魯克沁復雜山地大位移井優(yōu)快鉆井配套技術研究

閆志剛，張永強，趙忠梅

中國石油吐哈油田分公司監(jiān)督中心（新疆鄯善838200）

魯克沁復雜山地大位移井優(yōu)快鉆井配套技術研究

閆志剛，張永強，趙忠梅

中國石油吐哈油田分公司監(jiān)督中心（新疆鄯善838200）

魯克沁油田玉北構造帶深層稠油潛力巨大，然而受復雜山地、表層裂縫發(fā)育、地層巖性復雜等地質條件影響，導致長裸眼段大位移井鉆井中存在諸多技術難點。通過開展井身結構與井眼軌跡優(yōu)化、長裸眼段降摩減扭、高效PDC+復合導向鉆具優(yōu)配及安全高效鉆井液等優(yōu)快鉆井配套技術研究，現(xiàn)場試驗及規(guī)模應用取得了顯著的效果。與2013年相比，平均鉆井周期縮短至63.29 d，降幅23.27%。復雜事故時效降為4.35%，降幅41.84%。平均水平位移由1 179.33 m增至1 443.51 m，增幅22.40%。有效解決了制約復雜山地超深稠油大位移鉆井的技術瓶頸，建立了不同井型優(yōu)快鉆井模式，為魯克沁超深稠油高效經(jīng)濟動用提供了技術途徑，加快了魯克沁油田產(chǎn)能建設步伐。

復雜山地；深層稠油；大位移井；優(yōu)快鉆井；安全鉆井液

魯克沁深層稠油油藏是近年來吐哈油田勘探開發(fā)的重要戰(zhàn)略領域，是實現(xiàn)油氣上產(chǎn)目標的重要資源基礎。然而，魯克沁二疊系超深稠油油藏受火焰山山體影響，須采用大位移定向井和水平井進行勘探開發(fā)，同時該構造地表與地下地質條件異常復雜，隨著大位移井井深超過5 000 m，水平位移突破2 000 m，鉆井技術瓶頸難點日益凸顯，給安全鉆井帶來了極大的挑戰(zhàn)，嚴重制約了稠油高效勘探開發(fā)進程［1-2］。鉆井技術難點：①地表為沖積扇沉積，裂縫發(fā)育，地層膠結疏松，易發(fā)生惡性井漏［3］；②位于構造褶皺帶，地層傾角大，直井段控斜效果差，大井眼定向糾斜困難；③井深與水平位移持續(xù)增加，以防碰繞障與減摩降扭為主的井眼軌跡設計難度大［4］；④深部地層存在石英質砂礫巖與硬脆性泥巖，單只鉆頭進尺少，行程鉆速低；⑤長裸眼段大位移條件下，軌跡控制段長，同時井壁穩(wěn)定性差，巖屑攜帶困難［5］。

1 工藝技術研究

針對深層稠油地層鉆井難點，開展了井身結構優(yōu)化、井眼軌跡優(yōu)化、PDC+高效鉆具組合優(yōu)配及安全快速鉆井液等深層大位移井鉆井工藝技術研究，著力解決影響復雜山地大位移井安全鉆井技術瓶頸。

1.1 深層大位移井井身結構設計優(yōu)化

開展以三壓力剖面、實鉆井徑曲線及實鉆復雜分析為代表的井壁穩(wěn)定性研究，根據(jù)不同的井型、完鉆井深及水平位移大小，分類優(yōu)化了鉆頭尺寸、套管層序及下深，以滿足長裸眼大斜度大位移井安全鉆進的需要。根據(jù)位移大小優(yōu)選井身結構及套管下深：①井深＞5 000 m、位移＞2 000 m復雜地質井優(yōu)選三層結構，技套下至2 500 m；②井深＞4 500 m、2 000 m＞位移＞1 500 m優(yōu)選兩層結構，表套深下至1 300 m；③井深＞4 000 m、1 500 m＞位移＞1 000 m優(yōu)選兩層結構，表套下至500 m。

1.2 大位移井井眼軌跡優(yōu)化設計

1.2.1 井身剖面優(yōu)化技術

①大位移水平井優(yōu)選“直-增-穩(wěn)-增-穩(wěn)”5段制剖面，定向井優(yōu)選“直-增-穩(wěn)”3段制剖面；②位移＞2km造斜率（1.5～3.5）°/30 m，位移＜2km造斜率4.5°/30 m，提高復合鉆進應用比例，提高機械鉆速；③定向井控制井斜≤40°，降低井下復雜發(fā)生率。

