浅谈天然气水平井钻井工程设计关键技术的应用与发展

的应用与发展*陈永国王静杨鹏孙亚龙张勇强

（中国石油集团渤海钻探工程有限公司陕西 710016）摘耍：天然气水平井钻井实施存在地层胶结程度差、异常松散、井壁稳定性差等情况，钻井过程实施中易发生缩径、井漏、井涌、甚至 井喷等事故，而同时，由于钻井液密度控制难度大，钻井周期长等困难，严重制约着钻井工作的顺利进行.针对这一情况，本文对天然气 水平井钻井工程设计关键技术的应用进行了讨论及分析，指出了设计难点及施工控制措施，可为钻井工程质量保证及确保井控安全工作提供 保障.关键词：钻井工程；井控安全；项目设计 中EB分类号：T 文献标识码：AApplication and Development of Key Technologies in Drilling Engineering Design of

Natural Gas Horizontal WellsChen Yongguo, Wang Jing, Yang Peng, SunYalong, Zhang Yongqiang(Bohai Drilling Engineering Co., Ltd. Of China Petroleum Group, Shaanxi, 710016)Abstract: There are some problems in drilling horizontal natural gas \"wells, such as poorformation cementation, abnormal looseness, poor

wellbore stability andso on. Accidents such as shrinkage, lost circulation, well kick and even blowout are easy to occur in drilling process. At the same time, the difficulty ofcontrolling drillingfluid density and long drilling cycle seriously restrict the smooth operation ofdrilling work. In view of this situation, thispaper discusses and analyses the application of key technologies in drilling engineering design ofnatural gas horizontal wells, points out design difficulties and construction control measures, which canprovide guarantee for quality assurance of drilling engineering and well control safety.Key words： drilling engineerings well control safety project design井控管理是实现井筒平衡的关键，实际管理主要包括井 控设计、设备选用、作业施工管理等内容，而通过一系列的 管理措施实施可预防井喷及井喷失控事故的发生，对保证石 油天然气有效开采及钻井施工安全具有积极价值及意义。而 从钻井施工而言，水平井钻井施工属于关键，强化设计可对 钻井施工起到规范性作用，且也能保证钻井施工安全。本文 结合靖边气田某井钻井工碱工为例，对天然气水平井钻井工 程设计关键技术的应用及相关情血行讨论，具体内容如下：从钻井施工中，结合该矿井实际情况，设计人员对井身 进行了结构优化，对降低钻井风险及缩短钻井周期具有一定 意义，从而可提高经济效益。本矿井设计釆用339. 7*244. 5* 177. 8*114. 3mm的井身结构，对避免二开裸眼段太长及易塌 层、多套煤层等处于同一裸眼井段而造成的泄露及塌落等具 有一定价值。而同时，采取该种井深构造，对避免大井眼、 大斜度并段、多套煤层井壁稳定及轨迹控制暗度大等引起的 滑动钻进困难及轨迹难控制问题等具有一定的价值。而同 时，在二开钻完领眼后进行承压堵漏，对解决垮塌及漏失问 题具有积极作用，且也可防止“双石层”及斜井段煤层垮塌 问题，在钻井实施中更好保证钻井安全及减少事故发生。1. 工程概况及相关内容分析靖边气田位于陕西省北部与内蒙古自治区交界处，地跨

