ZP24-P2長水平段水平井鉆井施工技術(shù)

許興鋒 申子臣

摘要：Z22區(qū)塊的主力油層F油層屬于低孔、特低滲儲(chǔ)層，直井和普通水平井開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益低，因此部署了9靶點(diǎn)、水平段長度超過2500.00m的ZP24-P2長水平段水平井。在進(jìn)行鉆井工程設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)井身結(jié)構(gòu)和靶前距、造斜率等井眼軌道設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，施工中選用合理的井眼軌跡控制方式保證了井眼軌跡精確控制，優(yōu)化鉆井排量和頂驅(qū)轉(zhuǎn)速、強(qiáng)化井眼清潔措施保證了井眼清潔，監(jiān)測(cè)施工摩阻和旋轉(zhuǎn)扭矩，實(shí)現(xiàn)了水平段最大化延伸。該井完鉆井深4670.00m，水平段長2522.00m，全井無事故復(fù)雜，創(chuàng)造了大慶油田應(yīng)用水基鉆井液施工水平段最長記錄。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)優(yōu)化;軌跡控制，井眼清潔;摩阻監(jiān)控;ZP24-P2長水平段

大慶油田的Z22區(qū)塊的主力油層為F油層，該油層含油層段為FⅠ、FⅡ組，沉積時(shí)期主要受南部沉積體系控制，儲(chǔ)層主要為分流河道砂、水下分流河道砂和決口扇砂。砂體多呈北東-南西展布，平均單砂層厚度一般在1.2m～5.2m，常規(guī)巖心分析孔隙度一般為9.0%～12.9%，平均為10.5%，滲透率一般為0.10×10-3μm2～1.47×10-3μm2，平均為1.04×10-3μm2，屬低孔、特低滲儲(chǔ)層，因此部署了長水平段水平井ZP24-P2井進(jìn)行開發(fā)，在該井的實(shí)際施工中克服了井眼凈化困難、摩阻/扭矩大、井眼軌跡控制難度大等施工難題，成功完成了9靶點(diǎn)致密油水平井，實(shí)現(xiàn)完鉆井深4670.00m，垂深1941.94m，最大井斜角91.88°，閉合方位角359.33°，水平位移長2934.12m，水平段長2522.00m，對(duì)該區(qū)塊高效開發(fā)具有重要意義。

1設(shè)計(jì)優(yōu)化

1.1井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在進(jìn)行井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候，按照有利于安全鉆井、降低長水平段施工摩阻與扭矩的總體要求，主要對(duì)技術(shù)套管的下深進(jìn)行了優(yōu)化，最后選用三層套管的井身結(jié)構(gòu)。技術(shù)套管封固青山口以上的大段易坍塌的泥巖地層，同時(shí)在技術(shù)套管內(nèi)進(jìn)行造斜施工，技術(shù)套管施工完成后的井斜角達(dá)到85°，最大限度降低三開長水平段施工的摩阻與扭矩，為水平段的有效延伸創(chuàng)造條件。

1.2井眼軌道優(yōu)化

在ZP24-P2井井眼軌道設(shè)計(jì)中選擇的是“直—增—穩(wěn)—增—水平”的變曲率多圓弧剖面類型，該剖面特點(diǎn)是軌道比較圓滑，能夠最大限度降低施工摩阻與扭矩。

1.2.1靶前位移優(yōu)化

在井眼軌道設(shè)計(jì)中，利用軟件以水平段長度為2500m，套管內(nèi)的摩阻系數(shù)0.2，裸眼井段的摩阻系數(shù)0.3為模擬條件，分別對(duì)靶前位移300.00m、400.00m、500.00m、600.00m、700.00m的施工摩阻與旋轉(zhuǎn)扭矩進(jìn)行了模擬，結(jié)果見圖1所示。從圖1我們可以看成，當(dāng)在靶前位移為400.00m左右的時(shí)候施工摩阻最小，此時(shí)的旋轉(zhuǎn)扭矩也比較小，因此ZP24-P2井設(shè)計(jì)的靶前位移最終確定為400.00m左右最為合適。

