致密油水平井優(yōu)快鉆完井技術(shù)分析

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摘要：當(dāng)前，國(guó)內(nèi)油氣資源地質(zhì)條件趨于劣質(zhì)化，非常規(guī)油氣藏動(dòng)用開(kāi)發(fā)步伐加快，各大油區(qū)水平井布井?dāng)?shù)量逐年增加。基于以往施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在水平井井身結(jié)構(gòu)調(diào)整、鉆頭選型、提速工具、鉆井參數(shù)優(yōu)選等方面開(kāi)展了試驗(yàn)研究，取得了規(guī)律性認(rèn)識(shí)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工起到了重要的指導(dǎo)作用，同時(shí)也指出了松遼致密油水平井施工中存在的問(wèn)題，對(duì)于進(jìn)一步完善水平井施工保障措施，指明了方向。

關(guān)鍵詞：水平井；優(yōu)化；鉆頭；技術(shù)

水平井是指井眼軌跡達(dá)到水平(井斜角達(dá)到90°左右)以后，在油層中延伸一定長(zhǎng)度的井，延伸的長(zhǎng)度一般大于油層厚度的6倍[1]。為了增大油層的裸露面積和泄油面積，國(guó)內(nèi)外普遍應(yīng)用水平井開(kāi)發(fā)頁(yè)巖油、致密油、致密氣等油藏，且水平井水平段往往超過(guò)2000m，三維、大偏移距，不利于安全施工。近幾年，吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的研究成果，立足現(xiàn)有的施工條件和技術(shù)現(xiàn)狀，加強(qiáng)生產(chǎn)組織，強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，提煉最優(yōu)化要素，形成了比較完善的提速模板（見(jiàn)圖1），指導(dǎo)優(yōu)快施工。

1井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)

目前,松遼致密油水平井多為大偏移距、長(zhǎng)水平段，施工后期鉆進(jìn)困難，經(jīng)常被迫提前完鉆。經(jīng)過(guò)研究，采取調(diào)整技套下深（見(jiàn)圖2），封固注水層和復(fù)雜地層，減少裸眼段長(zhǎng)度，明確了井身結(jié)構(gòu)適用條件（見(jiàn)表1）。

2鉆頭優(yōu)選技術(shù)

針對(duì)紫紅色泥巖鉆速低的問(wèn)題，組織優(yōu)選玫瑰齒鉆頭。該鉆頭齒（見(jiàn)圖3）邊緣鋒利，容易吃入塑性泥巖，阻止塑性巖屑附著在切削齒表面。但玫瑰齒攻擊力過(guò)強(qiáng)，抗沖擊力較弱，鉆遇到夾層時(shí)易出現(xiàn)崩齒（見(jiàn)圖4）。后優(yōu)選出尖圓齒鉆頭，起出后鉆頭新度較高。

3鉆具組合優(yōu)選技術(shù)

鉆具組合性能影響著井眼軌跡走向，結(jié)合地層特性，分段優(yōu)選鉆具組合，著力實(shí)現(xiàn)一開(kāi)、二開(kāi)、三開(kāi)“1+1+2”四趟鉆。

3.1一開(kāi)

淺部地層成巖性差，膠結(jié)疏松，發(fā)育泥巖、砂礫巖，易塌，部分地層傾角較大。選用常規(guī)塔式鉆具組合或鐘擺鉆具組合，鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓小于40kN，轉(zhuǎn)速40~80r/min，排量45~70L/s。

3.2二開(kāi)

大段泥巖造漿性強(qiáng)，易斜，易縮徑、井塌、鉆具泥包。（1）偏移距300m以?xún)?nèi)的，應(yīng)用MWD鉆具組合：311.2mm鉆頭+216mm螺桿+306mm螺扶+203mm浮閥+203mm無(wú)磁鉆鋌×1根+203mmMWD+203mm鉆鋌×2根+178mm鉆鋌×3根+139.7mm加重鉆桿×18根+139.7mm斜坡鉆桿；（2）偏移距大于300m的，應(yīng)用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具組合：311.2mm鉆頭+203mm旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向+203mm無(wú)磁鉆鋌×1根+203mm浮閥+178mm鉆鋌×3根+139.7mm加重鉆桿×18根+139.7mm斜坡鉆桿。鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓60~100kN；轉(zhuǎn)速80~120r/min；排量大于65L/s。

3.3三開(kāi)

