淺談蘇里格地區(qū)水平井鉆井托壓問題

岳欽鵬

（西部鉆探定向井技術(shù)服務(wù)公司，新疆烏魯木齊830026）

淺談蘇里格地區(qū)水平井鉆井托壓問題

岳欽鵬*

（西部鉆探定向井技術(shù)服務(wù)公司，新疆烏魯木齊830026）

針對蘇里格氣田水平井直井段長、目的層較薄、水平段長，以往鉆井時軌跡控制難度大、滑動拖壓嚴(yán)重、泥巖地層易坍塌、攜砂洗井困難、水平位移長摩阻大、氣層埋藏較深井溫高、鹽水侵、承壓能力低、施工周期長及氣層保護(hù)等特點，優(yōu)化軌跡控制措施，針對蘇里格氣田水平井定向托壓現(xiàn)象，分析造成定向托壓現(xiàn)象原因，及提供相應(yīng)現(xiàn)象現(xiàn)場實例，并針對造成托壓現(xiàn)象因素，進(jìn)行分析，提出解決及預(yù)防方案。

蘇里格氣田；水平井；定向托壓；鉆具組合

1　概述

蘇里格氣田是目前中國產(chǎn)氣量最大的整裝氣田，屬于低孔、低滲、致密儲層型巖性氣藏，有效開發(fā)的難度非常大。水平井技術(shù)的應(yīng)用，極大限度地提高了氣藏的暴露面積，可以大幅提高單井產(chǎn)量和采收率，對低孔、低滲氣藏具有顯著的開發(fā)效益。隨著水平井鉆井技術(shù)的快速發(fā)展和先進(jìn)工具的開發(fā)應(yīng)用，水平段的長度逐漸增加。伴隨著蘇里格水平井井?dāng)?shù)增加，施工時定向托壓現(xiàn)象的問題也愈發(fā)凸顯，不但影響鉆井速度，甚至?xí)砭聫?fù)雜情況發(fā)生，如何有效地預(yù)防及解決定向托壓問題，成為現(xiàn)場人員面臨問題之一。

2　原因分析

造成定向托壓現(xiàn)象原因眾多，針對不同定向托壓表現(xiàn)現(xiàn)象，現(xiàn)場人員分析造成定向托壓原因，采用多種方法，以解決和預(yù)防定向托壓問題。分析造成托壓原因，成為解決托壓現(xiàn)象必要工作，蘇里格地區(qū)定向施工所遇到定向托壓原因，一般可分為以下幾類。

2.1井眼軌跡原因

定向軌跡不規(guī)則，造成井眼井壁多處出現(xiàn)臺階，鉆具本體、鉆具接頭或扶正器支撐在井壁臺階上，增加摩阻或?qū)@具卡在臺階中，加壓無進(jìn)尺，進(jìn)而導(dǎo)致托壓現(xiàn)像產(chǎn)生。主要有2方面形成：

（1）由于鉆井軌跡因各種原因?qū)е碌亩啻位蛘叽蠓{(diào)整；

（2）定向鉆進(jìn)與復(fù)合鉆進(jìn)過渡過程中造成的井徑不規(guī)則。

蘇77-8-43H1井水平段施工時，因找氣層，頻繁調(diào)整軌跡，井眼軌跡形成多個S型，此情況下井壁極易卡住鉆具，導(dǎo)致定向托壓。當(dāng)時最后一次向下定向時，出現(xiàn)定向托壓特別嚴(yán)重現(xiàn)象。

定向鉆進(jìn)與復(fù)合鉆進(jìn)過程中井徑擴(kuò)大率的不一樣造成的“井徑臺階”，導(dǎo)致在定向鉆進(jìn)的井下工況轉(zhuǎn)換過程中，下部大尺寸鉆具在過臺階時引起了情況較為明顯的托壓（見圖1、圖2）。

