摘要 DP1井是中国石油化工股份有限公司在鄂尔多斯盆地大牛地气田部署的第一口小井眼氮气泡沫全过程欠平衡长水平段水平井。该井为探索在小井眼条件下开发低压低孔低渗致密砂岩的自然建产潜力，设计水平段井眼尺寸为øl52．
关键词 鄂尔多斯盆地 大牛地气田 小井眼 长水平段 氮气泡沫钻井液 欠平衡 轨迹控制 低效气藏 高效开发
随着钻井工艺技术水平的不断提高，小井眼井开采油气的优越性更加明显。钻小井眼井的钻井设备小、重量轻，便于偏远地区钻井设备的搬迁和安装，井场各项费用少，钻同样深度的井岩屑少。缩短了钻井周期，降低了钻井成本，适合于开发各类油气藏。欠平衡钻井技术[1 -2]在钻井过程中实现了井筒压力小于地层压力，钻井液不会进入储层造成近井壁油气层的伤害。因此，特别适合于采用常规钻井方法无法实现油气层保护的低压地层，以及与钻井液滤液作用后渗透率急剧降低的水敏、盐敏、碱敏及碎屑岩等储层。长水平段水平井的优点是井眼在产层中水平延伸，可以更大限度地穿越油气层，大幅度增加油气藏裸露面积，连通各
种小型圈闭、增加缝洞钻遇率，改善油气田勘探开发效果，提高油气采收率。
1 DPl9井概况
DP19井位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东北部，勘探层位为二叠系下石盒子组盒l段。钻探的地质任务是新建盒l段气层的自然产能，评价水平井开发大牛地气田盒l段气藏的技术、经济可行性。
DP19井ø241．
2 主要技术难点
气藏主要分布在辫状河道砂体[3]，横向上变化比较大，且储层夹泥岩薄层、泥岩薄层分布不稳定和无规律、砂岩研磨性强、地层压力低等特点给钻井施工带来了一系列的难题。
2．1 泥岩夹层不利于井壁稳定
本井开发层位为下石盒子组，其为辫状河流沉积环境，呈北东 南西向展布，地层标志层不够清晰，沉积相横向变化快，井网较稀，致使地层对比难度大[2]，欠平衡条件下钻遇泥岩薄层，易出现泥岩井壁失稳问题；氮气泡沫钻井液不能在井壁形成有效的泥饼，泥岩段井壁容易坍塌，给钻进施工带了一定的难度。主要体现在以下3方面：
1)由于地层标志层不够清晰，沉积相横向变化快，并且井网较稀，致使地层对比难度大，目的层盒1段没有标志层位，着陆井段控制井眼轨迹精确进入目的层带来了很大难度。
2)目的层盒l段砂体夹泥岩薄层，预测困难，泥岩段井壁不稳定，易垮塌，欠平衡条件下井壁稳定问题突出。
3)地层研磨性强，单只钻头使用寿命短，进尺少，增加了起下钻次数。
2．2 钻具组合对井眼轨迹控制效果的制约
大牛地气藏为低孔、特低渗岩性气藏，平面上相变快、物性差，非均质性强，使用同一种导向钻具组合因造斜率不同，给待钻井眼轨迹的预测带来了困难，增大了轨迹控制的难度。
2．2．1 水平段钻杆尺寸为ø
水平段使用的ø
2．2．2 水平段复合钻进增斜率较高，需要经常滑动钻进降井斜，影响钻井时效
水平段采用“PDC钻头+单弯空气螺杆+欠尺寸扶正器”的单弯双稳定器钻具组合进行导向钻进，希望通过优选螺杆扶正器外径和欠尺寸扶正器的外径的相对大小保证稳斜钻进。但在实际施工过程中，由于地层对钻具的磨损、不同井段钻进参数的时刻变化等因素，难以维持底部钻具组合稳斜性能的稳定性，因此往往复合钻进一段后需要配合滑动钻进才能满足施工要求。由于使用的氮气泡沫钻井液润滑性能较差，摩阻相对较大，另外又是小尺寸钻具，滑动钻进时工具面不稳定，加大了滑动钻进的难度，影响钻井时效。
2．2．3 水平位移大，水平段长，摩阻扭矩大，轨迹控制困难，后期钻井效率低
本井在水平段达到l
2．3 小井眼悬空侧钻难度大
本井水平段施工过程中共侧钻两次。在小井眼氮气泡沫欠平衡钻井技术条件下实施悬空侧钻作业所面临的主要技术难题有：
1)钻头型号为P5234MH的PDC钻头，其破碎岩石的方式为切削型，相比牙轮钻头，加大了侧钻难度。
2)采用l．25°的单弯空气螺杆，与常规侧钻选用大度数(1．5°或l．75°等)的单弯螺杆相比，钻头侧向力小，侧钻成功率低。