長(zhǎng)水平段摩阻扭矩大、易托壓，大斜度井段（45°~70°）存在巖屑床。（1）開(kāi)展三開(kāi)井身結(jié)構(gòu)條件下的不同尺寸鉆桿壓耗研究，結(jié)果表明：5-1/2″鉆桿比5″和組合鉆桿更有利于減少井下壓耗，延伸水平段長(zhǎng)度。接頭外徑對(duì)壓耗影響不大，雙臺(tái)肩鉆桿有利于降低管內(nèi)壓耗作用，全井用5-1/2″鉆桿和加重鉆桿，管內(nèi)壓耗進(jìn)一步降低，比全井5″的鉆桿降低7.83MPa。（2）利用軟件計(jì)算接頭外徑對(duì)環(huán)空返速的影響。接頭外徑越大，接頭處的環(huán)空返速越大，對(duì)井底沖刷越嚴(yán)重，不建議返速超過(guò)1.6m/s。大排量，高鉆速，會(huì)造成井下井眼擴(kuò)大率過(guò)大，不建議使用191mm外徑接頭的鉆桿。（3）開(kāi)展不同尺寸鉆桿下鉆過(guò)程中鉤載分析，隨著裸眼段摩阻系數(shù)的增加，下鉆摩阻越來(lái)越大，直井段5-1/2″和水平段5″鉆具組合最有利于降低水平段摩阻。根據(jù)鉤載分析，設(shè)計(jì)了造斜段和水平段鉆具組合如下：造斜段LWD鉆具組合：215.9mm鉆頭+172mm螺桿+172mm浮閥+172mmLWD+127mm無(wú)磁加重鉆桿×1根+127mm加重鉆桿×9根+127mm斜坡鉆桿×135根+127mm加重鉆桿×21根+127mm斜坡鉆桿×90根+139.7mm斜坡鉆桿。鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓60~100kN；轉(zhuǎn)速40~80r/min；排量大于34L/s。水平段旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具組合：215.9mm鉆頭+172mm旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向+127mm無(wú)磁加重鉆桿×1根+172mm浮閥+127mm加重鉆桿×6根+159mm震擊器+127mm加重鉆桿×3根+127mm斜坡鉆桿×225根+139.7mm斜坡鉆桿。鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓60~100kN；轉(zhuǎn)速100~120r/min；排量大于34L/s。

4提速工具技術(shù)

使用提速工具是提高水平井鉆速的重要手段，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品系列化，取得了較好效果。2020年致密油水平井造斜段應(yīng)用旋沖螺桿（見(jiàn)圖5），平均機(jī)械鉆速相比其它井提速43.47%。

5鉆井參數(shù)強(qiáng)化技術(shù)

鉆井參數(shù)與鉆速和返砂有緊密的關(guān)聯(lián)，以巖屑床高度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用水力軟件進(jìn)行計(jì)算，探索復(fù)合鉆頂驅(qū)最佳轉(zhuǎn)速（見(jiàn)圖6），由40~60r/min提高到60~120r/min進(jìn)行試驗(yàn)。應(yīng)用12口井，平均鉆速相對(duì)鄰井、同井都有所提高。其中J井，同鉆壓下，頂驅(qū)80r/min鉆進(jìn)比50r/min鉆進(jìn)，鉆速提高21.46%。提高鉆速的同時(shí)，進(jìn)一步清潔了井筒，縮短了通井時(shí)長(zhǎng)。鉆進(jìn)階段通井時(shí)間，同比降低2.27d；完井階段通井時(shí)間，同比降低1.02d。

6鉆井液技術(shù)

目前應(yīng)用的鉆井液主要是鹽水鉆井液，施工中阻卡問(wèn)題突出，通過(guò)性能分析，優(yōu)選了降濾失劑，優(yōu)化無(wú)機(jī)抑制劑和有機(jī)抑制劑配比、加量，鉆井液流變性、抑制性、防塌封堵能力、抗污染能力進(jìn)一步增強(qiáng)。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用13口水平井，在穩(wěn)定井壁、防止鉆頭泥包等方面取得了較好的效果。井壁穩(wěn)定，無(wú)縮徑及剝落掉塊。

7固井技術(shù)

水平段長(zhǎng)，套管安全下入和居中難度大，頂替效率亟待提升。為充分發(fā)揮技術(shù)作用，在細(xì)化單井方案設(shè)計(jì)、強(qiáng)化井眼準(zhǔn)備，推廣漂浮下套管技術(shù)、多級(jí)沖洗頂替技術(shù)、防竄水泥漿體系等方面全面落實(shí)舉措，推進(jìn)致密油水平井固井質(zhì)量持續(xù)提升。（1）細(xì)化單井方案設(shè)計(jì)。制定單井施工設(shè)計(jì)，通過(guò)軟件模擬，優(yōu)化扶正器加放和注替排量，提高頂替效率。（2）強(qiáng)化井眼準(zhǔn)備。單扶、雙扶模擬通井，軟件模擬套管下入，斜井段、水平段注入封閉漿，減少管串下入阻力。（3）推廣漂浮下套管技術(shù)。合理選擇漂浮接箍加放位置及數(shù)量，采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向引鞋，提高管串下入能力。（4）推廣多級(jí)沖洗頂替技術(shù)。采用低于鉆井液密度0.05~0.2g/cm3前置沖洗液，高于鉆井液0.05~0.2g/cm3中置隔離沖洗液的多級(jí)沖洗隔液組合，提高沖洗隔離效果。（5）推廣新型水泥漿體系。推廣低密度降失水水泥漿體系、DSJ降失水水泥漿體系、DCK防竄水泥漿體系，根據(jù)后效情況合理調(diào)配稠化時(shí)間，時(shí)間差不低于90min,確保候凝期間壓穩(wěn)。（6）強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)管。完井施工階段責(zé)任工程師盯井把關(guān)，確保完井技術(shù)措施落實(shí)，提高施工規(guī)范性。