圖1　定向軌跡造成的托壓

圖2　井徑不規(guī)則造成的托壓

2.2地層交結(jié)變化原因

軟硬地層交結(jié)變化，尤其地層新被鉆開，PDC鉆頭鉆出的螺旋井眼井壁尚未光滑，定向時BHA中接頭或扶正器卡在地層交結(jié)處，造成托壓。

蘇77-17-9H2井在斜井段施工時，曾多次遇到此類情況，且遇托壓之前定向時，未出現(xiàn)托壓現(xiàn)象，其中嘗試復(fù)合1m后再定向，但在定向中，仍然嚴(yán)重托壓，加壓無進(jìn)尺，泵壓無明顯變化，定向前后復(fù)合鉆進(jìn)時，鉆時均快，故排除鉆頭、螺桿問題。后根據(jù)隨鉆伽馬分析，發(fā)生托壓井段，伽馬數(shù)值變化大，多為泥砂交錯段。

2.3井底巖屑床原因

井底砂子未攜帶干凈，造成井下砂子托住扶正器，造成托壓現(xiàn)象，這種托壓在水平井也是最常遇到情況。

蘇77-18-39H2井水平段施工到700m處，由于使用3-1/2″鉆桿，排量13L/s，泵壓19MPa，井隊設(shè)備因當(dāng)時暫不能滿足高泵壓狀態(tài)下的長期運行，致使完全不能滿足攜砂要求，這樣在水平段施工后期時，定向托壓嚴(yán)重，嚴(yán)重時定向基本無進(jìn)尺。

2.4鉆具組合原因

未及時倒裝鉆具或倒裝鉆具計算出現(xiàn)問題，導(dǎo)致倒裝鉆具組合沒起到應(yīng)有的作用，反而增大摩阻，出現(xiàn)托壓現(xiàn)象。

通常倒裝鉆具加重鉆桿應(yīng)放在斜井段40°以上，如實際所鉆進(jìn)尺超出預(yù)期，則可能出現(xiàn)鉆具鉆壓過多地被井壁分解造成托壓。

2.5鉆具發(fā)生屈曲原因

在定向中，現(xiàn)場人員未計算所能加的最大鉆壓，導(dǎo)致鉆具發(fā)生多次屈曲，增大摩阻，導(dǎo)致托壓發(fā)生。

2.6裸眼井段太長原因

伴隨著單井產(chǎn)量提升的需要，現(xiàn)在蘇里格水平井水平井段設(shè)計已普遍延伸至1200m以上，部分井水平段設(shè)計1600～2000m，致使長裸眼段的鉆具在定向過程中受到的總的摩擦力大幅提高，進(jìn)而造成托壓。

3　定向托壓現(xiàn)場解決方法

造成定向托壓原因各不相同，針對不同托壓情況，采取的不同措施才能更加有效地解決定向托壓現(xiàn)象，故在施工中首先要理清托壓原因，進(jìn)而采用相應(yīng)措施。定向發(fā)生托壓現(xiàn)象時，定向工程師最好在司控房進(jìn)行實時監(jiān)控，定向托壓一旦處理不好，極易出現(xiàn)井下復(fù)雜情況。

3.1針對井眼軌跡原因造成的托壓解決方法

由于蘇里格地區(qū)目的氣層一般為河相沉積，目的層垂深變化較大，在入窗中常常因入窗需要，要強(qiáng)增入窗，這樣就會出現(xiàn)因曲率較大，鉆具在自身剛性作用下，支撐在井壁上，造成托壓。

解決這類情況，一般在連續(xù)定向時，每個單根鉆完后，緩慢劃眼2～3遍，最后需余2～3m，不劃眼，原因在于前面劃眼將井壁盡可能修復(fù)平滑，且此段井眼劃大后，下面更利于增加定向造斜率；而最后所剩井段不劃眼，就是盡可能不破壞定向趨勢。

水平段施工時，由于找氣層需要，有時會出現(xiàn)剛上調(diào)井斜，又要下降井斜情況發(fā)生。由于蘇里格氣層結(jié)構(gòu)特性，這種情況在蘇里格水平井中出現(xiàn)較多，針對這類情況，除了要聯(lián)合現(xiàn)場地質(zhì)師加強(qiáng)氣層位置預(yù)計提前進(jìn)行軌跡調(diào)整提高井眼平滑程度，聯(lián)系泥漿工程師提高泥漿潤滑性，另外在定向中首先要求送鉆必須點送，一旦出現(xiàn)托壓立即活動鉆具，以防粘卡。

