大位移水平井垣平1井鉆井技術(shù)研究

哈文杰 （中石油大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠地質(zhì)大隊，黑龍江 大慶 163000）

大位移水平井具有很大的水平位移和很長的高井斜穩(wěn)斜井段，能夠最大限度地減少平臺數(shù)量和井場數(shù)量，同時大幅度提高單井產(chǎn)量［1］。但是由于大位移水平井具有大井斜和長穩(wěn)斜段，這給鉆井施工帶來了許多困難。為此，筆者以大慶長垣葡萄花構(gòu)造上部署的一口大位移水平井——垣平1井為例，對大位移水平井鉆井技術(shù)進行了探討，以便為該類型油井施工提供幫助。

1 優(yōu)化設(shè)計技術(shù)

1.1 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)垣平1井所在油藏的地質(zhì)條件，為了提高鉆井速度，并使水平段位移盡可能延伸，決定采用3層套管結(jié)構(gòu) （見圖1）：一開采用?444.5mm鉆頭鉆至200m，下入?339.7mm表層套管封固地表水層和流沙層；二開采用?311.2mm鉆頭鉆至A靶點，下入?244.5mm技術(shù)套管，封固易坍塌掉塊的青山口組，利于大位移水平段延伸，降低了三開施工風(fēng)險；三開采用?215.9mm鉆頭鉆至完鉆，下入?139.7mm生產(chǎn)套管。

圖1 垣平1井井身結(jié)構(gòu)圖

1.2 井眼軌跡剖面優(yōu)化設(shè)計

設(shè)計合理的井眼軌跡剖面能增大大位移水平井的水平段延伸長度，降低摩阻扭矩和套管磨損。為此，采用變曲率多圓弧雙增剖面法［2］進行井眼軌跡剖面設(shè)計 （見表1），由此減小施工難度并保證鉆井安全。井眼軌跡剖面圖如圖2所示。

2 井眼軌跡控制技術(shù)

針對垣平1井造斜段，采用LWD（隨鉆測井）導(dǎo)向鉆具組合進行漸近軌跡控制，具體鉆具組合如下：?311.2mm鉆頭＋?216mm螺桿＋?203mm隨鉆測量儀器MWD＋?127mm加重鉆桿×10柱＋?127mm鉆桿，根據(jù)直井段多點測斜數(shù)據(jù)，利用水平井計算軟件計算出井底水平位移、垂深、閉合方位、視位移和視垂距等參數(shù)。在多點測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對靶點重新進行修正設(shè)計，計算出各段的造斜率大小，使修正設(shè)計在穩(wěn)斜段結(jié)束前盡可能逼近設(shè)計線。施工中加密測斜，及時對井眼軌跡進行監(jiān)控，嚴(yán)格按設(shè)計軌跡鉆進。此外，增斜段以滑動鉆進為主，以復(fù)合鉆進為輔；穩(wěn)斜段以采用復(fù)合鉆進為主。

表1 井眼軌跡剖面設(shè)計表

3 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)

針對垣平1井造斜段，采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)是20世紀(jì)90年代后期發(fā)展起來的一項自動化鉆井新技術(shù)。與傳統(tǒng)的滑動導(dǎo)向鉆井技術(shù)相比，該技術(shù)井眼凈化效果更好，井身軌跡控制精度更高，位移延伸能力更強［3］。因此，選用斯倫貝謝公司研發(fā)的具有較高造斜率的指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具 （Xceed），其鉆具組合如下：?215.9mm PDC鉆頭＋?172mm Xceed＋?172mm隨 鉆 測 井 工 具 （Telescope）。由于該工具的導(dǎo)向單元為內(nèi)置式，通過近鉆頭處鉆柱的彎曲促使鉆頭指向井眼軌跡控制方向，從而保證軌跡在最佳儲層中穿行，由此提高油層鉆遇率。

圖2 井眼軌跡剖面圖

4 井眼清潔技術(shù)

4.1 利用足夠排量和良好的鉆井液流變性攜帶巖屑

用F1600鉆井泵?170mm缸套鉆進，排量保持在34L／s以上，保證環(huán)空上返速度在1.5m／s左右，從而實現(xiàn)紊流攜巖。此外，應(yīng)優(yōu)化鉆井液的流變性能以滿足懸浮和攜砂能力，在現(xiàn)場施工中，鉆井液的動塑比一般控制在0.4左右［4］。

4.2 通過高轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)破壞巖屑床

鉆進過程中應(yīng)盡可能保證高轉(zhuǎn)速 （頂驅(qū)轉(zhuǎn)速一直不低于130r／min）時間，這樣可以充分發(fā)揮輔助攜巖及清除巖屑床的作用。因為高速旋轉(zhuǎn)的鉆柱與下井壁巖屑和鉆井液間產(chǎn)生足夠的引帶力和撞擊力，將下井壁巖屑帶向井眼中心，隨即被上返的鉆井液向上運移。

