摘要 DP1井是中國石油化工股份有限公司在鄂爾多斯盆地大牛地氣田部署的第一口小井眼氮氣泡沫全過程欠平衡長水平段水平井。該井為探索在小井眼條件下開發低壓低孔低滲致密砂巖的自然建產潛力，設計水平段井眼尺寸為øl52．
關鍵詞 鄂爾多斯盆地 大牛地氣田 小井眼 長水平段 氮氣泡沫鉆井液 欠平衡 軌跡控制 低效氣藏 高效開發
隨著鉆井工藝技術水平的不斷提高，小井眼井開采油氣的優越性更加明顯。鉆小井眼井的鉆井設備小、重量輕，便于偏遠地區鉆井設備的搬遷和安裝，井場各項費用少，鉆同樣深度的井巖屑少。縮短了鉆井周期，降低了鉆井成本，適合于開發各類油氣藏。欠平衡鉆井技術[1 -2]在鉆井過程中實現了井筒壓力小于地層壓力，鉆井液不會進入儲層造成近井壁油氣層的傷害。因此，特別適合于采用常規鉆井方法無法實現油氣層保護的低壓地層，以及與鉆井液濾液作用后滲透率急劇降低的水敏、鹽敏、堿敏及碎屑巖等儲層。長水平段水平井的優點是井眼在產層中水平延伸，可以更大限度地穿越油氣層，大幅度增加油氣藏裸露面積，連通各
種小型圈閉、增加縫洞鉆遇率，改善油氣田勘探開發效果，提高油氣采收率。
1 DPl9井概況
DP19井位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東北部，勘探層位為二疊系下石盒子組盒l段。鉆探的地質任務是新建盒l段氣層的自然產能，評價水平井開發大牛地氣田盒l段氣藏的技術、經濟可行性。
DP19井ø241．
2 主要技術難點
氣藏主要分布在辮狀河道砂體[3]，橫向上變化比較大，且儲層夾泥巖薄層、泥巖薄層分布不穩定和無規律、砂巖研磨性強、地層壓力低等特點給鉆井施工帶來了一系列的難題。
2．1 泥巖夾層不利于井壁穩定
本井開發層位為下石盒子組，其為辮狀河流沉積環境，呈北東 南西向展布，地層標志層不夠清晰，沉積相橫向變化快，井網較稀，致使地層對比難度大[2]，欠平衡條件下鉆遇泥巖薄層，易出現泥巖井壁失穩問題；氮氣泡沫鉆井液不能在井壁形成有效的泥餅，泥巖段井壁容易坍塌，給鉆進施工帶了一定的難度。主要體現在以下3方面：
1)由于地層標志層不夠清晰，沉積相橫向變化快，并且井網較稀，致使地層對比難度大，目的層盒1段沒有標志層位，著陸井段控制井眼軌跡精確進入目的層帶來了很大難度。
2)目的層盒l段砂體夾泥巖薄層，預測困難，泥巖段井壁不穩定，易垮塌，欠平衡條件下井壁穩定問題突出。
3)地層研磨性強，單只鉆頭使用壽命短，進尺少，增加了起下鉆次數。
2．2 鉆具組合對井眼軌跡控制效果的制約
大牛地氣藏為低孔、特低滲巖性氣藏，平面上相變快、物性差，非均質性強，使用同一種導向鉆具組合因造斜率不同，給待鉆井眼軌跡的預測帶來了困難，增大了軌跡控制的難度。
2．2．1 水平段鉆桿尺寸為ø
水平段使用的ø
2．2．2 水平段復合鉆進增斜率較高，需要經常滑動鉆進降井斜，影響鉆井時效
水平段采用“PDC鉆頭+單彎空氣螺桿+欠尺寸扶正器”的單彎雙穩定器鉆具組合進行導向鉆進，希望通過優選螺桿扶正器外徑和欠尺寸扶正器的外徑的相對大小保證穩斜鉆進。但在實際施工過程中，由于地層對鉆具的磨損、不同井段鉆進參數的時刻變化等因素，難以維持底部鉆具組合穩斜性能的穩定性，因此往往復合鉆進一段后需要配合滑動鉆進才能滿足施工要求。由于使用的氮氣泡沫鉆井液潤滑性能較差，摩阻相對較大，另外又是小尺寸鉆具，滑動鉆進時工具面不穩定，加大了滑動鉆進的難度，影響鉆井時效。
2．2．3 水平位移大，水平段長，摩阻扭矩大，軌跡控制困難，后期鉆井效率低
本井在水平段達到l
2．3 小井眼懸空側鉆難度大
本井水平段施工過程中共側鉆兩次。在小井眼氮氣泡沫欠平衡鉆井技術條件下實施懸空側鉆作業所面臨的主要技術難題有：
1)鉆頭型號為P5234MH的PDC鉆頭，其破碎巖石的方式為切削型，相比牙輪鉆頭，加大了側鉆難度。
