長水平段水平井鉆井技術在艾哈代布油田的應用

張興龍，張瑞平，谷豪斌，李繼營

（西部鉆探定向井技術服務公司，新疆克拉瑪依834000）

長水平段水平井鉆井技術在艾哈代布油田的應用

張興龍*，張瑞平，谷豪斌，李繼營

（西部鉆探定向井技術服務公司，新疆克拉瑪依834000）

ADMa-1H和ADMa-2H是伊拉克艾哈代布油田AD-1構造上部署的2口小井眼長水平段水平井，ADMa-1H水平段長1500m，ADMa-2H水平段長1300m，其中ADMa-1是艾哈代布油田水平段最長、油層最深的水平井，創造了用“常規隨鉆測量儀器（MWD）+常規螺桿”鉆具組合完成1500m6″小井眼水平段的伊拉克施工記錄；2口井在實際施工過程中均出現托壓嚴重、水平段摩阻扭矩大、軌跡控制難度大、井眼凈化困難、易發生卡鉆等問題；通過對實際施工過程進行總結分析，對“常規隨鉆測量儀器（MWD）+常規螺桿”鉆具組合完成長水平段水平井所遇到的問題提出了相應的解決措施，為今后在艾哈代布油田進行長水平段水平井作業提供了可借鑒的經驗。

艾哈代布油田；長水平段水平井；軌跡控制；摩阻扭矩；托壓；井眼凈化

1 概述

ADMa-1H和ADMa-2H井位于伊拉克南部，距首都巴格達東南180km，處于NOMⅡNA鎮與KUT鎮之間，區域上屬于古岡瓦納大陸北緣的波斯灣盆地北部；開發層位是以灰巖、夾泥灰巖、泥質灰巖為主要巖性的白堊紀Mauddud-1主油層；開發該層位采用“直—增—穩—增—穩”5段制雙增剖面，造斜段采用?215.9mm井眼，設計造斜率為（3.1°～5°）/30m，水平段采用?152.4mm井眼，設計水平段長1300～1500m，最大井斜角為90.00°，設計靶半高為上下1m，靶半寬為左右5m；其中ADMa-1H井實際井深4773.00m，垂深3093.44m，水平位移1859.6m，6″小井眼水平段穿透1500m目的油層；ADMa-2H井實際井深4604m，垂深3091.99m，水平位移1733.48m，6″小井眼水平段穿透1300m目的油層；以上2口井在實施過程中均采用了頂驅驅動、“常規測量儀器（MWD）+螺桿”鉆具組合等常規鉆井設備，其順利完鉆，為今后應用常規鉆井設備開發水平段大于1500m的水平井積累了實際施工經驗。

2 施工難點

（1）井身結構設計難度大。長水平段水平井的井身設計、井眼軌跡控制等與常規水平井鉆井明顯不同，考慮采用常規鉆井設備、實際施工鉆具組合最大延伸距離，使其設計優化和軌跡控制難度較大。

（2）造斜段后期軌跡調整困難。在三開?215.9mm井眼中，造斜段后期井斜達到75°時摩阻大、托壓嚴重；定向滑動鉆進時，鉆具拖壓后鉆壓突然釋放到鉆頭而引發憋泵，使定向軌跡調整困難，調整次數增多。

（3）小井眼水平段裸眼段長，摩阻大。6″井眼水平段長1300m以上，水平段裸眼段長，鉆具與井壁摩阻大，滑動鉆進時易發生托壓和鉆具屈曲，井眼軌跡延伸困難。

（4）小井眼水平段井眼凈化難、易發生井下事故。由于小尺寸鉆具長達2750m，受泵壓的限制，排量較低，環空返速低，致使泥漿攜屑困難，容易造成井下事故。

3 井身結構設計優化

長水平段水平井井身剖面設計需考慮的因素有：地質要求、地層巖性、造斜工具、井身結構等，綜合考慮以上各種因素優化的井眼軌跡會明顯改善井下摩阻和扭矩狀況，以及有助于增大水平段的延伸距離；就降低摩阻和扭矩而言，長水平段水平井一般采用懸鏈式井眼，即造斜率隨著井深的增加而逐漸增大的，但懸鏈式井眼缺點是井眼軌跡較長，增加實際施工工作量，延長鉆井周期；優點是鉆具與井壁間的接觸力為零，能有效的大大降低扭矩和摩阻。在艾哈代布油田實際設計過程中，由于技術及工具的限制，采用了修正后的懸鏈式井身剖面設計，即準懸鏈線剖面；ADMa-1H和ADMa-2H井身剖面采用雙增準懸鏈線剖面，ADMa-1H設計數據表如表1所示。

