新疆瑪湖區(qū)塊2000 m長水平段水平井鉆井技術(shù)

于洋飛，楊光，陳濤，柯學(xué)，楊兆亮，王超

（1.長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100；2.中國石油新疆油田分公司開發(fā)公司，新疆 克拉瑪依 834000；

3.新疆石油工程建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司，新疆 克拉瑪依 834000；4.中國石油西部鉆探鉆井工程技術(shù)研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

新疆瑪湖區(qū)塊2000 m長水平段水平井鉆井技術(shù)

于洋飛1，2，楊光3，陳濤4，柯學(xué)4，楊兆亮4，王超4

（1.長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100；2.中國石油新疆油田分公司開發(fā)公司，新疆 克拉瑪依 834000；

3.新疆石油工程建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司，新疆 克拉瑪依 834000；4.中國石油西部鉆探鉆井工程技術(shù)研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

近年來，為應(yīng)對低油價形勢下的規(guī)模效益開發(fā)，新疆油田瑪湖區(qū)塊迫切需要進一步增加水平段長度，以提高水平井單井產(chǎn)量。因此，新疆油田在瑪湖區(qū)塊MaHW1325水平井上開展了2000 m長水平段的鉆井試驗。針對該井超長水平段鉆井所面臨的鉆壓傳遞困難、井眼清潔困難、井壁穩(wěn)定難度大、鉆井提速難度大、固井完井難度大等突出問題，通過優(yōu)化井眼剖面、加裝旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具、優(yōu)選鉆頭、采用類油基鉆井液體系和韌性水泥漿體系等多項技術(shù)對策，有效實現(xiàn)了水平段的順利延伸和鉆井提速目標(biāo)。MaHW1325水平井完鉆時水平段長達2000 m，創(chuàng)下了新疆油田水平井鉆井水平段長度的新紀(jì)錄。

超長水平段；摩阻；扭矩；旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具；類油基鉆井液；固井完井

0 引言

瑪湖油田位于新疆維吾爾自治區(qū)和布克賽爾蒙古自治縣境內(nèi)，區(qū)域構(gòu)造上位于準(zhǔn)噶爾盆地中央坳陷瑪湖凹陷西斜坡區(qū)。2010—2013年在瑪13井、瑪131井、瑪18井獲得重大油氣發(fā)現(xiàn)，儲量接替中心由此轉(zhuǎn)移到瑪湖區(qū)塊?，敽^(qū)塊百口泉組屬非常規(guī)油氣范疇，前期地質(zhì)研究成果表明，當(dāng)本區(qū)水平段長度增加到2000 m左右及后續(xù)應(yīng)用多級體積壓裂技術(shù)［1］，有助于實現(xiàn)規(guī)模效益開發(fā)的目標(biāo)。

因此，新疆油田在瑪湖區(qū)塊MaHW1325水平井上開展了2000 m長水平段的鉆井試驗，目的層為三疊系百口泉組，地層自上而下依次鉆遇白堊系吐谷魯群組、侏羅系（齊古組、頭屯河組、西山窯組、三工河組、八道灣組）、三疊系（白堿灘組、克上組、克下組、百口泉組）。MaHW1325井采用三開次井身結(jié)構(gòu)，其中三開水平段用φ165.1mm鉆頭鉆至井深5483 m，完鉆后下入φ127.0mm油層套管固井，后期分段壓裂。

1 水平段鉆井技術(shù)難點

1）鉆壓傳遞困難。由于水平段長，水平段控制點多，導(dǎo)致井眼軌跡復(fù)雜，使得井內(nèi)管柱與井壁的摩阻和扭矩大幅度增加，鉆柱發(fā)生屈曲變形；一旦超過鉆柱螺旋臨界屈曲力，鉆柱自鎖導(dǎo)致無法有效傳遞鉆壓，最終導(dǎo)致水平段延伸鉆進困難［2］。

2）井眼清潔困難。由于巖屑在水平井內(nèi)滯留時間長，巖屑易沉積在井眼低邊，形成巖屑床，巖屑床的存在會造成鉆具阻卡頻繁及增大鉆井摩阻。為滿足長水平段小井眼的井眼清潔要求，排量與泵壓的選擇成為較突出的矛盾［3］。

3）井壁穩(wěn)定難度大［4］。水平段均在百口泉組中穿行，但由于百口泉組存在泥巖夾層，而泥巖段容易剝落掉塊；同時，長水平段鉆井施工周期長，地層浸泡時間長，受井壁坍塌周期的影響，井壁失穩(wěn)的風(fēng)險進一步加大。

