多靶點(diǎn)水平井鉆井技術(shù)研究與應(yīng)用

牛守民

（大慶鉆探工程公司鉆井二公司，黑龍江大慶163413）

水平井能夠有效提升薄差油層、邊際油層的產(chǎn)能,因此，目前國(guó)內(nèi)外各大油田水平井施工任務(wù)相對(duì)飽滿。為了提高開采效益薄差儲(chǔ)層、邊際油層水平井的施工目的層一般均在兩個(gè)以上，多者甚至在5個(gè)以上，井眼軌跡成多階梯形分布，提高了現(xiàn)場(chǎng)施工的難度，因此，開展多靶點(diǎn)水平井鉆井施工技術(shù)研究，對(duì)此類型井的施工有重要指導(dǎo)意義。

1 多靶點(diǎn)水平井施工難點(diǎn)

（1）淺部地層成巖性差，膠結(jié)疏松，鉆井過程中注意防塌、防漏。

（2）N 二段發(fā)育大段泥巖，易吸水剝落造漿性強(qiáng)，鉆井中預(yù)防井塌、鉆具泥包及卡鉆。

（3）井眼軌跡中靶難度大。主要是由于位移大，靶區(qū)半徑小，要求井眼實(shí)鉆軌跡和設(shè)計(jì)軌跡必高度吻合，加大了中靶難度；另一面，井眼軌跡階梯式分布，井眼軌跡控制很大。

（4）鉆井時(shí)效受到嚴(yán)重制約。常規(guī)水平井的井眼軌跡控制方法難滿足多靶點(diǎn)水平井對(duì)軌跡控制的要求，易出現(xiàn)機(jī)械鉆速低、復(fù)雜風(fēng)險(xiǎn)大等問題，造成鉆井周期增長(zhǎng)，導(dǎo)致鉆井成本升高。

（5）井下安全風(fēng)險(xiǎn)大。一是由于多靶點(diǎn)水平井自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，巖屑在自重作用下極易在井眼的下井壁堆積形成“砂床”不易被鉆井液帶出,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成“砂床”卡鉆;二是由于位移大、階梯井眼的特點(diǎn)，大段的鉆具與下井壁接觸,極易發(fā)生壓差卡鉆,因此,該類型井對(duì)鉆井液的攜砂能力和潤(rùn)滑性要求較高。

2 多靶點(diǎn)水平井工程優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了高效施工多靶點(diǎn)水平井，對(duì)原有的水平井施工技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，通過鉆具組合、軌跡控制、防碰方案等方面的優(yōu)化，降低了多靶點(diǎn)水平井施工的阻力、施工風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到了高效施工多靶點(diǎn)水平井的目的。

2.1 鉆具組合設(shè)計(jì)優(yōu)化

鉆具組合結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)控制軌跡的工具，因此，如何優(yōu)選鉆具組合是實(shí)現(xiàn)軌跡控制優(yōu)化的重要一部分。通過優(yōu)化鉆具組合結(jié)構(gòu)，優(yōu)選和調(diào)整鉆進(jìn)施工的參數(shù)，使實(shí)鉆井眼軌跡按設(shè)計(jì)的軌跡前行，最終鉆達(dá)開發(fā)層位，實(shí)現(xiàn)中靶。但是在中靶施工過程中，為保證施工順利，需要平滑的井眼軌跡保證。

根據(jù)鉆具組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目的或作用效果的不同，可分為以下三類：即增斜、降斜和穩(wěn)斜。為實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)過程中的高效時(shí)效，對(duì)直井段、造斜段、水平段施工的鉆具組合進(jìn)行了優(yōu)化：

（1）直井段鉆具組合。

①鉆具組合結(jié)構(gòu)：?220.5mm鉆頭+?177.8mm鉆鋌+?211.5mm穩(wěn)定器+?177.8mm鉆鋌+?211.5mm穩(wěn)定器+?165.5mm 鉆鋌+?127.0mm 加重鉆桿+?127.0mm鉆桿。

②鉆井施工參數(shù)：轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)180～220r/min，鉆壓30～50kN，排量38～40L/s，鉆井液密度1.25～1.30g/cm3，粘度45～60s。