4.3 利用高效固相控制設(shè)備清除巖屑

大位移水平井巖屑上返過程中路程很長，巖屑被磨得很細(xì)，很難從鉆井液中清除，為此采用4級固控設(shè)備，同時將3臺振動篩全部更換為200目篩布，并配置中速、高速離心機，及時清除鉆井液中有害固相含量，由此保證井眼凈化。

4.4 建立倒劃眼起鉆和短起下鉆制度

每打完一個立柱都要倒正劃眼2遍，無異常后方可接立柱。堅持鉆進300m短起下400m，起鉆采用倒劃眼方式，每起500m進行1次循環(huán)，無論短起或長起，都應(yīng)循環(huán)到振動篩無砂為止。

5 減磨降扭技術(shù)

5.1 應(yīng)用減磨降扭接頭

減磨降扭接頭安裝在鉆桿接頭處，外套 （非旋轉(zhuǎn)）與套管內(nèi)壁接觸，而心軸與鉆桿一起旋轉(zhuǎn)。外套僅在套管內(nèi)滑動，因而與套管內(nèi)壁不產(chǎn)生相當(dāng)轉(zhuǎn)動，減少了套管的磨損。由于心軸與非旋轉(zhuǎn)外套摩擦副的動摩擦系數(shù)較小，依靠其獨有的鉆井液自潤滑性，可以達到減小扭矩傳遞損失的目的，從而對保護套管和鉆桿之間磨損起到很好的保護作用。

5.2 調(diào)整泥漿性能

通過調(diào)整泥漿性能，即降低鉆柱與井壁之間的摩擦系數(shù)，降低泥漿失水以及泥餅厚度，最終達到降低摩阻扭矩的目的。

5.3 簡化鉆具組合

為了能夠順利進行水平段的施工，第一趟鉆用加重鉆桿代替鉆鋌，采用倒裝鉆具組合；第二趟鉆用普通鉆桿代替加重鉆桿。由于簡化鉆具組合，這樣可以很好地降低鉆進過程中的摩阻扭矩，從而加快施工進程。

6 應(yīng)用效果

垣平1井于2011年8月6日23∶00開鉆，第1趟鉆的鉆具組合如下：?215.9mm PDC（KM1652R）鉆頭＋?172mm旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向Xceed675＋?172mm Telescope＋?172mm無磁鉆鋌＋?127mm加重鉆桿×1柱＋?127mm鉆桿×56柱＋?127mm加重鉆桿×8柱＋?127mm鉆桿。鉆進參數(shù)：鉆壓6t，轉(zhuǎn)速135r／min，排量34L／s。鉆進井段1640～3123m，進尺1483m，純鉆時間81.91h，平均機械鉆速18.11m／h，扭矩由初始16kN／m增長到21kN／m，起鉆前泵壓21MPa。第二趟鉆采用簡化后鉆具組合：?215.9mm PDC （M1656RS）鉆頭＋?172mm旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向Xceed675＋?172mm Telescope＋?172mm無磁鉆鋌＋?127mm加重鉆桿×1柱＋?127mm鉆桿。鉆進參數(shù)：鉆壓6t，轉(zhuǎn)速130～135r／min，排量34L／s。鉆進井段3123～4300m，進尺1177m，純鉆時間69.32h，平均機械鉆速16.98m／h，扭矩由初始20kN／m增長到26kN／m，起鉆前泵壓21.5MPa。2011年8月21日18∶00垣平1井結(jié)束施工，歷時379h。完鉆斜深4300m，垂深1538.25m，水平位移2977.86m，水垂比1.94，水平段長2660m，其中水平位移、水垂比和水平段長均創(chuàng)松遼盆地勘探開發(fā)以來的鉆井參數(shù)之最。此外，純鉆進時間僅用151.23h就完鉆水平段長2660m，平均機械鉆速17.59m／h，是該區(qū)塊7口已施工水平井水平段機械鉆速的2.42倍。因此，采用大位移水平井鉆井技術(shù)具有可行性，可以為大位移水平井的鉆井施工提供很好的借鑒。

［1］姜偉 .大位移井鉆井技術(shù)在渤海QK17－2油田開發(fā)中的應(yīng)用 ［J］.石油鉆采工藝，2000，21（3）：56－58.

［2］王瑜，黃守國 .西江24－3－A22大位移水平井鉆井技術(shù)研究 ［J］.長江大學(xué)學(xué)報 （自科版），2011，8（7）：89－91.

［3］唐洪林，唐志軍，閆振來，等 .金平1井淺層長水平段水平井鉆井技術(shù) ［J］.石油鉆采工藝，2008，29（6）：121－123.

［4］李文明，向剛，王安泰，等 .大位移井鉆井液技術(shù)綜述 ［J］.鉆井液與完井液，2010，27（3）：1－7.