大牛地水平井施工分析与总结
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[摘要]分析了应用水平井开发大牛地低渗透气田的钻井技术难点由于地层岩性变化、可钻性差异，泥岩稳定性，低破裂压力层段漏失，钻井液和携岩能力，岩屑床的清除，以及钻遇泥岩煤层发生坍塌掉块等问题和不可控因素，对水平井钻井提速提效产生了不利的影响。阐述了水平井钻井技术，包括钻头选型、钻具组合、钻进参数优选、钻井液等技术。总结出适合大牛地气田水平井优快钻井技术，形成了一套大幅度提高机械效率，缩短钻井周期，适合大牛地工区的优快钻井技术。
[关键词]钻井技术 钻头选型 水平井 机械效率
中图分类号：TE242 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）24-0280-01
一、分析制约大牛地水平井提速提效的因素
1、地质因素
（1） 第四系和白垩系地层地质疏松、胶结性差易坍塌和漏失。
（2） 侏罗系安定、直罗泥页岩易水化膨胀，形成缩径，引起卡阻复杂情况；延安、延长组砂岩易发生缩颈性卡钻和渗漏。
（3）白恶系二马营组以上地层易斜。
（4）二叠系石千峰和上石盒子组地层不稳定，泥页岩易剥落、坍塌、掉块、泥页岩的分散、水化、剥落是井壁失稳的主要原因
（5）二叠系山西组、石炭系太原组煤层、泥岩易发生坍塌，砂岩石英含量高 研磨性极强，可钻性差。
2、施工因素
鄂北工区大牛地水平井施工难点
（1）、一开阶段施工难点
a、第四系散砂层坍塌卡钻
b、井斜超标，优化钻具组合提高机械钻速防斜打直。
（2）、二开上直井段施工难点
a、钻头选型：钻头的早期损坏和机械钻速
b、上部直井段多为泥岩与砂岩互层段，软硬胶结，且存在地层倾角，容易发生井斜。
（3）、二开斜井段施工难点
a、单弯螺杆的选型，影响造斜效果和机械钻速
b、钻井液性差，滑动钻进时，钻柱与井壁摩擦产生的轴向摩阻和钻井液的吸附产生严重托压现象。
c、钻进上石盒子组泥岩时，钻井液密度未能及时平衡地层压力，使泥岩段井壁失稳。
d、造斜钻头选型直接影响整个钻井周期
（4）、水平井段施工难点
a、钻遇泥岩、煤层，井壁失稳。钻井中可能出现漏、塌、卡等复杂情况
b、水平段长、摩阻扭矩大、钻井液携岩困难，形成岩屑床。
c、钻井液性不好、摩阻大、托压严重，钻进效率低。
d、储层砂岩致密，研磨性强，加上裸眼段较长，施工周期较长，泥岩地层容易发生严重掉块，从而造成遇阻、卡钻事故的发生
二、大牛地水平井钻井工艺技术及应用效果
1、一开井段
（1）钻头：选择使用311.2mm固邦生产的P8285M钻头或是同类型的其他五刀翼PDC。使用PDC钻头钻压小，机械钻速高（螺杆复合钻可达30-45m/h），一开打400米的井深一般只需要15-20小时左右，有力的提高了机械钻速。
（2）钻具组合
311.2mmPDC+203mm直螺杆（或197mm直螺杆）+178mmDC×3+159mmDC×12+127mmHWDP*15 +127mmDP串（或是311.2mmPDC+203mm直螺杆（或197mm直螺杆）+178mmDC×9+127 mmHWDP*30+127mmDP串）。
（3）钻井参数
第一柱钻铤入井时采用0～10kN钻压，提高钻头水功率以水力冲击和旋转为主，小钻压钻进确保开孔开直，后每增加1根钻铤入井时加压5kN，逐步加压至50-100kN，转盘转速70～90r/min，钻井排量32-45L/s。
（4）一开重点技术措施
a、使用预水化膨润土配浆开钻，防止流沙层垮塌，保持井壁稳定，避免使用大排量钻进时对井壁造成严重冲刷。
b、每钻进100～150m 时测斜一次，发现异常及时纠斜并加密测点。
