新場(chǎng)氣田新沙21-28H 井鉆井技術(shù)與應(yīng)用

張曉明，胥 豪，張遠(yuǎn)軍

（1.中國(guó)石化勝利石油管理局鉆井工藝研究院，山東東營(yíng)257017；2.中國(guó)石化河南石油工程有限公司鉆井工程公司）

1 地質(zhì)特征

川西新場(chǎng)構(gòu)造是孝泉-青崗嘴構(gòu)造隆起帶上的一個(gè)局部構(gòu)造，總體呈西高東低，南陡北緩的不對(duì)稱分布。沙溪廟組氣藏整體勘探開發(fā)程度較高，為濱淺湖與三角洲交替的砂、泥巖互層沉積，埋深2 100～2 300 m，儲(chǔ)層巖石類型以中-細(xì)粒長(zhǎng)石巖屑、巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，為中-低孔隙度、致密氣藏。該氣藏特殊的地質(zhì)條件導(dǎo)致水平井鉆井諸多困難，如何經(jīng)濟(jì)高效地開發(fā)這類氣藏是石油工作者需要解決的關(guān)鍵問題。

2 井身結(jié)構(gòu)和井眼軌道設(shè)計(jì)

根據(jù)新沙21-28H 井地層壓力預(yù)測(cè)及該區(qū)其它井下復(fù)雜情況提示，參考已鉆井井身結(jié)構(gòu)，以安全、優(yōu)質(zhì)和高效鉆井為原則，充分考慮第四系、劍門關(guān)組易漏地層和區(qū)域水層，優(yōu)化設(shè)計(jì)了新沙21-28H 井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（表1）。

表1 新沙21-28H 井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合川西地區(qū)新場(chǎng)構(gòu)造巖性特點(diǎn)，參照該地區(qū)已施工的水平井實(shí)際鉆井資料，根據(jù)鉆井地質(zhì)和工程設(shè)計(jì)，選用“直-增-穩(wěn)-增-平”五段制剖面，通過對(duì)比不同的造斜點(diǎn)、不同的造斜率，考慮到直井段防碰等情況，優(yōu)選出新沙21-28H 井井眼軌道設(shè)計(jì)方案（表2）。

表2 新沙21-28H 井井眼軌道設(shè)計(jì)

3 施工難點(diǎn)分析

（1）直井段防斜打直任務(wù)嚴(yán)峻。新沙21-28H井與新沙21-27H、新沙21-29H 同臺(tái)，為第二口井。在實(shí)際施工中不僅考慮與已鉆井（新沙21-27H 井）的防碰，還要為未鉆井（新沙21-29H）的直井段鉆進(jìn)留有余地。從本井與新沙21-27H 井的防碰掃描數(shù)據(jù)來(lái)看，在500～960 m 井段防碰距離在3 m 以內(nèi)，最小距離在井深780 m 處為2.12 m，因此，直井段防斜打直非常重要。

（2）裸眼段長(zhǎng)，摩阻扭矩大。該井實(shí)際表層套管下深498.96 m，設(shè)計(jì)完鉆井深3 206 m，裸眼段長(zhǎng)達(dá)2 707 m，水平段長(zhǎng)854 m，較長(zhǎng)的水平段鉆壓很難傳遞到鉆頭上，摩阻大，滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)可導(dǎo)致嚴(yán)重托壓，增加了滑動(dòng)調(diào)整井眼軌跡的困難，復(fù)合鉆進(jìn)扭矩大，進(jìn)而出現(xiàn)機(jī)械鉆速慢、增斜鉆進(jìn)效率低的問題。

（3）井眼清潔困難。隨著水平段的延伸，攜巖能力變得越來(lái)越困難，容易在井眼低邊形成巖屑床，給鉆進(jìn)和井下安全造成問題。另外，進(jìn)入砂體后，鉆時(shí)加快，巖屑不能及時(shí)帶離井底時(shí)，加之井眼環(huán)空小，更容易造成卡鉆等問題。

（4）鉆井液性能要求高。斜井段及水平段設(shè)計(jì)鉆井液密度1.60～1.90 g／cm3，根據(jù)區(qū)塊鄰井資料分析，水平段鉆井液密度多在1.80～2.10 g／cm3之間，較高鉆井液密度條件下，造斜段和水平段的潤(rùn)滑性、大斜度井段和水平段防塌是鉆井液性能維護(hù)需要重點(diǎn)考慮的問題，另外也易導(dǎo)致信號(hào)傳遞困難和鉆井效率低等問題［1］。

