復雜地層水平段井眼軌跡控制難點分析與施工對策

薛友強

摘 要：水平段井眼軌跡控制難點主要是設計造斜井段和穩斜井段。隨著油田勘探開發的深入，動用儲量逐步轉向深層、復雜斷層、零散富集區發展，開發難度越來越大，水平井和定向井技術隨之快速發展。本文探討了水平井現場施工中井身剖面、井斜調整、靶點設置、摩阻、粘卡以及地層保護等關鍵技術。通過嚴格優選鉆進參數、合理的采用復合鉆進，頻繁的短起下作業以及對鉆井液性能的及時調整和維護，實現了提高鉆井速度，減少成本，提高了鉆井效益的目的。

關鍵詞：水平井； 鉆進參數；井身剖面 ；對策

前 言

隨著油田勘探開發的深入，動用儲量逐步轉向深層、復雜斷層、零散富集區發展，開發難度越來越大，水平井和定向井技術隨之快速發展。依據垂直剖面圖也可以定義為水平位移大于或等于垂深兩倍的水平井或定向井。水平井與直井對比具有明顯優勢。一是開發復雜斷塊油藏，可以鉆遇多個目的層，鉆遇厚度遠遠大于直井，節約了鉆井成本和布井數量；二是開發海上油田，尤其是近海油田，優勢更為明顯，節約大量投資和海底設備；三是可以不過多受環保要求限制，有效控制地下儲量。

1水平井常規技術

1.1井眼軌跡

水平段井眼軌跡控制難點主要是設計造斜井段和穩斜井段。水平段軌跡的控制直接影響了水平段合理位置。水平段延伸，造成導向工具鉆壓難以傳遞，摩阻增加，軌跡控制難度加大，加上鉆遇巖層的復雜性，軌跡控制難度更大。一般采取措施有（1）優化鉆具組合。優選“鉆頭+ 單彎螺桿動力鉆具+ 欠尺寸扶正器+ 無磁鉆具+MWD”的單彎柔性倒裝鉆具組合，有助于加壓、造斜和井眼軌跡控制。（2）摩阻扭矩計算，采取軟件計算調整鉆進參數。（3）造斜點的選擇。選取巖層穩定、儲層發育相對較好，容易實現快速造斜。造斜井段采取圓弧形，減少摩阻扭矩。（4）隨鉆隨測。利用MWD 隨時監測井眼軌跡，實時監控底部鉆具組合與地層巖性的關系，調整滑動鉆進與復合鉆進的時間和比例，控制井眼軌跡。

1.2井身剖面

大位移井井身剖面不能超過鉆柱扭矩最大值，能盡量增大延伸距離，降低摩阻和扭矩，減少套管磨損，改進管材和鉆柱組合、測量下入能力。井身剖面設計有三種類型：（1）懸鏈線剖面。特點是鉆柱與井壁間的接觸力等于0，低扭矩。缺點是井身剖面壁井眼軌道長，需要修正井身剖面。（2）增斜-穩斜剖面。井身剖面造斜率較低（<2°/30m），采取大功率頂部驅動裝置，配套重鉆柱結構才能達到目的層。（3）下部井段造斜剖面。造斜點比較深，可以降低扭矩和套管磨損，使用低功率頂部裝置和輕鉆柱可以完成。

1.3鉆頭要求

大位移井鉆頭必須具有軸承使用周期長，良好的保徑能力、掌背耐磨損和密封高溫下不容易失效。大位移井一般采取復合鉆井技術，設計實際轉速200r/min以上，鉆具組合在鉆頭圍繞軸線旋轉的同時，類似做行星運動，使用用1.5°單彎螺桿，鉆頭牙掌和偏磨牙輪損壞嚴重，一般常用1°、1.25°兩個級別的單彎螺桿。影響鉆頭造斜重要的參數是彎角和彎矩，同時影響鉆頭的受力，彎角偏移過大，側向振動較大，損壞井眼尺寸擴大和螺桿鉆具。鉆頭每轉動一周，就會打亂齒圈的破碎環帶，井底破碎出現不均勻和不充分，容易磨穿牙輪齒槽較薄的殼體部位，導致鉆頭失效。復合鉆具在做行星運動的同時，鉆具偏向下井壁形成環空，發生巖屑床堆積和滑移，造成鉆頭背錐、齒圈輪體和掌背磨損、沖蝕而減小鉆速。在水平段和斜井段，鉆頭在鉆具自重作用下，造成井壁側壓增大，增加側切作用后，在大井斜的環境下，產生摩擦熱導致密封失效；由鉆頭的受力情況可知，鉆頭受到井壁較大支撐力，牙輪出現偏轉，造成牙輪與牙掌的間隙過大，泥漿中的固體成分進入密封空間劃傷密封圈，密封失效。再就是牙輪偏轉造成牙輪與牙掌軸頸的摩擦由面摩擦變為線摩擦，油膜損壞，軸承失效。