表1 ADMa-1H井身設計數據表

由表1可知：ADMa-1H起始造斜率較低為3.1°/30m，后期造斜率逐步增大為5°/30m，中間有57.87m的調整段；該井身剖面具有傳遞鉆壓容易、復合鉆進扭矩小、附加拉力小等優點，有利于長水平段水平井的有效延伸以及安全、快速鉆進。

4 造斜段軌跡控制

ADMa-1H和ADMa-2H水平井造斜段井眼尺寸均為? 215.9mm，采用頂驅驅動、常規測量儀器（MWD）和常規螺桿進行施工；在造斜段初期,由于地層可鉆性好，適當降低排量，可以減少排量對井底的沖蝕，讓鉆頭充分接觸井壁，有利造斜，因此，在初始造斜至井斜25°左右，均采用28～30L/s的排量，并逐步緩慢增加排量。當井斜大于25°左右，即可以把泵排量增加至30～33L/s；隨著井深不斷增加，井斜到達70°左右，摩阻大、鉆壓傳遞困難等問題不斷突出，嚴重影響軌跡控制和鉆井周期；造斜段后期施工難點：定向困難、托壓嚴重。通過對前期常規水平井施工的總結，ADMa-1H和ADMa-2H水平井造斜段均采用同樣的鉆具組合，一趟鉆完成施工，鉆具組合：

?215.9mmPDC鉆頭+?172mm螺桿+?172mm浮閥+?172mm MWD接頭+?127mm無磁加重鉆桿+轉換接頭+?139.7mm加重鉆桿×6根+?139.7mm鉆桿×60根+?139.7mm加重鉆桿×18根+轉換接頭+ ?165mm隨鉆震擊器+轉換接頭+?139.7mm加重鉆桿×5根+?139.7mm鉆桿。鉆井參數：鉆壓：40～60kN，排量：28～33L/s，轉速：30～40r/min。

（1）螺桿和鉆頭的優選：螺桿自帶扶正器選用3翼或者5翼直棱扶正器，外徑選用?210mm，有利于減小托壓和鉆壓的傳遞；?172mm螺桿自帶尺寸為?212mm的螺旋扶正器不適用于該油田施工；造斜段采用PDC鉆頭，使用時間較長；6刀翼PDC鉆頭較5刀翼鉆頭穩定性強，有利于定向鉆進；

（2）在鉆具組合下部接入6根加重鉆桿，有助于保持上部結構鉆柱的穩定性；加壓時可避免上部發生鉆柱彎曲而影響鉆具的穩定性；

（3）優選外徑為?139.7mm的加重鉆桿和斜坡鉆桿：外徑為?139.7mm鉆桿和加重鉆桿內徑比普通鉆桿內徑稍大，可降低鉆井液循環壓耗，有利于鉆井液正常循環；其次鉆桿外徑大，可以適當減少鉆具組合在井眼中的偏心程度，減少因鉆具組合偏心嚴重緊貼下井壁而產生粘附卡鉆；在相同的井眼尺寸里，鉆桿尺寸大，則環空間隙小，在排量相同的情況下，環空返速高，有利于攜帶巖屑，凈化井眼。

5 水平段井眼軌跡控制

水平段是長水平段水平井施工的關鍵，水平段設計分別達1300m和1500m，小井眼裸眼井段長、摩阻和扭矩較大，靶窗控制范圍小（垂向上下小于1m）、軌跡控制難度大。為了確保水平段施工的順利，在實際施工過程中及時計算與預測軌跡所處位置和垂深，優選鉆具組合、合理調整鉆進方式，采用“少定多復”、“多劃眼”、“多循環”的原則，盡量用調整鉆進參數的方式來確保實際軌跡在設計的靶窗里穿行；在水平段施工過程中，2口井均采用同樣的鉆具組合，選取螺桿的長度有所差別；鉆具組合為：?152.40mmPDC鉆頭+?120mm螺桿+?146mm扶正器+?120mm浮閥+?120mmMWD接頭+?120mm無磁鉆鋌+?88.9mm加重鉆桿+?88.9mm鉆桿+ ?139.7mm鉆桿+?159mm震擊+?139.7mm鉆桿；ADMa-2H用2趟鉆完成水平段施工，均選用2根相同的單彎1°螺桿；ADMa-2H采用4趟鉆完成水平段施工，選用不同長度螺桿；由于該套鉆具組合在Madduda油層水平段施工的穩平能力還沒有可借鑒的經驗，從ADMa-1H實際施工情況可以看出：采用1°單彎螺桿（螺桿長度6.32m）雙穩定器鉆具組合穩平效果最好；1.25°單彎螺桿（螺桿長度5.22m）單穩定器鉆具組合，穩平效果較好，最大全角變化率僅為2.9°/30m。由于軌跡平滑，降低了水平段摩阻和扭矩，保證了1500m水平段施工順利；ADMa-1H水平段鉆具組合穩平統計表見表2。