4 鉆井技術(shù)

4.1 井眼軌道優(yōu)化技術(shù)

在直井段施工中采取嚴(yán)格的“防斜打直”措施，采取單點(diǎn)測(cè)斜的方式測(cè)井斜角、方位角，實(shí)時(shí)控制鉆進(jìn)參數(shù)，保證井斜角、水平位移在設(shè)計(jì)要求的范圍之內(nèi)。在定向施工過程中，根據(jù)直井段井斜、位移情況，優(yōu)選造斜點(diǎn)、優(yōu)化剖面，選擇摩阻和扭矩相對(duì)較小的修正剖面施工，不斷優(yōu)化修正待鉆施工剖面，始終選擇全角變化率小、摩阻扭矩小和施工效率高的修正剖面進(jìn)行施工。根據(jù)修正剖面設(shè)計(jì)造斜率按每10 m 井段進(jìn)行鉆進(jìn)方式的優(yōu)化，采取復(fù)合與滑動(dòng)相結(jié)合的鉆進(jìn)方式，確保軌跡平滑，降低摩阻和扭矩，從而達(dá)到整個(gè)實(shí)鉆軌道優(yōu)化的目的。

借鑒新沙21-27H 井施工技術(shù)，控制好鉆具組合造斜能力，為后期優(yōu)選鉆具組合做好準(zhǔn)備；控制井眼軌跡最優(yōu)“滑動(dòng)／復(fù)合”比例，嚴(yán)格執(zhí)行每10 m 測(cè)斜、關(guān)鍵點(diǎn)加密測(cè)斜的方案。

4.2 底部鉆具組合優(yōu)選

新沙21-28H 井直井段采用塔式鉆具組合鉆進(jìn)，輕壓吊打；造斜段采用單彎單穩(wěn)型（圖1）和水平段采用單彎雙穩(wěn)型（圖2）導(dǎo)向鉆具組合的施工技術(shù)方案。在水平井施工現(xiàn)場(chǎng)選擇導(dǎo)向鉆具時(shí)，在增斜井段選擇無(wú)上穩(wěn)定器的單彎導(dǎo)向鉆具，以利用其滑動(dòng)鉆進(jìn)造斜率高和復(fù)合鉆進(jìn)微增斜的優(yōu)點(diǎn)，在滿足造斜率的前提下，適當(dāng)降低“滑動(dòng)／復(fù)合”比例。而在水平井的穩(wěn)斜入靶井段和水平段，選用有上穩(wěn)定器的“單彎雙穩(wěn)”導(dǎo)向鉆具以保證軌跡盡量達(dá)到穩(wěn)斜效果。

圖1 單彎單穩(wěn)型導(dǎo)向鉆具組合

圖2 單彎雙穩(wěn)型導(dǎo)向鉆具組合

4.2.1 斜井段鉆具組合及分析

鉆 具 組 合：φ2 1 5.9 mmPDC鉆 頭＋φ1 7 2 mm 1.50°單彎（φ212偏心扶正塊）＋回壓閥＋φ127 mm無(wú)磁承壓鉆桿＋MWD＋φ127 mm 鉆桿＋φ165 mm震擊器＋φ127 mm 加重鉆桿＋φ127 mm 鉆桿

根據(jù)造斜率及軌跡控制需要調(diào)整鉆進(jìn)方式和鉆進(jìn)參數(shù)，滑動(dòng)鉆進(jìn)與復(fù)合鉆進(jìn)相結(jié)合以達(dá)到設(shè)計(jì)要求的造斜率，避免出現(xiàn)較大的狗腿，并逐步實(shí)現(xiàn)鉆具倒裝，復(fù)合鉆進(jìn)中控制好鉆壓和轉(zhuǎn)速，保證井眼軌跡的圓滑。

4.2.2 水平段鉆具組合及分析

鉆 具 組 合：φ2 1 5.9 mmPDC鉆 頭＋φ1 7 2 mm 1.25°單彎（φ212螺旋扶正塊）＋φ212 mm 扶正器＋回壓閥＋φ127 mm 無(wú)磁承壓鉆桿＋MWD＋φ127 mm 鉆桿＋φ127 mm 加重鉆桿＋φ127 mm 鉆桿

