安14平1水平井的鉆井工藝探討

馬　飛，劉建忠，周隆超，彭靜然，王真毅（延長(zhǎng)石油集團(tuán)油氣勘探公司鉆井工程部，陜西延安　716000）

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安14平1水平井的鉆井工藝探討

馬飛，劉建忠，周隆超，彭靜然，王真毅
（延長(zhǎng)石油集團(tuán)油氣勘探公司鉆井工程部，陜西延安716000）

摘要：安14平1井是延長(zhǎng)石油集團(tuán)油氣勘探公司鉆井工程部5001隊(duì)在延安區(qū)塊承鉆的一口水平井，該井地處典型的鄂爾多斯盆地伊陜斜坡。本文首先分析了安14平1井在施工過程中的難點(diǎn)，其次針對(duì)難點(diǎn)分別提出了鉆井液技術(shù)及井眼軌跡控制技術(shù)等工藝措施，并通過這些措施的實(shí)施取得了良好的效果，該井的順利完井為同類油氣田鉆井施工工作提供了良好的技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：鄂爾多斯盆地；鉆井；水平井；鉆井液體系；井眼軌跡

1　安14平1井概況

1.1地層特點(diǎn)

安14平1井是延長(zhǎng)石油集團(tuán)油氣勘探公司鉆井工程部5001隊(duì)在延安區(qū)塊承鉆的一口水平井，該井地處典型的鄂爾多斯盆地伊陜斜坡，是一個(gè)低滲、低壓、低豐度、大面積分布的巖性氣藏[1]。該處地層復(fù)雜多樣，劉家溝組的砂巖地層易發(fā)生漏失；古生界二疊系石千峰組、石盒子組地層，主要巖性為砂巖、泥巖、含礫砂巖，局部含煤層。該井施工目的層為山西組，設(shè)計(jì)垂深為2 656 m。

1.2水平井井深結(jié)構(gòu)

安14平1井為三開井深結(jié)構(gòu)，表層套管尺寸Φ244.3 mm，封過延長(zhǎng)組；二開采用Φ222.25 mm鉆頭，鉆直井段、導(dǎo)眼段及回填側(cè)鉆段，鉆至井深2 950 m后，下Φ177.8 mm技術(shù)套管至2 947.29 m；三開以Φ152.4 mm鉆頭鉆水平段至完鉆井深3 707 m，具體井深結(jié)構(gòu)（見圖1）。

圖1　安14平1水平井井深結(jié)構(gòu)圖

2　施工難點(diǎn)分析

（1）安14平1井所處地層復(fù)雜多變，和尚溝組和劉家溝組地層存在區(qū)域性漏失問題；石千峰組和石盒子組地層易發(fā)生井壁坍塌，上塌下漏，鉆井液不易控制；山西組發(fā)現(xiàn)有大段泥巖、碳質(zhì)泥巖以及砂泥混層，極易垮塌，這給施工帶來了極大的困難。

（2）三開鉆頭直徑為Φ152.4 mm，為了降低環(huán)空壓耗，使用的是Φ101.6 mm非標(biāo)鉆桿，但是鉆桿循環(huán)壓耗仍很大，導(dǎo)致后期鉆進(jìn)中泵壓高達(dá)29 MPa。且由于環(huán)空容積小，排砂、排屑困難，鉆屑床形成速度快。

（3）大斜度井段的鉆具不能居中，同時(shí)加上巖屑的垂沉作用，造成巖屑上返困難，尤其在定向作業(yè)鉆具不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，攜砂難度更大，易形成巖屑床。

（4）大斜度井段的鉆具由于剛性差，鉆具緊貼井壁，加鉆壓后易與井壁形成多個(gè)支點(diǎn)，造成定向鉆進(jìn)中的拖壓現(xiàn)象和送鉆困難。

（5）由于水平裸眼段長(zhǎng)，加之地質(zhì)部門對(duì)地層認(rèn)識(shí)不清，為了尋找水平段砂體，井斜變化幅度大，最大上調(diào)至94°，垂深上調(diào)近17 m，井眼軌跡極不平滑，造成了高摩阻和大扭矩，為下步的施工帶來了極大的困難。

3　應(yīng)對(duì)措施

3.1鉆井液技術(shù)對(duì)策

根據(jù)鄂爾多斯盆地伊陜斜坡地層特點(diǎn)及以往施工經(jīng)驗(yàn)[2]，采用不同地層選用不同鉆井液體系的方法。定向前使用坂土-CMC鉆井液體系，定向后優(yōu)選KCl-聚磺鉆井液體系。

