新疆克拉瑪依油田水平井鉆井技術(shù)應(yīng)用探究

【摘要】從全球來看，已經(jīng)有多個(gè)國家在不同類型的油藏中都建立了多個(gè)水平井鉆井，水平井鉆井最主要的優(yōu)勢(shì)就在于產(chǎn)量高（為平常井的10-20倍左右），成本低（為平常井的2倍左右），具有較為明顯的成本效益和經(jīng)濟(jì)效益。本文首先概述了新疆克拉瑪依油田情況，其次，分析了新疆克拉瑪依油田某稠油油藏水平井鉆井施工難點(diǎn)及新疆克拉瑪依油田水平井鉆井的關(guān)鍵技術(shù)，具有一定的參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】新疆克拉瑪依油田；水平井；鉆井；關(guān)鍵技術(shù)

1.引言

水平井鉆井技術(shù)是指為了讓油田的探索效果和采收率在最大程度上得以提高，在鉆井過程中對(duì)鉆進(jìn)軌跡進(jìn)行控制來實(shí)現(xiàn)油層的軌跡鉆進(jìn)。水平井鉆井技術(shù)在1990年以后得到了較為迅猛的發(fā)展，對(duì)于油田勘探開發(fā)極為重要。從全球來看，已經(jīng)有多個(gè)國家在不同類型的油藏中都建立了多個(gè)水平井鉆井，水平井鉆井最主要的優(yōu)勢(shì)就在于產(chǎn)量高（為平常井的10-20倍左右），成本低（為平常井的2倍左右），具有較為明顯的成本效益和經(jīng)濟(jì)效益。我國最早是在1990年成功建立了第一口水平井鉆井工程，在水平井鉆井技術(shù)也在不斷地成熟發(fā)展，已經(jīng)形成了一整套完整的水平井鉆井技術(shù)，包括完井固井技術(shù)、鉆井液、專用工具開發(fā)、井眼軌跡測(cè)量和控制、鉆井工程設(shè)計(jì)、油藏地質(zhì)設(shè)計(jì)在內(nèi)，同時(shí)還能夠完成各類特殊水平井，如欠平衡水平井、水平井連通式、水平方位角變化的水平井、水平探井、階梯式水平井、單井蒸汽驅(qū)重力卸油井、礫石稠油油藏水平開發(fā)井、埋于地下水平井、叢式水平井等。

2.新疆克拉瑪依油田概況

克拉瑪依油田也被稱為新疆油田，是新中國成立后第一個(gè)大油田，累計(jì)產(chǎn)油2億多噸，已經(jīng)連續(xù)25年穩(wěn)定增長(zhǎng)，年產(chǎn)油量已經(jīng)突破了1000萬噸，原油產(chǎn)量居中國陸上油田第四位，目前克拉瑪依油田天然氣探明率不到3.64%，石油探明率僅為21.4%，預(yù)計(jì)天然氣資源總量為2.1萬億立方米，石油資源總量為86億噸。

3.新疆克拉瑪依油田某稠油油藏水平井鉆井施工難點(diǎn)

我們以新疆克拉瑪依油田某稠油油藏為例，該稠油油藏位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣，開發(fā)層位以奇古組為主，其主要巖性為淺灰色細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、灰綠色泥巖，油層可鉆性好、膠結(jié)疏松、埋藏淺。多采用“直——增——平”三段制單增剖面類型來布置水平井的井身結(jié)構(gòu)。水平段的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為180-210m，井眼直徑為215.9mm，造斜率的設(shè)計(jì)值為（11.4°-12.58°）/30m，井眼直徑為311.2mm。最大井斜角為95. 580，實(shí)際造斜點(diǎn)最淺為48m。新疆克拉瑪依油田某稠油油藏主要有以下一些施工難點(diǎn)。

（1）實(shí)際螺桿的造斜率偏低，井眼擴(kuò)大率大，造斜段地層疏松；

（2）鉆壓可能會(huì)受到軟地層工具面反扭角的較大影響，很難有效地保持工具面值和擺工具面；

（3）造斜段復(fù)合鉆進(jìn)和滑動(dòng)鉆進(jìn)通常會(huì)交替進(jìn)行。螺桿的實(shí)際造斜能力會(huì)受到復(fù)合鉆進(jìn)的較大程度影響，會(huì)進(jìn)一步增加井下復(fù)雜程度，也會(huì)增加準(zhǔn)確預(yù)測(cè)造斜率的難度；

（4）造斜點(diǎn)淺，造斜初始階段由于顧及到扭方位作業(yè)，再加上能夠提供鉆壓的鉆具數(shù)量少，螺桿鉆具的設(shè)計(jì)造斜率會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)斜率；

（5）水平段軌跡控制精度高，油層砂巖膠結(jié)疏松，鉆時(shí)快，井斜下降幅度大，同時(shí)在設(shè)計(jì)靶窗內(nèi)兼顧找油層發(fā)育好段，并且保證實(shí)鉆軌跡緊貼上靶線或下靶線鉆進(jìn)，使軌跡控制難度增加。

4.新疆克拉瑪依油田水平井鉆井的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 剖面設(shè)計(jì)與井眼軌跡優(yōu)化