8工廠化鉆井技術(shù)

（1）應(yīng)用平臺(tái)井批鉆技術(shù)。以鉆井液體系轉(zhuǎn)換為界面，統(tǒng)一生產(chǎn)、整體布局、平臺(tái)布井，進(jìn)行批鉆施工。（2）簡(jiǎn)化施工工序。采取同區(qū)塊或同平臺(tái)選1口井完井電測(cè)，其它井隨鉆測(cè)得地質(zhì)參數(shù)，縮短完井周期。

9加強(qiáng)技術(shù)支持

9.1明確短起下鉆應(yīng)用條件

每100m實(shí)際返砂量低于理論返砂量0.5~1.0m3；返出巖屑研磨嚴(yán)重，鉆頭切削痕跡不明顯；摩阻、扭矩波動(dòng)幅度大；進(jìn)尺變慢，拖壓明顯；泵壓升高，環(huán)空有憋壓；上提超拉10t，下放有遇阻現(xiàn)象。

9.2細(xì)化開(kāi)泵循環(huán)方法

下鉆至出技套前100m、進(jìn)水平段100m循環(huán)1.5~2周；以排量5L/s頂通，循環(huán)20min，每2~3min梯次增加排量5沖，達(dá)到排量14L/s后循環(huán)15min，若無(wú)異常，將排量提至24L/s循環(huán)15min，直至達(dá)到正常施工排量；下鉆探底后起出1柱鉆桿，第二根立柱上下活動(dòng)無(wú)異常，在中單根位置采取梯次增加排量的方式開(kāi)泵循環(huán)，下放鉆具出現(xiàn)泵壓快速升高憋壓現(xiàn)象，應(yīng)立即停泵，活動(dòng)鉆具使泵壓緩慢歸零后，在自由段嘗試重新開(kāi)泵循環(huán)，以5r/min開(kāi)頂驅(qū)，根據(jù)扭矩情況進(jìn)行劃眼，逐步達(dá)到施工排量，待巖屑返凈后方可進(jìn)行下步施工。

9.3水平段掉塊卡鉆處置措施

上提過(guò)程中發(fā)生卡鉆，第一時(shí)間下壓鉆具至頂驅(qū)加游車(chē)懸重，嚴(yán)禁通過(guò)上提方式解卡。下放過(guò)程中發(fā)生卡鉆，應(yīng)以上提活動(dòng)鉆具為主；卡鉆發(fā)生初期在不憋壓的情況下逐步提排量至鉆進(jìn)排量循環(huán)，可加扭30~40kN間斷活動(dòng)鉆具；如活動(dòng)4h未解卡，啟動(dòng)震擊器。

9.4堅(jiān)持工程地質(zhì)一體化

利用地質(zhì)輔助導(dǎo)向技術(shù)[2]，建立導(dǎo)向模型，優(yōu)化待鉆井軌道，應(yīng)用隨鉆自然伽馬和電阻率曲線配合元素錄井，提高入靶精度和儲(chǔ)層鉆遇率。對(duì)于含泥質(zhì)較多增斜較快的情況，利用鉆壓控制增降穩(wěn)斜規(guī)律，根據(jù)目的層傾角及厚度，確定合理的探層井斜角，保證軌跡平滑過(guò)渡。

9.5強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)保障

成立致密油井支持專(zhuān)家小組和現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)小組，開(kāi)展方案研討，推行井長(zhǎng)負(fù)責(zé)制，安排技術(shù)專(zhuān)家、骨干駐井盯井，進(jìn)行日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)總結(jié)，及時(shí)利用工作群匯報(bào)現(xiàn)場(chǎng)情況，監(jiān)督技術(shù)措施落實(shí)，提升現(xiàn)場(chǎng)保障力。

10結(jié)論和認(rèn)識(shí)

（1）致密油水平井因三維、偏移距大、水平段長(zhǎng)，為安全順利施工增加了一定難度，常常在施工后期阻卡嚴(yán)重。（2）通過(guò)采用井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、鉆頭優(yōu)選、鉆具組合優(yōu)化、參數(shù)強(qiáng)化等措施，效果較好，并形成了技術(shù)模板。（3）水基鉆井液在長(zhǎng)水平段水平井施工中摩阻、扭矩大的問(wèn)題較為突出，起下鉆阻卡嚴(yán)重，井眼凈化程度還需進(jìn)一步提升。（4）致密油水平井提速提質(zhì)還需要在施工工藝、鉆井液性能優(yōu)化、固井寬窄邊頂替效率效果上進(jìn)行攻關(guān)探索，突破瓶頸技術(shù)，保障生產(chǎn)高效運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]王清江，毛建華，韓貴金，等.定向鉆井技術(shù)[M].石油工業(yè)出版社,2009:161.

[2]韓忠，郭軍，彭永生，等.地質(zhì)輔助導(dǎo)向技術(shù)在薄油層階梯水平井中的應(yīng)用[C]//大慶鉆井技術(shù)新進(jìn)展,石油工業(yè)出版社,2005:905.

作者：寧清志 單位：大慶油田有限責(zé)任公司鉆探工程公司