4）鉆井提速難度大。百口泉組巖性差異大、巖性致密、含礫石且研磨性強，地層可鉆性差，給優(yōu)選鉆頭和特殊工具提速帶來了一定難度；同時，φ165.1mm井眼長水平段鉆井為新疆油田首次實施，缺乏配套的提速措施和經(jīng)驗。

5）固井完井難度大。由于水平段長，扶正器下入數(shù)量保證套管居中度與套管串能否安全下入二者之間的矛盾突出；固井施工循環(huán)壓耗大，泵壓高，且易發(fā)生井漏；封固段后期要進行多級體積壓裂施工作業(yè)，對水泥石的強度、韌性要求很高。

2 技術(shù)對策

2.1 井眼剖面優(yōu)化

重點從井眼軌道設(shè)計入手，設(shè)計出摩阻和扭矩較小的井眼軌道以確保長水平段定向施工，尤其是作業(yè)難度大的滑動鉆井工況［5-6］。

2.1.1 選擇靶前位移和造斜率

在瑪湖區(qū)塊前期1000 m以內(nèi)水平段的水平井鉆井施工經(jīng)驗基礎(chǔ)上，針對MaHW1325井2000 m長水平段施工進行了軌道優(yōu)化。

考慮到鉆井時PowerDrive X6旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的實際造斜能力，兼顧減小摩阻、扭矩等因素，最終將軌道的靶前位移定為300 m，造斜率定為5.500～6.000（°）/ 30 m；同時，優(yōu)選三開造斜點位置，將造斜點下移至三疊系克上組上部（2962 m），既可避開白堿灘組底部壓力過渡帶地層，又有利于提高造斜段的機械鉆速及減少復(fù)雜情況的發(fā)生。

2.1.2 優(yōu)選井眼軌道類型

由于水平段鉆遇的百口泉組儲層非均質(zhì)性強，靶窗垂深精確預(yù)測和入地質(zhì)靶窗均困難，同時考慮到定向儀器誤差等因素，將本井井眼軌道優(yōu)化為“直—增—穩(wěn)—增—水平”剖面［7］。井眼軌道設(shè)計見表1。

表1 水平井井眼軌道設(shè)計

2.1.3 地質(zhì)預(yù)測本區(qū)最大主應(yīng)力方向

偶極聲波、成像測井顯示人工裂縫走向90°～105°，微地震波檢測人工裂縫走向96°～104°。據(jù)此，為保障井壁穩(wěn)定及有效開發(fā)油藏有利區(qū)，確定鉆井方位應(yīng)垂直于最大水平主應(yīng)力方向，選取為180°。

2.2 水平段延伸技術(shù)

2.2.1 水平段延伸能力

鉆具組合：φ165.1mm鉆頭+φ120.65mm LWD+ φ101.6mm無磁承壓鉆桿1根+φ101.6mm斜坡加重鉆桿3根+φ101.6mm斜坡鉆桿2000 m+φ101.6mm斜坡加重鉆桿（880 m）+φ101.6mm鉆桿。取套管內(nèi)摩阻因數(shù)0.2，裸眼摩阻因數(shù)0.3。依據(jù)上述條件，計算鉆具屈曲結(jié)果（見圖1）。

圖1 鉆具截面載荷分析

從圖1可以看出：當(dāng)鉆具組合中不加裝特殊減摩降阻工具時，2000 m長水平段在滑動鉆進時會有300～450 m的屈曲變形段，從而導(dǎo)致水平段鉆進時鉆具會有較嚴(yán)重的托壓現(xiàn)象。因此，為實現(xiàn)2000 m長水平段的順利延伸，有必要在鉆具組合中加裝能減少鉆具托壓的特殊工具，解決長水平段鉆壓傳遞問題。

2.2.2 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具

不帶旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具時，滑動鉆進是滑動摩擦；而帶旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具后均變?yōu)闈L動摩擦，鉆具與井壁的摩擦力會大幅度降低，有利于順利延伸水平段［8］。因此，要求在水平段全程使用斯倫貝謝公司PowerDrive X6旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，用以減摩降阻、防止托壓、精確控制軌跡及提高油層鉆遇率等。

和普通導(dǎo)向工具相比，PowerDrive X6旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具在滑動鉆進時，一直處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此可減少鉆具與井壁接觸，有利于防止阻卡、提速及隨時調(diào)整軌跡；同時，它具有保持傾角的功能，在近鉆頭部位安裝的三組合式隨鉆測量傳感器可準(zhǔn)確獲得井斜角和方位角數(shù)據(jù)，大幅度提高精確度，使得井眼軌跡更加平滑。

