陜北地區(qū)石油水平井鉆井施工工藝探討

何德海

(寧夏礦業(yè)開發(fā)勘察院三井隊(duì),寧夏銀川 750021)

陜北地區(qū)石油水平井鉆井施工工藝探討

何德海

(寧夏礦業(yè)開發(fā)勘察院三井隊(duì),寧夏銀川 750021)

陜北地區(qū)石油工業(yè)的發(fā)展有力地推動(dòng)了陜北老區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。截至2004年底,地方石油企業(yè)共建成生產(chǎn)油井22700多口,形成原油生產(chǎn)能力820萬噸,原油加工能力900萬噸,全年生產(chǎn)原油720萬噸,加工原油721萬噸,實(shí)現(xiàn)銷售收入320億元,稅費(fèi)43.7億元,利潤56.5億元。石油工業(yè)已成為全省發(fā)展最快、最具活力的支柱產(chǎn)業(yè)和陜北地區(qū)財(cái)政收入的主要來源,加快陜北石油工業(yè)發(fā)展已成為革命老區(qū)脫貧致富的現(xiàn)實(shí)需要和廣大人民群眾的強(qiáng)烈愿望。文章結(jié)合陜北地區(qū)油田特點(diǎn),主要探討了水平井鉆井的施工工藝和鉆井參數(shù)的優(yōu)化。

水平井 鉆井工藝 定向 泥漿 優(yōu)化

水平井鉆井技術(shù)是20世紀(jì)80年代國際石油界迅速發(fā)展并日臻完善的一項(xiàng)綜合性配套技術(shù)，它包括水平井油藏工程和優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，水平井井眼軌道控制技術(shù)，水平井鉆井液與油層保護(hù)技術(shù)，水平井測(cè)井技術(shù)和水平井完井技術(shù)等一系列重要技術(shù)環(huán)節(jié)，綜合了多種學(xué)科的一些先進(jìn)技術(shù)成果。由于水平鉆井主要是以提高油氣產(chǎn)量或提高油氣采收率為根本目標(biāo)，已經(jīng)投產(chǎn)的水平井絕大多數(shù)帶來了十分巨大的經(jīng)濟(jì)效益，因此水平井技術(shù)被譽(yù)為石油工業(yè)發(fā)展過程中的一項(xiàng)重大突破。

1 陜北油田水平井主要鉆井、完井技術(shù)

1.1 井位選擇及剖面選擇優(yōu)化

(1)井位選擇。油藏地質(zhì)選井：油藏分布調(diào)查及分類、水平井地質(zhì)技術(shù)參數(shù)初步方案、油藏風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。工程技術(shù)選井：鉆井、完井技術(shù)能力評(píng)價(jià)；鉆、完井對(duì)地質(zhì)技術(shù)指標(biāo)限制及指標(biāo)實(shí)現(xiàn)可行性分析；地質(zhì)、工程技術(shù)指標(biāo)綜合統(tǒng)一方案；鉆井、完井、生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

(2)剖面選擇優(yōu)化。剖面優(yōu)化選擇的目的是為了在滿足地質(zhì)要求的情況下，在現(xiàn)有鉆井工藝、工具設(shè)備條件下盡可能使施工簡化，操作安全、快速，低成本投入。剖面選擇與優(yōu)化過程其主要涉及技術(shù)包括以下幾個(gè)方面：水平井類型和剖面類型選擇、側(cè)鉆造斜點(diǎn)的選擇、造斜率優(yōu)化選擇、剖面摩阻分析。

1.2 井身結(jié)構(gòu)及完井工藝

側(cè)鉆水平井完井大體上一般有三種完井方式：裸眼完井、篩管完井和射孔完井。不同的油藏采用不同的完井方式，通常根據(jù)目標(biāo)層特點(diǎn)和鉆遇地層特性選擇，陜北地區(qū)油井普遍特點(diǎn)是井深、低壓、低滲、高耗能且井液成分復(fù)雜。鉆遇地層復(fù)雜，側(cè)鉆水平井的井身結(jié)構(gòu)是在老井井身結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上選擇尾管完井，完井方式有射孔完井和篩管完井。經(jīng)過研究論證和反復(fù)實(shí)踐最終確定完井采用上部為尾管，水平段采用篩管的復(fù)合完井結(jié)構(gòu)。

