小井眼鉆井技術(shù)研究及在蘇東區(qū)塊的應(yīng)用

冉 輝 ，宋 健，楊克旺，夏 陽，陸 川，王若灃，楊靖堯，侯 毅

（1.中國石油長慶油田分公司第五采氣廠，陜西西安 710018；2.中國石油長慶油田公司工程監(jiān)督處，陜西西安 710018）

1 小井眼鉆井技術(shù)介紹

隨著油田公司從低成本鉆井、快速鉆進(jìn)和緩解環(huán)保壓力的鉆井技術(shù)需求出發(fā)，優(yōu)選Φ114.3 mm 套管小井眼鉆完井方案，成為實(shí)現(xiàn)提速、降本、環(huán)保的最優(yōu)方法。其鉆井井深結(jié)構(gòu)一開采用φ241.3 mm（鉆頭）+φ193.7 mm（表套），二開采用φ165.1 mm（鉆頭）+φ114.3 mm（氣套）；其技術(shù)特點(diǎn)：（1）小井眼鉆井由于井眼尺寸165.1 mm，尺寸較小，可實(shí)現(xiàn)快速鉆進(jìn)；（2）后期改造可提高臨界攜液流量，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)目標(biāo)；（3）巖屑產(chǎn)生量少，巖屑處理量以及總體費(fèi)用低，實(shí)現(xiàn)安全環(huán)保。

2 蘇東區(qū)塊小井眼快速鉆進(jìn)難點(diǎn)及解決思路

2.1 蘇東區(qū)小井眼快速鉆進(jìn)技術(shù)難點(diǎn)

小井眼鉆井首次在蘇東區(qū)域施工，無施工經(jīng)驗(yàn)可以借鑒；同時(shí)由于井眼尺寸較小，常規(guī)井鉆井施工參數(shù)不適合小井眼鉆井。

小井眼鉆井技術(shù)難點(diǎn)[1]：（1）需要耐磨性更好的鉆頭；（2）需要精度更好的鉆具組合；（3）精確井眼軌跡控制技術(shù)；（4）性能好的鉆井液帶出巖屑。

蘇東地區(qū)地質(zhì)特點(diǎn)（鉆井方面）：（1）直羅組泥巖與砂巖互層，易縮徑卡鉆；（2）劉家溝組存在泥巖層，承壓低，容易井漏；（3）本溪組有煤層。

因此，可以得到蘇東區(qū)小井眼快速鉆進(jìn)技術(shù)難點(diǎn)：（1）井眼小、鉆速提升慢；（2）井壁不穩(wěn)定，電測(cè)易遇阻；（3）井眼軌跡精確控制難。

2.2 蘇東區(qū)小井眼快速鉆進(jìn)技術(shù)難點(diǎn)的解決思路

針對(duì)井眼小、井眼軌跡控制難、攜巖困難等問題，通過優(yōu)選高效鉆頭和井身剖面、鉆井液性能、水力參數(shù)等，解決小井眼鉆井難點(diǎn)，確?？焖巽@進(jìn)（見圖1）。

3 技術(shù)應(yīng)用對(duì)策

表1 小井眼鉆井與常規(guī)井鉆井井眼參數(shù)對(duì)比

圖1 蘇東區(qū)塊小井眼鉆井難點(diǎn)及解決思路圖

3.1 鉆頭、螺桿以及鉆具組合優(yōu)選

針對(duì)于小井眼鉆井鉆速提升慢的特點(diǎn)，采取對(duì)鉆頭、螺桿、鉆具組合的優(yōu)選，提升鉆速。

3.1.1 鉆頭的優(yōu)選 以地層可鉆性為標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)鉆頭的特點(diǎn)以及小井眼鉆井滑動(dòng)鉆進(jìn)段長的特點(diǎn)。一開選擇6 刀翼19 mm 復(fù)合片鉆頭，優(yōu)點(diǎn)是吃入地層深、攻擊性強(qiáng)，機(jī)械鉆速高；二開第一趟鉆選擇5 刀翼16 mm復(fù)合長保徑、雙排齒鋼體鉆頭，優(yōu)點(diǎn)是具有強(qiáng)導(dǎo)向性、滑動(dòng)穩(wěn)定性。二開第二趟鉆選擇4 刀翼16 mm 復(fù)合片短保徑、寬排屑槽、雙排齒鋼體鉆頭，優(yōu)點(diǎn)是可穩(wěn)定鉆進(jìn)[2，3]（見圖2～圖4）。

3.1.2 螺桿的優(yōu)選 以快速鉆進(jìn)以及井眼軌跡控制為指導(dǎo)，第一趟鉆優(yōu)選五級(jí)高轉(zhuǎn)速螺桿，特點(diǎn)轉(zhuǎn)速高、扭矩大，有利于上部軟地層快速鉆進(jìn)；第二趟鉆優(yōu)選較五級(jí)螺桿轉(zhuǎn)速低25 轉(zhuǎn)～35 轉(zhuǎn)，防止鉆遇夾層時(shí)，因井眼尺寸小，鉆頭瞬間制動(dòng)，造成鉆頭先期破壞；同時(shí)優(yōu)選使用1.4°螺桿，與1.25°螺桿相比，滑動(dòng)增斜率由22°/100m 提高到了32°/100m，提高軌跡調(diào)整能力（見表2）。

