順北區(qū)塊超深小井眼水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)

劉 彪， 潘麗娟， 張 俊， 白彬珍， 李雙貴

(1.中國(guó)石化西北油田分公司石油工程技術(shù)研究院，新疆烏魯木齊 830011；2.中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101)

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?鉆井完井?

順北區(qū)塊超深小井眼水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)

劉 彪1， 潘麗娟1， 張 俊1， 白彬珍2， 李雙貴1

(1.中國(guó)石化西北油田分公司石油工程技術(shù)研究院，新疆烏魯木齊 830011；2.中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101)

順北區(qū)塊超深小井眼水平井鉆井過(guò)程中，鉆遇易漏易塌的層位多、摩阻扭矩大、φ120.6 mm井眼軌跡控制困難，導(dǎo)致機(jī)械鉆速低、鉆井周期長(zhǎng)，為此進(jìn)行了優(yōu)快鉆井技術(shù)研究。通過(guò)分析鉆井、測(cè)井、測(cè)試等資料，建立了地層三壓力剖面，并據(jù)此確定必封點(diǎn)，將六級(jí)井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化為四級(jí)井身結(jié)構(gòu)；針對(duì)易漏易塌地層的特點(diǎn)，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，制定了防漏防塌技術(shù)措施；通過(guò)分析大角度螺桿的造斜率和采用雙增式軌道，降低了小井眼段軌跡控制難度；通過(guò)降低定向井段長(zhǎng)度、鉆具和井壁的接觸面積和采用混油鉆井液，降低了摩阻扭矩；試驗(yàn)應(yīng)用“扭力沖擊器+PDC鉆頭”鉆井工藝，提高了機(jī)械鉆速。通過(guò)研究和試驗(yàn)形成了順北區(qū)塊超深小井眼水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)，并在5口井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，與采用六級(jí)井身結(jié)構(gòu)的X1井相比，機(jī)械鉆速提高了29.36%，鉆井周期縮短了93 d。研究與應(yīng)用表明，超深小井眼水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)能滿足順北區(qū)塊超深小井眼水平井安全高效的鉆井需求，為該區(qū)塊碳酸鹽巖海相油氣藏的高效開(kāi)發(fā)提供了工程技術(shù)保障。

小眼井；水平井；井身結(jié)構(gòu)；井眼軌道；井眼穩(wěn)定；順北區(qū)塊

塔河油田順托果勒低隆北緣(即順北區(qū)塊)為中國(guó)石化西北油田分公司探明的重點(diǎn)區(qū)塊，儲(chǔ)層埋深約7 500.00 m，屬碳酸鹽巖海相油氣藏[1]。該區(qū)塊地質(zhì)特征復(fù)雜，縱向發(fā)育新近系—奧陶系全套地層，巖性種類多，地層非均質(zhì)性強(qiáng)，易塌、易漏層多。其中，新近系—三疊系地層以砂泥巖為主，地層疏松、巖石膠結(jié)強(qiáng)度低，易發(fā)生縮徑；二疊系火成巖地層裂縫發(fā)育，易發(fā)生井漏；石炭系和志留系地層存在砂泥巖互層，易發(fā)生坍塌；奧陶系桑塔木組地層巖性為有輝綠巖侵入體的泥巖，易發(fā)生井漏和坍塌；目的層奧陶系一間房組地層為裂縫性碳酸鹽巖地層，易發(fā)生放空和井漏。同時(shí)，若采用水平井開(kāi)發(fā)，還將面臨超深井小井眼定向難的問(wèn)題。該區(qū)塊首口探井——順北1井鉆井過(guò)程中，多次出現(xiàn)井下復(fù)雜情況，被迫采用六級(jí)井身結(jié)構(gòu)完鉆，鉆井周期長(zhǎng)達(dá)461.5 d。據(jù)調(diào)研，國(guó)內(nèi)外沒(méi)有井眼直徑小于130.0 mm、井斜角由0°增至90°的短半徑水平井鉆井方面的施工報(bào)道，沒(méi)有可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，且井眼軌跡控制的風(fēng)險(xiǎn)未知。為此，筆者在分析順北區(qū)塊地層特征的基礎(chǔ)上，對(duì)超深小井眼水平井井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，采取了井壁穩(wěn)定、防漏堵漏[2-5]和小井眼短半徑水平井井眼軌跡控制等技術(shù)措施，并試驗(yàn)應(yīng)用了鉆井提速新技術(shù)，初步形成了順北區(qū)塊超深小井眼水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)，順利完成了5口超深小井眼水平井的鉆井作業(yè)，鉆井周期縮短93 d，機(jī)械鉆速提高了29.36%，為實(shí)現(xiàn)該區(qū)塊油氣的高效開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)支撐。