水平井鉆井的關(guān)鍵點(diǎn)就在于是否科學(xué)設(shè)計(jì)井身剖面，水平井的剖面分為三種，分別是短半徑（造斜率大于30°/30m）、中半徑（造斜率為6°～20°/30m）、長(zhǎng)半徑（造斜率小于6°/30m）。前面所說的某稠油油藏就是為中半徑剖面，新疆克拉瑪依油田以中半徑剖面為主，中半徑剖面產(chǎn)生的扭矩和摩阻都較為適中，井下安全風(fēng)險(xiǎn)小，可以用彎殼動(dòng)力鉆具來實(shí)現(xiàn)。

水平井剖面設(shè)計(jì)的原則主要有兩點(diǎn)：第一，剖面設(shè)計(jì)務(wù)必要有利于安全施工，其摩阻、扭矩、拉力較?。坏诙?，要易于實(shí)現(xiàn)，軌跡控制難度小，井下不易磨損套管、產(chǎn)生鍵槽。

4.2 井壁穩(wěn)定

水平井中地層暴露較大，斜井段較長(zhǎng)，很容易使得井眼不穩(wěn)定。為了平衡地層，應(yīng)該基于地層特性來對(duì)鉆井液的比重進(jìn)行有效地確定，同時(shí)，為了避免鉆井液與地層之間的相互化學(xué)作用而導(dǎo)致井壁垮塌，要對(duì)鉆井液的其它性能進(jìn)行有效地處理。

4.3 摩阻與扭矩

水平井大井由于具有較長(zhǎng)的斜井段，因而鉆具在旋轉(zhuǎn)和上提下放的過程中具有較大的扭矩和阻力。巖屑床、井眼穩(wěn)定、鉆井液潤(rùn)滑性能、井眼彎曲、地層、鉆進(jìn)參數(shù)、鉆柱結(jié)構(gòu)等因素都會(huì)影響到扭矩和阻力。在實(shí)際中，為了減小阻力與扭矩，通常都是采用攜帶與潤(rùn)滑性能、增強(qiáng)鉆井液懸浮、選擇最優(yōu)井身剖面等措施來完成。

4.4 鉆柱設(shè)計(jì)

鉆柱設(shè)計(jì)要基于實(shí)用簡(jiǎn)單的原則來滿足井眼軌跡對(duì)鉆柱的要求及鉆柱強(qiáng)度要求，井下接頭數(shù)量要盡可能地少。為了保證鉆進(jìn)作業(yè)的進(jìn)行及鉆具的向前推進(jìn)，降低摩阻扭矩，應(yīng)該將無磁鉆鋌用無磁承壓鉆桿來進(jìn)行代替，并鉆具倒裝。若水平段較長(zhǎng)，為了避免出現(xiàn)鉆具事故，應(yīng)該采取加入減摩工具和使用高扭矩接頭等措施。

4.5 井眼凈化

在實(shí)際的生產(chǎn)中，我們發(fā)現(xiàn)易形成巖屑床的水平井井段通常都是45°～60°的井段，這會(huì)對(duì)井下安全和鉆進(jìn)速度造成嚴(yán)重影響，這對(duì)于水平井鉆井作業(yè)的順利進(jìn)行極為重要?？刹捎盟募?jí)固控、充分循環(huán)鉆井液、倒劃眼措施、提高轉(zhuǎn)速、增大排量等措施來實(shí)現(xiàn)井眼凈化。

4.6 套管問題

水平井下套管必須要考慮下入重量的機(jī)械損失、下入重量的摩阻損失和設(shè)備能下入的最大重量。機(jī)械損失是指由于扶正器嵌入地層、卡鉆、壓差、井下巖屑、臺(tái)階、坍塌等多種原因引起的重力損失，這也會(huì)使得套管的下入量大幅度減少。所以，減小下套管阻力是水平井下套管中應(yīng)多考慮的問題，特別是對(duì)于位移較大的水平井。另外，為了順利下入套管，應(yīng)該用頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)漂浮下套管技術(shù)、下壓套管技術(shù)、旋轉(zhuǎn)套管技術(shù)、上下活動(dòng)套管技術(shù)、循環(huán)鉆井液等操作。

4.7 隨鉆測(cè)量

對(duì)于新疆克拉瑪依油田水平井鉆井施工而言，隨鉆測(cè)量技術(shù)是極為重要的部分，在施工過程中應(yīng)該使用近鉆頭測(cè)量系統(tǒng)及短無磁鉆鋌，提高測(cè)量確度，完善測(cè)量工藝，測(cè)量系統(tǒng)選擇性能可靠的LWD測(cè)量系統(tǒng)或MWD測(cè)量系統(tǒng)，從而使得軌跡的控制精度大幅度提高。

5.結(jié)語

水平井鉆井技術(shù)在新疆克拉瑪依油田的成功使用，大大提高了單井采油效率，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，簡(jiǎn)化鉆具的下部組件不僅減少了施工風(fēng)險(xiǎn)，而且減少了靠下部鉆具強(qiáng)度來達(dá)到提高工具增斜的能力，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]王新，宋朝暉，林晶，魚永云.直井鉆機(jī)鉆超淺層稠油大位移水平井鉆井完井技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù)，2006，25（01）：120-123.

[2]林晶，王新，宋朝暉.新疆油田淺層稠油魚骨型分支水平井技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù)，2007，33（02）：143-145.

[3]朱志宏，杜敏，韓紅雁.克拉瑪依油田淺層超稠油開采新技術(shù)[J].石油天然氣學(xué)報(bào)，2007，24（03）：111-113.

[4]王新，張蕾.新疆油田常規(guī)鉆機(jī)鉆淺層稠油水平井鉆井完井技術(shù)[J].中外能源，2008，43（02）：120-124.