3)使用氮气泡沫钻井液技术下实施悬空侧钻作业，与常规钻井液侧钻相比，井壁易失稳，不利于夹壁墙稳定。
2．4 水平段氮气泡沫携岩困难
氮气泡沫排量一定，随着水平段的延伸，携岩变得越来越困难，欠平衡条件下机械钻速较高，井眼净化不彻底，容易在井眼低边形成岩屑床，增大了砂卡的几率。而且一旦钻遇泥岩，氮气泡沫不具备防塌能力，势必造成大块泥岩携带不动，加之运移距离较长，很快在该井眼处堆积大量岩屑，加之小井眼环空小，更容易造成卡钻。
2．5 井下钻具震动对EMWD的影响
井下仪器由多个独立的模块串联而成，在节点部位抗持续震动的能力较薄弱，而氮气泡沫作为循环介质的情况下，流速较快，钻井液体系的阻尼作用小，造成底部钻具震动严重，容易使某部分部件失效，造成EMWD故障。
3 主要技术措施
为探索在小井眼条件下采用氮气泡沫欠平衡长水平段水平井技术开发低压低渗天然气田的开发效果，进一步完善氮气泡沫作为循环介质下欠平衡长水平段水平井井眼轨迹控制配套技术。基于上述技术难点的分析，主要采取了以下技术措施。
3．1 井眼轨迹的优化设计
由于本井水平段长为1
1)根据地质提供的井口位置和靶点位置，结合井底水平位移的偏移量及其与靶点的位置关系，重新选择造斜点，优化施工剖而。
2)遵循剖面所设计的造斜率比实际螺杆钻具在该井地层中的所能达到的造斜率小的原则，全井采用“直-增-稳-增-稳”剖面类型，在保证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较小，利于减小后期施工井眼轨迹所带来的摩阻扭矩问题。
3)局部造斜率的控制，钻具组合在满足设计造斜率前提下，加大滑动井段和复合井段的交错施工的连续性，避免长井段的滑动，以降低井眼轨迹所带来的摩阻问题。
设计及实钻数据见表l。
3．2 钻具组合、钻井参数优化设计
3．2．1 钻具组合的优选[6]
水平段采用单弯双稳定器钻具组合“ø1 52．4mmPDC钻头+1．25°单弯空气螺杆+欠尺寸扶正器”，在水平段施工中，随着水平段长的增加，实时地调整倒装钻具；同时，为了维持其稳斜的力学性能，优化单弯空气螺杆扶正器外径和欠尺寸扶正器外径的相对大小，施工中螺杆扶正器选用外径尺寸ø l
3．2．2钻井参数的优化
当滑动钻井时，根据钻时和工具面的工况要求，确定了合理的钻压范围。既保证有进尺还能满足滑动造斜目的，同时还满足了钻具所能承受变形损坏的安全钻压范围内；复合钻进过程中，结合待钻井眼轨迹所需井斜角和复合钻增井斜率的变化规律来确定钻压的大小。同时根据待钻井眼轨迹所需方位角的大小和复合钻方位漂移率的变化规律来确定转盘转速的大小，以便合理的利用其复合钻造斜率。
为了提高携岩效率，避免岩屑床的形成，保证井下安全，水平段施工中，在基液的密度、发泡体积、析液半衰期等参数稳定的条件下，通过相应的泡沫钻井液软件计算，确定了合理的氮气排量为55～60 m3／min，基液排量为2～3 L／S。
3．3 长水平段水平井井眼轨迹控制技术
3．3．1增斜井段施工
采用先进的无线随钻测量仪器MWD进行随钻监测，并对测斜数据采用先进的井眼轨迹控制软件及时处理和预测，对待钻井眼轨迹重新设计，提高井眼轨迹控制的精度。
在探寻气层的过程中，采用中国石化胜利石油管理局钻井工艺研究院自主研发的带有自然伽马地质参数的LWD地质导向仪器，LWD仪器可提供的井下实时地层信息，结合地质捞砂砂样分析情况，综合分析所钻遇的地质环境和岩性情况，引导井眼轨迹进入气层。
3．3．2 水平段钻进
由于采用氮气泡沫钻井液，使用英GELINK公司生产的E-LINK MWD无线随钻测量仪器，E-LINK MWD把表征井底井眼轨迹参数的信号和表征地层特性的信号转换成电磁信号，地面接收设备收到电磁信号后再还原成表征井底井眼轨迹参数和地层特性的原始数据，根据E-LINK MWD)所提供的井眼轨迹数据和随钻测井数据对待钻井眼轨迹做出实时调整，来设计和控制井眼轨迹走向，使井眼轨迹能够安全有效地沿着实际的目的层钻进，提高了气层穿透率。
