延長淺層石油大位移水平井施工技術淺析

范欽明

摘要：全液壓車載鉆機以其集成動力頭優勢，可有效的解決淺層石油大位移水平井施工中出現的加壓困難、水平鉆進拖壓等技術難題，避免施工事故，提高鉆井效率，并配合漂浮下套管方法，降低下套管風險，提高下套管成功率，保證鉆井順利實施。

Abstract： With the advantages of integrated power head， the fully hydraulic vehicle drilling rig can effectively solve the technical problems such as pressure difficulties and horizontal drilling and drag pressure in the construction of shallow oil horizontal well with large displacement， avoid construction accidents， improve drilling efficiency， cooperate with the floating casing method， lower casing risk reduction， improve the success rate of the lower casing， and ensure the smooth drilling implementation.

關鍵詞：淺層石油;大位移水平井;車載鉆機;鉆井工藝

Key words： shallow oil;large displacement horizontal well;mobile rig;drilling technology

中圖分類號：TE256? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）26-0185-02

0? 引言

水平井一直是國內外各大油田促進油氣勘探開發的主要手段之一，對低滲透油藏能加快井底滲流向擬線性流轉變，是延長油田解決石油開發多井、低產、低效的有效手段，也是老油田挖潛、提高采收率和開發質量的重要途徑[1-2]。延長油田大部分位于陜北黃土高原，油藏埋深淺，覆蓋層厚，水平井位垂比普遍大于2.0，對大位移水平井施工造成了諸多困難。通過引入車載動力頭鉆機和電磁波無線隨鉆測量儀及相關鉆井技術，可有效解決因位垂比大而產生的鉆井、下套管難題[3-4]，實現了淺層石油大位移水平井成功順利實施。本文以南泥灣油田劉553平1井為例。

1? 項目概況

劉553平1井位于山西省延安市寶塔區南泥灣油田劉臺區，屬陜北黃土塬區溝、梁、峁地貌，鉆遇地層主要有第四系、侏羅系延安組和三疊系，厚度分別為220m、70m和290，目的油層主要是長62油層，設計井深1666m，垂深580m，水平段長1004m，油層發育與砂體匹配關系較好，油層較厚區域主要分布在該井區中部區域，厚度穩定，局部達12m以上。劉553平1井設計水平段油層厚度10～12m，平均約10m。

2? 施工技術難點

①該井垂深較淺，表土層厚，造斜曲率大，施工較困難;②水平段長，水平段鉆進時容易拖壓，鉆頭鉆壓得不到保證，鉆效低甚至無法鉆進;③井眼曲率大，水平段長，臨界阻力角以上井段過短，套管下入難度大、風險高。

3? 施工工藝

3.1 井身結構

該井鉆探目的層為延長組淺灰，灰色細粒長石砂巖與深灰色砂質泥巖不等厚互層，根據試驗地質條件，結合目前水平井鉆井技術、設備及工具能力，采用 “單弧剖面”（直-增-水平）三段制剖面形式，如圖1所示。該剖面相對簡單，工具選擇方便，施工易于控制;三段制剖面彎曲（高造斜率段）井段相對較短，利于降低鉆柱下入摩阻，確保鉆具能夠安全順利通過彎曲段，利于鉆井成本控制，確定造斜率為7～9°/30m。

3.2 鉆具組合

一開直井段：Φ311.2mmPDC*0.3m+630*4A10雙母+Φ165mm鉆鋌*3+Φ127mm加重鉆桿+Φ127mm鉆桿。

二開直井段和造斜段：Φ215.9mm牙輪*0.37m+Φ172mm*1.5°螺桿*7.4m+4A11*410變徑接頭*0.34+411*410定向接頭*0.67+Φ165mm無磁鉆鋌*9.06+411*410天線接頭*1.32+Φ127mm加重鉆桿*1+Φ127mm鉆桿。

二開水平段：Φ215.9mmPDC*0.37m+Φ172mm*1.25°螺桿*7.4m+Φ212mm扶正器*0.72m+4A11*410變徑接頭*0.34+411*410定向接頭*0.67+Φ165mm無磁鉆鋌*9.06+411*410天線接頭*1.32+Φ127mm加重鉆桿*1+Φ127mm鉆桿。

3.3 鉆井參數

一開直井段：采用Ф311.2mmPDC鉆頭鉆進，鉆壓控制在80kN以內，保證井眼打直，使用30-50L/s的大排量，保證攜巖需要，轉速60-100rpm，，提高鉆井效率。

二開直井段及造斜段：采用Ф215.9mm三牙輪鉆頭鉆進，保證造斜段增斜率，鉆壓控制在90-120kN，排量28-35L/s，泵壓6-10MPa，保證螺桿的正常工作。

