鉆井施工設(shè)計淺談

李書慶

（中原石油勘探局鉆井二公司，河南 濮陽 457001）

1 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)

1.1 套管、鉆頭系列

1.1.1 套管、鉆頭系列

針對常規(guī)井身結(jié)構(gòu)存在的問題，結(jié)合目前的鉆井工藝技術(shù)水平，對與套管、鉆頭尺寸的選擇密切相關(guān)的幾個方面問題進(jìn)行了研究和探討。在借鑒國內(nèi)外一些成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提出以下適應(yīng)不同鉆井條件的套管、鉆頭尺寸組合方案。表1列出了改進(jìn)的套管、鉆頭系列，表2是強(qiáng)化的套管、鉆頭系列。

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1.1.2 改進(jìn)的鉆頭、套管系列應(yīng)用情況

在濱南采油廠、東勝油公司等300余口井實施，鉆井施工安全并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

自2001年已在車西、淺海4000m以深的潛山地層中得到廣泛的應(yīng)用，據(jù)渤海鉆井公司統(tǒng)計，2001年7月以來在該地區(qū)共完成該類井19口，平均井深4336m，平均機(jī)械鉆速7.11m/h，平均建井周期91天，平均鉆井周期78天，鉆井施工安全，鉆井速度和質(zhì)量比2000年均有大幅度提高，見表3。

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改進(jìn)的鉆頭、套管系列經(jīng)實施，可滿足油田部分井的施工要求，同時為強(qiáng)化的套管、鉆頭尺寸系列及現(xiàn)代井身結(jié)構(gòu)的實施，提供了技術(shù)依據(jù)。

2 鉆井液、油氣層保護(hù)設(shè)計技術(shù)

2.1 鉆井液設(shè)計技術(shù)

隨著油田勘探、開發(fā)的不斷深入深井、復(fù)雜井、特殊工藝井越來越多，對鉆井液的性能提出了新的要求。因此針對不同的地區(qū)、不同的地層首先要分清楚存在的主要問題，在設(shè)計中有針對性地開展相關(guān)鉆井液技術(shù)的研究，在滿足解決主要問題的前提下，再研究制定解決其它問題的措施，只有細(xì)致地分析可能存在的各種問題，才能設(shè)計出合理的鉆井液方案。

對于特殊工藝井的鉆井液設(shè)計，還應(yīng)通過水平井偏心環(huán)空中鉆井液螺旋流流場的研究、水平井鉆井液攜巖機(jī)理和流變參數(shù)研究、水平井鉆井液完井液配方及性能研究，分析總結(jié)水平井鉆井液的特殊性和不利因素，確定不同條件下鉆井液的密度、鉆井液流變參數(shù)及排量，解決水平井鉆井中的巖屑攜帶、井眼穩(wěn)定、潤滑性能和油層污染問題。

2.2 油氣層保護(hù)設(shè)計技術(shù)

研究發(fā)現(xiàn)，在鉆井液、完井液中加入纖維狀油層保護(hù)劑可以形成較淺的污染帶，從而有利于反排，形成最大的從油層到井眼的滲流通道。使用海水低固相不分散鉆井液的保護(hù)油層鉆井液完井液方案，在應(yīng)用中見到了良好的油氣顯示，測試獲得了上百噸的工業(yè)油流和數(shù)萬方氣，獲得了良好的應(yīng)用效果。

3 固井及完井設(shè)計技術(shù)

3.1 完井方式

完井方式可以概括為固井射孔完井、裸眼完井、襯管完井、礫石充填完井、水泥漿充填封隔器襯管完井等五大類。目前國內(nèi)常用的是固井射孔完井方式，其次是篩管完井和裸眼完井方式。

3.2 固井設(shè)計

3.2.1 影響固井質(zhì)量的因素分析

（1）油、氣、水竄：由于部分油層孔滲好，產(chǎn)層連通性強(qiáng)，加之油氣層保護(hù)工作的加強(qiáng)，使固井時井眼中油氣非常活躍，此時固井后因水泥漿凝固產(chǎn)生的失重作用，將使油氣極易進(jìn)入套管環(huán)空，造成封固不好。（2）漏失：壓力系數(shù)低于1.0的異常壓力系統(tǒng)，如果地層的滲透性強(qiáng)，則固井時極易發(fā)生漏失。（3）異常高壓地層：由于泥漿密度高、粘切高、流動性差，水泥漿密度只能接近泥漿密度，造成循環(huán)壓耗高，注替泵壓高，頂替效率低，使固井質(zhì)量難以保證。（4）井眼質(zhì)量差：鉆井中使用鉆井液密度都是盡可能低,鉆井時井壁掉塊嚴(yán)重，固井時井徑非常不規(guī)則。在這種井眼條件下固井，頂替效率低，固井質(zhì)量難以保證。（5）封固段長：為了提高勘探、開發(fā)效益，一口探井的勘探目的層近年來是越來越多。這使固井時封固段長越來越長，造成固井難度增加。

