大斜度定向井鉆井技術(shù)

史紅剛

(大慶鉆探工程公司鉆井一公司，黑龍江大慶163411)

永樂油田葡47區(qū)塊位于松遼盆地中央坳陷區(qū)大慶長垣東斜坡，跨大慶長垣和三肇凹陷兩個(gè)二級構(gòu)造帶，斜坡呈“山峰”狀，由大慶長垣向東過渡到三肇凹陷。從葡47區(qū)塊葡萄花油層頂面構(gòu)造上看，構(gòu)造南北方向起伏變化不大，西高東低，東西方向構(gòu)造高差150 m。葡47區(qū)塊發(fā)育25條大斷層，斷層均為正斷層，以南北向、北北西向?yàn)橹鳎瑪嗑酁?～40 m，延伸長度1.8～14.2 km，油層有效孔隙度平均為19.7%，空氣滲透率平均為45.0×10－3μm2，屬中孔、低滲油層。由于區(qū)塊內(nèi)斷層發(fā)育，不僅使構(gòu)造復(fù)雜化，而且對油水分布產(chǎn)生較大的影響。為了進(jìn)一步認(rèn)識葡47區(qū)塊葡萄花油層油水分布規(guī)律，增加油層泄露面積，提高單井產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)油藏的經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)，部署了葡182－斜154井，施工中針對靶點(diǎn)多，靶區(qū)要求嚴(yán)的實(shí)際，采取合理的井眼軌跡控制方案，三個(gè)靶點(diǎn)按照地質(zhì)要求均中靶，最后鉆穿葡萄花油層留足20 m沉沙口袋完鉆。葡182－斜154井完鉆井深2057.00 m，垂深1221.53 m，水平位移1353.73 m，水垂比1.11。

1 施工難點(diǎn)分析

葡182－斜154井在井深400.00 m處開始造斜，至井深751 m一開完鉆，井斜68.7°;二開裸眼穩(wěn)斜井段達(dá)2306 m，施工中存在以下難點(diǎn)。

(1)大井眼造斜，上部地層松軟，造斜率難以保證。

(2)穩(wěn)斜井段長，井斜大，鉆進(jìn)過程中摩阻扭矩大，易發(fā)生鉆具扭斷事故。

(3)穩(wěn)斜井段長，井斜大，返砂困難，易形成巖屑床，造成井下復(fù)雜。

(4)靶點(diǎn)多，靶區(qū)要求高，軌跡控制難度大。

(5)裸眼井段長，降斜段滑動鉆進(jìn)托壓，機(jī)械鉆速低，易發(fā)生粘、卡鉆事故。

2 技術(shù)方案優(yōu)化

2．1 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

良好的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠降低定向井鉆進(jìn)中的摩阻扭矩，增加水平位移延伸量，減少井下事故復(fù)雜的發(fā)生［1］。葡182－斜154井采用二開結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見表1。

表1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

2．2 井眼軌跡剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)

葡182－斜154井采用“直—增—穩(wěn)—降—穩(wěn)”五段制井眼軌跡設(shè)計(jì)，在311.2 mm鉆進(jìn)至400 m開始定向造斜，最大造斜率6°/30 m，最大井斜69.07°，方位86.19°(見表 2)。

表2 井眼軌跡剖面設(shè)計(jì)結(jié)果

3 大斜度井鉆井技術(shù)

3．1 井眼軌跡控制技術(shù)

3．1．1 增斜段軌跡控制技術(shù)

為了便于施工，使井眼軌跡更加平穩(wěn)圓滑，對原井眼軌跡設(shè)計(jì)進(jìn)行修正［2］，提前50 m定向造斜，井眼曲率由原來的6°/30 m降低到5°/30 m，更便于施工，增強(qiáng)現(xiàn)場可操控性。鉆具組合如下:311.2 mm鉆頭+216 mm螺桿(單彎雙扶1.25°)+MWD+178 mm鉆鋌6根+127 mm加重鉆桿20根 +127 mm鉆桿。

