蘇南水平井鉆井技術(shù)實(shí)踐與認(rèn)識

郁燕飛，李堆軍，柳耀泉，王 志

（渤海鉆探第三鉆井工程公司，天津300280）

蘇南水平井鉆井技術(shù)實(shí)踐與認(rèn)識

郁燕飛*，李堆軍，柳耀泉，王 志

（渤海鉆探第三鉆井工程公司，天津300280）

蘇南區(qū)塊儲層埋藏深，水平井設(shè)計平均井深5000m，垂深3550m，水平段長度1000m左右,摩阻及扭矩大、井眼清潔、井壁穩(wěn)定等技術(shù)難點(diǎn)。針對上述技術(shù)難點(diǎn)，研究形成了以優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)、優(yōu)化井眼軌跡與控制、泥漿性能的控制、鉆頭優(yōu)選等一系列水平井鉆井技術(shù)，對今后蘇里格氣田以及類似地區(qū)施工的水平井提供了借鑒。

水平井；斜井段；關(guān)鍵技術(shù)；鉆頭優(yōu)選：井眼軌跡優(yōu)化

蘇南區(qū)塊位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂托克前旗南部地區(qū)，與蘇南區(qū)塊相對大蘇里格儲層埋藏深，水平井二開裸眼段長300～800m，施工難度相對增加，二開斜段的優(yōu)快鉆井和事故復(fù)雜的預(yù)防成為制約蘇南水平井鉆井提速的關(guān)鍵影響因素。

蘇南水平井設(shè)計通常采用?241.3mm井眼的直井段井身結(jié)構(gòu)，造斜段至入窗采用?215.9mm井身結(jié)構(gòu)，下入?177.8mm套管固井，三開采用?152.4mm鉆頭鉆完水平段，然后下裸眼封隔器分段壓裂完井。造斜段剖面為雙增穩(wěn)剖面設(shè)計，增—穩(wěn)—增—82°穩(wěn)斜探層—入窗的剖面設(shè)計（圖1）。

圖1 蘇南水平井井身結(jié)構(gòu)示意圖

1 蘇南水平井難點(diǎn)

（1）雙增剖面設(shè)計有相對較小的曲率半徑和較大的造斜率，滑動比例增加，軌跡中穩(wěn)斜段設(shè)計增加了井眼軌跡控制難度。

（2）二開造斜段，定向時托壓問題的影響。在滑動鉆進(jìn)過程中，托壓是影響鉆進(jìn)速度的關(guān)鍵問題，一旦托壓嚴(yán)重，導(dǎo)致沒有進(jìn)尺，鉆具長時間靜止?fàn)顟B(tài)，容易發(fā)生卡鉆，需要頻繁活動鉆具，影響造斜效果，增加滑動時間，造成惡性循環(huán)，且加劇鉆頭磨損，增加鉆頭數(shù)量。

（3）二疊系石千峰、石盒子地層塑性泥巖造漿嚴(yán)重，有害固相增加，極易粘附在鉆頭和扶正器上，造成泥包。

（4）目的層石盒子地層泥巖段，處于70°左右的井斜的井段極易發(fā)生井壁垮塌，對泥漿失水控制要求嚴(yán)格。

（5）在?215.9mm井眼內(nèi)下入?177.8mm技術(shù)套管，環(huán)空間隙小，下套管、固井施工風(fēng)險大。

2 蘇南區(qū)塊水平井鉆井技術(shù)

2.1 二開斜段鉆具組合優(yōu)選

為了保證斜井段鉆進(jìn)時能給鉆頭施加有效的鉆壓,減小托壓。鉆具組合采用一次倒裝鉆具組合。加重鉆桿位置分為2部分,確保鉆具中和點(diǎn)的位置在下部加重鉆桿部分,上部加重鉆桿位于直井段或井斜30°以內(nèi)的井段。

鉆具組合：? 215.9mmPDC+? 172mm馬達(dá)（1.5°）+?165mm浮閥+?165mmLWD+?165mm無磁鉆鋌+?177.8mmMWD+?165mm防磨接頭+ ?127mm加重鉆桿×6根+?127mm鉆桿+?127mm加重鉆桿×13根+?127mm鉆桿若干。

鉆井參數(shù)：馬達(dá)轉(zhuǎn)速，鉆壓60～160kN，排量34L/s，泵壓16～21MPa。

表1 2013年完成的4口水平井設(shè)計軌跡

2.2 井眼軌跡優(yōu)化及效果分析

2.2.1 優(yōu)化井眼軌跡

將設(shè)計“增—穩(wěn)—增—82°入窗”的雙增穩(wěn)剖面優(yōu)化為懸鏈線剖面。建設(shè)方對入窗前的井眼軌跡允許重新設(shè)計，這對軌跡優(yōu)化提供了便利。重新優(yōu)化井眼軌跡，本著操作性強(qiáng)，有利于優(yōu)快鉆進(jìn)為原則。懸鏈線剖面軌道可以降低摩阻，改善鉆柱的受力狀況；使井眼曲率半徑更為科學(xué)，造斜率更低，有利于井眼軌跡平滑延伸，提高機(jī)械鉆速和固井質(zhì)量[1]。井眼軌跡優(yōu)化見數(shù)據(jù)見表1。

