陜北地區石油水平井鉆井施工工藝探討

何德海

(寧夏礦業開發勘察院三井隊,寧夏銀川 750021)

陜北地區石油水平井鉆井施工工藝探討

何德海

(寧夏礦業開發勘察院三井隊,寧夏銀川 750021)

陜北地區石油工業的發展有力地推動了陜北老區的經濟發展。截至2004年底,地方石油企業共建成生產油井22700多口,形成原油生產能力820萬噸,原油加工能力900萬噸,全年生產原油720萬噸,加工原油721萬噸,實現銷售收入320億元,稅費43.7億元,利潤56.5億元。石油工業已成為全省發展最快、最具活力的支柱產業和陜北地區財政收入的主要來源,加快陜北石油工業發展已成為革命老區脫貧致富的現實需要和廣大人民群眾的強烈愿望。文章結合陜北地區油田特點,主要探討了水平井鉆井的施工工藝和鉆井參數的優化。

水平井 鉆井工藝 定向 泥漿 優化

水平井鉆井技術是20世紀80年代國際石油界迅速發展并日臻完善的一項綜合性配套技術，它包括水平井油藏工程和優化設計技術，水平井井眼軌道控制技術，水平井鉆井液與油層保護技術，水平井測井技術和水平井完井技術等一系列重要技術環節，綜合了多種學科的一些先進技術成果。由于水平鉆井主要是以提高油氣產量或提高油氣采收率為根本目標，已經投產的水平井絕大多數帶來了十分巨大的經濟效益，因此水平井技術被譽為石油工業發展過程中的一項重大突破。

1 陜北油田水平井主要鉆井、完井技術

1.1 井位選擇及剖面選擇優化

(1)井位選擇。油藏地質選井：油藏分布調查及分類、水平井地質技術參數初步方案、油藏風險評價。工程技術選井：鉆井、完井技術能力評價；鉆、完井對地質技術指標限制及指標實現可行性分析；地質、工程技術指標綜合統一方案；鉆井、完井、生產風險評價。

(2)剖面選擇優化。剖面優化選擇的目的是為了在滿足地質要求的情況下，在現有鉆井工藝、工具設備條件下盡可能使施工簡化，操作安全、快速，低成本投入。剖面選擇與優化過程其主要涉及技術包括以下幾個方面：水平井類型和剖面類型選擇、側鉆造斜點的選擇、造斜率優化選擇、剖面摩阻分析。

1.2 井身結構及完井工藝

側鉆水平井完井大體上一般有三種完井方式：裸眼完井、篩管完井和射孔完井。不同的油藏采用不同的完井方式，通常根據目標層特點和鉆遇地層特性選擇，陜北地區油井普遍特點是井深、低壓、低滲、高耗能且井液成分復雜。鉆遇地層復雜，側鉆水平井的井身結構是在老井井身結構的基礎上選擇尾管完井，完井方式有射孔完井和篩管完井。經過研究論證和反復實踐最終確定完井采用上部為尾管，水平段采用篩管的復合完井結構。

1.3 鉆具組合

鉆具優化技術是水平井鉆井技術的一項關鍵技術，其主要目的是在保證鉆具一方面具有足夠的強度，另一方面必須達到事先期望的要求，如增斜、穩斜、或是降斜。特別是在滑動態鉆井的方式下，還應考慮鉆柱是否能夠給鉆頭提高足夠的鉆壓。因此，鉆具組合優化技術的重點是在滿足鉆柱強度要求的情況下，應盡可能地減小鉆柱的摩阻和扭矩，同時，最大限度地提高接頭的抗扭能力。

1.4 軌跡控制技術

在鉆進過程中，水平井的控制目標是隨時改變的，是對不確定靶的精確控制，控制精度很高，需要時刻考慮井眼軌跡的變化，并根據變化情況制定下一步的施工方案，按照地質要精確控制井眼軌跡。

2 陜北油田水平井鉆井鉆井參數的優化措施

2.1 優化井身剖面設計,做好安全施工

水平井施工要嚴格按照設計好的井身剖面來控制井眼軌跡，關鍵點是造斜率的大小，近兩年施工的水平井都是中半徑水平井(淺層水平井除外)，即全角變化率為6°～20°/30m，鉆進中實際全角變化率小于10°/30m，用1°～1.25°～1.5°單彎螺桿造斜，216mm井眼以1.25°單彎為主，造斜率在6°/30m左右； 244mm井眼以1.5°單彎為主，造斜率在7°/30m左右；在鉆進中對井斜和方位采用勤調和微調的方式保證實鉆軌跡在設計軌跡的附近，平滑井眼軌跡，所有施工的水平井沒有出現井下故障，為安全鉆井奠定了較好的基礎，