1.2.2 防碰繞障設計技術

利用Navigator防碰設計軟件，結合大平臺鄰井實鉆的軌跡數(shù)據(jù)，采用平面法和最近距離法進行防碰掃描，保證井眼軌跡的安全性和可操作性。以玉北12-12定向井設計為例，需要與8口鄰井進行防碰掃描模擬。根據(jù)模擬結果，與鄰井玉北1井最短中心距為66.58 m，與玉北17-15井最短中心距為46.01 m，通過防碰繞障設計，及時指導現(xiàn)場實施中根據(jù)實鉆軌跡進行防碰操作。

1.3 長裸眼段降摩減扭技術

①結合地層自然造斜規(guī)律設計和控制軌跡，增加復合鉆井比例，減小摩阻扭矩，降低托壓、斷鉆具的風險；②模擬旋轉鉆進、滑動鉆進等工況下鉆柱受力分析，有效避免井下復雜事故的發(fā)生；③水平位移大于2 000 m的井，引進旋轉地質導向技術，保證長裸眼段安全有效延伸。

1.4 高效PDC+復合導向鉆具優(yōu)配技術

通過分析各種鉆具結構控制井身質量的規(guī)律和能力，不斷優(yōu)化調(diào)整完善，使各種功能鉆具結構的應用效果達到最佳，使復合鉆進應用效率全面提升。

1.4.1 全井段鉆具結構優(yōu)化技術

1）直井段大尺寸井眼全壓控斜鉆具。其技術核心是通過穩(wěn)定器的構型、尺寸大小與安裝位置的調(diào)整來實現(xiàn)防斜打快，同時配合MWD和小度數(shù)單彎螺桿鉆具，可實現(xiàn)隨時微調(diào)控制井斜與方位；具有防斜能力強（可在高陡構造應用）、可精確控制軌跡走勢、千米軌跡控制調(diào)整次數(shù)少、復合鉆進應用率高等優(yōu)點。

2）造斜段復合導向鉆具結構。其技術核心是通過縮短動力鉆具下穩(wěn)定器與鉆頭之間的距離，換用新型三瓣式偏心直棱穩(wěn)定器來實現(xiàn)強力增斜。該新型鉆具結構具有施工摩阻小、工具面穩(wěn)定、造斜能力強（設計造斜率低于3.5°/30m時采用復合鉆井方式即可滿足造斜率需求）、復合鉆進應用率高等優(yōu)點，可有效減少起鉆換鉆具組合次數(shù)，提高定向施工效率。

3）穩(wěn)斜段與水平段穩(wěn)斜微調(diào)鉆具。其技術核心是通過調(diào)整動力鉆具上下穩(wěn)定器的配合尺寸來實現(xiàn)強力穩(wěn)斜。也可通過微調(diào)上下穩(wěn)定器尺寸實現(xiàn)微增或微降功能，該高效鉆具結構具有穩(wěn)斜能力強、復合鉆進應用率高等優(yōu)點，可有效減少定向調(diào)整次數(shù)，提高穩(wěn)斜段與水平段施工效率。

1.4.2 個性化PDC鉆頭改進設計

1）硬脆性泥巖地層。優(yōu)選超寬流道，深排屑槽，避免高速鉆進時泥包、重復切削；主刀翼采用大螺旋、斜刀翼，主動切削地層；冠部頭型更尖銳，超強攻擊性。3 000 m之前優(yōu)選SD9531ZC型鋼體PDC鉆頭。

2）石英質砂礫巖地層。采用多空間多角度小尺寸抗研磨切屑齒布齒設計，重新調(diào)整出露高度及冠部形狀，設計了與地層性質、鉆進工況匹配度高的個性化PDC鉆頭，通過改善鉆頭在井底的工作穩(wěn)定性，以提高鉆井施工效率；保徑優(yōu)化為碳化鎢合成塊與PDC鑲嵌齒混合，有效避免強研磨性地層鉆頭縮徑，鉆頭與動力鉆具選型結果如表1所示。

