暂堵剂，并进行了性能评价。

3.3深井提速工艺

松辽盆地深井形成自己特色的提速工艺，在原有的井身层次基础上，优化了井身结构，减少了大量的水泥和套管成本，一口井平均减少钻井周期37．66 d，减少一只钻头及其起下钻时间，减少昂贵的套管悬挂器，并且彻底杜绝悬挂器施工事故高风险，自主研制的提速工具不论成本效益，还是使用效果远远好于国外同类产品，能够完全适应大庆地区地层钻进，钻井液体系和水泥浆固井性能和使用效果完全配合了提速钻井工艺的需要，其提速工艺技术改进汇总见表1。

表1 深层提速工艺技术汇总

4总结及建议

(1)钻井设计直接影响钻井提速和钻井成本，其优化依赖于钻井技术及其工艺的不断改进，需要紧跟世界前沿科技，紧抓钻井最新技术，紧密结合页岩气、煤层气、干热岩等新储层需求，超前思考，大胆创新，提前储备技术，加强新技术推广应用范围及程度，依靠新钻井技术持续不断改进完善钻井设计，不断降低成本，积累经验，才能实现深井提速、提质、降本的目标。

(2)深层勘探开发钻取水平井、分支井是将来发展趋势，井下条件和井身结构越来越复杂，安全环保不断加强，深层水平井和欠平衡井提速工具是将来发展方向，带先进的地质导向功能的低端旋转导向普遍推广应用前景广阔，小井眼需求的增多将发展出小尺寸的提速工具及配套钻头。

(3)为大幅度减少钻井周期和成本，等直径钻井工艺是将来发展方向，复杂事故处理的需求，

实体膨胀管技术会不断完善发展，包括膨胀管封隔低压或高压油水层减少井身层次技术，膨胀管封隔漏失和坍塌复杂地层技术，低成本膨胀管封隔悬挂技术。

(4)陆地超深井和极低高寒地区的钻井需要，劳动成本的增加，丛式井井型增加，工厂化作业模式，先进自动化、智能化、信息化钻机及钻井配套装备的将主导钻井工艺跨越式进步，例如1个小时内自己移动搬家15m到新井位的可移动式钻机，带有远程操作机械手的高智能钻井装备以实现恶劣户外环境下减少劳动人员及其劳动强度，油田后发展时期老井改造需要大量低成本的小井眼连续管钻机。未来安全环保就是最大的成本，井下条件越来越恶劣，为了严格控制井下和地面人员安全，安装井口旋转控制接头可能成为常态。

参考文献：

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