1 鉆井技術(shù)難點(diǎn)

1.1 巨厚火成巖地層易漏

順北區(qū)塊二疊系火成巖地層埋深4 400.00～5 100.00 m，厚度450.00 m，巖性以英安巖、凝灰?guī)r為主。電鏡掃描與成像測(cè)井解釋結(jié)果表明，英安巖內(nèi)部微裂縫縫寬60～150 μm，微裂縫縱向上間隔20～30 m，大裂縫縫寬1～6 mm，鉆井過(guò)程中極易發(fā)生井漏，且橋堵承壓堵漏技術(shù)的應(yīng)用效果不好，易溝通裂縫造成復(fù)漏。順北區(qū)塊X1-1H井在鉆進(jìn)二疊系火成巖地層時(shí)發(fā)生井漏，采用橋漿堵漏25次、擠水泥堵漏1次和化學(xué)固結(jié)堵漏1次，共耗時(shí)39 d，共漏失密度1.25 kg/L的鉆井液2 876 m3。

1.2 深部泥巖地層井壁易失穩(wěn)

順北區(qū)塊古生界地層厚度達(dá)2 488.00 m，較鄰區(qū)厚800.00 m，以泥巖為主，黏土含量42.4%，高嶺石含量34.0%，伊/蒙混層含量45.0%，水敏性強(qiáng)，易吸水分散，造成井壁失穩(wěn)。X1井采用密度1.25 kg/L的鉆井液鉆穿志留系地層，由于地層吸水分散，井眼擴(kuò)徑嚴(yán)重，井徑擴(kuò)大率最大達(dá)到35.6%。

1.3 輝綠巖侵入體易塌

輝綠巖侵入體埋深6 900.00 m，由于輝綠巖中長(zhǎng)石含量高達(dá)82.5%，導(dǎo)致其脆性強(qiáng)，受到?jīng)_擊易掉塊；輝綠巖侵入體內(nèi)部微裂縫縫寬40～420 μm，高密度鉆井液濾液侵入時(shí)易發(fā)生水力劈裂；輝綠巖侵入體的最大、最小水平主應(yīng)力梯度分別為2.56和1.62 MPa/100m，屬走滑應(yīng)力場(chǎng)[6]；受地應(yīng)力作用與巖石特性影響，輝綠巖侵入體的坍塌壓力高[6-7]。順北區(qū)塊X1井在鉆進(jìn)輝綠巖侵入體時(shí)，發(fā)生掉塊，將鉆井液密度由1.25 kg/L升至1.55 kg/L后，不但沒(méi)能抑制井眼掉塊，還導(dǎo)致上部地層發(fā)生18次井漏。

1.4 井眼軌跡控制難度大

順北區(qū)塊的水平井井深大于7 500.00 m，溫度160～170 ℃，為短半徑水平井，且水平段井眼直徑小于130.0 mm。國(guó)內(nèi)外沒(méi)有可以借鑒的小井眼短半徑水平井鉆井經(jīng)驗(yàn)，在鉆井過(guò)程中不但存在鉆壓傳遞困難、井眼清潔難度大、井眼穩(wěn)定與防卡要求高等常規(guī)水平井鉆井的技術(shù)難點(diǎn)，而且存在螺桿鉆具初始造斜率不確定、井下摩阻扭矩未知、鉆井方位不易控制等技術(shù)難點(diǎn)。

2 優(yōu)快鉆井技術(shù)

2.1 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

順北區(qū)塊水平井初期采用六級(jí)井身結(jié)構(gòu)，將復(fù)雜地層分別封隔，以保障鉆井安全，但存在套管層序多、鉆井周期長(zhǎng)的問(wèn)題。為此，筆者利用Drillworks地層壓力分析軟件對(duì)鉆井、測(cè)井、試油資料進(jìn)行分析計(jì)算[8]，建立了該區(qū)塊地層三壓力剖面(見(jiàn)圖1)。

