川西水平井鉆井技術(shù)研究

楊東偉

[摘 要]水平井是在定向斜井鉆井技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項鉆井技術(shù)，單井增產(chǎn)效果明顯。近年來由于水平井的大量投產(chǎn)，水平井技術(shù)在川西得到了較廣泛的應(yīng)用，通過不斷研究和探索，總結(jié)出了部分川西水平井施工工藝技術(shù)。本文從川西地層鉆井狀況結(jié)合水平井工程難點進行分析，詳細(xì)闡述了針對難點的技術(shù)措施，為今后的水平井施工提供參考。

[關(guān)鍵詞]川西；水平井；鉆井技術(shù)

中圖分類號：TE243.1 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）02-0104-01

一、川西地層鉆井狀況分析

川西地層復(fù)雜，上部地層易漏，下部地層高壓，施工難度較大，下面以新場構(gòu)造、孝泉構(gòu)造、馬井構(gòu)造為例分析川西地層鉆井狀況：

川西新場氣田蓬萊鎮(zhèn)組氣藏為大型次生氣藏，區(qū)塊內(nèi)為陸相砂、泥巖沉積，斷層、裂縫不發(fā)育，新場構(gòu)造地層巖石強度大、可鉆性差、機械鉆速低、鉆井周期長，由于高壓超高壓地層，易出現(xiàn)常規(guī)鉆井井涌、井漏等復(fù)雜情況，。

川西孝泉構(gòu)造氣藏，為下覆地層通過斷層裂縫向上運移而成的次生氣藏，儲層處高壓狀態(tài)，裂縫性高壓氣藏，往往伴隨著井漏，嚴(yán)重時會導(dǎo)致井噴，并且裂縫通道的漏失安全密度窗口很窄，安全鉆井液密度窗口選擇困難，井控難度大。

馬井構(gòu)造位于川西中部，馬井構(gòu)造淺部地層的第四系及白堊系以種植土、砂礫層、泥巖及石膏、礫石為主。由于淺井段的砂礫層及地層界面的不整合接觸在鉆井過程中易發(fā)生井漏。砂礫層、泥巖與粉砂巖及石膏夾層造成井眼失穩(wěn)，極易產(chǎn)生井塌、掉塊卡鉆、下套管作業(yè)困難等情況。

二、川西水平井鉆井施工難點

川西地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，水平井施工風(fēng)險高、易發(fā)生井下復(fù)雜情況，除設(shè)計上合理確定井身結(jié)構(gòu)外，更重要的是解決施工過程中的難點問題。川西水平井施工難點主要集中表現(xiàn)在以下三個方面：

（1）軌跡控制難度大。由于水平井一般是三維靶體，井眼軌跡不僅要求進入窗口，更要求避免進入水平井段時由于鉆頭穿出靶體而導(dǎo)致的脫靶現(xiàn)象；擺放工具面角難度系數(shù)大。水平井斜井段不斷延伸，隨之井眼摩阻不斷增大， 導(dǎo)致鉆具在井眼中不易轉(zhuǎn)動， 工具面角的擺放問題尤其表現(xiàn)出難度所在；控制難度系數(shù)大。因工具造斜能力的模糊性以及地質(zhì)的不確定性和測量信息缺乏時效性等各種客觀因素的制約，致使水平井中的水平井段控制和著陸控制難度大大增加。

（2）鉆柱與井眼之間的摩阻較大。受水平井造斜段井斜角的作用，井眼的彎曲程度對相應(yīng)鉆柱的受力具有較大的影響，并且當(dāng)鉆具進入水平段后，隨著井眼軌跡的上下波動，摩阻越來越大，鉆具拖壓壓風(fēng)險增大。因此，確定合理的鉆具組合是水平井又一施工難點。

（3）井眼凈化難度大。由于水平井段鉆具整體躺在下井壁上，鉆具與井壁的軸向摩擦和徑向摩擦加大了起下鉆阻力和扭矩，易造成鉆具遇阻、遇卡、鉆桿脹扣、脫開等井下復(fù)雜情況，大斜度井段和水平段的巖屑不易攜帶，易形成巖屑床，如果凈化不好將導(dǎo)致摩阻和扭矩的增加，造成下套管和固井作業(yè)不能順利進行，因此，加強井眼凈化，改善鉆井液性能顯的尤為重要。

三、針對難點的技術(shù)措施

3.1精確軌跡控制技術(shù)

（1）優(yōu)化水平井靶前距設(shè)計，通過有意識的反向或正向小井斜造斜產(chǎn)生較小的位移，以調(diào)整靶前距有利于水平井井眼軌跡控制。

（2）加強測斜，每根單根測斜，必要時半根測斜，并充分利用定向時傳送的井斜數(shù)據(jù)，摸清地層造斜規(guī)律和鉆具造斜能力，密切關(guān)注井斜變化，精確預(yù)測井底井斜，提前采取措施，防止軌跡穿頂或穿底。

（3）合理分配滑動鉆進和復(fù)合鉆進井段，計算每個分次定向中滑動定進和轉(zhuǎn)盤鉆進的進尺分配，盡量多的采用轉(zhuǎn)盤鉆進，以提高施工速度， 避免長段滑動鉆進，控制好狗腿度，保持井眼軌跡光滑，防止出現(xiàn)局部造斜率高的情況。

（4）水平井在命中第一靶點后調(diào)整好井斜、方位以對準(zhǔn)第二靶點。進行設(shè)計、實鉆預(yù)算時應(yīng)采用全井段代入預(yù)算的辦法，復(fù)合鉆進增斜率一般按 10°/100 m 左右預(yù)算，滑動鉆進增斜率一般按 25°/100 m 左右預(yù)算，當(dāng)復(fù)合鉆進增斜率不足 10°/100 m 時采用滑動鉆進增斜彌補，當(dāng)滑動鉆進增斜率大于 25°/100 m 時采用復(fù)合鉆進來降低，必須保證實際井眼軌跡與預(yù)算軌跡基本一致。

