長水平段水平井鉆井技術在艾哈代布油田的應用

張興龍，張瑞平，谷豪斌，李繼營

（西部鉆探定向井技術服務公司，新疆克拉瑪依834000）

長水平段水平井鉆井技術在艾哈代布油田的應用

張興龍*，張瑞平，谷豪斌，李繼營

（西部鉆探定向井技術服務公司，新疆克拉瑪依834000）

ADMa-1H和ADMa-2H是伊拉克艾哈代布油田AD-1構造上部署的2口小井眼長水平段水平井，ADMa-1H水平段長1500m，ADMa-2H水平段長1300m，其中ADMa-1是艾哈代布油田水平段最長、油層最深的水平井，創(chuàng)造了用“常規(guī)隨鉆測量儀器（MWD）+常規(guī)螺桿”鉆具組合完成1500m6″小井眼水平段的伊拉克施工記錄；2口井在實際施工過程中均出現托壓嚴重、水平段摩阻扭矩大、軌跡控制難度大、井眼凈化困難、易發(fā)生卡鉆等問題；通過對實際施工過程進行總結分析，對“常規(guī)隨鉆測量儀器（MWD）+常規(guī)螺桿”鉆具組合完成長水平段水平井所遇到的問題提出了相應的解決措施，為今后在艾哈代布油田進行長水平段水平井作業(yè)提供了可借鑒的經驗。

艾哈代布油田；長水平段水平井；軌跡控制；摩阻扭矩；托壓；井眼凈化

1 概述

ADMa-1H和ADMa-2H井位于伊拉克南部，距首都巴格達東南180km，處于NOMⅡNA鎮(zhèn)與KUT鎮(zhèn)之間，區(qū)域上屬于古岡瓦納大陸北緣的波斯灣盆地北部；開發(fā)層位是以灰?guī)r、夾泥灰?guī)r、泥質灰?guī)r為主要巖性的白堊紀Mauddud-1主油層；開發(fā)該層位采用“直—增—穩(wěn)—增—穩(wěn)”5段制雙增剖面，造斜段采用?215.9mm井眼，設計造斜率為（3.1°～5°）/30m，水平段采用?152.4mm井眼，設計水平段長1300～1500m，最大井斜角為90.00°，設計靶半高為上下1m，靶半寬為左右5m；其中ADMa-1H井實際井深4773.00m，垂深3093.44m，水平位移1859.6m，6″小井眼水平段穿透1500m目的油層；ADMa-2H井實際井深4604m，垂深3091.99m，水平位移1733.48m，6″小井眼水平段穿透1300m目的油層；以上2口井在實施過程中均采用了頂驅驅動、“常規(guī)測量儀器（MWD）+螺桿”鉆具組合等常規(guī)鉆井設備，其順利完鉆，為今后應用常規(guī)鉆井設備開發(fā)水平段大于1500m的水平井積累了實際施工經驗。

2 施工難點

（1）井身結構設計難度大。長水平段水平井的井身設計、井眼軌跡控制等與常規(guī)水平井鉆井明顯不同，考慮采用常規(guī)鉆井設備、實際施工鉆具組合最大延伸距離，使其設計優(yōu)化和軌跡控制難度較大。

（2）造斜段后期軌跡調整困難。在三開?215.9mm井眼中，造斜段后期井斜達到75°時摩阻大、托壓嚴重；定向滑動鉆進時，鉆具拖壓后鉆壓突然釋放到鉆頭而引發(fā)憋泵，使定向軌跡調整困難，調整次數增多。

（3）小井眼水平段裸眼段長，摩阻大。6″井眼水平段長1300m以上，水平段裸眼段長，鉆具與井壁摩阻大，滑動鉆進時易發(fā)生托壓和鉆具屈曲，井眼軌跡延伸困難。

（4）小井眼水平段井眼凈化難、易發(fā)生井下事故。由于小尺寸鉆具長達2750m，受泵壓的限制，排量較低，環(huán)空返速低，致使泥漿攜屑困難，容易造成井下事故。

3 井身結構設計優(yōu)化

長水平段水平井井身剖面設計需考慮的因素有：地質要求、地層巖性、造斜工具、井身結構等，綜合考慮以上各種因素優(yōu)化的井眼軌跡會明顯改善井下摩阻和扭矩狀況，以及有助于增大水平段的延伸距離；就降低摩阻和扭矩而言，長水平段水平井一般采用懸鏈式井眼，即造斜率隨著井深的增加而逐漸增大的，但懸鏈式井眼缺點是井眼軌跡較長，增加實際施工工作量，延長鉆井周期；優(yōu)點是鉆具與井壁間的接觸力為零，能有效的大大降低扭矩和摩阻。在艾哈代布油田實際設計過程中，由于技術及工具的限制，采用了修正后的懸鏈式井身剖面設計，即準懸鏈線剖面；ADMa-1H和ADMa-2H井身剖面采用雙增準懸鏈線剖面，ADMa-1H設計數據表如表1所示。

