大慶垣平1大位移井的鉆井技術

張 凱

（大慶油田采油工程研究院鉆井設計研究室，黑龍江大慶 163453）

大慶垣平1大位移井的鉆井技術

張 凱

（大慶油田采油工程研究院鉆井設計研究室，黑龍江大慶 163453）

垣平1井是大慶已完鉆水平井中最長水平位移預探井，該井在扶余油層共布置了6個靶點，設計水平段大于3 000 m，水垂比大于2。通過綜合考慮剖面類型、井眼曲率、靶前距以及鉆柱受力等多種因素，對垣平1井可鉆達地質目標的各種軌道進行了優化設計，最大程度地降低了摩阻扭矩，增加了井眼延伸距離，降低了井眼的狗腿度。另外，通過對該大位移井的鉆具組合和井身結構等方面進行優化設計，為該井的安全施工和順利完鉆提供了保證，該井三開鉆進2 660 m水平段僅用了15.79 d，平均機械鉆速17.59 m/h，創下了大慶油田完鉆水平段最長、全井安全無復雜事故的記錄。實現了該井評價分析扶余油層薄互層儲層及探索提高低滲透油層產量的鉆探目的。

垣平1井；井身剖面；井眼曲率；大位移；優化設計；摩阻扭矩

大慶油田油氣勘探逐步向“低、深、難”領域進軍，勘探開發方式由低效向高效、由數量向質量轉變，這就要求不斷加大技術創新力度、注重攻關應用水平井鉆井技術，以此提高油氣勘探效益。垣平1井是為探索精細高效勘探開發老油田的一次重要嘗試，對于今后大面積推廣水平井鉆井技術，最大限度地解放油氣儲量、提高油氣勘探效益有重要意義。

1 大位移井技術難點

（1）剖面設計及軌跡控制難。大位移井的井身剖面設計、井眼軌跡控制等與常規定向井或水平井鉆井明顯不同，優化設計和軌跡控制難度極大。

（2）摩阻與扭矩大。由于井斜角大，重力效應突出，引起上提、下放鉆柱的阻力增加；鉆進時加壓困難，鉆柱摩擦力矩大；傳遞扭矩困難；下部鉆具易屈曲自鎖，在鉆井優化設計中必須充分考慮鉆柱受力及強度變化等問題。

（3）井壁穩定性差。大位移井深度大，鉆井周期長，在大斜度井段易發生井壁失穩，導致垮塌，尤其在泥頁巖井段，易引發井下事故。

2 井眼軌道優化設計

（1）井眼剖面。合理的井眼剖面設計是大位移井取得成功的關鍵之一。盡量降低扭矩/摩阻，增加井眼延伸距離，并減少井眼的狗腿，對鉆達地質目標的各種軌道進行優選（表1）。在大位移井中尤其推薦懸鏈曲線軌道剖面。在理論上，其特征是井壁和鉆具之間接觸力為零，由此得出井壁和鉆具之間的摩擦力為零。用這種方法鉆井存在困難，首先鉆柱底部有效張力導致鉆柱受壓，此外，懸鏈線曲線比一些傳統的井眼軌道更長。因而通常采用準懸鏈線軌道剖面。其作法是在淺層段以低造斜率（1.0～1.5）（°）/30 m造斜，隨井深增加，增幅為0.50（°）/30 m逐步增加到（4.5～5.5）（°）/30 m，使最后的井斜角比傳統60°井斜角高，可達到80～84°。造斜率如果超過5.5（°）/30 m，可能出現高的接觸力。因此根據6個地質靶點進行3種剖面類型井眼軌道設計，對起鉆摩阻、下鉆摩阻及平均摩阻3方面進行對比，準懸鏈線剖面平均摩阻最小。減少了鉆井工序，使井眼軌跡較短，有利于鉆井安全。

表1 剖面類型優選數據

（2）優化靶前距和井眼曲率。針對3 000 m水平段，優化靶前距與井眼曲率（表2），盡可能降低鉆柱發生屈曲程度和摩阻/扭矩，同時優化設計井深和大井眼造斜段長度，避免大井眼造斜段過長影響鉆井時效。

表2 靶前距和井眼曲率數據

通過綜合考慮剖面類型、井眼曲率、靶前距以及鉆柱受力等多種因素，對垣平1井井眼軌道進行了優化設計，最終選擇靶前距300 m，造斜率為5.5（°）/ 30 m—5.5（°）/30 m—3.0（°）/30 m的軌道數據模型，優化后的井眼軌跡平滑，滿足現場鉆井施工要求。

