大位移井NP13-1346鉆井技術(shù)

李 杉

（渤海鉆探定向井技術(shù)服務(wù)公司，天津300280）

冀東油田3號人工島位于唐山市南堡海域、曹妃甸島西北側(cè)，水深5m 左右。全島吹沙造地面積200 畝，呈橢圓形展布，島體于2008 年11 月建成，設(shè)計(jì)油水井共235口，現(xiàn)已進(jìn)入開發(fā)的后期，島上井網(wǎng)密布，井型復(fù)雜多樣。NP13-1346井就是部署在3號人工島上的一口大位移雙靶定向井，其井身軌跡的特點(diǎn)是井斜大、水平位移大、方位允許偏差小、靶圈半徑小。下面以此井為例，來依次分析井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、井眼清潔和井壁穩(wěn)定技術(shù)、降摩阻和扭矩、井眼軌跡控制等關(guān)鍵技術(shù)。

1 設(shè)計(jì)概況

1.1 地質(zhì)設(shè)計(jì)

本井位于河北省唐山市南堡開發(fā)區(qū)南堡鄉(xiāng)偏西約11.0km，冀東3 號人工島上，構(gòu)造位置為南堡油田1 號構(gòu)造南堡1-5 區(qū)南堡105X5 北斷塊構(gòu)造較高部位，目的是為了滾動開發(fā)南堡1-5 區(qū)南堡105X5 北斷塊NgⅣ、Ed1油藏。

1.2 工程設(shè)計(jì)

在充分的考慮了地質(zhì)條件和目標(biāo)點(diǎn)的要求、地層特性、井身結(jié)構(gòu)、造斜率、防碰關(guān)系等因素后，確定了NP13-1346井的剖面設(shè)計(jì),見表1。

表1 NP13-1346井設(shè)計(jì)剖面

2 施工難點(diǎn)分析

（1）本井造斜點(diǎn)淺，井眼尺寸大，定向鉆進(jìn)時不容易起井斜，同時本井防碰井較多，共計(jì)達(dá)17口，最近距離僅為3.87m，鄰井套管對測斜儀器干擾嚴(yán)重，防碰形勢嚴(yán)峻。

（2）本井設(shè)計(jì)井深為4252m,位移為2922.5m，井深位移都較大，造成了鉆機(jī)高負(fù)荷運(yùn)行，同時鉆桿也易產(chǎn)生疲勞破壞。溫高較高,對MWD 的穩(wěn)定性,鉆井液的維護(hù)及馬達(dá)壽命都有不同程度的影響。

（3）本井設(shè)計(jì)最大井斜為58.6°，屬于大斜度井,不利于鉆井液攜砂,且?guī)r屑易被壓磨破碎,使鉆井液有害固相增加,不利于鉆井液性能的維護(hù)。

（4）三開后降斜點(diǎn)和扭方位點(diǎn)井深較深，且位于玄武巖底部，可鉆性較低，玄武巖本身對MWD還具有一定的磁干擾，對施工中扭方位的判斷有一定的影響。

（5）該井是一口大位移雙目標(biāo)定向井，井身軌跡設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，造成了井身軌跡不規(guī)則，大大地增加井眼軌跡控制的難度，同時裸眼段長，摩阻、扭矩大，增加了發(fā)生卡鉆和井下復(fù)雜情況的概率。

3 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

目前國內(nèi)外大位移定向井井身剖面設(shè)計(jì)需考慮的因素有；地質(zhì)要求、地層巖性、造斜工具、井身結(jié)構(gòu)等，綜合考慮以上各種因素優(yōu)化的井眼軌跡會明顯改善井下摩阻和扭矩狀況，以及有助于增大水平位移的延伸；就降低摩阻和扭矩而言，大位移井一般采用懸鏈?zhǔn)骄?，即造斜率隨著井深的增加而逐漸增大的，但懸鏈?zhǔn)骄廴秉c(diǎn)是井眼軌跡較長，增加實(shí)際施工工作量，延長鉆井周期；優(yōu)點(diǎn)是鉆具與井壁間的接觸力為零，能有效地降低扭矩和摩阻[1-2]。而本井采用了優(yōu)化后的雙增懸鏈剖面，該井身剖面具有傳遞鉆壓容易、復(fù)合鉆進(jìn)扭矩小、附加拉力小等優(yōu)點(diǎn)、有利于大位段的延伸及安全、快速鉆井。