表1 ADMa-1H井身設計數據表

由表1可知：ADMa-1H起始造斜率較低為3.1°/30m，后期造斜率逐步增大為5°/30m，中間有57.87m的調整段；該井身剖面具有傳遞鉆壓容易、復合鉆進扭矩小、附加拉力小等優(yōu)點，有利于長水平段水平井的有效延伸以及安全、快速鉆進。

4 造斜段軌跡控制

ADMa-1H和ADMa-2H水平井造斜段井眼尺寸均為? 215.9mm，采用頂驅驅動、常規(guī)測量儀器（MWD）和常規(guī)螺桿進行施工；在造斜段初期,由于地層可鉆性好，適當降低排量，可以減少排量對井底的沖蝕，讓鉆頭充分接觸井壁，有利造斜，因此，在初始造斜至井斜25°左右，均采用28～30L/s的排量，并逐步緩慢增加排量。當井斜大于25°左右，即可以把泵排量增加至30～33L/s；隨著井深不斷增加，井斜到達70°左右，摩阻大、鉆壓傳遞困難等問題不斷突出，嚴重影響軌跡控制和鉆井周期；造斜段后期施工難點：定向困難、托壓嚴重。通過對前期常規(guī)水平井施工的總結，ADMa-1H和ADMa-2H水平井造斜段均采用同樣的鉆具組合，一趟鉆完成施工，鉆具組合：

?215.9mmPDC鉆頭+?172mm螺桿+?172mm浮閥+?172mm MWD接頭+?127mm無磁加重鉆桿+轉換接頭+?139.7mm加重鉆桿×6根+?139.7mm鉆桿×60根+?139.7mm加重鉆桿×18根+轉換接頭+ ?165mm隨鉆震擊器+轉換接頭+?139.7mm加重鉆桿×5根+?139.7mm鉆桿。鉆井參數：鉆壓：40～60kN，排量：28～33L/s，轉速：30～40r/min。

（1）螺桿和鉆頭的優(yōu)選：螺桿自帶扶正器選用3翼或者5翼直棱扶正器，外徑選用?210mm，有利于減小托壓和鉆壓的傳遞；?172mm螺桿自帶尺寸為?212mm的螺旋扶正器不適用于該油田施工；造斜段采用PDC鉆頭，使用時間較長；6刀翼PDC鉆頭較5刀翼鉆頭穩(wěn)定性強，有利于定向鉆進；

（2）在鉆具組合下部接入6根加重鉆桿，有助于保持上部結構鉆柱的穩(wěn)定性；加壓時可避免上部發(fā)生鉆柱彎曲而影響鉆具的穩(wěn)定性；

（3）優(yōu)選外徑為?139.7mm的加重鉆桿和斜坡鉆桿：外徑為?139.7mm鉆桿和加重鉆桿內徑比普通鉆桿內徑稍大，可降低鉆井液循環(huán)壓耗，有利于鉆井液正常循環(huán)；其次鉆桿外徑大，可以適當減少鉆具組合在井眼中的偏心程度，減少因鉆具組合偏心嚴重緊貼下井壁而產生粘附卡鉆；在相同的井眼尺寸里，鉆桿尺寸大，則環(huán)空間隙小，在排量相同的情況下，環(huán)空返速高，有利于攜帶巖屑，凈化井眼。

5 水平段井眼軌跡控制

水平段是長水平段水平井施工的關鍵，水平段設計分別達1300m和1500m，小井眼裸眼井段長、摩阻和扭矩較大，靶窗控制范圍?。ù瓜蛏舷滦∮?m）、軌跡控制難度大。為了確保水平段施工的順利，在實際施工過程中及時計算與預測軌跡所處位置和垂深，優(yōu)選鉆具組合、合理調整鉆進方式，采用“少定多復”、“多劃眼”、“多循環(huán)”的原則，盡量用調整鉆進參數的方式來確保實際軌跡在設計的靶窗里穿行；在水平段施工過程中，2口井均采用同樣的鉆具組合，選取螺桿的長度有所差別；鉆具組合為：?152.40mmPDC鉆頭+?120mm螺桿+?146mm扶正器+?120mm浮閥+?120mmMWD接頭+?120mm無磁鉆鋌+?88.9mm加重鉆桿+?88.9mm鉆桿+ ?139.7mm鉆桿+?159mm震擊+?139.7mm鉆桿；ADMa-2H用2趟鉆完成水平段施工，均選用2根相同的單彎1°螺桿；ADMa-2H采用4趟鉆完成水平段施工，選用不同長度螺桿；由于該套鉆具組合在Madduda油層水平段施工的穩(wěn)平能力還沒有可借鑒的經驗，從ADMa-1H實際施工情況可以看出：采用1°單彎螺桿（螺桿長度6.32m）雙穩(wěn)定器鉆具組合穩(wěn)平效果最好；1.25°單彎螺桿（螺桿長度5.22m）單穩(wěn)定器鉆具組合，穩(wěn)平效果較好，最大全角變化率僅為2.9°/30m。由于軌跡平滑，降低了水平段摩阻和扭矩，保證了1500m水平段施工順利；ADMa-1H水平段鉆具組合穩(wěn)平統(tǒng)計表見表2。

