大牛地气田DP14水平井氮气泡沫钻井实践与认识

摘 要

摘要：为有效开发大牛地气田低孔隙度特低渗透率储层，在下二叠统下石盒子组盒1段储层段试点推行欠平衡钻水平井技术。在DP14井井段(2865.20～4147.03m)实施欠平衡钻水平井，水平段总
摘要：为有效开发大牛地气田低孔隙度特低渗透率储层，在下二叠统下石盒子组盒1段储层段试点推行欠平衡钻水平井技术。在DP14井井段(2865.20～4147.03m)实施欠平衡钻水平井，水平段总进尺为1281.83m，其中氮气进尺为33.97m，氮气泡沫进尺为1247.88m，创造了目前国内氮气泡沫欠平衡钻水平井水平段进尺最长的纪录。在控速钻进的情况下，水平段平均机械钻速为5.79m/h，是该地区常规钻水平井平均机械钻速的2倍以上；共使用6只钻头，其中一只钻头纯钻时间为67.5h，进尺455.36m，创造了大牛地气田水平井Ø215.9mm井眼中最大单只钻头进尺的纪录。DP14井裸眼完井后在油压为7.1MPa时，产气量为1.07×104m3/d，首次在盒1段储层实现了自然建立产能。DP14井欠平衡钻水平井的成功实施，加快了盒1段储层的开发进程，并为试点工程的后续实施积累了经验a
关键词：大牛地气田；早二叠世；低渗透储集层；氮气；氮气泡沫；欠平衡水平井
0 引言
    DP14井位于陕西省神木县尔林兔国有农场范围内，是大牛地气田在鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东北部的一口欠平衡水平井，也是在该地区试点推行欠平衡水平井技术的一口重点试验井。为了能有效地开发低孔特低渗透层下二叠统下石盒子组盒1段储层，探索欠平衡水平井技术在盒1段储层的实用性，在DP14井的水平段采用了纯氮气和氮气泡沫欠平衡钻水平井技术。
1 地质情况
1.1 井壁稳定性分析
    为了研究欠平衡水平井的井壁稳定性问题，对盒1段储层的4口直井横向取心后，进行了岩石力学实验，实验结果见表1。从表1可以看出在围压为10MPa时，岩石的平均抗压强度为116.8MPa，而通过模拟计算在氮气介质下的井内最大应力为101.5MPa，因而不会出现井壁失稳[1]。
1.2 地层出水情况
    表2给出了DP14井邻井盒1段储层的产水分析结果，从表2的分析结果可以看出盒1段气层不产水，可以在纯氮气和氮气泡沫介质下实施欠平衡水平井[2]。
2 水平段钻井难点与对策
2.1 地质靶区垂深的不确定性
    大牛地气田盒1段储层为辫状河道沉积，储层非均质性极强、横向变化大[3]，很难找准A靶点，从而给水平段的轨迹控制增加了难度。针对这种情况在DP14井实施了Ø311.2mm+Ø215.9mm的复合斜导眼，月页利找到A靶点。
表1 盒1段储层岩心强度实验结果表
井号
井深/m
岩性
围压/MPa
抗压强度/MPa
强度参数
内聚力/MPa
内摩擦角/(°)
D66
2668.50
石英砂岩
0～10
81.53～114.62
20.71
28.53
D61
2715.00～2726.00
0～10
58.95～123.76
20.12
41.58
D59
2627.00～2635.00
0～10
49.93～125.21
19.34
50.89
D37
2723.00～2735.00
0～10
54.60～100.80
22.45
39.23
 

2.2 井眼轨迹监测难度大
   常规的MWD不能在可压缩流体介质中实现信号的传输，因而不能实现井眼轨迹的实时监测[4]。为了能对井眼轨迹实施监测，以便于及时调整钻具组合进行增斜、稳斜、降斜钻井，保证水平井段在最佳砂体中穿越，该井采用了斯伦贝谢提供的电磁波随钻测量系统，该系统可以在氮气泡沫钻井作业中，随钻获取地层伽马地质参数和井斜角、方位角、高边工具面角等工程参数，以便现场对井眼轨迹进行实时调整；同时对地静压力增加，从而致使摩擦力大大增大，导致上提下放钻柱时摩阻大，转动钻柱时扭矩大[5]。在水平段Ø215.9mm井眼中使用了Ø127mm钻杆，而这种钻杆的抗扭强度和抗拉强度较小，如操作不当，易发生井下事故。为了能在欠平衡的方式下顺利完成1281.83m的长水平段的钻进，要求在整个水平段的钻井过程中遵循复合钻进，滑动定向的原则，复合钻进的时间不低于总钻时的80%，每钻进一个立柱进行短起钻划眼，保证井身质量。
3 欠平衡水平井钻井实践
3.1 井身结构
表3给出了DP14井井身结构。该井将Ø244.5mm技术套管下至A点，封隔住上部地层，以便于水平段欠平衡钻进的顺利实施。为了实现全过程欠平衡钻完井，该井水平段采用先期裸眼完井。
 