3.1.3 鉆具組合優(yōu)選

3.1.3.1 表層鉆進(jìn)鉆具組合 使用單彎雙穩(wěn)防斜鉆具，具體的鉆具組合：241 mmPDC+7LZ197×1.25°（Φ236 mmSTAB）+Φ238 mmSTAB+Φ165 mmMWD+Φ165 mmNMDC×1 根+Φ165 mmDC×8 根＋Φ127 mm HWDP×30 根+Φ127 mmDP；技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：（1）位移大于1 000 m 井，可以表層定向造斜；（2）實(shí)現(xiàn)軌跡精準(zhǔn)控制，防斜打直。

3.1.3.2 二開鉆具組合 二開全段使用四合一鉆具、Φ101.6 mm 雙臺(tái)肩鉆桿，具體的鉆具組合：

第一趟鉆（定向增斜組合）：165 mmPDC+7LZ135×1.4°（Φ161 mmSTAB）+Φ127 mmSDC×（1 m～4 m）+Φ159 mmSTAB+Φ127 mmMWD+Φ127 mmNMDC×1根+Φ127 mmDC×2 根＋Φ101.6 mmHWDP 30 根。

第二趟鉆（穩(wěn)斜組合）：165 mmPDC+7LZ135×1.4°（Φ159 mmSTAB）+Φ127 mmSDC×（0 m～2 m）+Φ161 mm STAB+Φ127 mmMWD+Φ127 mmNMDC×1 根+Φ127 mm DC×2 根＋Φ101.6 mmHWDP。

圖2 6 刀翼鉆頭

圖3 5 刀翼鉆頭

圖4 4 刀翼鉆頭

表2 優(yōu)選的螺桿參數(shù)

圖5 小井眼增斜度鉆具組合

技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：（1）定向增斜段全部選用3 m 短鉆鋌，后續(xù)根據(jù)各區(qū)塊施工經(jīng)驗(yàn)優(yōu)選短鉆鋌，短鉆鋌共1 m、2 m、3 m 三種長度；（2）采用1.4°螺桿，實(shí)現(xiàn)快速復(fù)合鉆進(jìn)，加快滑動(dòng)鉆進(jìn)速度（見圖5）。

3.2 鉆井液性能、水力參數(shù)的優(yōu)化

針對(duì)小井眼鉆頭易泥包、井壁塌漏風(fēng)險(xiǎn)高、電測(cè)遇阻等難題，通過優(yōu)化鉆井液體系和水力參數(shù)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定井壁，減少電測(cè)遇阻。

3.2.1 鉆井液體系優(yōu)化 針對(duì)井眼尺寸小，井壁縮徑或者垮塌、電測(cè)容易遇阻、鉆井液泥漿需要有良好巖屑懸浮性能的需求，提前轉(zhuǎn)化泥漿體系，在延長組底部轉(zhuǎn)化為聚合物體系，進(jìn)入劉家溝組后轉(zhuǎn)化為聚磺體系直到完鉆；同時(shí)選擇高分子封堵抑制劑，防止泥巖段坍塌，選擇高效潤滑藥劑，減低摩阻[4]。

鉆井液低固相體系：0.3 %PAM+0.3 %K-PAM+3 %KCl；

鉆井液聚合物體系：1 %ZDS+0.5 %NAT20+KCl（KCl 累計(jì)含量達(dá)5 %）；

鉆井液聚磺體系：0.1 %NaOH+0.1 %～0.2 %XCD+0.5 %PAC-LV+0.5 %NAT-20+1 %～2 %NFA-25+1 %～1.5 %RY838。

3.2.2 鉆井水力參數(shù)優(yōu)化 利用常規(guī)井壓耗模式、返速、巖屑滑落速度、環(huán)空凈化能力計(jì)算作為基礎(chǔ)，計(jì)算出不同排量下返速、環(huán)空壓耗，與實(shí)際壓耗對(duì)比優(yōu)選確定出最優(yōu)排量。

鉆桿內(nèi)壓耗：

鉆鋌內(nèi)壓耗：

鉆鋌外壓耗：

環(huán)空返速：

環(huán)空凈化能力：

巖屑滑落速度：

上述計(jì)算公式中：Lp-鉆桿的長度，m；Q-泵排量，m3/min；ρd-鉆井液密度，kg/m3；dh-井眼直徑，m；dp-鉆桿直徑，m；μpv-鉆井液的動(dòng)黏度；Lc-鉆鋌長度，m；dci-鉆鋌內(nèi)徑，m；dc-鉆鋌直徑，m；υa-鉆井液上返速度，m/s；ρrc-巖屑的密度，kg/m3；τyp-鉆井液的動(dòng)切力。

