邊臺(tái)H3Z 雙層魚(yú)骨型分支水平井鉆井技術(shù)

張 輝

(中國(guó)石油長(zhǎng)城鉆探工程有限公司 鉆井二公司， 遼寧 凌海 121207)

遼河油田的邊臺(tái)區(qū)塊位于遼寧省沈陽(yáng)市于洪區(qū)馬三家子鄉(xiāng)高家窩堡東南，區(qū)域內(nèi)地勢(shì)平坦，海拔一般在30 m左右，地面上多為農(nóng)田。該區(qū)塊的油藏屬于古潛山裂縫性塊狀油藏，受中高角度裂縫的影響，沒(méi)有穩(wěn)定分布的隔夾層。而魚(yú)骨型分支水平井可以從一個(gè)井眼中獲得最大的總水平位移，在相同或不同方向上鉆穿不同深度的多套油氣層，能大幅度增加油氣層的裸露面積，從而達(dá)到提高油井產(chǎn)量和采收率的目的[1-7]。為此，遼河油田邊臺(tái)區(qū)塊部署了雙層魚(yú)骨型分支水平井邊臺(tái)-H3Z 井，以利用分支水平井開(kāi)發(fā)邊臺(tái)古潛山北部難動(dòng)用儲(chǔ)量，開(kāi)發(fā)不規(guī)則的油層，達(dá)到提高采收率的目的。因此分析邊臺(tái)-H3Z 井的技術(shù)難點(diǎn)，總結(jié)鉆井技術(shù)措施及施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)推廣分支水平井和降低油田開(kāi)發(fā)成本具有重要意義。

1 邊臺(tái)-H3Z 井設(shè)計(jì)概況

1.1 地質(zhì)設(shè)計(jì)

邊臺(tái)古潛山鉆井揭露的地層自下而上發(fā)育有太古界，下第三系沙河街組、東營(yíng)組，上第三系和第四系地層，其中太古界是該區(qū)塊主要目的層段。太古界地層主要由鞍山群變質(zhì)巖組成，儲(chǔ)集巖以混合花崗巖、淺粒巖為主，為無(wú)底水裂縫性塊狀油藏。

1.2 工程設(shè)計(jì)

主井眼1設(shè)計(jì)完鉆井深3 260.96 m，完鉆垂深2 333.50 m。主井眼2設(shè)計(jì)完鉆井深3 111.25 m，完鉆垂深1 124.70 m。主井眼1包含6個(gè)魚(yú)骨分支，側(cè)鉆點(diǎn)間隔140.00 m，設(shè)計(jì)魚(yú)骨段平均長(zhǎng)190.00 m。主井眼2開(kāi)窗位置井深1 860.00 m，其中包含5個(gè)魚(yú)骨分支，側(cè)鉆點(diǎn)間隔140.00 m，設(shè)計(jì)水平段平均長(zhǎng)180.00 m。設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)和套管程序?yàn)椋阂婚_(kāi)，采用φ444.5 mm鉆頭鉆至井深202.00 mm,φ339.7 mm套管下深200.00 m；二開(kāi)，采用φ311.1 mm鉆頭鉆至井深2 297.00 m，φ244.5mm套管下深2 292.09 m；三開(kāi)，采用φ215.9 mm鉆頭鉆Z1和Z2兩個(gè)主分支井眼和11個(gè)分支井眼，Z1主分支井眼鉆深3 263.53 m，φ177.8 mm篩管下深3 263.52 m，Z2主分支井眼鉆深2 172.47 m,φ177.8 mm篩管下深3 172.47 m。魚(yú)骨井段設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 魚(yú)骨井段設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

2 技術(shù)難點(diǎn)

2.1 井眼軌跡控制

1) 設(shè)計(jì)井眼軌道復(fù)雜，尤其水平井段窗體設(shè)計(jì)較窄，垂向±1 m，橫向±2 m，井眼軌跡控制難度大；

2) 兩個(gè)主井眼分支，有三段大斜度井段；

3) 主井眼分支2屬“增—穩(wěn)—降—穩(wěn)—增—降—穩(wěn)”軌跡類(lèi)型，屬階梯狀，且雙連弧垂深差較大，落差53.00 m，設(shè)計(jì)最大井斜角100°。