該套鉆具組合和施工參數(shù)，能夠在保證鉆井施工時(shí)效的前提下，防止井斜偏移，為造斜段、水平段順利施工打下良好基礎(chǔ)。

（2）造斜段（穩(wěn)斜段）鉆具組合。

①鉆具組合結(jié)構(gòu)：?220.5mm 鉆頭+?172.0mm單螺扶螺桿（1.25°）+?167.0mmLWD+?167.5mm 無磁鉆鋌+?167.5mm 鉆鋌+?127.0mm 斜坡鉆桿+?127.0mm加重鉆桿+?127.0mm鉆桿。

②鉆井施工參數(shù)：轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)40～70r/min，鉆壓30～50kN，排量34～38L/s，鉆井液密度1.25～1.30g/cm3，粘度50～60s。

該套鉆具組合結(jié)構(gòu)，使用了單螺扶螺桿，能夠有效保證造斜井段造斜率、工具面穩(wěn)定，最大限度地降低滑動(dòng)鉆進(jìn)的段長(zhǎng)，增加復(fù)合鉆進(jìn)的時(shí)間，保證井眼軌跡更加平滑。大排量、低鉆壓的鉆井參數(shù)，既可以防斜，又可以保證鉆井時(shí)效。

（3）水平段鉆具組合。

①鉆具組合結(jié)構(gòu)：?215mm 鉆頭+鉆具浮閥+旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具+?127.0mm 無磁加重鉆桿+?127.0mm斜坡鉆桿+?127.0mm加重鉆桿+?127.0mm鉆桿。

② 鉆井施工參數(shù)：轉(zhuǎn)數(shù)30～60r/min，鉆壓30～50kN，排量34～38L/s，鉆井液密度1.55～1.65g/cm3，粘度50～70s。

該套鉆具組合具有穩(wěn)斜效果好、工具面穩(wěn)定、降阻減摩效果好等特點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具避免了滑動(dòng)鉆進(jìn)，大大降低了鉆進(jìn)阻力，可以大幅度提高鉆速；鉆井施工參數(shù)能夠有效保證水平井段井眼的凈化能力。

優(yōu)化后的鉆具組合使用效果對(duì)比情況如表1所示。

表1 N區(qū)塊優(yōu)化前后鉆具組合使用效果對(duì)比情況表

由表1 可以看出，與常規(guī)鉆具組合相比較，優(yōu)化后的降摩減阻鉆具組合在同區(qū)塊的多靶點(diǎn)水平井施工中，井深相同的情況下，鉆井時(shí)效明顯提升。

2.2 鉆井軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)

目前多靶點(diǎn)水平井定向多采用直—增—增—穩(wěn)剖面設(shè)計(jì)，鉆具組合較為復(fù)雜，不適合目前的水平井施工。通過優(yōu)選采用直—增—穩(wěn)三段制這種更為簡(jiǎn)單的剖面類型，優(yōu)化鉆具結(jié)構(gòu)，達(dá)到直段快打、斜段快增、平段穩(wěn)斜的目的。優(yōu)化后的設(shè)計(jì)，可以增加復(fù)合鉆進(jìn)的井段長(zhǎng)度，保證井斜、方位角變化平穩(wěn)。

表2 多靶點(diǎn)井不同設(shè)計(jì)剖面不同井深鉆柱鉆具分析計(jì)算結(jié)果

由表2可以看出，剖面1采用直—增—增—穩(wěn)剖面設(shè)計(jì)，用1.5°螺桿造斜，然后采用增斜鉆具組合進(jìn)行增斜,達(dá)到著陸井斜角,換水平段鉆具直到各個(gè)靶點(diǎn)目的層。剖面2采用直—增—穩(wěn)三段制設(shè)計(jì)，采用1.25°螺桿造斜達(dá)到著陸井斜角，然后旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆進(jìn)，直至各個(gè)靶點(diǎn)目的層。通過對(duì)兩種剖面進(jìn)行鉆具力學(xué)分析計(jì)算的結(jié)果可知，在剖面2中的鉆具在上提、下放、定向鉆井、旋轉(zhuǎn)鉆井的情況下，受到的摩阻力略小于剖面1中鉆具所受到的摩阻力。因此，在多靶點(diǎn)水平井施工中采用直—增—穩(wěn)三段制能夠保證施工更為安全、快速、可靠。