計(jì)算結(jié)果（見表3、表4）。根據(jù)表3 中計(jì)算數(shù)據(jù)，常規(guī)井215.9 mm 井眼用排量34 L/s，環(huán)空壓耗4.3 MPa，當(dāng)量密度為0.12 g/cm3，分析不同泵排量對(duì)應(yīng)的環(huán)空壓耗，小井眼165.1 mm 井眼優(yōu)選排量應(yīng)＜23 L/s。根據(jù)表4 中的計(jì)算數(shù)據(jù)，分析鉆井液環(huán)空返速對(duì)比，為滿足環(huán)空攜砂的要求，泵排量應(yīng)＞19 L/s（見表5）。

表3 常規(guī)井和小井眼井不同排量環(huán)空壓耗、當(dāng)量密度、環(huán)空返速計(jì)算表

表4 常規(guī)井和小井眼井不同排量的環(huán)空返速、巖屑下沉速度、環(huán)空凈化能力計(jì)算表

表5 小井眼鉆井水力參數(shù)優(yōu)化結(jié)果

3.3 井身剖面和軌跡控制優(yōu)化

針對(duì)小井眼鉆井施工時(shí)井眼軌跡控制難，通過井身剖面優(yōu)化和細(xì)化軌跡控制，實(shí)現(xiàn)精確控制井眼軌跡[5]。

3.3.1 井身剖面優(yōu)化 選擇：直-增-穩(wěn)-緩降兩趟鉆剖面。

（1）二開第一趟鉆：安定-劉家溝組鉆穿劉家溝組，進(jìn)入石千峰組。

（2）二開第二趟鉆：石千峰-馬家溝組復(fù)合微降斜完鉆。

3.3.2 軌跡控制優(yōu)化 大井斜控制在30°以內(nèi)，造斜段造斜率≤2.5°/30m；入靶井斜小于15°，微降井段降斜率≤1.5°/30m。大位移（1 400 m 以上）井，表層定向，最大井斜30°。

根據(jù)蘇東區(qū)塊地層軌跡漂移規(guī)律，精確的小井眼軌跡控制如下：

二開（第一趟鉆）：（1）直羅組至紙坊組：直羅、延安、延長中上部，井斜變化（-2°/100m～-4°/100m），方位變化（-2°/100m～-3°/100m），微調(diào)對(duì)靶井斜大2°～3°，方位超前3°～5°，復(fù)合過程及時(shí)預(yù)算，隨時(shí)微調(diào)控制；（2）紙坊組-劉家溝組:紙坊復(fù)合微降斜（-1.2°/100m～-2.2°/100m），和尚溝、劉家溝組復(fù)合微增斜（1.8°/100m～2.7°/100m）、復(fù)合鉆進(jìn)，微調(diào)控制最大井斜，防止井斜超標(biāo)。

二開（第二趟鉆）：劉家溝組-馬家溝組：對(duì)靶降斜率（-1°/100m～-3°/100m），復(fù)合微降斜穩(wěn)方位完鉆。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

2018 年共計(jì)施工小井眼41 口井，平均鉆井周期14.95 d，較常規(guī)井縮短1.12 d，建井周期縮短2.3 d，鉆井施工效率提升明顯。

4.1 鉆速提高

在累計(jì)施工41 口井中，前期摸索試驗(yàn)井10 口，使用優(yōu)化技術(shù)后施工小井眼井31 口。優(yōu)化后，平均鉆井周期13.6 d，機(jī)械鉆速從22.4 m/h 提升至28.8 m/h（見圖6）；蘇東X 井鉆井周期6.83 d；蘇東X 定向井，最大水平位移1 774 m，創(chuàng)小井眼施工記錄。

圖6 蘇東區(qū)塊小井眼鉆井技術(shù)優(yōu)化前與優(yōu)化后的鉆速對(duì)比

4.2 降本增效

2018 年實(shí)施41 口小井眼井，與常規(guī)井相比小井眼鉆井鉆井液消耗減小35 %，固井水泥漿用量減少32%，巖屑產(chǎn)出量減少15%。平均鉆井單井結(jié)算費(fèi)用減少約19.56 萬元，可節(jié)約投資801.96 萬元（見表6）。

5 結(jié)論

（1）小井眼鉆井能有效的提高機(jī)械鉆速，實(shí)現(xiàn)鉆井快速鉆進(jìn)，降本增效的目標(biāo)。

（2）通過優(yōu)選鉆頭、螺桿和鉆具組合，配合井眼軌跡控制技術(shù)，在蘇東地區(qū)，可有效的突破小井眼鉆井井眼軌跡控制難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)軌跡精細(xì)化控制。

（3）“分級(jí)鉆頭+高彎度螺桿+四合一鉆具組合+精細(xì)軌跡控制+聚磺鉆井液體系”的小井眼鉆井技術(shù)體系可實(shí)現(xiàn)蘇東區(qū)塊小井眼快速鉆進(jìn)。

表6 小井眼節(jié)省費(fèi)用計(jì)算表（小井眼平均井深3 351 m）