圖1 順北區(qū)塊地層三壓力剖面Fig.1 Pore pressure,borehole collapse and fracturing pressure gradient of Shunbei Block

由圖1可知：順北區(qū)塊的地層孔隙壓力系數(shù)1.04～1.23，屬于正常壓力系統(tǒng)；地層坍塌壓力系數(shù)0.90～1.81，其中，二疊系、志留系地層坍塌壓力系數(shù)1.22～1.35，桑塔木組地層坍塌壓力系數(shù)1.81；地層破裂壓力系數(shù)2.00，輝綠巖頂部地層破裂壓力系數(shù)1.91；桑塔木組下泥巖段地層破裂壓力系數(shù)1.99。

通過(guò)分析該區(qū)塊的壓力剖面可知：采用密度1.81 kg/L鉆井液鉆開(kāi)輝緑巖侵入體，會(huì)造成上部地層漏失，因此，上層套管必須下至輝綠巖頂部。采用高密度鉆井液鉆進(jìn)目的層奧陶系一間房組地層時(shí)，其上部地層的裂縫帶易發(fā)生漏失，因此上層套管必須下至目的層頂部。

在確定2個(gè)必封點(diǎn)后，采用先中間后兩端的設(shè)計(jì)方法，將六級(jí)井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化為四級(jí)井身結(jié)構(gòu)：一開(kāi)井段，φ273.1 mm表層套管下至井深1 999.00 m，封隔淺部疏松地層；二開(kāi)井段，φ193.7 mm技術(shù)套管下至輝綠巖侵入體頂部，將低壓地層與下部易塌地層分開(kāi)；三開(kāi)井段，φ139.7 mm尾管下至目的層頂部，封隔輝綠巖侵入體；四開(kāi)井段，采用φ120.6 mm鉆頭鉆開(kāi)目的層，裸眼完鉆(見(jiàn)圖2)。

圖2 順北區(qū)塊油井優(yōu)化前后的井身結(jié)構(gòu)Fig.2 Casing programs before and after optimization in the Shunbei Block

由圖2可知：優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)減少了2個(gè)開(kāi)次；將φ311.1 mm井眼縮小至φ250.8 mm，可以提高鉆井速度。同時(shí)，φ142.9 mm直連扣套管換成了接箍外徑150.0 mm的φ139.7 mm套管，方便使用套管吊卡和安放扶正器，有利于提高下套管效率和固井質(zhì)量；φ142.9 mm厚壁套管換成了φ139.7 mm套管，套管通徑由115.0 mm增大至121.0 mm，允許通過(guò)鉆頭尺寸由φ114.3 mm增大至φ120.6 mm。

2.2 井眼穩(wěn)定技術(shù)

優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)后，針對(duì)二開(kāi)裸眼段延長(zhǎng)引發(fā)的二疊系地層漏失與深部泥巖段井壁坍塌的矛盾，進(jìn)行了長(zhǎng)裸眼井眼穩(wěn)定技術(shù)研究，并針對(duì)三開(kāi)輝綠巖侵入體地層坍塌壓力高與微裂縫發(fā)育的巖性特征，進(jìn)行了隨鉆封堵技術(shù)研究。

2.2.1 二疊系火成巖防漏堵漏技術(shù)

對(duì)于裂縫縫寬小于2 mm的地層，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)優(yōu)選竹纖維、碳酸鈣和高軟化點(diǎn)乳化瀝青復(fù)配作為堵漏材料，并確定其配方為2%～3%碳酸鈣CSC-100+1%～2%竹纖維+2%高軟化點(diǎn)乳化瀝青。該堵漏材料依靠微米顆粒、變形粒子和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成的低滲透封堵層封堵裂縫。對(duì)于縱向裂縫縫寬大于2 mm的地層，如果出現(xiàn)多點(diǎn)漏失或復(fù)漏，采用10%～12%堵漏漿(配方為1%中粗核桃殼+2%細(xì)核桃殼+2%SQD-98+2%PB-1+1%中粗云母+2%細(xì)云母+井漿)進(jìn)行籠統(tǒng)堵漏；當(dāng)井口發(fā)生失返時(shí)，可將鉆具上提至二疊系地層之上，先進(jìn)行承壓堵漏，待井眼穩(wěn)定后，再繼續(xù)鉆進(jìn)。