2.2 分支側(cè)鉆

由于分支側(cè)鉆點(diǎn)處于含石英混合花崗巖的潛山地層，可鉆性差，研磨性強(qiáng)，懸空側(cè)鉆難度很大。

2.3 管柱重入

邊臺(tái)-H3Z 雙層魚(yú)骨分支水平井在每個(gè)主分支內(nèi)采用了由近到遠(yuǎn)的自然施工順序，即在第一主分支內(nèi)施工順序?yàn)椤暗谝恢鞣种Ь邸~(yú)骨1→第一主分支井眼→魚(yú)骨2→……”，這種順序可對(duì)分支側(cè)鉆提供一個(gè)較好的條件。同時(shí)，在前面分支井眼完成后，必須保證在下步工序中管柱不再進(jìn)入前面的分支井眼，完全在主井眼內(nèi)，實(shí)現(xiàn)管柱重入。該井主分支管柱重入采用低邊側(cè)鉆進(jìn)行軌跡控制，管柱下入時(shí)依靠重力只沿井眼低邊前進(jìn)，實(shí)現(xiàn)主分支管柱重入。

2.4 分支窗體

由于第二主分支眼井段較長(zhǎng)，分支比較多，起下鉆頻繁，容易損壞窗體；第二主分支井眼完鉆，預(yù)開(kāi)孔篩管的下入與第一主分支井眼矯正成為分支窗體技術(shù)難點(diǎn)。

2.5 技術(shù)套管固完井

由于中完完鉆進(jìn)入潛山面100.00 m多，壓力層系不同，容易導(dǎo)致井漏，技術(shù)套管外徑比較大(244.5 mm)，下深比較深，導(dǎo)致多方面的固井問(wèn)題。因此采用以下方法固井：

1) 采用 CX-Ⅱ 高效沖洗液。共用 CX-Ⅱ 高效沖洗液20 m3，環(huán)空液柱高度在250 m以上，紊流接觸時(shí)間在10 min以上，有效清潔了套管界面，改善了套管和地層之間界面的親水性，確保了固井質(zhì)量。

2) 實(shí)施近平衡壓力固井。準(zhǔn)確計(jì)算固井施工過(guò)程中井底潛山地層最大當(dāng)量鉆井液密度，采用低密度雙凝水泥漿體系，實(shí)現(xiàn)了平衡壓力固井，有效防止了固井施工中井漏的發(fā)生。

3 主要技術(shù)措施

3.1 井眼軌跡控制技術(shù)

井眼軌跡控制技術(shù)是水平井核心技術(shù)之一。軌跡控制難度與油藏結(jié)構(gòu)及對(duì)其了解程度有密切關(guān)系，要針對(duì)油藏特點(diǎn)來(lái)確定施工方案。

1) 選用合適彎度的單彎螺桿鉆具，采用變曲率分次定向，即在滿足設(shè)計(jì)造斜率的條件下，采用轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)復(fù)合鉆進(jìn)和螺桿鉆具滑動(dòng)鉆進(jìn)交替進(jìn)行的方式，使井眼軌跡圓滑。

2) 為保證造斜率，采用高鉆壓、低排量滑動(dòng)鉆進(jìn)方式增斜，大排量循環(huán)方式攜巖，確保同時(shí)滿足造斜率和井眼清潔兩方面的要求。

3) 做好井底預(yù)測(cè)和待鉆井眼設(shè)計(jì)，以入靶點(diǎn)“軟著陸”為目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行待鉆井眼設(shè)計(jì)，使實(shí)鉆井眼軌跡與設(shè)計(jì)井眼軌道盡量接近。同時(shí)，在入靶前及時(shí)調(diào)整好軌跡姿態(tài)，確保準(zhǔn)確入靶。