鉆進(jìn)參數(shù):鉆壓20～40 kN，轉(zhuǎn)速40 r/min，排量55 L/s。

初始造斜先連續(xù)定向幾個(gè)單根，摸清螺桿在該地層的實(shí)際造斜率［3］，然后詳細(xì)記錄每個(gè)單根的施工情況，根據(jù)最近兩測點(diǎn)的井斜方位變化率，來準(zhǔn)確預(yù)測井底的井斜方位。每一個(gè)測點(diǎn)都進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，采用滑動和復(fù)合鉆進(jìn)相結(jié)合方式，對井眼軌跡進(jìn)行精確控制，至井深 765 m，井斜 68.7°，方位86.05°，一開完鉆。

3．1．2 穩(wěn)斜段軌跡控制技術(shù)

二開主要進(jìn)行穩(wěn)斜與降斜施工，在穩(wěn)斜段施工中，選用0.75°單彎雙扶正器螺桿，增強(qiáng)穩(wěn)平效果;鉆頭選用四刀翼R4624鉆頭，相比五刀翼鉆頭在相同鉆壓下，能增大破巖能量，提高機(jī)械鉆速。鉆具組合如下:215.9 mm鉆頭+172 mm螺桿(單彎雙扶0.75°)+MWD+178 mm 鉆鋌3根 +127 mm加重鉆桿24根+127 mm鉆桿。

鉆進(jìn)參數(shù):鉆壓20～50 kN，轉(zhuǎn)速40 r/min，排量37 L/s。

該鉆具組合在嫩江組二段鉆進(jìn)中，呈現(xiàn)微降斜趨勢，降斜率為2°/100 m，所以施工中每2～3個(gè)單根定向上挑2 m，保證井斜穩(wěn)定在可控范圍內(nèi)。進(jìn)入嫩江組一段后，該鉆具組合基本呈現(xiàn)穩(wěn)斜趨勢，通過微調(diào)鉆進(jìn)參數(shù)，可以達(dá)到穩(wěn)斜目的。

3．1．3 降斜段軌跡控制技術(shù)

鉆進(jìn)至井深1860.00 m起鉆更換LWD進(jìn)行降斜施工，同時(shí)為了更好地控制井眼軌跡，增加現(xiàn)場井眼軌跡控制可操控性，將穩(wěn)斜段的0.75°單彎雙扶螺桿更換為1°單彎單扶螺桿鉆具，鉆具組合如下:215.9 mm鉆頭+172 mm螺桿(單彎單扶1°)+LWD+178 mm鉆鋌3根+127 mm加重鉆桿24根+127 mm鉆桿。

鉆進(jìn)參數(shù):鉆壓20～50 kN，轉(zhuǎn)速40 r/min，排量37 L/s。

該鉆具組合主要進(jìn)行降斜施工，井斜由71°降至34°，平均降斜率在(1.5°～2°)/30 m 左右，能夠很好地滿足鉆井施工需要。

3．2 安全鉆井技術(shù)

3．2．1 井眼清潔技術(shù)

大斜度井定向井鉆進(jìn)過程巖屑在自重作用下向下井壁沉積，很容易形成巖屑床［4］。巖屑上返過程中路程很長，巖屑被磨得很細(xì)，很難從鉆井液中清除，鉆進(jìn)過程中隨時(shí)監(jiān)測震動篩返砂情況，采取有力技術(shù)措施攜帶巖屑，清除巖屑床。

(1)足夠排量和鉆井液良好流變性攜帶巖屑。采用F1300鉆井泵170 mm缸套鉆進(jìn)，排量保持在34 L/s以上，保證環(huán)空上返速度在1.5 m/s左右，實(shí)現(xiàn)紊流攜巖。適當(dāng)增加鉆井液的流變性能以滿足懸浮、攜砂能力，在現(xiàn)場施工中，鉆井液的動塑比一直控制在0.5以上。

(2)高效固相控制設(shè)備清除巖屑。大斜度定向井巖屑上返過程中路程很長，巖屑被磨得很細(xì)，很難從鉆井液中清除，所以葡182－斜154井采用4級固控設(shè)備，二臺振動篩全部更換為160目篩布，并配置高速離心機(jī)，及時(shí)清除鉆井液中有害固相含量，保證井眼凈化。

(3)勤劃眼和短起下鉆制度。每打完一個(gè)單根都要?jiǎng)澭?遍，堅(jiān)持鉆進(jìn)150～200 m短起下300～400 m，短起下鉆到底大排量循環(huán)鉆井液，直至震動篩無巖屑返出方可鉆進(jìn)。