1.2.2造斜率優(yōu)化

選取靶前位移為400.00m，分別對(duì)造斜率為3°/30m、4°/30m、5°/30m、6°/30m、7°/30m和8°/30m的施工摩阻和旋轉(zhuǎn)扭矩情況進(jìn)行模擬，結(jié)果見圖2所示。從圖2我們可以看出，當(dāng)造斜率在4～5°/30m的時(shí)候施工摩阻最小，而此時(shí)的旋轉(zhuǎn)扭矩也相對(duì)較小，因此在該井的軌道設(shè)計(jì)中造斜率應(yīng)該在4～5°/30m之間。

1.2.3井眼軌道的最終確定

通過靶前位移和造斜率的優(yōu)化，最后優(yōu)選造斜點(diǎn)位置為1513.00m，靶前位移為403.00m，最大造斜率為4.80°/30m，最終優(yōu)化形成的井眼軌道如表1所示。

2鉆井施工技術(shù)

2.1井眼軌跡控制技術(shù)

2.1.1直井段軌跡控制技術(shù)

該井的直井段長度為1513.00m，因此直井段施工以“防斜打直”為主，為增斜段施工創(chuàng)造條件。采用雙扶正器鐘擺鉆具組合，施工中嚴(yán)格控制鉆壓，每鉆進(jìn)120.00m左右進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)斜，發(fā)現(xiàn)井斜異常及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，至井深1500.00m時(shí)井斜角僅為0.47°，水平位移3.2m。

2.1.2造斜段軌跡控制技術(shù)

ZP24-P2井的造斜段要在Φ311.2mm井眼中完成，大井眼造斜造斜率具有不確定性，為了有效保證造斜率，按照比設(shè)計(jì)高20%來選取造斜工具，應(yīng)用Φ216mm1.5°螺桿鉆具+LWD進(jìn)行施工，鉆具組合為：Φ311.20mmBIT×0.40m+Φ216.00mmLZ×7.58m+Φ203.00mmJHF×0.59m+Φ203.00mmLWD×6.49m+Φ206.00mmMDC×8.83m+Φ178.00mmDC×55.63m+Φ127.00mmHWDP×56.69m+Φ127.00mmDP×572.98m+Φ127.00mmHWDP×224.22m+Φ127.00mmDP。施工之前根據(jù)直井段的井斜角、位移偏差對(duì)井眼軌跡進(jìn)行重新修正設(shè)計(jì)，施工中首先連續(xù)定向4個(gè)單根，摸索出該套鉆具組合在該井的實(shí)際造斜率，然后通過計(jì)算確定合理的滑動(dòng)鉆進(jìn)和復(fù)合鉆進(jìn)的最佳進(jìn)尺，既實(shí)現(xiàn)了井眼軌跡的平滑，又保證了井眼軌跡的精確控制。

2.1.3水平段軌跡控制技術(shù)

為了能夠?qū)崿F(xiàn)水平段超過2500.00m的施工目標(biāo)，并保證砂巖的鉆遇率，因此應(yīng)用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具進(jìn)行施工，具體組合為：Φ 215.90mmBIT × 0.36m+ Φ 172.00mmXZDX × 17.41m+ Φ 203.00mmSTB × 1.74m+ Φ 127.00mmMHWDP × 9.18m+ Φ172.00mmJHF × 0.50m+ Φ 127.00mmHWDP × 56.69m+ Φ 127.00mmDP × 3378.82m+ Φ 127.00mmHWDP × 224.22m+ Φ127.00mmDP。由于該井水平段超長，油層砂體發(fā)育不連續(xù)，因此現(xiàn)場(chǎng)施工建立精確地質(zhì)模型，結(jié)合實(shí)鉆的伽馬、電阻率曲線和錄井巖屑、顯示情況修正模型，并隨時(shí)調(diào)整井斜角和方位角，至完鉆井深4670.00m時(shí)實(shí)現(xiàn)了水平段砂巖鉆遇率91.5%。

2.2井眼清潔技術(shù)

三開水平段施工長度超過2500.00m，有效保證井眼清潔是降低施工的摩阻與扭矩，保證鉆井施工安全和完井套管安全下入的必要條件。

2.2.1優(yōu)化鉆井參數(shù)