4) 在穩(wěn)斜段和水平段控制中，采用小鉆壓、大排量旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，減小增斜率，或采用螺桿間歇造斜調(diào)整井眼軌跡。

3.2 動(dòng)力鉆具的選擇與鉆具組合優(yōu)選

在造斜井段，選用工具造斜率能力略高的螺桿鉆具，確保造斜率。在井斜角大于30°后，采用倒裝鉆具組合，以保證鉆壓的傳遞。在能保證井眼軌跡控制的前提下，盡可能簡(jiǎn)化鉆具組合。

3.3 井眼清潔與安全鉆井

提高鉆井液攜巖能力，增大循環(huán)排量，提高環(huán)空返速，確保井眼清潔；強(qiáng)化鉆井液的固相控制工作，使用好固相控制設(shè)備，保證固相控制效果。定期進(jìn)行短起下鉆作業(yè)，在井眼軌跡允許的條件下，盡量多轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具，最大限度破壞巖屑床，防止砂橋的形成。盡量加快接單根速度，采用晚停泵、早開(kāi)泵，縮短停泵時(shí)間，避免沉砂卡鉆。下鉆遇阻，采用螺桿鉆具定向滑動(dòng)劃眼。

3.4 鉆井液體系優(yōu)選

在不同井段采用合適的鉆井液體系，保持合理的流變性，使其具有較好的動(dòng)切力和靜切力，保持低返速下的黏度和凝膠強(qiáng)度，使其具有較好的懸浮能力，以保證充分?jǐn)y巖。

二開(kāi)造斜段地層以泥巖為主夾少量砂巖，泥巖造漿比較嚴(yán)重。在實(shí)際施工中，采用硅氟混油鉆井液，對(duì)其性能進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，及時(shí)補(bǔ)充膨潤(rùn)土，并加入封堵劑、流型改進(jìn)劑，使其具有良好的流變性和攜巖造壁性。同時(shí)補(bǔ)充適量的柴油以改善泥餅質(zhì)量，降低摩阻；充分利用振動(dòng)篩、除砂器等設(shè)備加強(qiáng)固相控制；加入柴油、機(jī)油和石墨粉，提高潤(rùn)滑性，降低摩阻。

三開(kāi)水平段及分支井段的關(guān)鍵問(wèn)題是攜巖、潤(rùn)滑及保護(hù)油層。水平段鉆進(jìn)時(shí)，因鉆井液性能穩(wěn)定，其維護(hù)處理主要以補(bǔ)充鉆井液量為主，同時(shí)加強(qiáng)固相控制，嚴(yán)格控制鉆井液密度。工程與鉆井液要相互配合，進(jìn)行必要的短起下鉆和通井，這樣才能破壞巖屑床，避免出現(xiàn)遇阻遇卡現(xiàn)象，攜巖不充分時(shí)可采用打“稠塞”的方式進(jìn)一步清洗井眼，防止卡鉆事故的發(fā)生。

3.5 窗口保護(hù)措施

為保護(hù)窗口，鉆第二主分支井眼時(shí)需注意：

1) 下螺桿鉆具過(guò)程中，鉆頭經(jīng)過(guò)窗口時(shí)下鉆速度要慢，下鉆遇阻不可超過(guò)50 kN，遇阻后，上提鉆具，使鉆頭處于導(dǎo)斜器上面2.00 m處，鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)90°，再次下放，多次試探后找到合適的方向通過(guò)；

2) 起螺桿鉆具過(guò)程中，鉆頭或穩(wěn)定器經(jīng)過(guò)窗口時(shí)起鉆速度要慢，鉆頭在窗口位置遇卡時(shí)，下放鉆具，鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度上提，多次試探后找到合適的方向上提鉆具；

3) 鉆頭在窗口遇阻時(shí)，不可以在窗口處，導(dǎo)斜器斜面上直接轉(zhuǎn)動(dòng)，否則容易出現(xiàn)卡鉆和鉆頭損壞等復(fù)雜情況；