2.3 鉆具力學(xué)分析

目前定向鉆井技術(shù)發(fā)展過程中,越來越重視鉆具力學(xué)分析,在鉆進(jìn)過程中,鉆柱與井壁、鉆柱與套管的接觸而產(chǎn)生的摩擦阻力和扭矩對(duì)正常鉆進(jìn)起到阻礙。鉆具力學(xué)分析可以幫助我們對(duì)井眼軌跡、鉆具組合進(jìn)行分析，從而得出較為優(yōu)化設(shè)計(jì)。

井眼軌跡對(duì)鉆進(jìn)的扭矩和摩擦阻力有著重要的影響。如果實(shí)際鉆進(jìn)井眼軌跡偏離了按照最優(yōu)化軌道設(shè)計(jì)所要求的目標(biāo)值，那么直接影響到鉆柱與井壁的接觸狀態(tài)和摩擦阻力的增大。

常規(guī)鉆具組合中全尺寸穩(wěn)定器多、鉆鋌多，使鉆井與井壁的接觸面積大，正壓力大，故而扭矩和摩阻力也增大。斜井段為數(shù)過多的鉆鋌和剛度小鉆具組合會(huì)加劇這種影響，因此，合理的鉆柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及減阻措施提高鉆進(jìn)效率和改善受力狀態(tài)的必然。

多靶點(diǎn)水平井穩(wěn)斜段占很長(zhǎng)一段，鉆具在進(jìn)入穩(wěn)斜段后受到摩阻力增大，優(yōu)化前后穩(wěn)斜段鉆具組合結(jié)構(gòu)受摩阻力分析，優(yōu)化的摩阻力大大降低，有力地保證井下安全。

3 井眼凈化及防卡技術(shù)研究

3.1 鉆井液體系優(yōu)選

多靶點(diǎn)水平井具有水平位移大、水平段階梯式井眼等特點(diǎn)。因此，在該類型水平井施工中對(duì)鉆井液的井眼凈化力、井壁穩(wěn)定性、潤(rùn)滑防卡等方面提出了更高的要求。為了保證多靶點(diǎn)水平井的順利施工，現(xiàn)場(chǎng)采用了抑制能力更強(qiáng)、性能更穩(wěn)定、攜巖性更強(qiáng)、潤(rùn)滑性和防塌效果更好的高性能水基鉆井液。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)防卡技術(shù)措施

（1）嚴(yán)格執(zhí)行“兩短一長(zhǎng)”短起下鉆技術(shù)措施，有效破壞巖屑床。在施工規(guī)定，井斜小于30°時(shí)每鉆進(jìn)300m、大于30°每鉆進(jìn)150m要短起下鉆1次，短起下井段要超過起鉆前所鉆井段長(zhǎng)。

（2）多靶點(diǎn)水平井施工中，由于井身結(jié)構(gòu)自身特點(diǎn)的原因，鉆具與下井壁接觸面積大，極易發(fā)生壓差卡鉆，因此，該類井的鉆井液既要具備強(qiáng)的攜砂能力，又要具有很好的潤(rùn)滑性?，F(xiàn)場(chǎng)施工過程中，鉆井液中要加入足夠的潤(rùn)滑材料。

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)鉆應(yīng)用情況

2019年多靶點(diǎn)水平井鉆井技術(shù)在D油田3個(gè)不同區(qū)塊，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用10口井，其主要鉆井指標(biāo)見表3。

表3 2019年與2018年多靶點(diǎn)水平井鉆井速度對(duì)比情況

由表3 可知，2019 年鉆井速度比2018 年平均提高40.3%。

5 結(jié)論

（1）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具組合在多靶點(diǎn)水平井水平段穩(wěn)斜鉆進(jìn)過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)全過程旋轉(zhuǎn)復(fù)合鉆進(jìn)，井眼軌跡更加平滑，鉆具結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)化，井下安全得到有效保證。

（2）多靶點(diǎn)水平井鉆井技術(shù)能夠有效提升該類型水平井的鉆井時(shí)效。

（3）多靶點(diǎn)水平井鉆井技術(shù)為以后高效施工多靶點(diǎn)水平井提供了技術(shù)保障。