陕西省靖边县、横山县、榆林市等，地面海拔1120〜1820m。 靖63-54H2井位于G0-16井场，井场周边2km范围为沙地地 貌，正西方向2.5km处为海流兔河。对于该矿区实际情况， 其气田苏东南区上古生界盒8、山1气藏为低孔、低渗、低压 定容弹性驱动气藏。按压力划分，压力系数在0.8〜0.98之 间，平均0. 865,属低压气藏。按储层物性划分，盒*储层平 均有效孔隙度& 7%；平均渗透率0.831X10-3m2o山1储层平 均有效孔隙度& 2%；平均渗透率0.515X10-3m2,确定该区为 低孔、低渗型气藏。按圈闭类型划分，盒8、山|气藏属地层 岩性圈闭气藏，有效储层分布受砂体展布和物性控制，无明 显边、底水，属定容弹性驱动气藏。针对本次钻井项目实 施，对于其存在的相关风险及问题，项目实施前应采取有效 的措施进行应对，以确保其项目正常开展及进行。⑵剖面优化设计及要点讨论关于剖面优化设计，可从以下方面进行考虑分析，具体 如下：其一，增斜率，如增斜率可按照油藏特性及工程地质 条件等确定，如对长半径增斜率应小于6。/30m；而对于中 半径水平井，增斜率应大于6。/30m。而同时，对于增斜率 的大小应优先考虑造斜工具的能力，并在一定范围内实施调 节。此外，关于增斜率，应重点考虑地面因素的影响，如当 地面条件决定了靶前距较大时，应选择较低的增斜率；另， 通常情况下，在现有工具增斜率范围内，选择较低的增斜率 将对矿井钻井更有利。2. 水平井钻井工程设计关键技术及讨论⑴ 井身结构设计及相 关问题讨论⑶钻井液与宪井液设计及要点讨论针对油气田在钻井施工中所出现的矿井壁易坍塌及粘 吸卡钻等情况，应对该矿区复杂的地质情况，分段选择钻井 液体系，如在上部井段采用强抑制的无固相聚合物钻井液体

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Modern Chemical Research技术应用与研究2019 ・ 10系，其目的在于获得较大的钻井速度。而对于斜井段钻井液 体系，则采用低固相聚合物钻井液体系，而在该段钻井实施 中，钻井液的润滑性及携砂能力尤为重要，以缓解造斜过程 排量受限的情况，以确保钻井过程的顺利进行。⑷水平井兜井设计及耍点分析结合该气田，完井设计时应遵循以下原则及做好以下 保障措施，具体如下：如对于完井设计原则，应尽可能减少 对油气层的损害，并尽可能采取必要措施调整钻井过程中所 产生的压疮及提高单井产量。同时，设计应综合考虑各项因 素，以为保护套管及减少井下作业量提供前提条件。对于 用的地方，处于待命状态。其二，若发现溢流，立即停止电 测作业，强行起出电缆，抢下防喷单根，实施关井；当情况 紧急时，立即抢接电缆悬挂接头、旁通阀，剪断电缆，抢下 钻杆，实施关井。⑵井控作业技术措施在钻探施工中，对地层压力实施监测及发现异常及时处 理是防止井喷事件发生的基础及保证。如钻探过程中发生井口 溢流现象时，该种情况则说明井下的压力已发生变化，此时， 相关人员应引起重视并采取必要监测与防护措施。而同时，如 在钻井时出现钻头钻井速度过快及井漏后，应通过可靠的数据 此，在矿井作业时应采取必要措施加以应对，如做好地质的 勘察与选择，如，裸眼完井适用于岩石坚硬致密、井壁稳定 不易坍塌的储层，不要求层段分隔的储层、裂缝性碳酸盐或 硬质砂岩。另，固井射孔完井适用于要求实施层段分隔的 注水开发层，实际设计与实施中应综合实际情况选择合理方 式，以起到最佳效果。3.天然气钻井井控技术相关措施及讨论⑴石油与天然气钻井施工前的井控设计技术钻井施工前的准备工作涉及到钻井施工设计，优化钻井施 工工序，选择合适的钻井液体系，保证钻头的顺利钻进，防止 发生卡钻事故。结合本项目，应从以下方面进行控制与调节：① 钻进时井控措施及分析；实际实施中可从以下方面 考虑：其一，钻开油气层后，钻井队应每天白班对闸板防喷 器进行开、关活动。在井内有钻具的条件下应适当对环形防 喷器试关井。其二，加强地层对比，及时提出可靠的地质预 报，在进入油气层前100m,对裸眼地层进行承压能力检验， 对于油气层上部裸眼承压能力不能满足钻开油气层要求的井 要提高承压能力后再进行下步作业。② 起下钻井控措施及分析；实际实施中可从以下方面考 虑：其一，严格落实坐岗制度，无论钻进还是起下钻，或其