2.2.2 深部泥巖井段防塌鉆井液技術(shù)

針對(duì)深部泥巖水敏性強(qiáng)，以鉀基聚磺鉆井液為基礎(chǔ)[7]，根據(jù)“抑制水化-成膜隔離”協(xié)同防塌原理，采用減少泥巖與鉆井液濾液接觸的方法，降低泥巖水化。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)抗高溫成膜劑CMJ、新型聚胺抑制劑HPA、抗溫抗鹽聚合物降濾失劑RHPT-1等3種關(guān)鍵處理劑的性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并確定了其加量，形成了深部泥巖井段防塌鉆井液配方：基漿+1.0%RHTP-1+0.5%HPA+0.8%CMJ。室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明，泥頁(yè)巖在該防塌鉆井液中的線性膨脹率為2.5%，巖屑滾動(dòng)回收率為92.5%，與常規(guī)聚胺抑制防塌鉆井液相比，線性膨脹率降低了18.0百分點(diǎn)，滾動(dòng)回收率提高了27.0百分點(diǎn)。表1為深部泥巖井段防塌鉆井液的基本性能。

表1 深部泥巖井段防塌鉆井液的基本性能

Table 1 Properties of anti-collapsing drilling fluid for deep mudstone interval

試驗(yàn)條件密度/(kg·L-1)漏斗黏度/sAPI濾失量/mL高溫高壓濾失量/mL塑性黏度/(mPa·s)動(dòng)切力/Pa老化前1.304836.5266老化后1.305247.5288

注：老化條件為在150 ℃下滾動(dòng)16 h。

2.2.3 輝綠巖地層井壁穩(wěn)定技術(shù)

針對(duì)輝綠巖地層易掉塊、而采用密度1.81 kg/L鉆井液鉆進(jìn)又易發(fā)生井漏的情況，以鉀胺基聚磺鉆井液為基礎(chǔ)，添加封堵材料，封堵裂縫來(lái)提高輝綠巖地層的承壓能力。通過(guò)砂床濾失試驗(yàn)評(píng)價(jià)了鉀胺基聚磺鉆井液添加不同封堵材料后的封堵效果，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 鉀胺基聚磺鉆井液添加不同封堵材料后的砂床濾失試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Sandbed filtration test results for potassium-amine based polysulfonate drilling fluid

由圖3可知，3%乳化瀝青和2%超細(xì)碳酸鈣復(fù)配加入到鉀胺基聚磺鉆井液中的封堵效果最好。因此，采用加入3%乳化瀝青和2%超細(xì)碳酸鈣的鉀胺基聚磺鉆井液鉆進(jìn)輝綠巖地層。

2.3 鉆井提速技術(shù)

2.3.1 井眼軌道優(yōu)化

順北區(qū)塊超深小井眼水平井的造斜點(diǎn)至水平段的垂深只有90.00 m，井眼軌跡調(diào)整空間小，且油藏位置不是十分確定，導(dǎo)致井眼軌跡控制存在一定難度。為降低井眼軌跡控制難度，為井眼軌跡調(diào)整預(yù)留空間，該區(qū)塊水平井設(shè)計(jì)采用雙增式軌道，第一增斜段造斜率設(shè)計(jì)為15°/30m，待井斜角增大至20°后，將造斜率提高至25°/30m，繼續(xù)鉆進(jìn)第二增斜段。