續(xù)表1 2013年完成井優(yōu)化后的軌跡

從表1數(shù)據(jù)可以看出，優(yōu)化后的剖面有較小的造斜率。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)鉆數(shù)據(jù)，合理分配滑動比例，堅(jiān)持“少滑動、多旋轉(zhuǎn)、微調(diào)勤調(diào)”原則，使井眼軌跡平滑延伸，實(shí)鉆數(shù)據(jù)見表2。

設(shè)計雙增剖面軌跡，在45°井斜處有一段穩(wěn)斜調(diào)整井段，長度200m左右，導(dǎo)向鉆具組合結(jié)構(gòu)在鉆進(jìn)過程中自然增斜，穩(wěn)斜困難，在井斜增大的情況下，需要反摳降斜作業(yè)，浪費(fèi)工作量。采用懸鏈線結(jié)構(gòu)軌跡剖面，在井斜50°以下的井段，利用導(dǎo)向鉆進(jìn)自然增斜率[一般為（1.5°～3°）/30m]，導(dǎo)向增斜，只要進(jìn)行微調(diào)就能達(dá)到設(shè)計的造斜率，這就大大減少了滑動比例，提高了機(jī)械鉆速。

表2 斜井段實(shí)鉆數(shù)據(jù)

2.2.2 優(yōu)化后摩阻和扭矩分析

隨著井深的延伸和井斜的增大，鉆具與井眼低邊的接觸面積增大，鉆具與井眼低邊形成的巖屑床相互作用,鉆井液固相含量高導(dǎo)致潤滑效果下降等[2]原因，鉆具與井壁之間的摩擦阻力隨著井深、井斜的增加而不斷增大。根據(jù)現(xiàn)場施工獲得的扭矩、摩阻數(shù)據(jù)分析見圖2、圖3,通過優(yōu)化井眼軌跡,有效降低了摩阻系數(shù)，提高了施工效率。

圖2 斜井段實(shí)際摩阻跟蹤圖

圖3 斜井段實(shí)際扭矩跟蹤圖

實(shí)鉆數(shù)據(jù)復(fù)合鉆進(jìn)時最大扭矩10～15kN·m，滑動鉆進(jìn)時,工具面調(diào)整較為容易，井斜大時滑動鉆進(jìn)阻力一般在160kN左右,活動鉆具上提拉力100～120kN，下放阻力40～60kN。

使用計算機(jī)對SN0024-04H的載荷模擬結(jié)果顯示，在井斜60°之前，隨著井深和井斜的不斷增加，摩阻和扭矩呈線性變化。當(dāng)井斜超過60°之后，摩阻和扭矩的增幅變緩。這個結(jié)果與現(xiàn)場的實(shí)際數(shù)據(jù)基本吻合，模擬結(jié)果見表3。

表3 載荷及扭矩模擬結(jié)果表

2.3 鉆井液技術(shù)

二開鉆穿劉家溝地層以后井段，是水平井的一個節(jié)點(diǎn)，開始定向，常規(guī)三開水平井改型為聚磺鉆井液體系。

造斜段穿越的地層為石千峰和石盒子組，簡稱“雙石層”，該地層泥巖易出現(xiàn)吸水膨脹，剝落，形成大肚子井眼。隨著井斜的增加，地層原來的應(yīng)力平衡發(fā)生改變，導(dǎo)致井壁周圍巖石的應(yīng)力重新分布，如果重新分布的應(yīng)力超過巖石所能承受的最大載荷，井壁失穩(wěn)就會發(fā)生[3]，特別是在60°～75°井斜井段，極易發(fā)生井壁垮塌。因此選擇合理的鉆井液密度和失水控制十分重要。選用聚磺體系泥漿具有較強(qiáng)的抑制性，良好的造壁性、封堵性、流變性，以及熱穩(wěn)定性，基本能夠滿足三開水平井施工，關(guān)鍵抓好失水與密度控制。

2.4 井壁穩(wěn)定技術(shù)

2.4.1 變流洗井技術(shù)