4 井眼清潔和井壁穩(wěn)定

有效的井眼清潔和井壁穩(wěn)定是大位移井安全快速鉆井的重要因素。我們知道通常井斜35°～65°的井段被認(rèn)為是鉆井液攜砂能力差，易形成巖屑床的井段。巖屑易在大斜度井段的大量沉積，造成扭矩增大，增加卡鉆風(fēng)險?？梢哉f避免和破壞巖屑床的形成及井壁穩(wěn)定是井眼清潔的核心，為此，本井采用了以下措施:

（1）調(diào)整鉆井液流變參數(shù)的同時提高鉆井液的攜砂能力。本井采用了聚合物鉆井液體系，及時添加攜砂材料，調(diào)整鉆井液的流變參數(shù)，保持體系較低的摩阻系數(shù)，鉆進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)摩阻系數(shù)升高或活動鉆具拉力異常時，適當(dāng)增加潤滑劑用量。當(dāng)井斜達(dá)到40°以上時，為有效清潔井眼，提高了鉆井液的觸變性，改變鉆井液攜砂能力。明下泥巖發(fā)育段，為保持井壁穩(wěn)定，鉆井液中及時補(bǔ)充足量降濾失劑、抑制劑等相關(guān)處理劑，確保泥巖井段鉆井液具有強(qiáng)抑制、低濾失，并可形成較好的泥餅。鉆遇厚層玄武巖和玄武質(zhì)泥巖段，在進(jìn)入相應(yīng)地層前100m 左右，按要求足量補(bǔ)充抑制防塌劑、封堵劑等處理劑，提高鉆井液封堵性和抑制性，嚴(yán)格控制高溫高壓濾失量，并根據(jù)實(shí)際地層壓力逐漸提高鉆井液密度。

（2）適當(dāng)提高排量。排量是凈化井眼的一個關(guān)鍵因素。因?yàn)榇笮倍染毋@井液攜砂能力差，所以盡量提高大位移井的排量，使之大于設(shè)計(jì)臨界排量，改善井眼清洗效率。本井311.1mm 井眼穩(wěn)斜段一直使用65L/s 的大排量鉆進(jìn)，鉆井液返速高達(dá)3.1m/s，既加快了鉆速，又提高了攜砂效果。

（3）適當(dāng)增加劃眼和短起下次數(shù)?；瑒鱼@進(jìn)時，每鉆進(jìn)一單根應(yīng)大幅活動鉆具一次，清除井壁上的巖屑，防止粘卡。上部地層要注意控制好鉆速，搞好短起下，達(dá)到最大井斜角后，每鉆進(jìn)一根立柱要充分循環(huán)清洗井眼。每鉆進(jìn)200～250m，或純鉆時間超過24h短起下鉆一次[3]。二開后堅(jiān)持打完立柱劃眼和定時短起下，有效地防止了巖床的形成和沉砂現(xiàn)象。

5 降摩阻和扭矩

摩阻與扭矩是制約大位移定向井技術(shù)發(fā)展的最主要的障礙。摩阻與扭矩主要是由于鉆柱與井壁的摩擦而產(chǎn)生的,本井在這方面采取了以下措施：

（1）本井選取在較淺的井深處造斜，同時本井設(shè)計(jì)的狗腿度也較小，有利于井眼的軌跡的平滑，進(jìn)一步降低了鉆具與井壁之間的摩阻和扭矩，本井的順利施工都證明了這種雙增懸鏈?zhǔn)狡拭鎸τ诮档湍ψ韬团ぞ厥欠浅Ｓ幸娴摹?/p>