2.3.2 定向PDC鉆頭優(yōu)選

單牙輪鉆頭的芯軸強(qiáng)度低，在小井眼鉆進(jìn)中極易發(fā)生掉牙輪事故；常規(guī)PDC鉆頭是整體式鉆頭，隨鉆具振動(dòng)橫向位移偏移量大，方位不穩(wěn)定[9-10]，也不適合于在小井眼水平井中應(yīng)用。為此，筆者與鉆頭廠家合作研制了適用于小井眼水平井鉆井的M0864型PDC鉆頭，其冠部采用中等深度內(nèi)錐和短平式外錐，有利于鉆頭穩(wěn)定，降低鉆頭對(duì)側(cè)向位移的敏感度；φ8.0 mm拋光PDC復(fù)合片切削齒螺旋分布，分散了切削力，并減少了鉆頭回旋次數(shù)，有利于降低鉆頭鼻部和圓弧過(guò)渡帶處切削齒的損壞概率；短保徑齒呈螺旋分布，增大了鉆頭與井壁的接觸面積，也有利于鉆頭穩(wěn)定。

2.3.3 抗高溫螺桿與隨鉆測(cè)量工具優(yōu)選

順北區(qū)塊短半徑水平井井眼軌跡調(diào)整空間小，對(duì)工具造斜率要求高。為此，該區(qū)塊小井眼水平井鉆井選用了5LZ95×7-Ⅷ-SF-2.5°型螺桿。該螺桿能抗溫180 ℃，自帶φ110.0 mm穩(wěn)定器的有效長(zhǎng)度為160.0 mm，彎點(diǎn)至底部的距離為975.0 mm。筆者利用WellPlan管柱力學(xué)軟件對(duì)其造斜能力進(jìn)行了分析，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 5LZ95×7-Ⅷ-SF-2.5°型螺桿造斜能力評(píng)價(jià)
Table 2 Build-up capability of Model 5LZ95×7-Ⅷ-SF-2.5° PDM

井斜角/(°)地層傾角/(°)地層單軸抗壓強(qiáng)度/MPa井徑擴(kuò)大率,%鉆頭側(cè)向力/kN螺桿造斜率/((°)·(30m)-1)15120722015868170431030

由表2可知，在初始造斜段與造斜結(jié)束段，該螺桿的造斜率為(15°～30°)/30m，可以滿足順北區(qū)塊短半徑水平井鉆井的定向要求。

順北區(qū)塊油藏埋藏深，儲(chǔ)層溫度高，要求隨鉆測(cè)量工具具有較好的耐溫性和穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)調(diào)研分析，APS-MWD隨鉆測(cè)量工具能耐溫175 ℃[11]，且在塔河油田井深6 500.00 m短半徑水平井鉆井中應(yīng)用較多，表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。因此，順北區(qū)塊小井眼水平井鉆井中選用APS-MWD隨鉆測(cè)量工具。

2.3.4 減摩降阻技術(shù)措施

1) 將φ139.7 mm套管下至目的層頂部，造斜點(diǎn)選在四開(kāi)裸眼段，以縮短定向井段長(zhǎng)度，達(dá)到降低摩阻的目的。

2) 選用聚磺混油鉆井液，利用該鉆井液良好的潤(rùn)滑性降低摩阻。

3) 采用不帶穩(wěn)定器的柔性鉆具組合，減小鉆具與井壁的接觸面積，以降低摩阻。

2.3.5 鉆具組合優(yōu)選

鉆進(jìn)四開(kāi)井段時(shí)需要約1 800.00 m長(zhǎng)的倒裝鉆具組合，考慮鉆具與井眼間隙的匹配性，采用接箍外徑108.0 mm的φ88.9 mm鉆桿，其抗拉強(qiáng)度2 175 kN，相比φ73.0 mm鉆桿提高了27%，安全系數(shù)得到提高，可降低斷鉆具的風(fēng)險(xiǎn)。上部選用壁厚9.65 mm的φ101.6 mm鉆桿[12]，該鉆桿抗拉強(qiáng)度2 598 kN，相比φ101.6 mm標(biāo)準(zhǔn)鉆桿提高了13.6%，鉆井極限深度8 150.00 m。排量為10 L/s、泵壓為21.4 MPa時(shí)，采用φ88.9 mm鉆桿和φ101.6 mm鉆桿組成的倒裝鉆具組合鉆進(jìn)，最小環(huán)空返速為0.58 m/s，滿足攜巖要求。

2.3.6 二疊系鉆井提速技術(shù)