3.2 钻具组合
   钻具组合：Ø215.9mmPDC钻头+KQ9LZ172×7.0马达(1.25°)+接头+浮阀+EMWD+无磁钻铤+Ø127mm加重钻杆+Ø127mm钻杆+旋塞+止回阀+Ø127mm钻杆+Ø127mm加重钻杆+Ø127mm钻杆串。
3.3 欠平衡专用设备
   Sullair1150XH空压机6台，总供气能力为195m3/min，额定压力为2.4MPa；60m3/min膜制氮机2台；20m3/min车载式膜制氮机1套；E3400型增压机2台，最大工作压力为15MPa；Williams7100旋转控制头1套；Ø244.5mm井下套管阀1只；电磁波随钻测量系统1套；雾泵1台，最大供液能力为8L/s；排砂管汇1套；地面供气管汇1套。
3.4 欠平衡水平段钻进情况
    用钻水泥塞钻具组合扫完水泥塞，起钻后更换光钻杆分3次进行气举，注气量由20m3/min逐渐增加到80m3/min，气举完成后起换钻具组合进行欠平衡水平段钻进(见表4)。
    表4给出了DP14井水平段欠平衡钻井钻头使用情况与钻井参数，DP14井最开始设计使用氮气进行水平段钻进，从表4可以看出纯氮气钻井共进行4趟钻，总进尺为33.95m，第1趟钻平均机械钻速为13.3m/h，充分体现出了气体钻井的优势，并创造了该地区水平井水平段机械钻速之最。由于在纯氮气介质中，斯伦贝谢提供的电磁波随钻测量系统无法进行信号传输，因而将其转化为氮气泡沫，氮气泡沫共进行6趟起下钻，平均机械钻速为6.75m/h，总进尺为1247.88m。
3.5 应用效果
    1) 在控速钻进的情况下，水平段平均机械钻速为5.79m/h，是该地区常规水平井水平段平均机械钻速(2.71m/h)的2.14倍，大幅度地提高了机械钻速。
    2) 在氮气泡沫钻井中，单只钻头进尺为455.36m，平均机械钻速为6.75m/h，创该地区单钻头水平段进尺的纪录。
    3) 单日最大进尺为130.5m，平均机械钻速为9.32m/h，创该地区之最。
    4) 在水平段欠平衡钻井过程中采用EMWD，实现了水平段轨迹随钻测量和实时调整，图1给出了DP14井欠平衡水平段实钻轨迹。
    5) 该井采用先期裸眼完井后，在油压为7.1MPa时，获天然气产量为1.07×104m3/d，首次在盒1段储层实现了自然建立产能。

4 结论与认识
    1) DP14井是大牛地气田第1口氮气和氮气泡沫欠平衡钻水平井，DP14井在该地区创造了多项纪录，为后续欠平衡水平井的实施积累了宝贵经验。
    2) 欠平衡钻水平井技术能有效地保护油气层，该井第1次在低孔特低渗透层的盒1段储层实现了自然建立产能，为该类储层的开发找到了一条有效途径。
参考文献
[1] 丁振龙，刘绘新.有限元法在油气井井壁稳定计算中的应用[J].钻采工艺，2006，29(2)：23-24/27.
[2] 赵业荣，孟英峰.气体钻井理论与实践[M].北京：石油工业出版社，2007：146.
[3] 唐明安，孙宝玲.大牛地气田下石盒子组基准面旋回与储层流动单元的层次性[J].沉积学报，2007，25(1)：39-47.
[4] 李田军，焉泰灵.电磁波随钻测量与欠平衡钻井[J].西部探矿工程，2006，119(3)：198-199.
[5] 孙海芳，谯抗逆，胡超，等.广安002-H8井气体钻水平井实践[J].天然气工业，2008，28(4)：61-63.
 
(本文作者：汤明1 何世明2 邢景宝2 郑锋辉2 邓红琳2 曹树生2 周怀光3 1.西南石油大学石油工程学院；2.中国石化华北分公司；3.中国石油塔里木油田公司)