超淺層大位移水平井鉆完井技術(shù)

鄧紅琳，王錦昌

(中石化華北油田分公司，河南鄭州 450006）

超淺層大位移水平井鉆完井技術(shù)

鄧紅琳，王錦昌

(中石化華北油田分公司，河南鄭州 450006）

為提高渭北油田低孔、低滲、低壓油藏的單井儲(chǔ)量動(dòng)用程度，增加油井產(chǎn)能，在渭北油田部署了超淺層大位垂比水平井——WB2P37井。在分析施工難點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)井身結(jié)構(gòu)、井眼軌道設(shè)計(jì)、井眼軌跡控制、倒裝鉆具組合、鉆井液技術(shù)，下尾管固井等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，保障了該井鉆完井施工的順利進(jìn)行。該井完鉆井深為1 656 m，完鉆垂深為392.97 m，水平位移為1 384.44 m，位垂比為3.52，油層套管一次下入到井底，固井質(zhì)量良好。該井試驗(yàn)表明：在渭北油田超淺儲(chǔ)層，垂深大于390 m、水平段長(zhǎng)為1 000 m的大位移水平井進(jìn)行下尾管固井完井的方案是可行的。該技術(shù)對(duì)國(guó)內(nèi)其他同類(lèi)油田的開(kāi)發(fā)具有借鑒意義。

超淺層；大位移水平井；鉆井；完井；尾管；渭北油田；WB2P37井

1 施工難點(diǎn)分析

渭北油田地處陜西省中部的黃土塬區(qū)，構(gòu)造位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東南部，橫跨伊陜斜坡和渭北隆起［1－2］。油層埋深為350～550 m，采用水平井鉆完井模式開(kāi)發(fā)，由于垂深小，水平段鉆柱及完井套管柱的有限延伸難度大，給鉆完井施工帶來(lái)了很大難度，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)WB2P37井目的層垂深為392.97 m，一開(kāi)井段膠結(jié)疏松，不易定向鉆進(jìn)，因此定向井段只能選擇在100.00～392.97 m井段，造斜段空間較小，平均造斜率較大，另外考慮后期需要在垂深300 m附近下采油泵，因此軌道設(shè)計(jì)時(shí)要預(yù)留一個(gè)穩(wěn)斜井段。導(dǎo)致該井造斜井段的造斜率更大(0.233°/m)，增加了施工難度。

(2)直井段短，造斜點(diǎn)淺(113 m)，造斜段的狗腿度大，水平位移大(水平段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為1 000 m)，位垂比大，直井段鉆柱質(zhì)量輕，在大斜度井段、水平井段鉆進(jìn)中，鉆具平躺在下井壁，鉆具與井壁的接觸面積大，施工過(guò)程中摩阻高、扭矩大，下鉆阻力大，造成施工中工具面擺放困難，鉆進(jìn)中托壓嚴(yán)重，導(dǎo)致鉆進(jìn)時(shí)加不上壓，鉆速低［3］。

(3)地質(zhì)要求水平段須下套管固井完井。由于垂深淺，水平段長(zhǎng)，位垂比大，直井段完井管柱的質(zhì)量相對(duì)較輕，下套管時(shí)，大斜度井段、水平井段套管與井壁接觸摩阻大，靠套管自重很難將完井管柱順利下入井底。

2 技術(shù)對(duì)策及工程設(shè)計(jì)方案

2.1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該井的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮了3個(gè)因素［4－6］：①第四系黃土層膠結(jié)疏松，易垮、易漏，一開(kāi)必須快速鉆過(guò)該層，下套管封固；②二開(kāi)斜井段井壁易失穩(wěn)，鉆井液密度需提高至1.20 g/cm3，以平衡井壁垮塌，采用該鉆井液密度鉆進(jìn)至水平段，勢(shì)必對(duì)低壓儲(chǔ)層(目的層壓力系數(shù)為0.6左右)造成較大的壓差傷害，因此，二開(kāi)鉆進(jìn)至水平段著陸入靶(A靶點(diǎn))，下技術(shù)套管封固為宜；③地質(zhì)設(shè)計(jì)水平段長(zhǎng)1 000 m，位垂比大，完井套管下入時(shí)需要考慮加重鉆具輸送才能下入到井底，因此，采用三級(jí)井身結(jié)構(gòu)，尾管懸掛的方式完井更為安全。綜合以上因素設(shè)計(jì)了該井的井身結(jié)構(gòu)(圖1)。