（2）在定向段和扭方位井段,加入適量的潤滑劑和鉆井液處理劑，來提高鉆井液潤滑性能,降低鉆井摩阻。同時也使用了固體潤滑劑如石墨、塑料小球等處理劑，從實(shí)際使用效果來看，效果還是很明顯的。

（3）固控設(shè)備的使用，合理的使用各種固控設(shè)備，有效地降低了鉆井液中有害的固相顆粒的含量。本井使用的是兩臺無級電動泵，做到了大排量洗井，有效地凈化了井眼，破壞了巖屑床的形成，可以降低鉆柱和井壁之間的摩擦系數(shù)，從而大幅度地降低扭距和摩阻。

（4）在定向鉆具組合中用無磁抗壓縮鉆桿替代常規(guī)的無磁鉆鋌，可減小鉆具與井壁之間的摩阻。同時使用隨鉆震擊器，減小滑動鉆進(jìn)時鉆具與井壁的摩擦阻力[4]。

6 鉆具組合選擇和軌跡控制

鉆具組合的選擇和井眼軌跡控制是大位移井的重要技術(shù)。本井鉆具選擇合理,三開后使用了倒裝鉆具組合，以減少鉆具和井壁的接觸面積。此外全井采用了導(dǎo)向馬達(dá)＋MWD 來控制井眼軌跡。它的優(yōu)點(diǎn)是隨時監(jiān)測井眼軌跡,隨時調(diào)整井眼軌跡,測斜準(zhǔn)確不誤鉆井時間等,是鉆大位移井比較有利的設(shè)備。

（1）一開直井段及造斜井段（0～503m）詳細(xì)鉆具組合如下：444.5mm 牙輪鉆頭+244mm 馬達(dá)（1.5°）+203mm浮閥+203mm無磁鉆鋌×1根+203mmMWD短節(jié)+203mm無磁鉆鋌×1根+139.7mm加重鉆桿×15根+127mm 鉆桿。

由于一開井段有小繞障及淺層定向，因此未使用欠尺寸穩(wěn)定器。同時考慮防碰要求，因此直井段必須垂直，不能產(chǎn)生大的側(cè)位移，因此安裝的時候要求井口必須垂直，同時鉆進(jìn)時通過嚴(yán)格控制鉆壓及時投測單點(diǎn)測斜，保證了直井段垂直鉆進(jìn)，井斜始終控制在2°以內(nèi)，并且順利通過了一開井段的所有防碰井。

（2）二開造斜井段及穩(wěn)斜井段（503～1302m）詳細(xì)鉆具組合如下：311.1mm 鉆頭+244mm 馬達(dá)（1.5°）+280mm 欠尺寸穩(wěn)定器+203mm 浮閥+ 203mm 無磁鉆鋌×1根+203mmMWD短節(jié)+165mm無磁抗壓縮鉆桿×1 根+139.7mm 加 重 鉆 桿×14 根+165mm 震 擊 器+139.7mm加重鉆桿×3根+127mm 鉆桿。

本井段比較關(guān)鍵，在造斜工具的選用方面采用1.5°角度的導(dǎo)向馬達(dá)，由于井眼較大、起斜難的特點(diǎn)，采取連續(xù)滑動鉆進(jìn)和導(dǎo)向鉆進(jìn)結(jié)合，既保證了造斜率的同時又可以避免狗腿度較大的問題。施工過程中做到了準(zhǔn)確預(yù)測井底井斜，及時調(diào)整井眼軌跡，使實(shí)鉆軌跡始終緊貼設(shè)計(jì)軌跡。此外井眼較大，鉆進(jìn)速度較快，井底沉砂較多，每鉆進(jìn)完一個立柱后，采取大排量和高轉(zhuǎn)速反復(fù)劃眼，直到振動篩處無明顯沉砂為止，既清潔了井壁又保證了井底無沉砂堆積。最大限度地保證了井下安全。