表2 水平段穩(wěn)平情況統(tǒng)計表

6 拖壓問題的預防和應對措施

ADMa-1H和ADMa-2H兩口水平井造斜段長（造斜段均640m以上）、水平段長，在斜井段容易形成巖屑床，導致造斜段后期拖壓嚴重、定向困難，水平段井眼小、水平段長、摩阻大、鉆具易發(fā)生屈曲，軌跡延伸受限；針對該區(qū)塊地層巖性以及拖壓問題的形成及特點，實際施工過程中采取的措施如下：

（1）在造斜段，了解各地層不同巖性，在軌跡控制范圍內，盡量選擇在鉆時快的地層多定向少復合，在鉆時慢的地層多復合少定向；

（2）從造斜段開始，每打完一根單根劃眼2次，嚴格控制劃眼速度和轉速，每劃一次控制在5min以上，轉速控制在30r/min左右，確保每米進尺軌跡光滑；

（3）堅持兩短一長的短起措施，有效破壞巖屑床；

（4）要保證足夠的排量，盡量使泥漿上返達到紊流狀態(tài)，有效攜帶巖屑，減緩巖屑床的形成速度；

（5）在洗井時保持鉆具一定的旋轉和上下大范圍活動（每次活動距離大于25m），在洗井作業(yè)中破壞巖屑床和有效攜帶巖屑，降低摩阻；

（6）水平段施工，通過對鉆井參數的相互配合以及調整，盡量增加復合鉆進井段的長度，減少定向段的長度；軌跡調整時要做到：早預判早調整，盡量避免不定向就要出靶的情況出現，在定向困難時可通過適當的復合鉆，減少螺桿扶正器處井眼的摩阻，而后在進行定向作業(yè)；

（7）施工中要求井隊接單根速度要快，做到早開泵，晚停泵，盡量縮短鉆井液靜止時間，防止巖屑堆積造成再次開泵困難等復雜情況；

（8）避免在水平段變更設計和大幅度調整井斜，滑動鉆進摩阻比原來顯著增大時，要及時上提大幅度活動鉆具；

（9）有效維護好泥漿性能，特別是潤滑性、攜砂性和造壁性能，泥餅質量要薄而韌，降低整個井眼的摩擦阻力和減緩巖屑床的形成速度。

7 認識和建議

（1）優(yōu)化鉆具結構，優(yōu)選鉆井參數，在造斜段采用1.5°單彎螺桿，及時準確掌握鉆具的造斜能力，調整定向進尺，確保準確中靶；在水平段施工優(yōu)選帶雙螺扶的1°（1.25°）單彎螺桿鉆具組合既能保證軌跡的調整，且穩(wěn)平效果較好，掌握好水平段復合鉆鉆具的造斜、穩(wěn)斜規(guī)律，能夠提高水平段的施工效率。

（2）水平段井眼軌跡控制是長水平段水平井的核心技術。加強各井段井眼軌跡控制，避免軌跡較大波動可以有效降低摩阻和扭矩，從而能夠確保長水平段水平井連續(xù)施工和確保水平段的有效延伸。

（3）在水平段采用具有較強穩(wěn)平能力的鉆具組合，并合理選擇鉆井參數，掌握好水平段復合鉆鉆具的造斜規(guī)律，可以有效地提高水平段復合鉆比率，保證井眼軌跡的平滑，提高水平段的施工效率。

（4）優(yōu)良的鉆井液體系及性能的處理維護是長水平段水平井井眼凈化、清巖、攜砂、井壁穩(wěn)定、防垮、防卡的技術保證。

（5）借鑒大位移井軌跡控制技術、降阻降摩技術、井身優(yōu)化技術，通過精心設計、精細施工，可以應用常規(guī)隨鉆測量儀器（MWD）和螺桿動力鉆具組合完成6″井眼1500m甚至更長水平段水平井的施工。

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TE243

B

1004-5716（2015）03-0045-03

2014-03-27

2014-04-02

張興龍（1985-），男（漢族），四川彭州人，工程師，現從事定向井水平井現場技術服務工作。