4) 每次鉆進(jìn)后，起鉆前要充分循環(huán)鉆井液，使井眼內(nèi)的巖屑返凈，避免在窗口處沉積，給以后的完井施工帶來(lái)麻煩。

3.6 套管內(nèi)分支完井技術(shù)

由于套管分支處井斜角較大(井斜角23°)，套管壁較厚(φ244.5 mm套管的壁厚為11.99 mm)，開(kāi)窗點(diǎn)地層巖性為混合花崗巖，質(zhì)地堅(jiān)硬，可鉆性差,為了確保窗口的高度與寬度滿足后續(xù)的完井施工，成功置換導(dǎo)斜器，該井采用了遼河油田自主研制的導(dǎo)斜工具。

1)主井眼準(zhǔn)備首先采用φ215.9 mm專(zhuān)用通徑規(guī)通技術(shù)套管內(nèi)徑，試探技術(shù)套管內(nèi)的可通過(guò)能力，順利下鉆至井深2 000.00 m，無(wú)遇阻顯示說(shuō)明套管內(nèi)坐導(dǎo)斜器的條件良好；將導(dǎo)斜器底座送入預(yù)定位置，丟手；然后下定向套，利用有線隨鉆測(cè)量?jī)x測(cè)底座內(nèi)定向套的斜面和高邊；最后將下入導(dǎo)斜器管柱組合并坐在底座上，使導(dǎo)斜器斜面方向設(shè)在預(yù)定的高邊方向。

2)開(kāi)窗與修窗采用φ215.0 mm銑錐，優(yōu)選合適的開(kāi)窗參數(shù)，進(jìn)行開(kāi)窗側(cè)鉆，待開(kāi)窗成功后上提，轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具并慢速下放，修復(fù)窗口，直至上提下放暢通無(wú)阻。

3)Z2分支完井作業(yè)首先下入φ62.0 mm撈矛將導(dǎo)斜器打撈出來(lái)，下鉆充分沖洗定向套內(nèi)的沉砂和水泥；再將空心導(dǎo)斜器送至定向套位置，調(diào)整好方向，然后用φ200.0 mm引子試過(guò)窗口，若無(wú)異常情況，證明窗口對(duì)正情況良好。最后用鉆桿將所有管柱下至預(yù)定位置，使懸掛器坐掛在空心導(dǎo)斜器尖部，并丟手起鉆。

4)貫通作業(yè)首先用φ160.0 mm可退撈矛打撈出內(nèi)襯管，再將φ152.4 mm鉆頭下到Z1分支井眼內(nèi)鉆穿水泥塞。然后用φ73.0 mm鉆桿+φ127.0 mm鉆桿試下，若進(jìn)入Z1分支井眼的內(nèi)篩管，證明兩個(gè)主分支井眼都可重入。

3.7 懸空側(cè)鉆技術(shù)

該井采用“φ215.9 mm主井眼+φ200.0 mm分支井眼”復(fù)合井眼側(cè)鉆技術(shù)，在不影響開(kāi)發(fā)效果的前提下(φ200.0 mm井眼比φ215.9 mm井眼在儲(chǔ)層內(nèi)的裸露面積減少7%)，可成功解決懸空側(cè)鉆的難題。

復(fù)合井眼側(cè)鉆技術(shù)是在分支自然順序施工中，首先選用設(shè)計(jì)尺寸鉆頭鉆至分支點(diǎn)，然后選用與設(shè)計(jì)欠尺寸鉆頭鉆分支井眼，待分支井眼完成后，再選用設(shè)計(jì)尺寸鉆頭鉆分支主井眼。這樣，在分支側(cè)鉆點(diǎn)處形成大小井眼交界臺(tái)階，可以實(shí)現(xiàn)加壓側(cè)鉆，完全解決了懸空側(cè)鉆的難題，側(cè)鉆時(shí)間由原來(lái)的120～150 h降至7～12 h，側(cè)鉆效率提高了10倍以上，實(shí)際鉆井周期比設(shè)計(jì)縮短了近45 d。