3.2.2 技術(shù)對策

（1）推廣應(yīng)用雙級注水泥固井技術(shù)，雙級注水泥技術(shù)可以減少一次注水泥封固段長，從而有利于提高固井質(zhì)量。（2）流變學(xué)注水泥固井：應(yīng)用流體水力學(xué)理論，進(jìn)行注水泥頂替機(jī)理的研究。利用固井仿真系統(tǒng)軟件進(jìn)行注水泥模擬，優(yōu)化現(xiàn)場流變學(xué)注水泥施工參數(shù)，提高注水泥頂替效率，達(dá)到提高固井質(zhì)量的目的。（3）低密度水泥漿固井技術(shù)：低密度水泥漿固井的關(guān)鍵技術(shù)是實現(xiàn)漿體不分層離析，析水小或無析水，水泥石體積收縮小或不收縮，賦予漿體強(qiáng)的觸變性，保證水泥漿不漏失，水泥返高達(dá)到設(shè)計要求。選擇性能優(yōu)良的外摻料和外加劑，配制出漿體固相顆粒分布合理，水泥石早期強(qiáng)度高，達(dá)到材料間的良好匹配，實現(xiàn)工程對水泥漿綜合性能的要求。

4 特殊工藝井設(shè)計技術(shù)

4.1 水平井、側(cè)鉆水平井設(shè)計技術(shù)

主要內(nèi)容：(1)井身軌跡和井身結(jié)構(gòu)設(shè)計。具體作法是：在滿足油藏特性和地質(zhì)條件的前提下，根據(jù)工具造斜能力，提高造斜井段造斜率，大幅度縮短靶前位移和造斜井段長度，改善井眼摩阻、扭矩及清洗效果，簡化套管程序。依據(jù)這一原則，建立了二維、三維、多段增斜軌道的設(shè)計方法。(2)鉆具組合及鉆井參數(shù)的設(shè)計。根據(jù)井身軌跡控制技術(shù)和井下專用工具研究取得的最新成果，規(guī)范了增斜井段和水平段鉆具組合選擇的方法，以最大限度減少更換鉆具組合的次數(shù)、求得最佳鉆井參數(shù)和水力參數(shù)為原則進(jìn)行設(shè)計。(3)采用了井口磁場計算、子午線收斂角校正理論和鉆柱摩擦阻力、扭矩、正壓力計算理論，從理論上保證了設(shè)計精度和合理性，并盡量降低摩阻及扭矩。(4)側(cè)鉆水平井除滿足一般水平井的設(shè)計內(nèi)容，還應(yīng)增加開窗方式的設(shè)計。

4.2 大位移井設(shè)計技術(shù)

4.2.1 大位移水平井軌道優(yōu)化設(shè)計的原則及方法

（1）大位移井軌道優(yōu)化設(shè)計的兩項基本原則：一，具有工程可操作性，即有利于鉆井施工、軌跡控制、井下安全和軌道的實現(xiàn)。二，摩阻和扭矩最小。（2）用計算機(jī)模擬技術(shù)，進(jìn)行了多種軌道設(shè)計和摩阻、扭矩模擬計算及對比分析。進(jìn)而優(yōu)選造斜點(diǎn)、造斜率、穩(wěn)斜角等軌道參數(shù)。

4.2.2 設(shè)計技術(shù)應(yīng)用

在位移較大的定向井或水平井設(shè)計中，按照優(yōu)化設(shè)計的兩項原則對井身結(jié)構(gòu)和井身軌道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，采用懸鏈線軌道和優(yōu)選的軌道參數(shù)有效地減少了摩阻和扭矩。在鉆井實踐中，不論是鉆井施工過程還是下套管過程中，摩阻和扭矩都跟預(yù)計的相接近，效果十分明顯，證明了工程設(shè)計的技術(shù)方法和優(yōu)化設(shè)計原則是正確的。

5 結(jié)論及建議

隨著鉆井技術(shù)的進(jìn)步，中原油田的鉆井工程設(shè)計水平有了一定的提高。鉆井工程設(shè)計是一項系統(tǒng)工程，需多方面的協(xié)同配合，要求決策者及設(shè)計人員具有較高的知識水平，因此在今后的工作中要加大理論研究成果的應(yīng)用，不斷完善鉆井工程設(shè)計手段。鉆井工程設(shè)計在推廣應(yīng)用成熟的工藝技術(shù)的同時，肩負(fù)著“超前研究、提前儲備，使科技先導(dǎo)作用始終貫穿生產(chǎn)發(fā)展全過程”的任務(wù)。因此，我們必須加大科技攻關(guān)力度，擴(kuò)大與國內(nèi)外的技術(shù)合作。

[1]鉆井工程理論與技術(shù)[M].石油大學(xué)出版社，2000.8.

[2]鉆井工程概論[M].石油大學(xué)出版社，2001.7.

[3]鉆井液工藝學(xué)[M].石油大學(xué)出版社，2001.5.