順北區(qū)塊二疊系火成巖地層厚度450.00 m，抗壓強(qiáng)度90～150 MPa，可鉆性級(jí)值5.0～6.5，為提高該地層的鉆進(jìn)速度，筆者試驗(yàn)應(yīng)用了“扭力沖擊器+PDC鉆頭”鉆井工藝，利用扭力沖擊器軸向液力沖擊與周向高頻剪切破巖，來(lái)提高機(jī)械鉆速，而且扭力沖擊器采用中空式設(shè)計(jì)，粒徑小于1.5 cm的堵漏顆?？梢酝ㄟ^(guò)，便于隨鉆堵漏。由于鉆頭要同時(shí)具有攻擊性與抗研磨性，因此選用了5刀翼、φ13.0 mm切削齒的PDC鉆頭。同時(shí)，為預(yù)防井斜與卡鉆，應(yīng)用了鐘擺鉆具組合和欠尺寸螺旋穩(wěn)定器。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

順北區(qū)塊2016年部署的X1-2H井、X1-3H井、X1-4H井、X1-5H井和X1-6H井等5口超深小井眼水平井均采用四級(jí)井身結(jié)構(gòu)，三開(kāi)平均中完井深7 390.00 m，與采用六級(jí)井身結(jié)構(gòu)的X1井相比，鉆井周期縮短93 d，機(jī)械鉆速提高了29.36%。

1) 防漏堵漏效果顯著。5口超深小井眼水平井采用隨鉆堵漏方式鉆穿二疊系火成巖地層，X1-5H井和X1-6H井在鉆井液中加入了1%～2%竹纖維，井底循環(huán)當(dāng)量密度控制在1.30 kg/L左右，沒(méi)有發(fā)生漏失，其余3口井的鉆井液中未加入堵漏材料，均出現(xiàn)漏失，后加入顆粒級(jí)配優(yōu)化的堵漏材料，安全鉆達(dá)中完井深，但堵漏造成鉆井周期延長(zhǎng)，平均延長(zhǎng)7.2 d。

2) 防塌效果顯著。X1-5H井和X1-6H井二開(kāi)采用密度1.26～1.28 kg/L的鉀胺基聚磺成膜鉆井液鉆進(jìn)，井徑擴(kuò)大率分別為11.3%和10.6%，與鄰井X1-2H井(14.5%)、X1-3H井(13.8%)和X1-4H井(14.2%)相比，井徑擴(kuò)大率有所降低，且這2口井井眼通暢，φ193.7 mm套管順利下至井深7 000.00 m。5口超深小井眼水平井三開(kāi)井段均采用密度1.81 kg/L的鉀基聚磺鉆井液鉆進(jìn)輝綠巖地層，并在鉆井液中加入堵漏材料進(jìn)行隨鉆堵漏，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的阻卡和漏失，井徑擴(kuò)大率11.5%～16.5%，與X1井的45.6%～58.5%相比大幅降低。

3) 提速明顯。X1-3H井、X1-4H井和X1-6H井等3口井應(yīng)用“扭力沖擊器+PDC鉆頭”鉆井工藝鉆進(jìn)二疊系地層，平均進(jìn)尺480.00 m，機(jī)械鉆速4.87 m/h，鉆井周期6.35 d，相比采用常規(guī)鉆井技術(shù)的鄰井，機(jī)械鉆速提高了75.8%，鉆井周期縮短了67.7%。

4) 井眼軌跡控制效果良好。5口井均采用螺桿定向鉆具組合，全部命中靶區(qū)，井眼軌跡與設(shè)計(jì)軌道的符合率達(dá)85%以上。其中，X1-4H井為順北區(qū)塊φ120.6 mm井眼從井斜角0°開(kāi)始定向鉆進(jìn)的最深井，完鉆井深達(dá)8 050.00 m，該井最大摩阻僅150 kN，2.5°螺桿定向鉆具組合的造斜率由井斜角1°～15°時(shí)的(17°～20°)/30m升至井斜角20°～32°時(shí)的(25°～27°)/30m，滿足了短半徑水平井對(duì)造斜率的要求，兩趟鉆進(jìn)尺130.00 m，并成功進(jìn)入著陸點(diǎn)。

4 結(jié)論與建議

1) 通過(guò)分析順北區(qū)塊復(fù)雜地層特征與地層壓力，在確定2個(gè)必封點(diǎn)后，選用φ139.7 mm的薄接箍套管，將井身結(jié)構(gòu)由六級(jí)優(yōu)化為四級(jí)。