向上增斜時，出現(xiàn)托壓嚴(yán)重，將前段井段反復(fù)緩慢劃眼，必要時短起下，打完一個單根緩慢劃眼2遍，余2～3m不劃。如向下降斜，托壓無進(jìn)尺，可以復(fù)合0.2～ 0.3m再繼續(xù)定向，嚴(yán)重時可定向段結(jié)合小段復(fù)合；一個單根打完，緩慢劃眼2～3遍，劃眼可以劃至井底。

3.2針對地層交結(jié)變化造成托壓解決方法

第一步：現(xiàn)場最主要的是首先要判斷清楚，造成托壓現(xiàn)象，為地層原因。而這類判斷一需根據(jù)之前鉆時，二需結(jié)合之前施工鉆進(jìn)作業(yè)。如果之前未出現(xiàn)頻繁定向，整體摩阻不大，且鉆時時快時慢，井下鉆具工作正常。這時定向出現(xiàn)托壓現(xiàn)象，就要考慮為地層交結(jié)變化原因。

第二步：判斷清楚后，需上下多劃幾遍眼，直至再次定向未出現(xiàn)托壓現(xiàn)象，條件允許可再復(fù)合1～2m定向，一般就能解決這問題。但需注意的是，此現(xiàn)象產(chǎn)生，泥漿方面或有一定問題出現(xiàn)，最好跟現(xiàn)場泥漿工程師加強(qiáng)溝通，提高泥餅質(zhì)量，以防井下復(fù)雜。

3.3針對井底巖屑床造成托壓解決方法

巖屑床原因造成托壓，在水平井施工時，往往很難避免，巖屑床產(chǎn)生主要原因為井底砂子帶不出沉積井底，故在施工中，定向前復(fù)合時，盡可能增大排量，適當(dāng)控制鉆時；定向中托壓嚴(yán)重，應(yīng)開轉(zhuǎn)盤上下活動幾次，再壓至井底，小鉆壓鉆進(jìn)0.2～0.3m，再定向。如果此類托壓嚴(yán)重，必要時短起下可在一定程度上緩解托壓問題。

在造斜段中，由于斜井段受boycott以及垂沉效應(yīng)影響，在井斜30°～60°之間容易形成不穩(wěn)定巖屑床，這就要求泥漿性能要滿足特殊的攜砂要求，首先在斜井段應(yīng)滿足環(huán)空返速高于臨界環(huán)空流速（0.79～1.10m/s），其次鉆井液流型較好（0°～45°層流，45°～55°層流紊流混合，55°～90°紊流），再次要求有較好的泥漿性能指標(biāo)（提高動塑比，初終切差值不易過大，觸變性不宜過高，進(jìn)而提高井眼凈化能力），最后在工程上采取一定措施（開動轉(zhuǎn)盤、短程起下鉆等）。

在水平段中，鉆具趟在井眼下井壁，容易形成穩(wěn)定巖屑床，通過合理調(diào)控鉆井液流變參數(shù)、優(yōu)選排量、隨鉆修壁、短程起下鉆、技術(shù)劃眼等技術(shù)措施，避免巖屑床的形成，保證井眼清潔，配合使用原油、極壓潤滑劑、固體潤滑劑等潤滑材料，將摩阻扭矩控制在合理范圍內(nèi)，保障井下安全，減緩大位移井滑動鉆進(jìn)時普遍存在的“托壓”現(xiàn)象，加快鉆井速度，提高生產(chǎn)時效。

3.4針對鉆具組合原因造成托壓解決方法

因鉆具組合失誤造成托壓，往往為上部加重鉆桿托在井壁，要上下多活動幾次，或復(fù)合鉆進(jìn)1～2m，再定向。托壓嚴(yán)重時，必要時起鉆糾正鉆具錯誤，再下鉆鉆進(jìn)。

3.5針對鉆具發(fā)生屈曲造成托壓解決方法

鉆具發(fā)生屈曲，前因往往為定向摩阻較大，定向中加在鉆具上鉆壓大，導(dǎo)致鉆具發(fā)生屈曲。另外如在定向時，對鉆具鉆壓計算不對，也會造成過大的鉆壓加在鉆具上。