2 應用實例

油田某井井口方位 1° 距離156m，位于濟陽坳陷東營凹陷鼻狀構造帶斷塊，設計井斜深3460.43 m，垂深2833m。實際完鉆斜深3420.00m，垂深2841.47 m，水平段長289.01m，水平位移750.87 m。井深結構：一開：Φ444.5 mm*404 m 表層套管：Φ339.7 mm×401.64m.二開：Φ215.9 mm×3420.00 m 油層套管（含篩管）：Φ139.7 mm×3388.11m

3 施工難點

定向段造斜率要求高且井眼擴大率小，滑動鉆進拖壓嚴重；該井設計油層2.5m，實際鉆進時A靶油層僅為92cm，為尋找油層，反復調整井斜（甲方做出6次調整井斜），造成井眼曲率增大，送鉆困難；斜井段巖屑床堆積，造成攜砂困難；托壓時上提下放活動鉆具，造斜率偏低，井斜稍有滯后，增加滑動鉆進增斜，難以保證井眼軌跡圓滑；水平井水平段存在的共性問題，一是摩阻增大，二是粘卡，長時間靜止很容易粘卡；裸眼段長，地層復雜，“上糊下掉”現象突出。在水平段施工中，首先要嚴格控制失水，同時在保護油氣層的前提下，合理控制鉆井液密度，防止井壁掉塊大量產生。

4施工問題處理

4.1 首先送鉆，水平井施工中，一般采用的是“切菜式”送鉆，少送勤送，一次送鉆一小截，送鉆時，觀察好靈敏針，送鉆不增鉆壓，保持持續送鉆，同時觀察工具面變化，保證好定向所需要的工具面。

4.2 脫壓造成的后果是滑動送鉆鉆壓只增不回，同時工具面不發生變化，本井解決措施上提出一個單根，滑動鉆進到井底，脫壓嚴重，需要復合鉆劃眼修復井眼。

4.3 更換鉆具組合，容易造成定向困難，尤其是下入地質導向儀器，因為鉆具的剛度和柔性發生變化。需要劃眼來調整，計算好井深，甩掉2-3個單根，開泵劃至井底，多劃幾遍能保證好劃眼效果，在井斜角大于60°之后，需要采用倒置鉆具組合，把加重鉆桿放在井斜角較小井段或直井段。

4.4為保證井眼曲率圓滑，必須減少滑動鉆進的次數和井深，盡量保持復合鉆，在增斜段，不能大段滑動鉆進，每個單根采用滑動鉆+復合鉆結合，在巖性軟，鉆時較快的井段，適當的滑動鉆進增井斜，這樣節約定向消耗的大量時間。同時結合設計，在前期施工中，欠井斜施工，避免在后期復合鉆增井斜太快，還需要滑動鉆進回扣井斜，影響鉆井進度。同樣在水平段施工中，本井采用單彎后+擴大器的穩斜鉆具組合，減少了滑動鉆進，增加復合鉆，保證了井眼圓滑。

4.5 定期搞好短起下，本井井斜大于45°后每300米左右短起下一次，進入水平段每100-150米左右短起下一次，以破壞巖屑床并將巖屑帶出。接單根每打完一個單根，劃2遍井眼后方可測斜，提泵上提摩阻還是很大，繼續劃，直到上提沒有問題，才能接單根。

參考文獻：

[1]朱全塔. 孤平1 井超長水平段水平井鉆井技術[J].石油鉆探技術，2016，33（6）：68-71.