1.3 鉆具組合

鉆具優(yōu)化技術(shù)是水平井鉆井技術(shù)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，其主要目的是在保證鉆具一方面具有足夠的強(qiáng)度，另一方面必須達(dá)到事先期望的要求，如增斜、穩(wěn)斜、或是降斜。特別是在滑動(dòng)態(tài)鉆井的方式下，還應(yīng)考慮鉆柱是否能夠給鉆頭提高足夠的鉆壓。因此，鉆具組合優(yōu)化技術(shù)的重點(diǎn)是在滿足鉆柱強(qiáng)度要求的情況下，應(yīng)盡可能地減小鉆柱的摩阻和扭矩，同時(shí)，最大限度地提高接頭的抗扭能力。

1.4 軌跡控制技術(shù)

在鉆進(jìn)過程中，水平井的控制目標(biāo)是隨時(shí)改變的，是對(duì)不確定靶的精確控制，控制精度很高，需要時(shí)刻考慮井眼軌跡的變化，并根據(jù)變化情況制定下一步的施工方案，按照地質(zhì)要精確控制井眼軌跡。

2 陜北油田水平井鉆井鉆井參數(shù)的優(yōu)化措施

2.1 優(yōu)化井身剖面設(shè)計(jì),做好安全施工

水平井施工要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)好的井身剖面來控制井眼軌跡，關(guān)鍵點(diǎn)是造斜率的大小，近兩年施工的水平井都是中半徑水平井(淺層水平井除外)，即全角變化率為6°～20°/30m，鉆進(jìn)中實(shí)際全角變化率小于10°/30m，用1°～1.25°～1.5°單彎螺桿造斜，216mm井眼以1.25°單彎為主，造斜率在6°/30m左右； 244mm井眼以1.5°單彎為主，造斜率在7°/30m左右；在鉆進(jìn)中對(duì)井斜和方位采用勤調(diào)和微調(diào)的方式保證實(shí)鉆軌跡在設(shè)計(jì)軌跡的附近，平滑井眼軌跡，所有施工的水平井沒有出現(xiàn)井下故障，為安全鉆井奠定了較好的基礎(chǔ)，

2.2 采用導(dǎo)向鉆井技術(shù)有效控制井眼軌跡

水平井鉆井全部采用導(dǎo)向鉆井技術(shù)，螺桿使用低速馬達(dá)，扭矩大壽命長，鉆頭使用高轉(zhuǎn)速HJT和MD系列鉆頭，一般一趟鉆就能達(dá)著陸點(diǎn)，測(cè)量使用MWD(LWD)隨鉆系統(tǒng)，測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定，傳輸速率高，使定向人員能及時(shí)掌握井眼的各項(xiàng)參數(shù)，保證井眼軌跡有效控制，目前水平段靶框要求較高，一般為1×10×10，上下擺動(dòng)只有0.5m，難度可想而知，特別是在進(jìn)“A”靶前和水平段鉆井時(shí)與現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)工程師緊密結(jié)合，加密測(cè)斜，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)鉆頭位置，通過鉆速、電阻率、珈瑪和氣測(cè)錄井等因素綜合分析，防止井眼軌跡穿底和冒頂，在施工中盡量保證實(shí)鉆井眼軌跡最大限度地在儲(chǔ)層中延伸，提高油層鉆遇率，獲得最佳的油氣開發(fā)效果。