本井設(shè)計(jì)最大井斜為58.6°，參考了本地區(qū)其他井的施工記錄和地層漂移規(guī)律，311.1mm 井眼穩(wěn)斜段井斜微降，方位小漂，因此本井定向結(jié)束后井斜為61.23°，比設(shè)計(jì)的高2.63°，為后面井段的降斜留了余量。本井設(shè)計(jì)造斜為2.3°/30m,實(shí)際平均造斜率2.1°/30m，避免了過高的造斜率造成較大的摩阻和扭矩，保證了井眼軌跡的平滑。

（3）二開穩(wěn)斜井段（1302～2503m）：311.1mm 鉆頭+244mm馬達(dá)（1.5°）+280mm欠尺寸穩(wěn)定器+203mm浮 閥+ 203mm 無 磁 鉆 鋌×1 根+203mmMWD 短 節(jié)+165mm 無磁抗壓縮鉆桿×1 根+139.7mm 加重鉆桿×14根+165mm 震擊器+139.7mm 加重鉆桿×3 根+127mm鉆桿。

本井段鉆壓不超過40kN 時，井斜微降，通過調(diào)整鉆壓40～60kN,井斜微增，通過調(diào)整鉆井參數(shù)即可控制井眼軌跡，避免了滑動鉆進(jìn)來調(diào)整軌跡，極大地提高了鉆進(jìn)速度。進(jìn)入明化地層后，井斜小漂嚴(yán)重，通過鉆壓已經(jīng)控制不了了，因?yàn)橹霸煨倍我呀?jīng)留出井斜的余量，因此本井段也沒有頻繁的進(jìn)行滑動鉆進(jìn)調(diào)整。實(shí)踐證明，參考鄰井施工經(jīng)驗(yàn)和考慮地層漂移規(guī)律不僅可以提高轉(zhuǎn)動鉆進(jìn)方式的比例，還可以盡量減少井眼軌跡的調(diào)整的頻率，從而提高機(jī)械鉆速。因此開鉆之前，除了要熟讀設(shè)計(jì)外，盡可能的搜集一些本地區(qū)其他井的鉆井資料，如地層分析、有無特殊巖性、造斜率大小等，了解這些資料后，應(yīng)用到待鉆井施工井中，可以大大減少不必要的工作量，加快鉆進(jìn)速度。

（4）三開穩(wěn)斜及扭方位井段（2503～3707m）：215.9mm 鉆頭+172mm 馬達(dá)（1.5°）+210mm 欠尺寸穩(wěn)定 器+165mm 浮 閥+ 172mm 無 磁 鉆 鋌×1 根+172mmMWD 短 節(jié)+165mm 無 磁 抗 壓 縮 鉆 桿×1 根+127mm 鉆桿×14 根+165mm 震擊器+139.7mm 加重鉆桿×3根+127mm 鉆桿。

三開后，通過地質(zhì)分析了解到下部地層可鉆性較好，定向鉆具下到底后，轉(zhuǎn)動鉆進(jìn)（鉆壓40kN，轉(zhuǎn)速：45r/min），測斜數(shù)據(jù)顯示，井斜微降，方位小漂，故調(diào)整鉆井參數(shù)，鉆壓控制在40～60kN，排量為30L/s。通過改變鉆壓參數(shù)后，井斜仍然微降，方位依舊小漂。故工具面放在右45°進(jìn)行滑動鉆進(jìn)6m 進(jìn)行調(diào)整，測斜之后發(fā)現(xiàn)幾乎沒有效果，因?yàn)榫蔽⒔祵壽E的影響不大，于是滑動鉆進(jìn)5m 全力增方位，效果仍舊不理想，方位勉強(qiáng)維持不小漂。后續(xù)井段通過偶爾的滑動鉆進(jìn)來調(diào)整井斜和方位，因?yàn)榈貙拥目摄@性較好，定向的效果還不錯。針對三開扭方位作業(yè)，由于是在玄武巖地層中扭方位，結(jié)合鄰井的施工記錄和地層的自然漂移規(guī)律，決定將扭方位的始點(diǎn)后置30m，終點(diǎn)向前調(diào)整，提前30～50m結(jié)束扭方位作業(yè),避開可鉆性較差的玄武巖底部。從測斜數(shù)據(jù)來看，GT 和BT 都有不同程度的超標(biāo)，說明玄武巖地層對測斜參數(shù)還是有影響的，此后測斜時密切注意方位的變化，及時調(diào)整工具面和滑動鉆進(jìn)進(jìn)尺，從而保證了整個玄武巖井段內(nèi)的井眼軌跡仍然壓線。