2)采用l．25°的單彎空氣螺桿，與常規側鉆選用大度數(1．5°或l．75°等)的單彎螺桿相比，鉆頭側向力小，側鉆成功率低。
3)使用氮氣泡沫鉆井液技術下實施懸空側鉆作業，與常規鉆井液側鉆相比，井壁易失穩，不利于夾壁墻穩定。
2．4 水平段氮氣泡沫攜巖困難
氮氣泡沫排量一定，隨著水平段的延伸，攜巖變得越來越困難，欠平衡條件下機械鉆速較高，井眼凈化不徹底，容易在井眼低邊形成巖屑床，增大了砂卡的幾率。而且一旦鉆遇泥巖，氮氣泡沫不具備防塌能力，勢必造成大塊泥巖攜帶不動，加之運移距離較長，很快在該井眼處堆積大量巖屑，加之小井眼環空小，更容易造成卡鉆。
2．5 井下鉆具震動對EMWD的影響
井下儀器由多個獨立的模塊串聯而成，在節點部位抗持續震動的能力較薄弱，而氮氣泡沫作為循環介質的情況下，流速較快，鉆井液體系的阻尼作用小，造成底部鉆具震動嚴重，容易使某部分部件失效，造成EMWD故障。
3 主要技術措施
為探索在小井眼條件下采用氮氣泡沫欠平衡長水平段水平井技術開發低壓低滲天然氣田的開發效果，進一步完善氮氣泡沫作為循環介質下欠平衡長水平段水平井井眼軌跡控制配套技術。基于上述技術難點的分析，主要采取了以下技術措施。
3．1 井眼軌跡的優化設計
由于本井水平段長為1
1)根據地質提供的井口位置和靶點位置，結合井底水平位移的偏移量及其與靶點的位置關系，重新選擇造斜點，優化施工剖而。
2)遵循剖面所設計的造斜率比實際螺桿鉆具在該井地層中的所能達到的造斜率小的原則，全井采用“直-增-穩-增-穩”剖面類型，在保證第一造斜率大于第二造斜率前提下，使第一造斜率和第二造斜率相差較小，利于減小后期施工井眼軌跡所帶來的摩阻扭矩問題。
3)局部造斜率的控制，鉆具組合在滿足設計造斜率前提下，加大滑動井段和復合井段的交錯施工的連續性，避免長井段的滑動，以降低井眼軌跡所帶來的摩阻問題。
設計及實鉆數據見表l。
3．2 鉆具組合、鉆井參數優化設計
3．2．1 鉆具組合的優選[6]
水平段采用單彎雙穩定器鉆具組合“ø1 52．4mmPDC鉆頭+1．25°單彎空氣螺桿+欠尺寸扶正器”，在水平段施工中，隨著水平段長的增加，實時地調整倒裝鉆具；同時，為了維持其穩斜的力學性能，優化單彎空氣螺桿扶正器外徑和欠尺寸扶正器外徑的相對大小，施工中螺桿扶正器選用外徑尺寸ø l
3．2．2鉆井參數的優化
當滑動鉆井時，根據鉆時和工具面的工況要求，確定了合理的鉆壓范圍。既保證有進尺還能滿足滑動造斜目的，同時還滿足了鉆具所能承受變形損壞的安全鉆壓范圍內；復合鉆進過程中，結合待鉆井眼軌跡所需井斜角和復合鉆增井斜率的變化規律來確定鉆壓的大小。同時根據待鉆井眼軌跡所需方位角的大小和復合鉆方位漂移率的變化規律來確定轉盤轉速的大小，以便合理的利用其復合鉆造斜率。
為了提高攜巖效率，避免巖屑床的形成，保證井下安全，水平段施工中，在基液的密度、發泡體積、析液半衰期等參數穩定的條件下，通過相應的泡沫鉆井液軟件計算，確定了合理的氮氣排量為55～60 m3／min，基液排量為2～3 L／S。
3．3 長水平段水平井井眼軌跡控制技術
3．3．1增斜井段施工
采用先進的無線隨鉆測量儀器MWD進行隨鉆監測，并對測斜數據采用先進的井眼軌跡控制軟件及時處理和預測，對待鉆井眼軌跡重新設計，提高井眼軌跡控制的精度。
在探尋氣層的過程中，采用中國石化勝利石油管理局鉆井工藝研究院自主研發的帶有自然伽馬地質參數的LWD地質導向儀器，LWD儀器可提供的井下實時地層信息，結合地質撈砂砂樣分析情況，綜合分析所鉆遇的地質環境和巖性情況，引導井眼軌跡進入氣層。
3．3．2 水平段鉆進
由于采用氮氣泡沫鉆井液，使用英GELINK公司生產的E-LINK MWD無線隨鉆測量儀器，E-LINK MWD把表征井底井眼軌跡參數的信號和表征地層特性的信號轉換成電磁信號，地面接收設備收到電磁信號后再還原成表征井底井眼軌跡參數和地層特性的原始數據，根據E-LINK MWD)所提供的井眼軌跡數據和隨鉆測井數據對待鉆井眼軌跡做出實時調整，來設計和控制井眼軌跡走向，使井眼軌跡能夠安全有效地沿著實際的目的層鉆進，提高了氣層穿透率。