三開水平段：采用Ф215.9mmPDC鉆頭鉆進，鉆壓80-150Kn，排量28-30L/s，泵壓12-16MPa。

3.4 鉆井液配方及性能

一開鉆進地層為第四系，主要保證井壁的穩定性，防止漏失;二開定向段采用低固相泥漿，加入K-PAM膠液，防止由于處理劑加量不足造成井徑擴大與失穩，鉆遇砂巖段，可適當加大K-PAM的加量，補充足量的防塌劑、降濾失劑、水基潤滑劑、地層壓力增強劑，以增加護壁能力，提高鉆井液的粘度和切力，增加攜屑、懸屑能力，保證巖屑及時返出，保證孔內干凈，鉆井液性能應滿足：粘度38-60s，密度1.05-1.08g/cm3，靜切力1-3Pa，動切力2-8Pa，濾失量<15ml，泥餅<1.0mm，含沙量0.3-0.5%，pH值9-10;二開水平段在上段鉆井液體系的基礎上，加入足量的潤滑劑、聚合物降濾失劑，調節鉆井液的流變性能，同時增加潤滑性，降低孔內鉆具磨阻，鉆井液性能滿足：粘度35-60s，密度1.05-1.12g/cm3，靜切力2-5Pa，動切力5-10Pa，濾失量<10ml，泥餅<0.5mm，含沙量<0.3%，pH值9-10。

3.5 主要設備機具

該井垂深淺，二開直徑大，造斜難度大，采用常規鉆機施工困難，而選用CMD100型全液壓車載動力頭鉆機可有效解決加壓難度大的難題，并配合SEMWD-2000電磁波無線隨鉆測井設備可有效提高鉆井效率。

CMD100型鉆機是北京天和眾邦勘探技術股份有限公司生產的全液壓車載鉆機，動力頭行程15.2m;最大提升力100t，最大提升速度30.5m/min;最大給進力14.5t，給進速度55.5m/min;動力頭轉速0-300r/min，最大扭矩24750Nm;定心盤工作臺基孔？準508mm，工作臺擴大狀態下開口尺寸？準813mm。具有如下特點：①機動性強，搬遷運輸方便，工人勞動強度小;②鉆機采用全液壓多回路控制，具備多項安全保護的功能，包括提升力限制、給進力限制、扭矩限制、動力頭給進鎖定、鉆桿夾持能力調節等;③鉆機具有鉆壓調節功能，可根據地層情況、孔徑、鉆井工藝選擇準確地控制鉆進力的大小，滿足淺井定向鉆進壓力需求和下套管壓力需求;④動力頭可翹起至80°，主軸浮動長度102mm，裝卸鉆桿方便，減少了鉆孔輔助時間，減輕了工人勞動強度;⑤主軸具有制動功能，進行定向、水平鉆進工作時避免主軸發生轉動。

SEMWD-2000電磁波無線隨鉆測量系統是中國電子科技集團第二十二研究所開發的正脈沖式無線隨鉆測量設備，井下設備與地面設備通過地磁波的通信方式進行井下測量數據的傳輸，具有數據測量實時性高、數據傳輸快、鉆井液不受影響等優點，并配備上下探測伽馬，可實時監測水平段鉆進情況，提高目的層鉆遇率，提高鉆井效率。

3.6 下套管

由于水平段比較長，采用常規下套管方法，套管下入風險高，為了保證生產套管安全下入，采用漂浮下套管方法。

生產套管結構：Φ139.7mm浮鞋+Φ139.7mmn套管1根+Φ139.7mm浮箍+Φ139.7mm套管1根+Φ139.7mm浮箍+Φ139.7mm套管串+漂浮接箍+Φ139.7mm套管串+139.7mm短套管+Φ139.7mm套管串+聯頂節。

下套管前嚴格通井，加入不低于2%的潤滑劑，并控制好鉆井液性能，確保摩阻系數不大于0.35，另外套管下入過程中浮力較大，通過動力頭加壓，使套管順利下入。

4? 取得成果

通過選用CMD100全液壓車載鉆機和SEMWD-2000電磁波無線隨鉆測井設備，優化鉆井設計和鉆井技術參數，控制定向、下套管等關鍵技術環節，實現了順利完井，完井周期30天，水平段目的層鉆遇率100%，綜合質量良好。

5? 結論及建議

①全液壓車載動力頭鉆機以其特殊的結構模式，能夠提供加壓能力，可同時旋轉提升，是解決淺層油氣水平井鉆井技術難題的關鍵設備，并夠有效的防止鉆井事故，提高鉆井效率。②采用漂浮下套管方法可有效的解決大位移水平井下入難度大的難題，配合動力頭加壓能力，有效的降低了下套管風險，提高下高管的成功率。

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