2.3 優(yōu)選鉆井液體系

水平井對(duì)鉆井液的要求更加嚴(yán)格，施工中必須保證其有良好的潤滑性、攜帶性、流變性和井壁穩(wěn)定性，針對(duì)陜北地區(qū)油田的地層特點(diǎn)，結(jié)合近幾年的大斜度井、水平井施工經(jīng)驗(yàn)和大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，確定了在直井段使用膨潤土聚合物鉆井液體系，斜井段和水平段使用聚合物乳化混油防塌鉆井液體系。利用聚合物鉆井液良好的流變性、較強(qiáng)的抑制性和潤滑性，滿足井壁穩(wěn)定和井眼凈化的要求。同時(shí)在聚合物防塌鉆井液中加入高分子量聚合物，進(jìn)一步提高體系的抑制性和懸浮攜帶能力，近兩年所施工的水平井完井電測(cè)工作都比較順利。

2.4 井眼凈化與固相控制措施

因在大斜度井段有巖屑床存在，因此井眼凈化是水平井安全施工的關(guān)鍵，在沒有特殊的工具儀器分析判定井眼清潔情況時(shí)可以根據(jù)鉆井中地面巖屑的反出量、旋轉(zhuǎn)扭矩與上提下放摩阻的大小來判定眼的凈化程度，若發(fā)現(xiàn)鉆進(jìn)中返出巖屑量小或間歇性返砂，旋轉(zhuǎn)負(fù)荷重，上提下放摩阻大和鉆速變慢，表明目前井下存在巖屑床，必須采取特殊的處理措施。

(1)用常規(guī)鉆具進(jìn)行通井并增大排量、高返速(環(huán)空返速在1m/s以上)紊流攜帶巖屑。

(2)配注高粘度鉆井液段塞參加循環(huán)，增強(qiáng)鉆井液懸浮巖屑的能力。

(3)小起下鉆、分段接力循環(huán)。

(4)強(qiáng)化固控設(shè)備的配備并用好四級(jí)固控，清除鉆井液中的有害固相。大排量是保持井眼清潔的重要途徑，在設(shè)備條件許可時(shí)應(yīng)盡可能采用大排量鉆進(jìn)，能較好地清洗巖屑床，保證井下安全。

2.5 優(yōu)化鉆具結(jié)構(gòu)和加強(qiáng)鉆具管理

在井斜大于30°后不再使用鉆鋌加壓，全部改用加重鉆桿和用無磁承壓鉆桿代替無磁鉆鋌，并對(duì)鉆具進(jìn)行倒裝；同時(shí)每次起下鉆要進(jìn)行錯(cuò)扣起鉆和鉆具的倒換，發(fā)現(xiàn)鉆桿彎曲和接頭處磨損超標(biāo)或偏磨的一律更換；接頭使用超過300小時(shí)要及時(shí)進(jìn)行更新；通過以上措施使鉆具的安全性大為提高。

2.6 搞好下套管前的準(zhǔn)備工作

下套管前使用剛性較大的常規(guī)鉆具通井，把易遇阻井段處理暢通，同時(shí)要注意井下負(fù)荷是否正常，不正常時(shí)不能起鉆下套管；針對(duì)實(shí)鉆井眼的空間形狀設(shè)計(jì)合理的套管串結(jié)構(gòu)、扶正器的類型、加量及安放位置；鉆井液中加足潤滑劑同時(shí)在水平井段配注塑料小球等固體潤滑劑，增強(qiáng)潤滑性能；根據(jù)井眼情況計(jì)算套管的最大下入重量，分析是否需要采取特殊的措施保證套管的順利下入。

3 結(jié)語

加強(qiáng)應(yīng)用基礎(chǔ)和決策技術(shù)的研究，發(fā)展配套采油工程數(shù)值模擬軟件的開發(fā)和建設(shè)，加大采油工程技術(shù)、研究推廣投資的回報(bào)力度，在未來的新世紀(jì)中采油工程技術(shù)將創(chuàng)造更高的效益和達(dá)到更高的水平。

[1]萬仁溥.水平井開采技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社,1995.

[2]劉翔鶚,王浦潭.采油工程技術(shù)的發(fā)展與展望[J].石油鉆采工藝,2000,22(3)：42-49.

[3]李宗田,劉應(yīng)紅.采油工藝技術(shù)新進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)[J].斷塊油氣田,1999,7(1)：6-9.