（5）三開扭方位井段及穩(wěn)斜段（3707～4252m）：215.9mm 鉆頭+172mm 馬達(dá)（1.5°）+210mm 欠尺寸穩(wěn)定 器+165mm 浮 閥+ 172mm 無 磁 鉆 鋌×1 根+172mmMWD 短節(jié)+165mm 無磁抗壓縮鉆桿×1 根+127mm 鉆桿×14 根+165mm 震擊器+139.7mm 加重鉆桿×3根+127mm 鉆桿。

由于馬達(dá)到了規(guī)定使用時間，于是原鉆具換了新馬達(dá)后繼續(xù)使用，當(dāng)下鉆剩余8柱時，下鉆出現(xiàn)了遇阻的情況，考慮到本井并沒有大狗腿井段，而最大井斜達(dá)到了61.23°，判斷應(yīng)該是井底沉砂所致，于是采取大排量洗井，間斷循環(huán)劃眼下鉆，最后順利下鉆到底。大量的沉砂說明在井眼清潔這方面做得還不夠好，仍需加強(qiáng)。扭方位后期出現(xiàn)了托壓的現(xiàn)象：當(dāng)鉆壓加大時，出現(xiàn)頻繁瞬間釋放的現(xiàn)象，同時泵壓上升，井下鉆具產(chǎn)生較大的反扭矩，工具面變化嚴(yán)重，這極大影響了造斜率和滑動鉆進(jìn)的速度，通過對井內(nèi)注入一定量的潤滑劑后，托壓現(xiàn)象有所緩解，基本施工趨于正常。當(dāng)井深為3843m時，已中本井的第一個靶點(diǎn)A，靶心距為5.96m，當(dāng)井深為3941m時，中本井的第二個靶點(diǎn)B，靶心距為3.79m。全井身質(zhì)量完全合格，最終順利完井。設(shè)計(jì)軌跡與實(shí)鉆軌跡參數(shù)對比見圖1。

圖1 設(shè)計(jì)軌跡與實(shí)鉆軌跡參數(shù)對比圖

7 認(rèn)識與體會

（1）加大排量、適當(dāng)加強(qiáng)劃眼和短起下作業(yè)、保持固控設(shè)備完好有效，及時有效地清除有害固相含量、根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整泥漿性能及參數(shù)，都可以保持井眼清潔和井壁的穩(wěn)定。

（2）優(yōu)化剖面設(shè)計(jì)、合理地選擇和優(yōu)化鉆具組合、良好的泥漿性能、準(zhǔn)確地控制井眼軌跡、減少滑動鉆進(jìn)的比例、可以有效地降低摩阻和扭矩。

（3）施工前要分析待鉆井的地質(zhì)資料,了解地層傾角和傾向，分析同區(qū)塊鄰井的資料,分析已鉆井的造斜規(guī)律和方位漂移規(guī)律，最后結(jié)合待鉆井的設(shè)計(jì)情況，確定合適的造斜率和方位變化率。

（4）堅(jiān)持短起下和劃眼技術(shù)措施，能夠有效地破壞巖屑床的形成、同時可以修復(fù)井壁，降低摩阻，保證井眼順滑暢通。

（5）全井使用柔性鉆具組合，用非磁抗壓縮鉆桿替代非磁鉆鋌，用加重鉆桿替代鉆鋌，用斜坡鉆桿替代普通鉆桿，在大斜度井段采用了倒裝鉆具組合，使鉆具與井壁的接觸面積減少，避免了大斜度井段易出現(xiàn)的粘附及鍵槽卡鉆的井下事故。