大牛地氣田DP14水平井氮氣泡沫鉆井實踐與認識

摘 要

摘要：為有效開發大牛地氣田低孔隙度特低滲透率儲層，在下二疊統下石盒子組盒1段儲層段試點推行欠平衡鉆水平井技術。在DP14井井段(2865.20～4147.03m)實施欠平衡鉆水平井，水平段總
摘要：為有效開發大牛地氣田低孔隙度特低滲透率儲層，在下二疊統下石盒子組盒1段儲層段試點推行欠平衡鉆水平井技術。在DP14井井段(2865.20～4147.03m)實施欠平衡鉆水平井，水平段總進尺為1281.83m，其中氮氣進尺為33.97m，氮氣泡沫進尺為1247.88m，創造了目前國內氮氣泡沫欠平衡鉆水平井水平段進尺最長的紀錄。在控速鉆進的情況下，水平段平均機械鉆速為5.79m/h，是該地區常規鉆水平井平均機械鉆速的2倍以上；共使用6只鉆頭，其中一只鉆頭純鉆時間為67.5h，進尺455.36m，創造了大牛地氣田水平井Ø215.9mm井眼中最大單只鉆頭進尺的紀錄。DP14井裸眼完井后在油壓為7.1MPa時，產氣量為1.07×104m3/d，首次在盒1段儲層實現了自然建立產能。DP14井欠平衡鉆水平井的成功實施，加快了盒1段儲層的開發進程，并為試點工程的后續實施積累了經驗a
關鍵詞：大牛地氣田；早二疊世；低滲透儲集層；氮氣；氮氣泡沫；欠平衡水平井
0 引言
    DP14井位于陜西省神木縣爾林兔國有農場范圍內，是大牛地氣田在鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東北部的一口欠平衡水平井，也是在該地區試點推行欠平衡水平井技術的一口重點試驗井。為了能有效地開發低孔特低滲透層下二疊統下石盒子組盒1段儲層，探索欠平衡水平井技術在盒1段儲層的實用性，在DP14井的水平段采用了純氮氣和氮氣泡沫欠平衡鉆水平井技術。
1 地質情況
1.1 井壁穩定性分析
    為了研究欠平衡水平井的井壁穩定性問題，對盒1段儲層的4口直井橫向取心后，進行了巖石力學實驗，實驗結果見表1。從表1可以看出在圍壓為10MPa時，巖石的平均抗壓強度為116.8MPa，而通過模擬計算在氮氣介質下的井內最大應力為101.5MPa，因而不會出現井壁失穩[1]。
1.2 地層出水情況
    表2給出了DP14井鄰井盒1段儲層的產水分析結果，從表2的分析結果可以看出盒1段氣層不產水，可以在純氮氣和氮氣泡沫介質下實施欠平衡水平井[2]。
2 水平段鉆井難點與對策
2.1 地質靶區垂深的不確定性
    大牛地氣田盒1段儲層為辮狀河道沉積，儲層非均質性極強、橫向變化大[3]，很難找準A靶點，從而給水平段的軌跡控制增加了難度。針對這種情況在DP14井實施了Ø311.2mm+Ø215.9mm的復合斜導眼，月頁利找到A靶點。
表1 盒1段儲層巖心強度實驗結果表
井號
井深/m
巖性
圍壓/MPa
抗壓強度/MPa
強度參數
內聚力/MPa
內摩擦角/(°)
D66
2668.50
石英砂巖
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 井眼軌跡監測難度大
   常規的MWD不能在可壓縮流體介質中實現信號的傳輸，因而不能實現井眼軌跡的實時監測[4]。為了能對井眼軌跡實施監測，以便于及時調整鉆具組合進行增斜、穩斜、降斜鉆井，保證水平井段在最佳砂體中穿越，該井采用了斯倫貝謝提供的電磁波隨鉆測量系統，該系統可以在氮氣泡沫鉆井作業中，隨鉆獲取地層伽馬地質參數和井斜角、方位角、高邊工具面角等工程參數，以便現場對井眼軌跡進行實時調整；同時對地靜壓力增加，從而致使摩擦力大大增大，導致上提下放鉆柱時摩阻大，轉動鉆柱時扭矩大[5]。在水平段Ø215.9mm井眼中使用了Ø127mm鉆桿，而這種鉆桿的抗扭強度和抗拉強度較小，如操作不當，易發生井下事故。為了能在欠平衡的方式下順利完成1281.83m的長水平段的鉆進，要求在整個水平段的鉆井過程中遵循復合鉆進，滑動定向的原則，復合鉆進的時間不低于總鉆時的80%，每鉆進一個立柱進行短起鉆劃眼，保證井身質量。
3 欠平衡水平井鉆井實踐
3.1 井身結構
表3給出了DP14井井身結構。該井將Ø244.5mm技術套管下至A點，封隔住上部地層，以便于水平段欠平衡鉆進的順利實施。為了實現全過程欠平衡鉆完井，該井水平段采用先期裸眼完井。
 