2.2 井眼軌道設(shè)計(jì)及優(yōu)化

井眼軌道設(shè)計(jì)以有利于提高機(jī)械鉆速、有利于降低摩阻、有利于著陸點(diǎn)的控制和水平段井眼軌跡調(diào)整為原則，軌道采用直—增—穩(wěn)—增—平雙增軌道剖面［7－9］，井斜45°位置處設(shè)計(jì)31.22 m長(zhǎng)的穩(wěn)斜段，滿(mǎn)足后期采油下泵的需求，最大造斜率為0.233°/m。軌跡設(shè)計(jì)主要參數(shù)見(jiàn)表1。

圖1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

表1 軌道設(shè)計(jì)參數(shù)

2.3 鉆具組合設(shè)計(jì)及優(yōu)化

該井垂深淺、位垂比大，主要難點(diǎn)是三開(kāi)水平段鉆進(jìn)過(guò)程中鉆具能否有效加壓和延伸問(wèn)題。采用常規(guī)鉆具組合，水平段鉆進(jìn)過(guò)程中上部直井段鉆具不能提供足夠的重力確保水平段有效加壓鉆進(jìn)至井底，因此，設(shè)計(jì)采用倒裝鉆具組合，即將加重鉆桿和鉆鋌加到井斜50°上方的井段，三開(kāi)水平段鉆進(jìn)鉆具組合設(shè)計(jì)為：?215.9 mm鉆頭+?172.0 mm單彎螺桿(1°)+回壓凡爾+定向接頭+?165.0 mm無(wú)磁鉆鋌+MWD+?127.0 mm斜坡鉆桿×1 200 m+ ?127.0 mm加重鉆桿×200 m+?177.8 mm鉆鋌× 130 m+?127.0 mm鉆桿×30 m。

2.4 鉆井液設(shè)計(jì)

鉆井液以穩(wěn)定井壁和最大限度地減少對(duì)儲(chǔ)集層的損害、保護(hù)油氣層為主，設(shè)計(jì)采用鉀銨基聚合物鉆井液體系［10－12］，通過(guò)K+和NH4+的晶格固定和離子交換作用來(lái)抑制泥頁(yè)巖吸水水化膨脹，穩(wěn)定井壁。二開(kāi)鉆井液配方為：(2.0%～4.0%)鈉土+ (0.1%～0.2%)Na2CO3+(0.1%～0.2%)K－PAM+ (0.2%～0.3%)K－PAN+(1.5%～2.0%)防塌劑+ (1.5%～2.0%)潤(rùn)滑劑，鉆進(jìn)至造斜井段提高鉆井液密度，并通過(guò)封堵劑封堵地層的層理裂隙，有效防止造斜段泥巖及煤層的井壁失穩(wěn)。具體性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 分井段鉆井液性能設(shè)計(jì)

水平段鉆井液配方為：(3.0%～4.0%)膨潤(rùn)土+(0.2%～0.3%)KOH+(0.3%～0.5%)K－PAM+ (0.5%～1.0%)NH4－HPAN+(2.0%～3.0%)無(wú)熒光防塌劑+(2.0%～6.0%)潤(rùn)滑劑。水平段鉆井液設(shè)計(jì)為低密度、低失水、強(qiáng)抑制、強(qiáng)潤(rùn)滑鉆井液，以提高鉆井液的穩(wěn)定性及保護(hù)儲(chǔ)層能力，嚴(yán)格控制鉆井液失水量不大于5 mL，完鉆后下入完井管柱前，鉆井液中加入促進(jìn)潤(rùn)滑的塑料小球，保證完井管柱下入過(guò)程中降低摩阻效果。

2.5 完井管柱及尾管固井設(shè)計(jì)