避免鉆具發(fā)生屈曲而導(dǎo)致托壓，要首先計算鉆具發(fā)生屈曲臨界鉆壓，在發(fā)生屈曲時，立即上下活動鉆具，加壓時將鉆壓降到臨界鉆壓之下定向。而根據(jù)近年蘇里格水平井施工經(jīng)驗，在鉆具發(fā)生正弦屈曲后，5″鉆桿上可再多加3～5t鉆壓，4″鉆桿可再多加2～3t鉆壓，定向中發(fā)生托壓現(xiàn)象較少。

3.6裸眼井段太長造成托壓解決辦法

設(shè)計水平井段較長時，首先應(yīng)盡可能平滑水平井段前期軌跡，提高鉆進(jìn)效率，通過摸索地層規(guī)律和選擇鉆具組合，合理預(yù)判軌跡走向，實現(xiàn)多復(fù)合鉆進(jìn)少滑動鉆進(jìn)的目的，滑動鉆進(jìn)時，要保持工具面的穩(wěn)定和滑動鉆進(jìn)的持續(xù)性，以保證滑動鉆進(jìn)的效果。保證井眼軌跡平滑，需要方位調(diào)整時，采取“少而勤”的策略，避免軌跡出現(xiàn)大幅波動。定進(jìn)尺、定時進(jìn)行短起下作業(yè)，保證井眼通暢；滑動鉆進(jìn)后進(jìn)行劃眼，井眼順暢無異常顯示后再進(jìn)行接單根或測斜作業(yè)。

設(shè)計水平段大于1500m的水平井，應(yīng)在后面井段加配水力振蕩器，減緩?fù)袎含F(xiàn)象，甚至可以選用變徑穩(wěn)定器實現(xiàn)增降斜控制。有條件的井選配使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向，徹底拋棄滑動鉆進(jìn)方式，并且其測量點離鉆頭更近，能夠更好地保障井眼質(zhì)量，減少井眼屈曲，提高井眼清潔，減少托壓。

4　現(xiàn)場預(yù)防定向托壓方法

（1）斜井段盡可能避免大范圍強(qiáng)增斜段，控制好全角變化率，水平段盡可能避免強(qiáng)增強(qiáng)降井段，要跟甲方溝通好，將強(qiáng)增強(qiáng)降弊端給甲方解釋清楚，在條件允許情況下，將增降斜段井段適當(dāng)延長降低降斜率。

（2）結(jié)合區(qū)塊及臨井資料，在地層交結(jié)多變化段，首先跟現(xiàn)場泥漿工程師溝通交流好，調(diào)配好泥漿性能，在施工中做到勤劃眼，確保新鉆完井眼井壁光滑。

（3）鉆進(jìn)中，排量應(yīng)高于環(huán)空臨界流速低于對井壁造成沖蝕破壞的環(huán)空返速，確保返砂。根據(jù)鉆時快慢，決定劃眼快慢及劃眼次數(shù)；如條件允許，適當(dāng)安排短起下。

（4）要增強(qiáng)責(zé)任心，每次下鉆前，計算好倒裝鉆具中加重鉆桿本趟鉆所處位置，及本趟鉆完成后加重鉆桿位置，確保加重鉆桿始終在井斜40°之上。在下鉆中，跟技術(shù)員溝通好，避免下鉆鉆具放錯位置。

（5）現(xiàn)場定向工程師在施工中，如有條件，可用軟件計算鉆具發(fā)生屈曲臨界鉆壓，如未有軟件，可利用公式計算鉆具發(fā)生屈曲臨界鉆壓，避免將鉆壓過大。

5　結(jié)論

解決蘇里格水平井定向托壓問題，首先預(yù)防為主，盡可能在定向托壓出現(xiàn)前，將導(dǎo)致定向托壓出現(xiàn)因素遏止住。避免人為原因造成定向托壓出現(xiàn)。在出現(xiàn)托壓問題后要合理分析判斷，認(rèn)真處理，通過各種因素排查找解決方案，在處理定向托壓時，要充分重視，保證施工要求及井下安全，預(yù)防井下危險事故的發(fā)生。

[1] 米飛，張健，王玉冰.水平井托壓問題原因分析及解決措施[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013（10）.

TE24

B

1004-5716（2016）11-0114-03

2016-01-07

2016-01-19

岳欽鵬（1986-），男（漢族），重慶人，工程師，現(xiàn)從事定向工程技術(shù)管理工作。