c、完钻后，充分循环，将井内的岩屑循环干净，用稠塞封下部井段保证下套管和固井作业的顺利进行。
2、二开上部直井段
（1）钻头：近几年在鄂北工区施工的百余支井队实践证明五刀翼PDC配16mm切削片最为适合该区块地层。下面是几种PDC的机械钻速：
在上述几口井中的应用来看S1655FC/M1655FC和GM1605TX/GS1605TX建议在上部直井段中使用，且在DPH-84井中直井段仅适用GM1605TX一只PDC。
（2）钻具组合及钻井参数：222.3mmPDC钻头+172mm 1°或1.25°单弯螺杆+217mm扶正器+MWD接头+172mm无磁DC×1 +178mmDC×9 +127mmHWDP×30+127mmDP串，钻压40～100kN，转速螺杆+50-70 r/min，排量32L/s，泵压10 MPa 以上。经过长期的施工总结上部直井段采用螺杆复合钻，随钻测斜跟踪井身轨迹，可以及时纠正井斜，既同时控制井身轨迹符合设计节约了时效，又同时提高了机械钻速。据统计：螺杆复合钻机械钻速约是常规钻具机械钻速的两倍。
（3）上直井段重点技术措施
a、使用PDC+螺杆钻具复合钻进，在上部井段实现防斜打直快速钻井。
b、采用清水聚合物钻井液体系控制造浆大循环钻进，每300-500米稠塞携砂一次，钻遇砾石层注意循环，接单根要快，防止沉砂卡钻。
c、控制好钻井液密度，1500m之前1.05g/cm3，定向（约2200m）之前1.07g/cm3。同时调整粘度，控制在30-35S为宜，使之快速通过上部井段，增加瞬时滤失，迅速形成泥饼，提高井壁强度，避免大排量对井壁造成严重冲刷。
3、二开斜井段
（1）钻头：定向段钻头的选择，牙轮钻头由于本身结构特征，在定向滑动钻进时工具面稳定，给定向施工带来方便，但是考虑牙轮钻头的使用寿命和机械钻速较低所造成的时效延误是不明智的；故我们推荐使用PDC钻头，虽然PDC钻头在稳定工具面上较牙轮钻头的效果较差，但PDC使用寿命较长，且机械钻速较高。据使用现场统计：一只牙轮定向入井使用最多45h左右，机械钻速一般在1-4m/h，一只PDC钻头最多可入井180h左右，机械钻速一般在3-9m/h，PDC钻头使用寿命是牙轮钻头使用寿命的4倍，机械钻速也是牙轮钻头的2倍。下面推荐几种限产使用的PDC：型号S1655FGA2的PDC钻头在DPH-96井中定向进尺591.8m，平均机械钻速5.21m/h；在DP94H井中定向钻进505m，平均机械钻速5.64m/h；在DPH-111井中定向钻进589m，平均机械钻速5.12m/h。型号GMD1635TX的PDC钻头在DPH-84井中定向钻进414m，平均机械钻速3.78m/h；在DPH-111井中平均机械钻速5.42m/h。
（2）钻具组合
222.3mm钻头+172mm1.5°单弯螺杆+178mmMWD无磁循环短节+172mm无磁DC×1+127mm无磁承压DP×1+127mmDP×（30-45）+127mmHWDP+127mmDP串。
（3）钻井参数
钻压80-120kN，转速螺杆+45-60r/min，排量30-32L/s，泵压10-15MPa。
三、总结
1、上部直井段复合钻进及合理选择PDC钻头在工区内推广使用，使得钻井效率有了很大的提升。
2、二开造斜段和三开水平段注重钻头选型和钻井液的性、抑制性，势必钻井速度大幅度升高。
3、大牛地气田部分水平井造斜段会钻遇大段煤层，水平段会钻遇泥岩、煤层等不稳定地层，通过应用煤层地层钻井液和钻井工艺稳定井壁技术以及应用轨迹调整避开水平段不稳定地层钻井技术可有效解决大牛地气田井壁失稳问题。
4、保证井下安全钻井液是钻井的血液，只有优快钻井液技术和钻井技术相互配合，才能取得最佳的使用效果。