3 降摩阻/扭矩技術

（1）簡化鉆具結構。產生摩阻的第一個方面是鉆柱，因此適當改變鉆具結構，也是降低摩阻的主要方法。在鉆具組合上盡量少用鉆鋌，在保證正常施工的前提下改用加重鉆桿代替鉆鋌，減少鉆柱與井壁間的作用力，使用鉆具防磨接頭，從而減少摩阻與扭矩。由于該井設計水平段長度大于3 000 m，因此重點對三開水平段鉆具組合進行優化設計，盡可能降低鉆柱屈曲程度，確保鉆柱強度滿足要求。通過理論計算垣平1井優化后的鉆具組合設計為?215.9 mm鉆頭+?172 mm旋轉地質導向工具+?127 mm無磁加重鉆桿+?127 mm加重鉆桿+?127 mm斜坡鉆桿+?127 mm加重鉆桿（或者?178 mm/159 mm鉆鋌）+?127 mm斜坡鉆桿。

（2）凈化井眼、破壞巖屑床。降低鉆柱與井壁間的摩擦系數，從而大幅降低摩阻與扭矩，摩阻與扭矩的變化很大程度上提示著井眼的凈化程度，每鉆進100m左右做1次短起下鉆，然后再循環，把井底和井壁的巖屑通過循環帶出來。

4 井身結構優化

大位移水平井的井身結構優化主要考慮以下因素：封住上部疏松復雜地層，減少事故；因套管內摩擦系數明顯小于裸眼段，因此可以大幅度地改善下部井眼的摩阻、扭矩狀況；封住“狗腿”較大的造斜段，預防鍵槽卡鉆等。

根據該井的地質特性，以安全高效鉆進為目的，兼顧長水平段，優化為3層套管結構，技術套管封固易坍塌掉塊的青山口組及整個造斜段，減小三開鉆進時摩阻/扭矩，有利于完井管柱的安全下入，生產套管兼顧裸眼段長度以及封固段長度，確保鉆完井施工安全。

5 應用效果

垣平1井通過鉆井設計優化與現場精確井眼軌跡控制與施工，取得了較好的效果。由于后期鉆進過程中巖性為干砂巖，決定提前完鉆。垣平1井與同區塊7口水平井平均情況對比，水平段長度增加了2 099 m，機械鉆速增加了127.84%，鉆井周期縮短了11.35 d。該井為目前大慶已完成水平井中最長水平位移井。三開僅用15.79 d鉆進2 660 m水平段，平均機械鉆速17.59 m/h，見表3。

表3 設計與實鉆數據對比

6 結論與認識

（1）提高了機械鉆速，縮短了鉆井周期，進而降低了因長期浸泡造成井壁坍塌的風險；

（2）合理的靶前距與井眼曲率，降低了鉆柱發生屈曲的程度和摩阻/扭矩大小，同時減少了大井眼造斜段長度，提高了鉆井效率。

（3）合理的軌道設計、優化的鉆具組合和鉆井參數是降低摩阻與扭矩行之有效的措施。

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（修改稿收到日期 2013-12-17）

〔編輯 薛改珍〕

Drilling technology of Yuanping 1 extended reach well in Daqing

ZHANG Kai
（Research Institute of Oil Production Engineering,Daqing Oilfield Co.Ltd.,Daqing163453,China）

Yuanping 1 Well is the longest horizontal displacement exploratory well in drilled horizontal well.In this well in Da qing Oil field,six target spots are arranged in Fuyu oil-layer,the design horizontal section is longer than 3,000 m,and the horizontaldisplacement to vertical-depth ratio of designing horizontal and vertical is greater than 2.Through overall consideration of profile type,borehole curvature,target distance,drill string stress and other factors,all trajectories to drillable geological target of Yuanping 1 well is designed in an optimized manner to minimize the friction torque,increase the extended ability,and reduce the dog leg degree.In addition,through the assembling the drilling rig of the extended reach well and well bore structure optimized design,it provides the guarantee for construction safety and successful finish drilling.The third spud-in for horizontal interval of 2,660 m only took 15.79d,and the average rate of penetration is 17.59 m/h.This creates the record of the longest finish drilling horizontal section and safety without incidents of full hole in Daqing Oilfield.This realized target of the well evaluation and analysis of Fuyu oil layer thin interbed reservoir,exploring and increasing the production of low permeability reservoir.

Yuanping 1 well;well bore profile;borehole curvature;large displacement;optimization design;friction torque

張凱.大慶垣平1大位移井的鉆井技術［J］.石油鉆采工藝，2014，36（1）：26-28.

TE243

：A

1000-7393（2014）01-0026-03

10.13639/j.odpt.2014.01.007

張凱，1987年生。2009年畢業于中國石油大學地質工程專業，現主要從事鉆井設計和鉆井技術研究工作。電話：0459-5960975，18004597867。E-mail：zhangkaipkf@petrochina.com.cn。