水平段采用柔性倒裝鉆具組合，這有利于鉆壓的傳遞，減少井下復(fù)雜情況的發(fā)生；通過復(fù)合鉆進(jìn)與滑動(dòng)鉆進(jìn)相交替的鉆進(jìn)方式達(dá)到導(dǎo)向鉆進(jìn)的目的，“少滑動(dòng)多復(fù)合”提高復(fù)合鉆進(jìn)比例，實(shí)現(xiàn)位移的有效延伸［2-3］；盡量使用鉆壓、轉(zhuǎn)速等鉆進(jìn)參數(shù)或者劃眼、短程起下鉆等工程手段控制井眼軌跡。本井水平段使用“單彎雙穩(wěn)”（螺桿本體扶正塊外徑212 mm，上扶正器外徑212 mm）導(dǎo)向鉆具組合能夠較好地實(shí)現(xiàn)復(fù)合鉆進(jìn)穩(wěn)斜效果（表3）。

表3 新沙21-28H 井水平段部分井眼軌跡數(shù)據(jù)

4.3 實(shí)時(shí)摩阻扭矩計(jì)算分析技術(shù)［4-6］

施工過程中，利用先進(jìn)的Landmark摩阻扭矩計(jì)算分析軟件，對(duì)待鉆設(shè)計(jì)井眼軌道進(jìn)行了摩阻扭矩計(jì)算分析，這有利于優(yōu)選摩阻扭矩較小的施工剖面及從工程和鉆井液方面采取及時(shí)的調(diào)整措施，降低裸眼段摩阻系數(shù)，改善井下環(huán)境，指導(dǎo)順利施工。其模擬計(jì)算條件是：①井身結(jié)構(gòu)：φ244.5 mm 套管×498 m＋φ215.9 mm 裸眼。②水平段鉆具組合：φ215.9 mm 鉆頭＋φ172 mm（1°／1.25°）單彎動(dòng)力鉆具×1 根＋φ208～212 mm 欠尺寸扶正器＋φ127 mm 無(wú)磁承壓鉆桿×1根＋MWD＋φ127 mm 斜坡鉆桿×（400～1200）m＋φ127 mm 加重鉆桿＋φ127 mm 斜坡鉆桿。③鉆井參數(shù)：鉆壓40 kN，鉆頭扭矩2000 N·m，排量30 L／s；套管內(nèi)摩阻系數(shù)0.20，裸眼段摩阻系數(shù)分別取0.30、0.35、0.40、0.45、0.50、0.55；水基鉆井液密度：1.90 g／cm3；井眼完全凈化，裸眼段井眼擴(kuò)大率為3%。

模擬水平裸眼段不同摩阻系數(shù)下的摩阻扭矩計(jì)算數(shù)據(jù)見表4。

表4 水平裸眼段不同摩阻系數(shù)下的摩阻扭矩?cái)?shù)據(jù)

4.4 鉆頭優(yōu)選

鉆頭選型是實(shí)現(xiàn)優(yōu)快鉆井的基礎(chǔ)，為提高機(jī)械鉆速，減少起下鉆次數(shù)，根據(jù)新場(chǎng)構(gòu)造地層特點(diǎn)，結(jié)合PDC鉆頭適用性分析，優(yōu)先選擇“PDC鉆頭＋單彎螺桿鉆具”鉆井工藝技術(shù)。選用定向時(shí)工具面穩(wěn)、側(cè)向復(fù)合鉆進(jìn)切削能力強(qiáng)、鉆速快保徑短5刀翼鉆頭。從1 680.79 m 到3 213 m（完鉆），采用兩只ABS1605F型PDC 鉆頭，單只鉆頭進(jìn)尺分別為787.51 m 和744.70 m，起出后鉆頭外徑磨損1 mm，切削齒輕微磨損，證明該型號(hào)鉆頭的高效。

4.5 鉆井液技術(shù)

針對(duì)新沙21-28H 井裸眼井段長(zhǎng)、水平段長(zhǎng)、攜巖困難、摩阻扭矩大和鉆井液潤(rùn)滑性能要求高的特點(diǎn)，鉆井液體系必須具有控制地層造漿、性能穩(wěn)定、潤(rùn)滑防塌和攜砂良好的性能，并能達(dá)到井眼清潔、鉆壓有效傳遞的目的［4］。二開井段選用正電膠聚磺鉆井液體系。斜井段在直井段鉆井液基礎(chǔ)上以2%～4%磺化酚醛樹脂＋2%～4%無(wú)鉻磺化褐煤＋1%～2%磺化丹寧＋3%～4%瀝青類防塌劑＋4%～6%液體潤(rùn)滑劑＋1%～2%極壓潤(rùn)滑劑的加量加入材料，以保證鉆井液具有良好的潤(rùn)滑防卡、防塌和穩(wěn)定性性能，鉆井液密度控制在1.84～1.90 g／cm3，粘度在41～43 s；水平段在斜井段鉆井液基礎(chǔ)上以6%～10%液體潤(rùn)滑劑＋3%～4%極壓潤(rùn)滑劑＋1%～2%聚合醇（濁點(diǎn)40～60°）的加量加入材料，以保證鉆井液具備很強(qiáng)的抑制性、封堵性和潤(rùn)滑性。同時(shí)嚴(yán)格控制鉆井液中的劣質(zhì)固相含量和低密度固相。根據(jù)需要，間斷使用離心機(jī)。遇氣侵，使用除氣器。水平段鉆井液性能：密度1.84～1.86 g／cm3，粘度43～45 s，失水量3 mL，含沙量0.2%，泥餅厚度0.5 mm，pH 值9，動(dòng)切力：15 Pa，初切／中切：5／12 Pa。