3.1.1坂土-CMC鉆井液體系一開及二開定向前的井段：鉆井液使用坂土-CMC體系，配制坂土漿，充分預(yù)水化24 h，加入CMC（高）并使其充分溶解、攪拌均勻，正常鉆進(jìn)中鉆井液的維護(hù)以水化好的坂土漿和CMC（高）膠液為主，并以細(xì)水長(zhǎng)流的方式加入，具體配方為：5 %～8 %坂土+0.4 %Na2CO3+0.4 % CMC（高）。該井段鉆井液性能（見表1）。該鉆井液體系抑制了泥巖水化分散、穩(wěn)定了井壁，能很好的滿足井壁穩(wěn)定及快速鉆進(jìn)的需求。

表1　一開及二開定向前井段鉆井液性能

3.1.2 KCl-聚磺鉆井液體系機(jī)理KCl-聚磺鉆井液體系主要由抑制劑、降濾失劑、潤(rùn)滑劑、包被劑及封堵材料組成，以KCl作主抑制劑，聚胺為次抑制劑。該體系依靠K+的嵌入作用、聚磺的抑制性及包被劑的包被封堵協(xié)同作用保持巖屑的完整性，減少巖屑的崩散，有效降低泥巖水化的高膨脹壓；同時(shí)加入降濾失劑和封堵劑，減少濾液侵入地層，達(dá)到良好的抑制作用，實(shí)現(xiàn)多元協(xié)同抑制的總體目標(biāo)，從而保持井壁的穩(wěn)定性[3]。

（1）二開定向后井段：鉆井液為KCl-聚磺防塌鉆井液體系，以HP和KCl加強(qiáng)包被、抑制泥巖水化膨脹，增強(qiáng)井壁的穩(wěn)定性，以PL、COP等降低濾失量，以改性瀝青、低熒光潤(rùn)滑劑改善濾餅質(zhì)量、調(diào)整鉆井液的潤(rùn)滑性和流變性。具體配方為：4 %坂土+0.2 %Na2CO3+ 0.2 %NaOH+5 %～7 %KCl+0.3 %～0.5 %HP+0.5 %～0.7 %NH4HPAN+0.5 %～0.7 % COP+0.5 %～1.0 %PL+ 2.0 %～3 %FT-342+2 %～3 %乳化石蠟+3 %～5 % CGY+0.3 %～0.5 %聚胺抑制劑+0.2 %～0.3 %胺基聚醇+石灰石粉+0.5 %～0.7 %HV-CMC。鉆井液具體性能（見表2）。通過以上強(qiáng)抑制材料的加入增強(qiáng)了井壁的穩(wěn)定性，使易發(fā)生漏失的和尚溝組和劉家溝組未發(fā)生漏失現(xiàn)象；同時(shí)降濾失劑、改性瀝青和潤(rùn)滑劑的加入減少了鉆頭泥包概率并提高了機(jī)械鉆速，該井段基本未發(fā)生鉆頭泥包現(xiàn)象。故認(rèn)為該鉆井液體系能有效解決泥巖的井壁垮塌及鉆頭泥包難題。

表2　二開定向后井段鉆井液性能

（2）三開水平段：由于地層的隆起變化，三開水平段巖性復(fù)雜多變，出現(xiàn)了大段泥巖、碳質(zhì)泥巖及砂泥混層等非砂巖。其中泥巖、碳質(zhì)泥巖等非砂巖井段占了全部水平段長(zhǎng)度的27.4 %，砂巖井段長(zhǎng)度只占了水平段長(zhǎng)度的72.6 %。泥巖、碳質(zhì)泥巖為敏感地層，極易垮塌，所以具有良好防塌性能的KCl-聚磺鉆井液體系發(fā)揮了顯著作用。該體系的強(qiáng)抑制性保障了三開泥巖、碳質(zhì)泥巖等非砂巖井壁的穩(wěn)定性，鉆井液良好的流變性和潤(rùn)滑性減小了不平滑井眼的摩阻和扭矩，大大降低了托壓的影響及井眼軌跡的控制難度，減少了巖屑床的形成概率。三開水平段鉆井液的具體配方為：井漿+ 5 %～7 %KCl+0.6 %～0.8 %KPAM+0.3 %～0.5 %HP+ 0.5 %～0.7 %COP+0.5 %～1.0 %PL+2.0 %～3 %FT-342+ 2 %～3 %乳化石蠟+3 %～5 %CGY+0.3 %～0.5 %聚胺抑制劑+0.2 %～0.3 %胺基聚醇+石灰石粉+0.5 %～0.7 % HV-CMC，具體鉆井液性能（見表3）。