它辅助作业，钻井班都必须落实专人24h坐岗观察钻井液罐 液面变化和钻井液出口情况，钻井液罐必须安装液面报警仪 并保证灵敏可靠。其二，进入主要油气层后，地质录井队人 员和钻台坐岗人员必须依次记录灌入量，并核对与起出钻具 体积是否相符，同时要观察灌钻井液的间隙中出口管是否断 流等情况。图1井控设计示例图测③井井控措施及分析；实际实施中可从以下方面考 虑：其一，钻井队准备防喷单根或防喷立柱，制定测井期间 的井控应急预案，电测队准备电缆悬挂接头、旁通阀及相应 的配合接头、剪切电缆工具和电缆卡子，置于钻台上便于取

分析及观察，采取最佳的处理措施加以应对，以确保钻井施 工的有序进行。此外，在石油天然气钻井施工中，应严格按 照安全操作规范，强化井控技术管理，以减少安全事故发生。⑶井喷失控事故的处理措施井喷事故是石油天然气钻井施工常见事故，而一旦发生 事故则必须采取积极措施强化管理，以防止井场发生着火及 控制严重事态的发生，减少人员伤亡及油气田财产安全。而 对于该类安全问题的发生，相关单位在出现该事故后应立即 成立应急小组，并有主要安全负责人亲临现场指挥，全员积 极参与及控制事故持续扩大而对钻井施工带来危害。同时， 做好对井场周边有毒及易燃气体的监测，以防止易燃易爆气 体达到爆炸极限而引发一系列爆炸事故。此外，对于发生的 着火事故，相关人员应立即开展灭火操作，控制火情及防止 火灾扩大而将井口烧毁。4.结束语综上所述，气田开发属于国家的能源项目，对国家能源 建设及促进能源的合理利用可提供必要的保证。本文结合实 际情况，对靖边气田63-54H2井钻井工程项目设计相关内容 进行了讨论及分析，指出了设计难点及施工控制措施，可为 靖边气田钻井工程质量实现了新的跨越，井控安全工作得到 了有效保障，其目的在于优化钻井施工设计及为后续施工安 全提供基本保证及推进钻井工作的有序进行。【参考文献】[1] 臧天兴.关于加强钻井企业设备管理的探讨[J].经营管 理,2010(15).[2] 石永国，傅忠清，郑敏.LEC评价法在非煤矿山安全评价中的 应用[J].黄金, 2009 (09).[3] 张其立，邱形，赵劲松,王朝晖.3种安全评价方法的集成研 究[J].计算机与应用化学，2009 (08).[4] 刘菊梅，王宏图，李文华,王艳平.陆上油气钻井作业评价指 标体系的构建[J].油气田地面工程,2009 (08).[5] 曹光强，姜晓华，张磊.涩北一号气田出水特征分析及排水 采气技术研究[J].石油化工应用，2014 (01).[6] 刘俊丰，奎明清，龙磊.单井效益评价新方法在涩北一号气 田的应用[J].青海科技, 2010(02).[7] 奎明清，刘波，陈朝晖,姜义权，保吉成,范新文.涩北一号气 田隔层特征及对气田出水影响研究[J].天然气地球科学，2012 (05).[8] 胡昌德，张洪良，包慧涛,吴学安.涩北一号气田连续油管冲 砂试验[J].青海石油, 2006 (03).[9] 夏竹君.产气剖面测井技术在涩北一号气田的应用[J].天 然气技术, 2008 (05).[10] 罗万静，唐海龙，王晓冬，范新文.压降法在涩北一号气田 的应用[J].石油与天然气地质，2008 (01).【作者简介】陈永国( 1979-),男，中国石油集团渤海钻探工程有限公 司；研究方向：石油与天然气工程。