3.2 鉆具組合
   鉆具組合：Ø215.9mmPDC鉆頭+KQ9LZ172×7.0馬達(1.25°)+接頭+浮閥+EMWD+無磁鉆鋌+Ø127mm加重鉆桿+Ø127mm鉆桿+旋塞+止回閥+Ø127mm鉆桿+Ø127mm加重鉆桿+Ø127mm鉆桿串。
3.3 欠平衡專用設備
   Sullair1150XH空壓機6臺，總供氣能力為195m3/min，額定壓力為2.4MPa；60m3/min膜制氮機2臺；20m3/min車載式膜制氮機1套；E3400型增壓機2臺，最大工作壓力為15MPa；Williams7100旋轉控制頭1套；Ø244.5mm井下套管閥1只；電磁波隨鉆測量系統1套；霧泵1臺，最大供液能力為8L/s；排砂管匯1套；地面供氣管匯1套。
3.4 欠平衡水平段鉆進情況
    用鉆水泥塞鉆具組合掃完水泥塞，起鉆后更換光鉆桿分3次進行氣舉，注氣量由20m3/min逐漸增加到80m3/min，氣舉完成后起換鉆具組合進行欠平衡水平段鉆進(見表4)。
    表4給出了DP14井水平段欠平衡鉆井鉆頭使用情況與鉆井參數，DP14井最開始設計使用氮氣進行水平段鉆進，從表4可以看出純氮氣鉆井共進行4趟鉆，總進尺為33.95m，第1趟鉆平均機械鉆速為13.3m/h，充分體現出了氣體鉆井的優勢，并創造了該地區水平井水平段機械鉆速之最。由于在純氮氣介質中，斯倫貝謝提供的電磁波隨鉆測量系統無法進行信號傳輸，因而將其轉化為氮氣泡沫，氮氣泡沫共進行6趟起下鉆，平均機械鉆速為6.75m/h，總進尺為1247.88m。
3.5 應用效果
    1) 在控速鉆進的情況下，水平段平均機械鉆速為5.79m/h，是該地區常規水平井水平段平均機械鉆速(2.71m/h)的2.14倍，大幅度地提高了機械鉆速。
    2) 在氮氣泡沫鉆井中，單只鉆頭進尺為455.36m，平均機械鉆速為6.75m/h，創該地區單鉆頭水平段進尺的紀錄。
    3) 單日最大進尺為130.5m，平均機械鉆速為9.32m/h，創該地區之最。
    4) 在水平段欠平衡鉆井過程中采用EMWD，實現了水平段軌跡隨鉆測量和實時調整，圖1給出了DP14井欠平衡水平段實鉆軌跡。
    5) 該井采用先期裸眼完井后，在油壓為7.1MPa時，獲天然氣產量為1.07×104m3/d，首次在盒1段儲層實現了自然建立產能。

4 結論與認識
    1) DP14井是大牛地氣田第1口氮氣和氮氣泡沫欠平衡鉆水平井，DP14井在該地區創造了多項紀錄，為后續欠平衡水平井的實施積累了寶貴經驗。
    2) 欠平衡鉆水平井技術能有效地保護油氣層，該井第1次在低孔特低滲透層的盒1段儲層實現了自然建立產能，為該類儲層的開發找到了一條有效途徑。
參考文獻
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[3] 唐明安，孫寶玲.大牛地氣田下石盒子組基準面旋回與儲層流動單元的層次性[J].沉積學報，2007，25(1)：39-47.
[4] 李田軍，焉泰靈.電磁波隨鉆測量與欠平衡鉆井[J].西部探礦工程，2006，119(3)：198-199.
[5] 孫海芳，譙抗逆，胡超，等.廣安002-H8井氣體鉆水平井實踐[J].天然氣工業，2008，28(4)：61-63.
 
(本文作者：湯明1 何世明2 邢景寶2 鄭鋒輝2 鄧紅琳2 曹樹生2 周懷光3 1.西南石油大學石油工程學院；2.中國石化華北分公司；3.中國石油塔里木油田公司)