3．4 小井眼水平段裸眼悬空侧钻技术
3．4．1 利用E-LINK MWD测井数据确定侧钻点
本井在水平段钻进中，两次钻遇泥岩，实施了3次裸眼悬空侧钻作业，2次成功。由于水平段砂岩中夹有泥岩层，部分井段有砾石，因此根据LWD仪器测井反映的地质参数，选择在地层自然伽马值稳定即岩性均质的井段实施裸眼悬空侧钻作业。
3．4．2侧钻作业
由于盒1段地层致密，在施工中严格按照悬空侧钻作业程序进行操作外，还需要加大划槽作业的次数，根据摩阻显示优化每次划眼井段的时间参数。
根据钻具造斜率大小、地层岩性及相应软件分析形成稳定的夹壁墙所需要的控时钻进的井段，控时钻进后可慢慢加压钻进[6-9]。通过对比对应井深时的井斜角、方位角、垂深的变化来判断侧钻新井眼的成功与否。
确定侧钻成功后，采用倒划眼、慢速复合下划眼等措施修复好窗口，确保钻具和完井管柱顺利进入新井眼。
3．5 氮气泡沫钻井液技术
针对大牛地地区的地质及气藏特点，确定了由发泡剂+井壁稳定保护剂+稳泡剂+防水锁剂组成的泡沫液体系，其配方为：清水+0．5％～2％发泡剂+1％～2％井壁稳定保护剂+1％～2％稳泡剂+1％～2％防水锁剂。该配方[10]具有较强的携岩和携水能力，良好的抗盐抗钙能力，温度对发泡能力的影响很小，其中加入的井壁稳定保护剂，能在井壁周围形成憎水保护膜，防止泥页岩斟吸水膨胀垮塌，同时与泡沫有效配伍，提高泡沫液的整体性能，以解决井壁失稳问题；防水锁剂可以有效地减弱和抑制低渗透油气储层中由水锁效应产生的伤害。
3．6 电磁波无线随钻测量技术
采用氮气泡沫钻井液进行欠平衡钻井作业时，无法使用常规测量技术。因此，采用了英国GEOLINK公司生产的ELINK MWD无线随钻测量仪来传递井下信息。
EMWD主要由地面仪器和井下仪器组成(图1)：①地面仪器主要由电脑和相匹配的工作软件、电磁波地面接口箱、地线棒、防喷器连接器、同轴电缆、司钻显示器、司钻显示器电缆等组成；②井下仪器从上到下依次南电磁波短节、发射天线、脉冲电路、电磁波电池、流量开关、定向电池和定向探管组成。
主要工作原理[11]：井内的传感器将井内物理量转变为模拟电信号，经过井内EMWI)组件信号处理转换为数字信号；这些数字信号被送到中央处理器(CPU)，经过编码、压缩等处理后，由电磁波发射器发射出去；电磁波沿着传输通道传播到地表，通过距离井口一定距离插入地下的专用天线接收电磁波信号；监测专用天线和钻杆之间的电压就可以得到井内传输的有用信号，信号经过解码、滤波等处理得到井内测量数据。
4 结论及建议
1)为了缩短建井周期、降低开发成本，有效开发低渗低孔油气藏，将小井眼钻井技术、氮气泡沫欠平衡钻井技术、长水平段水平井钻井技术、电磁波无线随钻测量技术和地质导向技术有机结合是必然趋势。
2)采用氮气泡沫全过程欠平衡钻井机械钻速较快，并且在钻井过程中保护油气层、及时发现油气层和提高单井产量方面有绝对优势，为大幅度提高勘探开发效益提供了一条有效的途径。
3)欠平衡长水平段水平井钻井技术能实现低压低渗低孔气层的最大井眼接触，改善开发效果。
4)小井眼欠平衡条件下水平段裸眼悬空侧钻作业的成功，丰富了长水平段钻井技术悬空侧钻的工程内容，积累了氮气泡沫欠平衡条件下悬空侧钻作业经验。
5)电磁波无线随钻测量仪器不受常规钻井液性能的限制，为今后更好地推广欠平衡长水平段水平井钻井技术提供了基础。
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本文作者：杨春旭唐洪林 崔海林 白立业 孙连坡
作者单位：中国石化胜利石油管理局钻井工艺研究院
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