1.5 安全高效鉆井液技術

1.5.1 淺層防漏堵漏技術

1）凝膠堵漏工藝技術特點。表層優(yōu)選凝膠高固相強封堵隨鉆堵漏技術方案，該技術原理是利用凝膠緩溶效應保持堵漏漿合理流態(tài)利于泵送，利用凝膠溶脹、交聯(lián)、吸附，增大堵漏漿在漏失通道流動阻力，將填充材料和地層膠結成整體，封閉裂縫，配合各種粒徑的剛性粒子提高裂縫封堵能力見表2。

該體系成膠時間短，0.5 h開始緩溶，1.5 h成膠。流動阻力大，駐留能力強，承壓能力強，啟動壓力大于3MPa。采用“凝膠+剛性材料+常規(guī)堵漏劑”相結合。配制凝膠高強堵漏鉆井液，鉆進全過程用堵漏漿打鉆，在可建立循環(huán)的情況下?lián)屻@，實施隨鉆堵漏。

2）施工技術要點。①彈性堵漏顆粒濃度5%，中等強度堵漏劑3%～5%，剛性堵漏顆粒濃度8%，總固相濃度大于25%，凝膠堵漏劑濃度大于0.3%；②在易漏井段起下鉆或接單根時，控制好下放速度，平穩(wěn)開泵，防止激動壓力過大壓漏地層；③泥漿靜止時間長時，下鉆要分段頂活上部泥漿，防止出現(xiàn)高泵壓憋漏地層；加重時控制好加重速度，確保泥漿密度均勻，防止短時間內(nèi)的高液柱壓力；④鉆進過程中及時觀察井下漏失情況，若出現(xiàn)失返，則提高堵漏劑濃度，小排量連續(xù)性替至漏層，靜止8 h以上或適當憋壓，靜止堵漏無效立即打水泥適當憋壓堵漏。

1.5.2 強抑制抗高溫安全鉆井液技術

針對長裸眼大位移、大井斜條件下泥巖與煤層井壁穩(wěn)定性差的現(xiàn)狀，優(yōu)選雙保型鉆井液體系，利用其“攜巖性強、抑制性強、封堵性強、儲層保護效果好、環(huán)境友好型”于一體的性能優(yōu)勢，提高復雜巖性地層的適應性。在煤層段重點強化抑制性與封堵性，利用“濁點”吸附、鑲嵌及多軟化點的封堵效應，增強造壁防塌能力；儲層段保持“適黏、高切、低失水”，形成致密的內(nèi)泥餅，確保儲層保護效果。

實驗表明：雙保型鉆井液體系高溫動態(tài)濾失量小，且滲透率恢復值高達91.84%，表皮系數(shù)下降達42.3%，對油氣層的傷害程度小，見表3。

表1 全井段PDC+高效復合導向鉆具優(yōu)化結果

表2 凝膠段塞堵漏室內(nèi)實驗性能參數(shù)

表3 雙保鉆井液體系室內(nèi)評價實驗

2 現(xiàn)場應用情況及效果

2.1 現(xiàn)場應用情況

2014年在魯克沁深層稠油大位移井應用16井次，平均井深4 442.69m，平均鉆井周期63.29天，平均機械鉆速8.05 m/h，平均鉆頭用量7.69只，平均復雜事故時效4.35%，平均水平位移1 443.51 m。見表4。

2.2 實施效果分析

2.2.1 東區(qū)成功鉆成首口大位移靶前距水平井

英18H井完鉆井深4 173 m，最大井斜86.3°，靶前距達750 m，井底水平位移達1 044 m，定向施工周期38天，鉆井周期84.55天，相比同區(qū)塊定向井（英1101、英1104C、英1106、英1105C）鉆井周期縮短了37.8%，在復雜事故頻發(fā)區(qū)域實現(xiàn)了零復雜指標。

2.2.2 北區(qū)大位移井總體指標再上新臺階

2014年魯克沁北區(qū)完成1 000 m以上大位移井占總井數(shù)的74%。總體指標與2013年相比，在井深增加42.83 m和水平位移增加264.18 m的情況下，鉆井周期縮短19.20天。平均井深增至4 442.69 m，增幅0.97%。平均鉆井周期縮短至63.29天，降幅23.27%。復雜事故時效降為4.35%，降幅41.84%。水平位移由1 179.33 m增至1 443.51 m，增幅22.40%，魯克沁北區(qū)大位移井整體推廣效果顯著。