表2 水平段穩平情況統計表

6 拖壓問題的預防和應對措施

ADMa-1H和ADMa-2H兩口水平井造斜段長（造斜段均640m以上）、水平段長，在斜井段容易形成巖屑床，導致造斜段后期拖壓嚴重、定向困難，水平段井眼小、水平段長、摩阻大、鉆具易發生屈曲，軌跡延伸受限；針對該區塊地層巖性以及拖壓問題的形成及特點，實際施工過程中采取的措施如下：

（1）在造斜段，了解各地層不同巖性，在軌跡控制范圍內，盡量選擇在鉆時快的地層多定向少復合，在鉆時慢的地層多復合少定向；

（2）從造斜段開始，每打完一根單根劃眼2次，嚴格控制劃眼速度和轉速，每劃一次控制在5min以上，轉速控制在30r/min左右，確保每米進尺軌跡光滑；

（3）堅持兩短一長的短起措施，有效破壞巖屑床；

（4）要保證足夠的排量，盡量使泥漿上返達到紊流狀態，有效攜帶巖屑，減緩巖屑床的形成速度；

（5）在洗井時保持鉆具一定的旋轉和上下大范圍活動（每次活動距離大于25m），在洗井作業中破壞巖屑床和有效攜帶巖屑，降低摩阻；

（6）水平段施工，通過對鉆井參數的相互配合以及調整，盡量增加復合鉆進井段的長度，減少定向段的長度；軌跡調整時要做到：早預判早調整，盡量避免不定向就要出靶的情況出現，在定向困難時可通過適當的復合鉆，減少螺桿扶正器處井眼的摩阻，而后在進行定向作業；

（7）施工中要求井隊接單根速度要快，做到早開泵，晚停泵，盡量縮短鉆井液靜止時間，防止巖屑堆積造成再次開泵困難等復雜情況；

（8）避免在水平段變更設計和大幅度調整井斜，滑動鉆進摩阻比原來顯著增大時，要及時上提大幅度活動鉆具；

（9）有效維護好泥漿性能，特別是潤滑性、攜砂性和造壁性能，泥餅質量要薄而韌，降低整個井眼的摩擦阻力和減緩巖屑床的形成速度。

7 認識和建議

（1）優化鉆具結構，優選鉆井參數，在造斜段采用1.5°單彎螺桿，及時準確掌握鉆具的造斜能力，調整定向進尺，確保準確中靶；在水平段施工優選帶雙螺扶的1°（1.25°）單彎螺桿鉆具組合既能保證軌跡的調整，且穩平效果較好，掌握好水平段復合鉆鉆具的造斜、穩斜規律，能夠提高水平段的施工效率。

（2）水平段井眼軌跡控制是長水平段水平井的核心技術。加強各井段井眼軌跡控制，避免軌跡較大波動可以有效降低摩阻和扭矩，從而能夠確保長水平段水平井連續施工和確保水平段的有效延伸。

（3）在水平段采用具有較強穩平能力的鉆具組合，并合理選擇鉆井參數，掌握好水平段復合鉆鉆具的造斜規律，可以有效地提高水平段復合鉆比率，保證井眼軌跡的平滑，提高水平段的施工效率。

（4）優良的鉆井液體系及性能的處理維護是長水平段水平井井眼凈化、清巖、攜砂、井壁穩定、防垮、防卡的技術保證。

（5）借鑒大位移井軌跡控制技術、降阻降摩技術、井身優化技術，通過精心設計、精細施工，可以應用常規隨鉆測量儀器（MWD）和螺桿動力鉆具組合完成6″井眼1500m甚至更長水平段水平井的施工。

[1]沈偉，譚樹人.大位移井鉆井作業的關鍵技術[J].石油鉆采工藝，2000，22（6）：21-26.

[2]徐天用，裴道中，黃立新，嚴忠.大位移水平井常見問題機理分析及對策[J].鉆采工藝，2001，24（5）：22-25.

[3]姜偉.大位移井鉆井技術在渤海QK17-2油田開發中的應用[J].石油鉆采工藝，2000，22（3）：1-7.

[4]祖峰.D2-19大位移定向井鉆井應用技術[J].西部探礦工程，2002，14（2）：67-69.

[5]張興龍，徐華東.水平井鉆井技術在克拉瑪依風城油田的應用[J].西部探礦工程,2012,24（3）：107-109.

TE243

B

1004-5716（2015）03-0045-03

2014-03-27

2014-04-02

張興龍（1985-），男（漢族），四川彭州人，工程師，現從事定向井水平井現場技術服務工作。