5 實(shí)鉆效果

新沙21-28H 井完鉆井深3 213 m，水平位移1 156.02 m，水平段長(zhǎng)855.55 m，鉆井周期34.92 d，節(jié)約鉆井周期28.08 d；僅用3趟鉆就完成增斜段和水平段施工；臺(tái)月效率2769.83 m／月。創(chuàng)川西地區(qū)3 001～3 500 m 水平井鉆井周期最短、臺(tái)月效率最高、斜井段施工鉆次最少3項(xiàng)紀(jì)錄。水平段采用“單彎雙穩(wěn)”底部鉆具組合鉆進(jìn)，單趟鉆完成進(jìn)尺744.70 m；最高日進(jìn)尺突破200 m；水平段滑動(dòng)進(jìn)尺僅33 m，滑動(dòng)鉆進(jìn)比例僅為3.9%。在提高鉆進(jìn)效率的同時(shí)，確保了井眼軌跡的圓滑。

6 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

（1）以復(fù)合鉆進(jìn)為基礎(chǔ)的連續(xù)導(dǎo)向鉆井技術(shù)可以滿足長(zhǎng)水平段水平井的井眼軌跡控制要求［5］。根據(jù)地層巖性情況、鉆井液性能、合理的底部鉆具組合和鉆進(jìn)參數(shù)，可以提高水平段的鉆進(jìn)效率。

（2）斜井段采用1.5°螺桿鉆具，能夠滿足設(shè)計(jì)造斜率，提高了復(fù)合鉆進(jìn)的比例，水平段采用“單彎雙穩(wěn)”的鉆具組合，實(shí)鉆水平段長(zhǎng)855.55 m，其中滑動(dòng)進(jìn)尺僅33 m，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的穩(wěn)斜效果。

（3）在水平井的鉆進(jìn)過程中，控制好入靶前的實(shí)鉆軌跡是保證順利入靶的基礎(chǔ)。水平井的實(shí)鉆井眼軌跡控制涉及到很多因素，為了保證順利入靶，在造斜井段就開始進(jìn)行中靶分析和軌跡控制參數(shù)計(jì)算并及時(shí)做好待鉆井段的設(shè)計(jì)［6］。

（4）水平段調(diào)整軌跡，垂向控制留有余地。在水平段靶框中，鉆頭位置距靶體上下邊界的距離是水平控制的關(guān)鍵。在增斜或降斜過程中均存在井眼軌跡上翹或下沉的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，以留出足夠的進(jìn)尺來(lái)確保井眼軌跡調(diào)整過程中不出靶情況的發(fā)生。

［1］ 陳在君，黎金強(qiáng)，楊斌，等.長(zhǎng)北氣田長(zhǎng)水平井段裸眼鉆井（完井）液技術(shù)［J］.天然氣工業(yè)，2007，27（11）：59-51.

［2］ 唐洪林，唐志軍，閆振來(lái)，等.金平1井淺層長(zhǎng)水平段水平井鉆井技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2008，30（6）：11-15.

［3］ 崔海林，牛洪波，陳建隆.勝利油田首口小井眼長(zhǎng)水平段水平井鉆井技術(shù)［J］.石油工程技術(shù)，2011，9（3）：24-27.

［4］ 田平，薛建國(guó)，蔣建寧，等.河南油田泌頁(yè)HF1水平井鉆井技術(shù)［J］.石油地質(zhì)與工程，2012，（3）：88-90.

［5］ 閆振來(lái)，牛洪波，唐志軍，等.低孔低滲氣田長(zhǎng)水平段水平井鉆井技術(shù)［J］.特種油氣藏2010，17（2）：105-108.

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