由于該井垂深淺，水平位移大，直井段管柱有效質(zhì)量輕，下套管過(guò)程給下部套管的有效壓力輕，因此設(shè)計(jì)采用尾管懸掛的方式完井，采用?127.0 mm加重鉆桿送?139.7 mm尾管的方式下至井底，尾管懸掛在?244.5 mm技術(shù)套管內(nèi)(井斜為45～50°)，尾管安全懸掛后，進(jìn)行尾管段的固井完井作業(yè)。采用加重鉆桿輸送尾管，可有效提高直井段管柱的質(zhì)量，給水平段管柱的延伸提供足夠的下壓力。

尾管固井工藝設(shè)計(jì)采用一次注雙凝水泥漿體系封固尾管井段，尾漿(密度為1.88 g/cm3)封水平段，返深至A靶點(diǎn)；領(lǐng)漿(密度為1.88 g/cm3)封A靶點(diǎn)至懸掛器之間井段。尾漿及領(lǐng)漿性能參數(shù)設(shè)計(jì)見(jiàn)表3。

表3 水泥漿常規(guī)性能

3 實(shí)施效果

(1)現(xiàn)場(chǎng)軌跡控制及鉆井指標(biāo)效果。WB2P37井完鉆井深為1 656 m，完鉆垂深為392.97 m，水平位移為1 384.44 m，位垂比為3.52，鉆井周期為30.81 d，全井平均機(jī)械鉆速為7.04 m/h，取得了良好的應(yīng)用效果。三開(kāi)水平段采用倒裝鉆具組合。鉆壓為20～50 kN，排量為32 L/s，泵壓為15～17 MPa，螺桿+轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速為50～60 r/min，每鉆進(jìn)100～200 m起鉆1次，調(diào)整加重鉆具的位置，保證加重鉆具在井斜50°上部井段，確保有效加壓，每鉆進(jìn)100 m短起下鉆1次，及時(shí)清除巖屑床，加強(qiáng)螺桿的使用，避免定點(diǎn)循環(huán)，及時(shí)加入液體潤(rùn)滑劑減少摩阻，保證井下安全。該井水平段從586 m至1 656 m安全快速鉆進(jìn)1 070 m，未出現(xiàn)明顯的托壓現(xiàn)象，水平段機(jī)械鉆速高達(dá)10.7 m/h，軌跡控制精準(zhǔn)，準(zhǔn)確中靶。

(2)下完井管柱及固井完井效果。完井管柱： ?127 mm加重鉆桿×320 m+尾管懸掛器(?244.5 mm×?139.7 mm)+變絲短節(jié)+?139.mm(N80、7.72 mm、LTC)套管×1 330 m，水平段套管串每1根加放1只滾輪樹(shù)脂旋流扶正器。下尾管過(guò)程順利，懸掛器安全坐掛，固井按設(shè)計(jì)方案順利實(shí)施，水平段固井質(zhì)量良好。

4 結(jié)論

(1)將加重鉆具加放在井斜50°上部淺井段的倒裝鉆具組合，可有效克服超淺層大位垂比水平井水平段鉆進(jìn)過(guò)程中的托壓?jiǎn)栴}。

(2)采用加重鉆具輸送尾管到井底，尾管坐掛到上一級(jí)套管內(nèi)，有效解決了超淺層大位垂比水平井套管難下入水平段的問(wèn)題，同時(shí)尾管懸掛的方式不僅節(jié)約了套管成本，而且大大降低了套管下不到井底的風(fēng)險(xiǎn)。

(3)該井是國(guó)內(nèi)儲(chǔ)層垂深小于400 m、位垂比最大的水平井，該井的成功實(shí)施為超淺儲(chǔ)層大位移水平井的實(shí)施積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

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編輯孟凡勤

TE243

A

1006－6535(2014)03－0142－03

10.3969/j.issn.1006－6535.2014.03.035

20130909；改回日期：20140306

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)“特殊結(jié)構(gòu)井鉆完井工藝技術(shù)研究”(2008ZX05045－003－3)

鄧紅琳(1966－)，女，高級(jí)工程師，1988年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院鉆井工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事鉆完井工程研究及管理工作。