3．4 小井眼水平段裸眼懸空側鉆技術
3．4．1 利用E-LINK MWD測井數據確定側鉆點
本井在水平段鉆進中，兩次鉆遇泥巖，實施了3次裸眼懸空側鉆作業，2次成功。由于水平段砂巖中夾有泥巖層，部分井段有礫石，因此根據LWD儀器測井反映的地質參數，選擇在地層自然伽馬值穩定即巖性均質的井段實施裸眼懸空側鉆作業。
3．4．2側鉆作業
由于盒1段地層致密，在施工中嚴格按照懸空側鉆作業程序進行操作外，還需要加大劃槽作業的次數，根據摩阻顯示優化每次劃眼井段的時間參數。
根據鉆具造斜率大小、地層巖性及相應軟件分析形成穩定的夾壁墻所需要的控時鉆進的井段，控時鉆進后可慢慢加壓鉆進[6-9]。通過對比對應井深時的井斜角、方位角、垂深的變化來判斷側鉆新井眼的成功與否。
確定側鉆成功后，采用倒劃眼、慢速復合下劃眼等措施修復好窗口，確保鉆具和完井管柱順利進入新井眼。
3．5 氮氣泡沫鉆井液技術
針對大牛地地區的地質及氣藏特點，確定了由發泡劑+井壁穩定保護劑+穩泡劑+防水鎖劑組成的泡沫液體系，其配方為：清水+0．5％～2％發泡劑+1％～2％井壁穩定保護劑+1％～2％穩泡劑+1％～2％防水鎖劑。該配方[10]具有較強的攜巖和攜水能力，良好的抗鹽抗鈣能力，溫度對發泡能力的影響很小，其中加入的井壁穩定保護劑，能在井壁周圍形成憎水保護膜，防止泥頁巖斟吸水膨脹垮塌，同時與泡沫有效配伍，提高泡沫液的整體性能，以解決井壁失穩問題；防水鎖劑可以有效地減弱和抑制低滲透油氣儲層中由水鎖效應產生的傷害。
3．6 電磁波無線隨鉆測量技術
采用氮氣泡沫鉆井液進行欠平衡鉆井作業時，無法使用常規測量技術。因此，采用了英國GEOLINK公司生產的ELINK MWD無線隨鉆測量儀來傳遞井下信息。
EMWD主要由地面儀器和井下儀器組成(圖1)：①地面儀器主要由電腦和相匹配的工作軟件、電磁波地面接口箱、地線棒、防噴器連接器、同軸電纜、司鉆顯示器、司鉆顯示器電纜等組成；②井下儀器從上到下依次南電磁波短節、發射天線、脈沖電路、電磁波電池、流量開關、定向電池和定向探管組成。
主要工作原理[11]：井內的傳感器將井內物理量轉變為模擬電信號，經過井內EMWI)組件信號處理轉換為數字信號；這些數字信號被送到中央處理器(CPU)，經過編碼、壓縮等處理后，由電磁波發射器發射出去；電磁波沿著傳輸通道傳播到地表，通過距離井口一定距離插入地下的專用天線接收電磁波信號；監測專用天線和鉆桿之間的電壓就可以得到井內傳輸的有用信號，信號經過解碼、濾波等處理得到井內測量數據。
4 結論及建議
1)為了縮短建井周期、降低開發成本，有效開發低滲低孔油氣藏，將小井眼鉆井技術、氮氣泡沫欠平衡鉆井技術、長水平段水平井鉆井技術、電磁波無線隨鉆測量技術和地質導向技術有機結合是必然趨勢。
2)采用氮氣泡沫全過程欠平衡鉆井機械鉆速較快，并且在鉆井過程中保護油氣層、及時發現油氣層和提高單井產量方面有絕對優勢，為大幅度提高勘探開發效益提供了一條有效的途徑。
3)欠平衡長水平段水平井鉆井技術能實現低壓低滲低孔氣層的最大井眼接觸，改善開發效果。
4)小井眼欠平衡條件下水平段裸眼懸空側鉆作業的成功，豐富了長水平段鉆井技術懸空側鉆的工程內容，積累了氮氣泡沫欠平衡條件下懸空側鉆作業經驗。
5)電磁波無線隨鉆測量儀器不受常規鉆井液性能的限制，為今后更好地推廣欠平衡長水平段水平井鉆井技術提供了基礎。
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本文作者：楊春旭唐洪林 崔海林 白立業 孫連坡
作者單位：中國石化勝利石油管理局鉆井工藝研究院
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