表3　三開鉆井液性能

3.2井眼軌跡控制技術(shù)對(duì)策

安14平1井的造斜點(diǎn)深（2 060 m），水平裸眼段長(zhǎng)（777 m），摩阻、扭矩都較大，另外由于地層的變化影響，井眼曲率變化大，工具面不穩(wěn)定，造成定向滑動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，造斜段及水平段井眼軌跡控制難度增大，井斜、方位變化快。在施工作業(yè)過程中，為保證井下安全，根據(jù)不同井段的情況采取相應(yīng)措施，通過選擇合理的鉆具組合及特殊的工程措施，提高鉆井參數(shù)的合理配置，有效控制了安14平1的井眼軌跡，加快了該井的鉆井速度。

（1）定向段及入窗井眼軌跡控制技術(shù)，為能夠?qū)?zhǔn)確入窗及地層電性參數(shù)提供保障和依據(jù)，該井從造斜點(diǎn)（2 060 m）開始使用MWD+γ測(cè)斜儀器，準(zhǔn)確測(cè)量井斜及方位參數(shù)，同時(shí)也為錄井提供準(zhǔn)確地層伽馬參數(shù)。根據(jù)每個(gè)測(cè)點(diǎn)的井斜、方位數(shù)據(jù)和對(duì)比目的層位置及時(shí)做好預(yù)測(cè)和待鉆設(shè)計(jì)，作出最佳施工方案。入窗之前，采取加密測(cè)量、準(zhǔn)確計(jì)算和及時(shí)預(yù)測(cè)的方法，保障了順利入窗，入窗井斜為89.8°，方位角334.6°，水平位移514.86 m。

造斜點(diǎn)（2 060 m）在石千峰組，該地層軟硬交錯(cuò)、砂泥互層，且機(jī)械鉆速較低。開始定向時(shí)，每個(gè)單根滑動(dòng)鉆進(jìn)2 m～3 m基本可以滿足設(shè)計(jì)要求的造斜率，定向上部井段平均造斜率為2.9°/30 m，滿足設(shè)計(jì)要求；定向下部井段，當(dāng)井斜達(dá)到60°時(shí)復(fù)合鉆進(jìn)平均增斜率高達(dá)4.1°/30 m，通過調(diào)整鉆壓參數(shù)，復(fù)合鉆進(jìn)可以基本滿足設(shè)計(jì)的造斜率。在井斜較小時(shí)，復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)的方位不易控制；井斜增至50°以上復(fù)合鉆進(jìn)方位較為穩(wěn)定。入窗前地質(zhì)部門根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的對(duì)比分析，將A靶點(diǎn)垂深定為2 656.16 m。定向井段鉆具組合如下：Φ222.25 mm鉆頭+Φ172 mm（1.25°）螺桿+Φ165 mm短鉆鋌×2根+Φ213 mm扶正器×1根+Φ165 mm定向接頭+Φ165 mm無磁×1根+ MWD-SUB+Φ127 mm加重×42根+Φ127 mm鉆桿+旋塞閥+方鉆桿。

在造斜段及入窗前的增斜段，由于井斜較大，易形成巖屑床，造成托壓、卡鉆現(xiàn)象，因此采取了每鉆完1個(gè)單根劃眼1～2次，堅(jiān)持每鉆進(jìn)100 m～150 m進(jìn)行一次短起下鉆，及時(shí)清除巖屑床，保障井眼清潔；為了防止起鉆時(shí)的抽吸作用，堅(jiān)持灌漿，3柱一灌漿，5柱灌滿漿；為了保證儀器的正常工作，下鉆前做好儀器和螺桿的試驗(yàn)，在下鉆中途開泵頂通循環(huán)，并做好中途儀器的試驗(yàn)。