此外，該工具具有PeriScope HD探邊功能，采用實時伽馬測量和井眼成像組件，快速實時采集地層傾角或儲層邊界信息，實時調(diào)整井眼軌跡，保障在油層中鉆進，最大限度提高油層鉆遇率。

2.3 水力學(xué)參數(shù)優(yōu)化

隨著水平段逐漸延伸，循環(huán)壓耗不斷增加，極易出現(xiàn)井漏等復(fù)雜情況。依據(jù)井眼尺寸、鉆井液性能、噴嘴直徑等條件，同時考慮到本井鉆機機泵能力（不超過25MPa）［9］，計算泵壓、排量、上返速度的關(guān)系，進行水力學(xué)參數(shù)優(yōu)選（見表2，其中噴嘴設(shè)計個數(shù)為5）。

表2 水平段水力學(xué)參數(shù)設(shè)計

2.4 水平段鉆頭優(yōu)選

巖石力學(xué)特性表明，水平段百口泉組可鉆性級值為5～7，屬中硬地層，并含有多套泥巖、粉砂巖、砂礫巖等。不同巖性膠結(jié)面較多，均質(zhì)性差，縱向上地層強度及硬度變化幅度較大，導(dǎo)致鉆頭選型困難。因此，三開水平段設(shè)計使用Smith公司高性能的5刀翼16mm切削齒PDC鉆頭（MDi516，Mi516）和6刀翼13mm切削齒PDC鉆頭（MSi613）。上述鉆頭在鉆壓增加、中硬地層和地層軟硬交界的情況下，鉆進中能夠保持切削齒平滑切削，防止鉆頭扭矩劇烈變化而造成損壞，比較適合本區(qū)水平段百口泉組的鉆進。

2.5 鉆井液體系優(yōu)化

三開斜井段鉆遇克拉瑪依組，水平段鉆遇百口泉組。其中百口泉組儲層主要巖性為灰色、褐灰色砂礫巖、含礫泥質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，夾灰褐色、褐色泥巖及砂質(zhì)泥巖。其中所含泥巖段穩(wěn)定性差，易坍塌［10］。

本井三開水平段鉆進設(shè)計類油基鉆井液體系。該體系將油基鉆井液和水基鉆井液的優(yōu)點融為一體，以多元化抑制為基礎(chǔ)，防止泥頁巖水化膨脹、分散和坍塌，具有強抑制的特點，可解決井壁穩(wěn)定難、鉆具摩阻大、攜巖效率低、潤滑防卡難、儲層保護難、環(huán)境保護壓力大等諸多難題［11］。鉆井液性能參數(shù)見表3。在鉆進過程中，應(yīng)利用MEES-FIL-305控制鉆井液濾失量；利用MEES-VIS-500、MEES-FIL-401調(diào)節(jié)鉆井液流變性；利用MEES-HIB-100，MEES-HIB-1080，KCl等保證鉆井液強抑制性；利用NDFT-253等增強鉆井液潤滑性。

表3 鉆井液性能設(shè)計

2.6 超長水平段固完井技術(shù)

為保證水平段φ165.1mm井眼順利下入φ127.0mm油層套管，電測后分別采用原鉆具加雙扶正器、三扶正器通井，通井時準(zhǔn)確記錄鉆具上提、下放時的大鉤載荷及變化，以確定下套管的摩阻（見圖2）。

為保障油層套管順利下到井底，要求使用整體式彈性扶正器，其中水平段、造斜段每1根套管1只，直井段每3根套管1只，以保證套管居中度。此外，通井起鉆前應(yīng)注入防卡鉆井液封閉墊底，保證下套管作業(yè)順利。水平段優(yōu)選出雙凝雙密度韌性水泥漿體系進行單級有控固井，體系性能見表4。該水泥漿體系具有抗沖擊性能好、適應(yīng)范圍廣、相容性好、工藝簡單等特點。

圖2 下套管過程中大鉤載荷與摩阻變化

表4 韌性水泥漿體系性能

3 現(xiàn)場施工

通過落實上述技術(shù)措施，MaHW1325水平井已順利完鉆，完鉆井深5483m，鉆井周期87.46d，水平段長度為2000 m，創(chuàng)下新疆油田水平井鉆井水平段長度的新紀(jì)錄。