由于二開裸眼段長，鉆速快，有部分巖屑粘附于井壁，隨著浸泡時間的延長，部分井壁發(fā)生周期性剝落，特別是在45°以后的井段，極易形成巖屑床，容易發(fā)生起下鉆阻卡。在短起下、劃眼，及長時間循環(huán)不能有效攜砂的情況下，采用變流技術(shù)來洗井?dāng)y砂。在環(huán)空流速確定的情況下，適宜的泥漿流變參數(shù)是攜帶巖屑清洗井眼的關(guān)鍵[4]。變流洗井技術(shù)主要做法為：稀泥漿加稠泥漿塞交替洗井，稀塞紊流沖洗掉附著在井壁上的巖屑，再利用緊跟的稠泥漿帶出。

2.4.2 不開泵劃眼技術(shù)

對于發(fā)生垮塌嚴(yán)重的井段，井徑擴(kuò)大率較大，一般發(fā)生在70°左右石盒子泥巖井段，通井困難，無法進(jìn)行下套管作業(yè)。一貫的做法是開泵劃眼，但劃眼效率極低。開泵的情況下劃眼，大直徑掉塊在水力的作用下被擠進(jìn)井徑較大的井眼位置，鉆頭、扶正器可以通過，但是停泵后，掉塊又回到原來的位置，造成上提遇卡，下放遇阻。另一方面，在井塌井段長時間開泵劃眼，在水力和機(jī)械撞擊的作用下會產(chǎn)生新的掉塊，加重了劃眼難度。

通過近幾年的實(shí)踐，采用不開泵劃眼技術(shù)可有效解決該問題。鉆具組合中在近鉆頭位置放置一?210mm～?212mm扶正器；在遇阻位置，轉(zhuǎn)動鉆具，采用10～20kN鉆壓劃眼，不開泵，避免把掉塊擠進(jìn)井徑較大的井眼位置，利用鉆頭和扶正器把直徑較大的掉塊破碎，再開泵循環(huán)盡可能攜砂，部分不能帶出地面的巖屑采用滴流泥漿進(jìn)行封閉，利用封閉泥漿的高切力支撐，形成假井壁，通過短起下驗(yàn)證，無阻卡后下技術(shù)套管。

2.5 鉆頭優(yōu)選

造斜段使用的鉆頭有迪普DM665D,迪普鋼體鉆頭 DS665D 和 中 成 MD6633ZC、MD6536ZC、MD6636ZC。在使用過程中中成鉆頭表現(xiàn)為初始機(jī)械鉆速高，但是鉆頭抗磨性和抗沖擊能力較差；迪普鉆頭表現(xiàn)為鉆時均勻，有較好的抗磨性和抗沖擊能力；就平均機(jī)械鉆速而言，中成鉆頭略高于迪普鉆頭；單只鉆頭使用時間和進(jìn)尺，迪普鉆頭高于中成鉆頭。

迪普DS665D鋼體鉆頭，該型號鉆頭刀翼薄、流道寬等高效水力設(shè)計防止鉆頭泥包，提高鉆頭的切削效率。綜合防震設(shè)計提高鉆頭鉆進(jìn)工作的平穩(wěn)性，防止鉆頭切削齒的非預(yù)期損壞；與迪普胎體鉆頭比較，同井段平均機(jī)械鉆速同比提高30%～50%。鉆頭使用效果見表4。

表4 造斜段鉆頭使用情況

3 幾點(diǎn)認(rèn)識

（1）造斜段采用單增剖面，曲率半徑更大，通過計算機(jī)模擬結(jié)果顯示，優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)和井眼軌跡，在鉆進(jìn)、起下鉆、下套管時，摩阻和扭矩相對較小，有利于優(yōu)快鉆井。

（2）通過鉆頭的優(yōu)選，減少了二開斜井段鉆頭數(shù)量，提高了行程鉆速

（3）變流洗井技術(shù)、不開泵劃眼技術(shù)維護(hù)蘇南水平井井壁穩(wěn)定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

（4）二開斜井段鉆井速度是影響蘇南地區(qū)水平井提速的關(guān)鍵井段，應(yīng)重點(diǎn)研究和制定此井段的優(yōu)快鉆井技術(shù)。

[1]劉修善.懸鏈線軌道設(shè)計方法研究[J].天然氣工業(yè)，2007，27 (7)：73-75.

[2]石崇東，楊碧學(xué)，何輝，等.蘇5-15-17AH井超3000m水平段的鉆井技術(shù)[J].天然氣工業(yè)，2013，33（8）：70-76.

[3]劉之的.不同地應(yīng)力條件下定向井地層坍塌壓力變化規(guī)律分析[J].天然氣地球科學(xué)，2010（1）：107-111.

[4]李曉峰，李慶鐸.長店油田大斜度定向井鉆井技術(shù)[J].西部探礦工程，2005，17（5）:86-87.

TE243

B

1004-5716(2015)03-0095-06

2014-03-31

2014-04-20

郁燕飛（1977-），男（漢族），江蘇啟東人，工程師，現(xiàn)從事鉆井技術(shù)管理工作。