通過優(yōu)快鉆井示范引導，涌現(xiàn)出了一批典型樣板井，并刷新了多項鉆井技術指標。鉆成一批超過2 000m的大位移井，其中玉北12-12井完鉆井深4 870 m，井底位移達2 279.20 m，鉆井周期僅72.12天，創(chuàng)2 000m大位移井最快鉆井紀錄。玉北平13-19井水平位移2 273.35 m，創(chuàng)吐哈油田最大位移水平井鉆井歷史記錄。玉北601井首次引進并成功集成應用旋轉導向鉆井與雙保型鉆井液技術，實現(xiàn)了井深5 100 m與裸眼段長3 800 m安全快速鉆進。

表4 2014年魯克沁深層稠油大位移井鉆井主要指標

3 結論及認識

1）通過技術攻關與現(xiàn)場試驗，有效解決了制約復雜山地超深稠油大位移鉆井的技術瓶頸，建立了不同井型優(yōu)快鉆井模式，為魯克沁超深稠油高效經(jīng)濟動用提供了技術途徑，切實加快了魯克沁油田產(chǎn)能建設步伐。

2）形成了以大位移深井井身結構優(yōu)化、軌跡剖面優(yōu)化、全井段多樣化復合導向鉆具、PDC鉆頭優(yōu)選及安全快速高效鉆井液等為核心的技術系列，實現(xiàn)了復雜地層大位移井安全鉆進。

3）引進并成功應用的雙保型強抑制、強封堵鉆井液體系，實現(xiàn)了多巖性復雜井筒環(huán)境下安全鉆井目的，對后期同類型復雜地層鉆井提供了借鑒意義。

4）采用全新理念設計的超強攻擊性鋼體PDC鉆頭和抗研磨PDC鉆頭在深層鉆井提速效果方面優(yōu)于前期鉆頭。

5）新型“0-1”特殊穩(wěn)定器組合可實現(xiàn)大位移井超長井段穩(wěn)斜穩(wěn)方位鉆進，基本實現(xiàn)了“定向微調(diào)與復合全程”鉆進模式。

［1］楊蘭霞，韓寶中.直井防斜打快技術分析［J］.科技資訊，2011（25）：106.

［2］陳志學，孫寧，史東輝，等.基于虛擬強度指數(shù)的鉆頭選型方法研究［J］.石油鉆采工藝，2013，35（3）：9-11.

［3］呂開河，孫明波，邱正松.塔里木盆地依奇克里克區(qū)塊煤層鉆井技術研究［J］.石油學報，2006，27（5）：108-111.

［4］趙前進，肖華，何飛，等.吐哈深層煤系地層水平井鉆井技術研究與實踐［J］.鉆采工藝，2014，37（1）：31-36.

［5］呂開河，韓立國，史濤，等.有機胺抑制劑對鉆井液性能的影響研究［J］.鉆采工藝，2012，35（2）：75-76.

There is great potential of heavy oil in the deep formation of Yubei tectonic belt in Lukeqin oilfield.However，there are many technical difficulties in the drilling of extended reach wells with long open hole due to complex geological conditions，such as being in complex mountain area，surface fractures being developed，formation lithology being complex，etc.For this reason，a set of high-quality and high-efficiency drilling techniques，including the optimization of well-body structure and well trajectory，friction and torque de?creasing of long open hole section，the combination of high PDC bit with compound steerable drilling tool，safe drilling liquid，etc.，were proposed.Their field test and the large-scale application have achieved good results.Compared with 2013，the average drilling cycle was shortened to 63.29 d，and a decline of 23.27%is obtained.The time frequency of the complex accident was reduced to 4.35%，and a decline of 41.84%is obtained.Horizontal displacement increased from 1179.33 m to 1443.51 m，and there is an increase of 22.40%. The set of techniques effectively solve the technical bottleneck of drilling the ultra-deep extended reach wells for the development of heavy oil in complex mountainous area，establish the high-quality and high-efficiency drilling modes for different types of wells，pro?vide a efficient economic technical approach for the development of ultra-deep heavy oil in Lukeqin area，speed up the productivity con?struction pace of Lukeqin oilfield.

complex mountainous region；heavy oil in deep reservoir；extended reach well；high-quality and high-efficiency drilling；safe drilling liquid

尉立崗

2016-06-30

閆志剛（1970-），男，工程師，現(xiàn)從事鉆井監(jiān)督工作。