水平段應(yīng)用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具控制井眼軌跡和延伸鉆進，送鉆加壓順利，減摩降阻效果突出，無托壓現(xiàn)象，定向效果好，提速明顯，油層鉆遇率高達96%，有效實現(xiàn)了地質(zhì)目標(biāo)。

水平段使用MDi516，MSi613，Mi516鉆頭提速明顯（見表5，其中MDi516在3483 m進入水平段），平均機械鉆速高達5.27 m/h，單只鉆頭最長進尺601 m，純鉆時間達122.42 h，創(chuàng)下瑪湖區(qū)塊水平段鉆頭的最好進尺紀(jì)錄。

表5 水平段鉆頭使用情況

水平段使用新型類油基鉆井液體系，在鉆進過程中無坍塌掉塊、無阻卡；返砂正常，起下鉆開泵順利；摩阻因數(shù)控制在0.05以內(nèi)，無黏卡現(xiàn)象；完井電測一次成功。

完井時φ127.0mm油層套管順利下入井底，雙凝雙密度（1.50+1.84 g/cm3）韌性水泥漿成功返至克拉瑪依組頂界以上100 m（井深2400 m），水泥漿漿柱長達3083 m，水泥漿頂替完成后成功碰壓30MPa，固井測聲幅質(zhì)量優(yōu)異，且后期多級體積壓裂施工順利。

4 結(jié)論

1）在水平段使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具后，減摩降阻效果明顯，鉆具無托壓現(xiàn)象，提速明顯，油層鉆遇率高達96%，因此建議在瑪湖區(qū)塊水平井鉆井中推廣應(yīng)用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具。

2）類油基鉆井液體系在水平段鉆井過程中實際應(yīng)用效果良好，可有效保障井壁穩(wěn)定；潤滑性能優(yōu)異，能減少鉆具托壓；能有效預(yù)防井漏，實現(xiàn)良好儲層保護和清潔環(huán)境。

3）由于完井套管下入間隙小，采取加雙扶正器、三扶正器模擬通井、使用整體式彈性扶正器、通井起鉆前注入防卡鉆井液封閉墊底等措施，確保套管的順利下入。水平段利用雙凝雙密度韌性水泥漿體系固井，固井質(zhì)量優(yōu)異，且完全滿足后期多級體積壓裂的需求。

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（編輯 趙衛(wèi)紅）

Drilling technology of 2km-long horizontal section in Mahu Block,Xinjiang Oilfield

YU Yangfei1，2,YANG Guang3,CHEN Tao4,KE Xue4,YANG Zhaoliang4,WANG Chao4
(1.Petroleum Engineering College,Yangtze University,Wuhan 430100,China;2.Development Company,Xinjiang Oilfield Company, PetroChina,Karamay 834000,China;3.Xinjiang Petroleum Engineering Construction Supervision Co.Ltd.,Kalamay 834000, China;4.Drilling Research Institute of CNPC Xibu Driling Engineering Company Limited,Karamay 834000,China)

In response to the scale development under lower oil prices in recent years,Mahu District in Xinjiang Oilfield is in an urgent need of lengthening horizontal section to increase the product of a single horizontal well.Therefore,Xinjiang Oilfield has launched an extra-long drilling test of 2km for MaHW1325 horizontal well.To address the prominent problems in the extra-long horizontal section of the drilling such as,difficulties in the transmission of the bit pressure,borehole cleaning,high risk of wellbore instability,low drillability,and huge difficulties in well completion and cementing,well drilling program effectively realized the smooth extension and speeding up of the drilling by optimizing the borehole section,installing the rotating guide tools,selecting good drill bits,adopting fluid system and cement slurry system as well as strict engineering supporting measures.The horizontal section of MaHW1325 horizontal well reaches 2km,which is a new record of horizontal section length of horizontal well in Xinjiang Oilfield.

extra-long horizontal section;friction;torque;rotary steering tool;analogous oil-based drilling fluid system;completion and cementing.

TE243

A

10.6056/dkyqt201705029

2017-02-18；改回日期：2017-07-04。

于洋飛，男，1983年生，工程師，在職研究生，主要從事鉆井生產(chǎn)管理工作。E-mail：785112572@qq.com。

于洋飛，楊光，陳濤，等.新疆瑪湖區(qū)塊2000 m長水平段水平井鉆井技術(shù)［J］.斷塊油氣田，2017，24（5）：727-730.

YU Yangfei，YANG Guang，CHEN Tao，et al.Drilling technology of 2km-long horizontal section in Mahu Block，Xinjiang Oilfield［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2017，24（5）：727-730.