1) 要防止鉆具或完井管柱再進(jìn)入各分支井眼。在魚(yú)骨型分支水平井各分支井眼的軌跡控制中，必須保持最終形成的主井眼垂向軌跡在各分支井眼的下部，使鉆具或完井管柱在重力的作用下沿主井眼前行[1]。

2) 必須保證分支井眼與主井眼之間開(kāi)始分叉的夾壁墻快速形成并具有不易坍塌的特性。為防止側(cè)鉆分支井眼與主井眼之間的夾壁墻坍塌，井壁穩(wěn)定是施工中的一大難題。因此，在側(cè)鉆過(guò)程中，必須快速形成夾壁墻，并且?jiàn)A壁墻形狀不可形成單一的垂直方向。使最終形成的夾壁墻在垂向和水平方向上都產(chǎn)生分離，以防止夾壁墻在重力作用下坍塌。

3) 懸空側(cè)鉆施工過(guò)程中，可按照劃槽、打窩和控制定向鉆進(jìn)速度3個(gè)步驟進(jìn)行主井眼的側(cè)鉆。該井主要采用控制定向鉆進(jìn)速度進(jìn)行懸空側(cè)鉆。

4) 新的主井眼形成后，當(dāng)下鉆至分支處后，依靠鉆具重力的作用，確保順利進(jìn)入主井眼中。

3.8 夾壁墻的保護(hù)

在懸空側(cè)鉆時(shí)，主要以降斜為主，略擺方位，盡量不要讓分支井眼與主井眼形成上下井眼。起鉆與下鉆時(shí)在分支點(diǎn)應(yīng)該控制起下鉆速度。正常鉆進(jìn)時(shí)，若出現(xiàn)憋泵現(xiàn)象，應(yīng)分析原因并及時(shí)采取措施，以防止夾壁墻倒塌。

4 實(shí)鉆數(shù)據(jù)

邊臺(tái)-H3Z井鉆成了2個(gè)主井眼，11個(gè)分支井眼，總進(jìn)尺6 658.00 m，儲(chǔ)層內(nèi)進(jìn)尺4 885.00 m，分支井眼總進(jìn)尺2 101.00 m，平均機(jī)械鉆速4.55 m/h。該井主井眼Z1和Z2的完鉆井深分別為3 248.00和3 110.00 m，其水平段長(zhǎng)分別為975.00和744.00 m，其最大水平位移分別為1 279.42和1 279.21 m。該井鉆井周期171 d，建井周期191 d。該井主井眼和分支井眼實(shí)鉆數(shù)據(jù)見(jiàn)表2，實(shí)鉆井身結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

表2 邊臺(tái)H3Z井主分支井眼和分支井眼實(shí)鉆數(shù)據(jù)

圖1 邊臺(tái)H3Z井實(shí)鉆井身結(jié)構(gòu)

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1) 自主完成了國(guó)內(nèi)第1口同向雙層魚(yú)骨型分支水平井，形成了一套古潛山裂縫性?xún)?chǔ)層魚(yú)骨型分支水平井鉆井工藝技術(shù)。

2) 應(yīng)用復(fù)合井眼分支側(cè)鉆技術(shù)提高了古潛山地層的分支側(cè)鉆效率。

3) 采用主井眼低邊側(cè)鉆技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了主水平井眼管柱重入，起下鉆及下篩管沒(méi)有出現(xiàn)遇阻、井塌現(xiàn)象。

4) 采用了優(yōu)質(zhì)的鉆井液體系，保證了井眼清潔效果，降低了摩阻和扭矩，保護(hù)了儲(chǔ)層。

5) 鉆好直井段，對(duì)后期施工影響很大。若直井段漂出的位移較大，進(jìn)行后續(xù)的造斜段及分支井眼施工時(shí)，摩阻會(huì)增大，發(fā)生井下事故和出現(xiàn)井下復(fù)雜情況的概率會(huì)增大，影響鉆井安全和速度。

參 考 文 獻(xiàn)

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