（2）水平段井眼軌跡控制，水平段的井眼曲率的變化需嚴(yán)格控制，避免出現(xiàn)太大的狗腿度，以減少井下復(fù)雜事故的發(fā)生。

按照該井設(shè)計(jì)要求，在A靶點(diǎn)，井斜控制在89.5°～90°沿砂層穩(wěn)斜鉆進(jìn)，穩(wěn)斜鉆進(jìn)的平均增斜率為0.13°/30 m。但是在水平段鉆進(jìn)過程中，鉆遇地層中有大段泥巖及碳質(zhì)泥巖，地質(zhì)部門多次要求進(jìn)行垂深調(diào)整，要求井斜一直在90°以上，向上探砂鉆進(jìn)，入窗垂深2 656.15 m，完鉆垂深2 640.26 m，井斜最大達(dá)到了94.86°，垂深上調(diào)了15.89 m，地層上傾嚴(yán)重，因此增加了軌跡控制難度。且由于軌跡的不平滑造成了摩阻高和扭矩大；托壓造成了加鉆壓和定向的困難；加之該井段環(huán)空容積小，排砂、排屑困難，鉆屑床形成速度快，環(huán)空壓耗多，泵壓最高達(dá)29 MPa，通過常規(guī)的滑動(dòng)方式已不能滿足井眼軌跡的調(diào)整，因此該井段在滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)，通過上下大幅度活動(dòng)鉆具、每鉆完單根仔細(xì)劃眼1～2次（杜絕定點(diǎn)劃眼），堅(jiān)持鉆進(jìn)80 m～100 m短起下鉆拖拉井壁，及時(shí)清理巖屑床，減少了鉆具的摩阻和托壓現(xiàn)象，達(dá)到更好地滑動(dòng)鉆進(jìn)效果。水平段鉆具組合為：Φ152.4 mm鉆頭+Φ120 mm（1.0°）螺桿+Φ147 mm扶正器+Φ120 mm定向接頭+Φ120 mm無磁×1根+ MWD-SUB+Φ101.6 mm加重×6根+Φ101.6 mm鉆桿× 150根+Φ101.6 mm加重×48根+Φ101.6 mm鉆桿+旋塞閥+Φ108 mm方鉆桿。

4　施工成果

安14平1井通過應(yīng)用以上鉆井液體系及井眼軌跡控制工藝技術(shù)，克服了井壁易垮塌、鉆頭泥包、井眼軌跡變化幅度大、不平滑及垂深上提高等困難，已安全、順利、高效的完成了完井作業(yè)。該井從開鉆到完井復(fù)雜事故率少，電測(cè)成功率為100 %，井身質(zhì)量合格率為100 %，固井及完井作業(yè)都非常順利。該井提前工期完鉆，為公司節(jié)約了大量成本。同時(shí)，極大豐富和夯實(shí)了公司鉆井技術(shù)力量，為同類油氣田鉆井作業(yè)提供了良好的技術(shù)參考。

5　結(jié)論及建議

（1）安14平1井是延長(zhǎng)石油集團(tuán)自有井隊(duì)獨(dú)立完成的第一口水平井，也是地層復(fù)雜、水平裸眼段長(zhǎng)、井斜變化大、垂深上調(diào)高、井眼軌跡極不平滑等施工難度非常高的一口水平井。

（2）具有良好抑制性、造壁性、防塌性、攜砂性及潤(rùn)滑性的KCl-聚磺鉆井液體系，是克服井壁易垮塌、鉆頭泥包、井眼軌跡難以控制等問題的重要保證。

（3）在施工作業(yè)過程中，針對(duì)不同井段采用優(yōu)化鉆具組合及特殊的工程措施，提高鉆井參數(shù)的合理配置，有效保證了井眼軌跡的合理控制、預(yù)防了井下復(fù)雜情況的發(fā)生。

（4）通過理論探索和現(xiàn)場(chǎng)施工，形成了井身結(jié)構(gòu)、井眼軌道的優(yōu)化設(shè)計(jì)、鉆井液體系、井眼軌跡測(cè)量與控制等的水平井鉆井配套技術(shù)。因此，延長(zhǎng)石油集團(tuán)具備了應(yīng)用常規(guī)設(shè)備實(shí)施水平井鉆井的能力。

（5）建議加強(qiáng)對(duì)地層的認(rèn)識(shí)，確定合理的入靶點(diǎn)；加強(qiáng)鉆井隨鉆測(cè)量技術(shù)尤其是近鉆頭隨鉆測(cè)量、隨鉆測(cè)井等技術(shù)的研發(fā)，以確保最大化的有效進(jìn)尺。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：馬飛，工程師，現(xiàn)任陜西延長(zhǎng)石油集團(tuán)油氣勘探公司鉆井工程部技術(shù)科副科長(zhǎng)。

*收稿日期：2015－12-23

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.03.016

中圖分類號(hào)：TE243

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5285（2016）03-0060-04