3.2優(yōu)化配置鉆具組合和相應(yīng)的技術(shù)措施

根據(jù)實際情況對鉆具的受力分析，確定合理的鉆具組合結(jié)構(gòu)，以利于鉆具和隨鉆設(shè)備的合理使用。水平段單彎螺桿鉆具用1.25°代替了 1°，復(fù)合鉆進時增斜率低，減少了滑動鉆進降斜幾率，同時滑動鉆進調(diào)整效率高，節(jié)省了滑動鉆進時間。采用加重鉆桿代替鉆鋌，進行加壓，在斜度井段使用斜坡鉆桿，以有效地降低摩阻。盡量簡化鉆具底部結(jié)構(gòu)，在全井段采用柔性倒裝結(jié)構(gòu)，根據(jù)斜井段的長度及時調(diào)整倒裝鉆具長度，使鉆具與井壁的接觸面積減少，減少了大斜度井極易出現(xiàn)的粘附卡鉆及鍵槽卡鉆等井下事故。優(yōu)化配置鉆井參數(shù)，在滿足儀器、工具、地面設(shè)備的情況下盡量增大排量，及時帶出巖屑，防止卡鉆情況的發(fā)生。根據(jù)機械鉆速調(diào)整轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，防止螺旋型井眼形成。每次接單根前，進行循環(huán)劃眼，每 100 ～150m 短起下鉆一次，保證井眼的通暢。

3.3合理調(diào)節(jié)鉆井液性能

通過控制含砂量、濾失量和固相含量，盡可能使鉆井液形成薄的致密的濾餅，充分利用地面的固相控制系統(tǒng)，對鉆井液中有害的固相含量巖屑及時處理。加入足量的潤滑劑，以改善鉆具和井壁的摩擦狀態(tài)和接觸狀態(tài)，降低鉆進扭矩和摩阻。提高鉆井液的屈服值，增加動塑比，以增強其對巖屑的懸浮和攜帶能力。通過增大排量以及鉆柱的旋轉(zhuǎn)誘導(dǎo)來提高鉆井液紊流狀態(tài)，迫使鉆井液中的巖屑在大斜度井段，盡可能充分?jǐn)y帶到地面，在必要的時候可以采用高粘鉆井液針對性地改善巖屑的攜帶。采取混油或加液體潤滑劑將濾餅?zāi)Σ料禂?shù)降至 0.08 以下，在保證鉆井液具有良好攜帶和懸浮能力的前提下，盡可能調(diào)低鉆井液的黏度和切力，避免在斜井段形成的巖屑床，防止鉆頭泥包。

3.4加強事故預(yù)防，確保安全生產(chǎn)

由于井斜大、位移長，存在大井斜段和水平井段鉆屑清除困難、摩阻、扭矩、拖壓問題突出，井眼穩(wěn)定性變差易發(fā)生阻卡、沉砂、井塌、井漏等復(fù)雜情況。這就需要施工人員加強事故預(yù)防，確保安全鉆井。

（1）加強鉆具管理，使用高強度鉆桿，簡化鉆具組合，多使用加重鉆桿，減小鉆柱剛性，采用倒裝鉆具； 每趟鉆都倒換鉆具，改變鉆具的受力狀態(tài)。對入井鉆具和工具必須定期進行探傷，防止有傷鉆具入井。

（2）做好預(yù)防和清除巖屑床工作，保持井眼凈化。盡可能使用大排量，堅持打完單根劃眼，并根據(jù)上提時的懸重和附加拉力的變化，及時的打稠塞或加強短起下鉆，克服巖屑床，使井眼盡可能的干凈。

（3）做好起下鉆工況下的防塌、防卡工作 。起鉆過程中專人負(fù)責(zé)灌漿，始終保持液面在井口，控制起鉆速度，避免因抽吸而誘發(fā)垮塌。下鉆時嚴(yán)格控制下放速度，防止造成壓力激動憋漏地層。下鉆到底或中途循環(huán)時，首先啟動轉(zhuǎn)盤，開泵使用單凡爾頂通后，再用三凡爾循環(huán)，同時逐次提高排量，可以有效地防止開泵過猛導(dǎo)致環(huán)空堵死。避免大排量長時間定點循環(huán)，減少對某一井段井壁的沖刷，防止形成臺階。

（4）預(yù)防劃出新井眼。大井斜段下鉆遇阻劃眼時，很容易劃出新井眼，因此必須嚴(yán)格控制劃眼時的鉆壓，對于因定向段曲率過大造成的遇阻，可以在劃眼時采用將工具面調(diào)整到重力工具面 0°左右，鎖住轉(zhuǎn)盤滑動劃眼，避免劃出新井眼。

四、結(jié)論

（1）通過優(yōu)化水平井靶前距、加強測斜、合理分配滑動鉆進和復(fù)合鉆進井段、合理進行實鉆預(yù)算等措施可有效提高軌跡控制精度。

（2）通過優(yōu)化鉆具結(jié)構(gòu)，在相應(yīng)的井段采取倒裝鉆具的方式，可有效降低摩阻和扭矩，減少滑動粘阻現(xiàn)象。

（3）通過改善鉆井液性能，可有效降低鉆進扭矩和摩阻，增強對巖屑的懸浮和攜帶能，減少巖屑床的形成，有效清潔井眼。

（4）通過加強鉆具管理、大排量循環(huán)、合理施工等技術(shù)措施，加強事故預(yù)防，確保安全生產(chǎn)。

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