2.2 采用導向鉆井技術有效控制井眼軌跡

水平井鉆井全部采用導向鉆井技術，螺桿使用低速馬達，扭矩大壽命長，鉆頭使用高轉速HJT和MD系列鉆頭，一般一趟鉆就能達著陸點，測量使用MWD(LWD)隨鉆系統，測量精度高，性能穩定，傳輸速率高，使定向人員能及時掌握井眼的各項參數，保證井眼軌跡有效控制，目前水平段靶框要求較高，一般為1×10×10，上下擺動只有0.5m，難度可想而知，特別是在進“A”靶前和水平段鉆井時與現場地質工程師緊密結合，加密測斜，準確預測鉆頭位置，通過鉆速、電阻率、珈瑪和氣測錄井等因素綜合分析，防止井眼軌跡穿底和冒頂，在施工中盡量保證實鉆井眼軌跡最大限度地在儲層中延伸，提高油層鉆遇率，獲得最佳的油氣開發效果。

2.3 優選鉆井液體系

水平井對鉆井液的要求更加嚴格，施工中必須保證其有良好的潤滑性、攜帶性、流變性和井壁穩定性，針對陜北地區油田的地層特點，結合近幾年的大斜度井、水平井施工經驗和大量室內實驗，確定了在直井段使用膨潤土聚合物鉆井液體系，斜井段和水平段使用聚合物乳化混油防塌鉆井液體系。利用聚合物鉆井液良好的流變性、較強的抑制性和潤滑性，滿足井壁穩定和井眼凈化的要求。同時在聚合物防塌鉆井液中加入高分子量聚合物，進一步提高體系的抑制性和懸浮攜帶能力，近兩年所施工的水平井完井電測工作都比較順利。

2.4 井眼凈化與固相控制措施

因在大斜度井段有巖屑床存在，因此井眼凈化是水平井安全施工的關鍵，在沒有特殊的工具儀器分析判定井眼清潔情況時可以根據鉆井中地面巖屑的反出量、旋轉扭矩與上提下放摩阻的大小來判定眼的凈化程度，若發現鉆進中返出巖屑量小或間歇性返砂，旋轉負荷重，上提下放摩阻大和鉆速變慢，表明目前井下存在巖屑床，必須采取特殊的處理措施。

(1)用常規鉆具進行通井并增大排量、高返速(環空返速在1m/s以上)紊流攜帶巖屑。

(2)配注高粘度鉆井液段塞參加循環，增強鉆井液懸浮巖屑的能力。

(3)小起下鉆、分段接力循環。

(4)強化固控設備的配備并用好四級固控，清除鉆井液中的有害固相。大排量是保持井眼清潔的重要途徑，在設備條件許可時應盡可能采用大排量鉆進，能較好地清洗巖屑床，保證井下安全。

2.5 優化鉆具結構和加強鉆具管理

在井斜大于30°后不再使用鉆鋌加壓，全部改用加重鉆桿和用無磁承壓鉆桿代替無磁鉆鋌，并對鉆具進行倒裝；同時每次起下鉆要進行錯扣起鉆和鉆具的倒換，發現鉆桿彎曲和接頭處磨損超標或偏磨的一律更換；接頭使用超過300小時要及時進行更新；通過以上措施使鉆具的安全性大為提高。

2.6 搞好下套管前的準備工作

下套管前使用剛性較大的常規鉆具通井，把易遇阻井段處理暢通，同時要注意井下負荷是否正常，不正常時不能起鉆下套管；針對實鉆井眼的空間形狀設計合理的套管串結構、扶正器的類型、加量及安放位置；鉆井液中加足潤滑劑同時在水平井段配注塑料小球等固體潤滑劑，增強潤滑性能；根據井眼情況計算套管的最大下入重量，分析是否需要采取特殊的措施保證套管的順利下入。

3 結語

加強應用基礎和決策技術的研究，發展配套采油工程數值模擬軟件的開發和建設，加大采油工程技術、研究推廣投資的回報力度，在未來的新世紀中采油工程技術將創造更高的效益和達到更高的水平。

[1]萬仁溥.水平井開采技術[M].北京：石油工業出版社,1995.

[2]劉翔鶚,王浦潭.采油工程技術的發展與展望[J].石油鉆采工藝,2000,22(3)：42-49.

[3]李宗田,劉應紅.采油工藝技術新進展及發展趨勢[J].斷塊油氣田,1999,7(1)：6-9.