3．2．2 減小摩擦阻力降低扭矩技術(shù)

(1)應(yīng)用減摩降扭接頭，減摩接頭安裝在鉆桿接頭處，外套(非旋轉(zhuǎn))與套管內(nèi)壁接觸，而心軸與鉆桿一起旋轉(zhuǎn)［5］。由于心軸與非旋轉(zhuǎn)外套摩擦副的動摩擦系數(shù)較小，獨(dú)有的鉆井液自潤滑性，從而達(dá)到減小扭矩傳遞損失，對保護(hù)套管和鉆桿之間磨損起到很好的保護(hù)作用。

(2)調(diào)整泥漿性能，降低鉆柱與井壁之間的摩擦系數(shù)，降低泥漿失水，降低泥餅厚度，從而降低了摩阻扭矩。

(3)凈化井眼，破壞巖屑床，可降低鉆柱與井壁之間的摩擦系數(shù)，從而大幅度地降低扭矩和摩擦阻力。扭矩和摩擦阻力的變化很大程度上提示著井眼的凈化程度，據(jù)此可以決定是否采用適當(dāng)?shù)拇胧﹥艋邸?/p>

3．2．3 井壁穩(wěn)定技術(shù)

在大斜度定向井中，井壁圍巖除受徑向、切向和垂直向應(yīng)力外，還承受著剪切應(yīng)力的作用，此外還受抽吸壓力、“激動”壓力的影響。葡182－斜154井施工中215.9 mm井眼控制失水量 ＜4 mL/30 min，使井壁形成薄而堅(jiān)韌的泥餅，嚴(yán)格控制起下鉆速度，起鉆要求每柱不低于3 min，以免起鉆過快引起抽吸，造成井壁失穩(wěn)。下鉆要求每小時(shí)不超過10柱，防止由于壓力“激動”造成井漏，下鉆到底開泵先小排量頂通，待泥漿正常返出后逐漸提高正常排量。

4 施工效果

4．1 創(chuàng)出施工高效率

葡182－斜154井一開進(jìn)尺765 m，一開純鉆進(jìn)時(shí)間53 h，一開平均機(jī)械鉆速14.43 m/h;二開進(jìn)尺1292 m，二開純鉆進(jìn)時(shí)間48.25 h，二開平均機(jī)械鉆速26.78 m/h，全井平均機(jī)械鉆速20.32 m/h。

4．2 軌跡控制符合設(shè)計(jì)要求

葡182－斜154井完鉆井深2057.00 m，垂深1221.53 m，水平位移1353.73 m，水垂比1.11，各靶點(diǎn)設(shè)計(jì)與實(shí)鉆參數(shù)對比見表3和圖1。

表3 設(shè)計(jì)與實(shí)鉆數(shù)據(jù)對比

圖1 設(shè)計(jì)與實(shí)鉆垂直投影

5 結(jié)論

(1)在靶區(qū)要求嚴(yán)格的情況下，施工前優(yōu)化設(shè)計(jì)，施工中選用合理的鉆具組合和鉆井參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對井眼軌跡的精確控制。

(2)在穩(wěn)斜段應(yīng)用0.75°雙扶螺桿鉆具，通過調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，能夠達(dá)到穩(wěn)斜目的。

(3)施工中通過調(diào)整泥漿性能，配以合理的安全技術(shù)措施，保證了大斜度定向井的安全施工。

(4)葡182－斜154大斜度定向井的鉆探成功，為今后施工同類型井提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

［1］ 張瑞平，丁浩，陳水新，等．扎那諾爾油田套管開窗側(cè)鉆定向井鉆井技術(shù)［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2012，39(7):28－30．

［2］ 向軍文．定向?qū)舆B通井軌跡設(shè)計(jì)［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2011，38(5):11 －14．

［3］ 孟祥波，陳春雷，孫長青．徐深21－平1井軌跡控制技術(shù)［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2014，41(1):30 －32．

［4］ 李振杰，徐云鵬．定向井處理粘吸卡鉆事故的技術(shù)方法［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，37(6):24 －27．

［5］ 姚愛國，高輝，方小紅．定向鉆進(jìn)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2012，39(S1):62 －65．