2) 為降低井眼軌跡控制難度，將井眼軌道設(shè)計(jì)為雙增式軌道，為井眼軌跡調(diào)整預(yù)留空間。

3) 將竹纖維與其他堵漏材料復(fù)配，可在一定程度上解決順北區(qū)塊二疊系火成巖地層的漏失問(wèn)題；使用加入復(fù)配成膜降濾失劑的鉀基聚磺鉆井液，可解決深部泥巖地層井壁失穩(wěn)的問(wèn)題；使用加入乳化瀝青和超細(xì)碳酸鈣的鉀胺基聚磺鉆井液，可以解決輝綠巖地層掉塊的問(wèn)題。

4) 現(xiàn)場(chǎng)5口井的應(yīng)用表明，順北區(qū)塊超深小井眼水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)能夠滿足小井眼水平井安全高效鉆井的需求，能顯著提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期。

5) 建議在不降低鉆桿抗拉強(qiáng)度的前提下，研究接箍外徑小于135.0 mm的φ114.3 mm防硫鉆桿，為順北區(qū)塊含硫區(qū)域深井鉆井做好技術(shù)儲(chǔ)備。

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[編輯 劉文臣]

The Optimized Drilling Techniques Used in Ultra-Deep and Slim-Hole Horizontal Wells of the Shunbei Block

LIU Biao1，PAN Lijuan1，ZHANG Jun1,BAI Binzhen2，LI Shuanggui1

(1.InstituteofEngineeringTechnology，SinopecNorthwestOilfieldCompany,Urumqi,Xinjiang，830011，China；2.SinopecResearchInstituteofPetroleumEngineering，Beijing，100101，China)

The drilling of ultra-deep slim hole horizontal wells in the Shunbei Block encountered multiple challenges such as formations susceptible to lost circulation, significant friction torque, trajectory control difficulties for borehole with diameter ofφ120.6 mm, low ROPs and long drilling time. Accordingly, research has been conducted to develop fast and high-quality drilling techniques. Through comprehensive analyses of drilling, logging, testing and other data, pore pressure, borehole collapse and fracturing pressure gradient profiles were determined. Accordingly, sealing points were identified and the six stage casing program was optimized to four stages. With consideration to specific features of formations susceptible to circulation lost and borehole collapsing, experimental study was performed to clarify technical solutions for those potential problems. Through analyzing build-up capacity of PDM and the deployment of dual-incremental trajectory, difficulties in slimhole trajectory control would be effectively minimized. By reducing the length of directional drilling intervals, minimizing the contact areas between drilling tools and sidewalls and by the utilization of oil-mixed drilling fluid, friction torques would be reduced dramatically. In the investigation, drilling techniques of“torsion impact device+PDC bit”were applied to enhance ROP. Through experimental tests and field testing, fast and high-quality drilling techniques for ultra-deep slim-hole wells in the Shunbei Block were determined. These techniques have been used in five wells in this region. It compared the Well X1 with six-stage casing program, ROP and drilling time for wells drilled with innovative techniques increased 29.36% and reduced for 93 days. Research results and on-site application performance showed that the newly-developed rapid and high-quality drilling techniques for the ultra-deep slim hole can satisfy the safe and high-efficiency drilling of slim hole horizontal wells in Shunbei Block. Generally speaking, the application of these techniques may provide necessary technical support for high-efficiency development of marine carbonate reservoirs in this block.

slim hole；horizontal well；casing program；borehole trajectory；stable borehole；Shunbei Block

2016-03-27；改回日期：2016-11-04。

劉彪(1983—)，男，湖北天門(mén)人，2007年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)石油工程專業(yè)，2010年獲長(zhǎng)江大學(xué)油氣井工程專業(yè)碩士學(xué)位，主要從事鉆井工藝優(yōu)化與設(shè)計(jì)工作。E-mail：lieren2222@126.com。

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開(kāi)發(fā)”之課題“碳酸鹽巖縫洞型油藏鉆井技術(shù)完善與推廣”(編號(hào)：2011ZX05049-02-02)資助。

10.11911/syztjs.201606002

TE242

A

1001-0890(2016)06-0011-06