鉆井排量和頂驅(qū)轉(zhuǎn)速對(duì)鉆井液的攜巖性能有著非常大的影響，因此在ZP24-P2井的施工中對(duì)這2個(gè)參數(shù)進(jìn)一步優(yōu)化，以保證井眼清潔。以機(jī)械鉆速為6.5m/h，鉆井液密度1.40g/cm3，表觀粘度60s，塑性粘度26mPa.s，動(dòng)切力12Pa，頂驅(qū)轉(zhuǎn)速80r/min、100r/min為模擬條件，利用軟件對(duì)28L/S～32 L/S不同鉆井排量、頂驅(qū)轉(zhuǎn)速下的巖屑床形成厚度進(jìn)行模擬，結(jié)果見圖3a、b所示。從圖3a、圖3b可以看出，在頂驅(qū)轉(zhuǎn)速80 r/min時(shí)，隨著鉆井泵排量的增加，巖屑床厚度逐漸減小，當(dāng)鉆井泵排量達(dá)到32L/S的時(shí)候，產(chǎn)生的巖屑床厚度為4mm左右。保證相同排量，提高頂驅(qū)轉(zhuǎn)速到100r/min，此時(shí)排量32L/S所產(chǎn)生的巖屑床厚度僅為2mm左右，因此在ZP24-P2井的施工中鉆井泵的排量一直未低于32L/S，頂驅(qū)轉(zhuǎn)速一直在100r/min以上，起到了很好的攜巖效果。

2.2.2其它井眼清潔措施

ZP24-P2井施工中，除了優(yōu)化鉆井排量和頂驅(qū)轉(zhuǎn)速以外，還采取了以下井眼凈化措施。一是優(yōu)化鉆井液性能，保證鉆井液動(dòng)塑比。研究表明鉆井液的動(dòng)塑比越大攜巖效果越好，因此在該井施工中鉆井液的動(dòng)塑比一直未低于0.4，有效地保證了鉆井液的攜巖效果;二是強(qiáng)化固控設(shè)備的使用，及時(shí)清除巖屑。振動(dòng)篩都更換為200目篩布，做好一級(jí)固控，同時(shí)應(yīng)用除砂/除泥一體機(jī)和中、高速離心機(jī)，使這些設(shè)備的使用率不低于90%，有效地清除鉆井液中的有害固相含量。三是根據(jù)井下施工的摩阻/扭矩和返砂情況及時(shí)進(jìn)行短起下鉆，下鉆到底后大排量循環(huán)2周以上，直到振動(dòng)篩無砂后方可鉆進(jìn)。

2.3摩阻/扭矩監(jiān)測(cè)控制技術(shù)

隨著水平段的不斷增長，摩阻和旋轉(zhuǎn)扭矩是影響長水平段水平井施工安全和水平段最大化延伸的障礙，因此采取減小摩阻，降低旋轉(zhuǎn)扭矩的措施是長水平段水平井成功實(shí)施的關(guān)鍵。在ZP24-P2井水平段施工中實(shí)時(shí)測(cè)量鉆具上提和下放的摩阻情況，然后根據(jù)摩阻反算摩阻系數(shù)，再根據(jù)反算的摩阻系數(shù)計(jì)算待鉆井段的摩阻與旋轉(zhuǎn)扭矩，當(dāng)發(fā)現(xiàn)待鉆井摩阻與扭矩超過施工承受范圍后及時(shí)采取在鉆井液中補(bǔ)充潤滑劑、進(jìn)行短起下鉆、大排量洗井等措施，來降低施工摩阻和扭矩，保障施工安全。實(shí)測(cè)摩阻數(shù)據(jù)見圖4、實(shí)測(cè)扭矩與預(yù)測(cè)扭矩對(duì)比見圖5所示。

2.4鉆井液技術(shù)

ZP24-P2井施工的水平段長度超過2500.00m，施工中井眼清潔困難、摩阻與旋轉(zhuǎn)扭矩大，因此在二開和三開施工中均選用抑制性強(qiáng)、固相含量低、潤滑性能好的KCL鹽水鉆井液體系，配方為：0.1%～0.3%純堿+1%～3%抑制劑+6%～8%氯化鉀+8%-12%氯化鈉+0.1%～0.3%檸檬酸+0.2%～0.5%提粘劑+0.3%～0.8%包被劑+0.3%～0.8%防塌劑+0.5%～1.5%穩(wěn)定劑+0.5%～1.5%降失水劑+1%～3%聚合醇+1%～3%碳酸鈣+適量消泡劑。施工中除了保證鉆井液的攜帶巖屑和懸浮能力的同時(shí)，根據(jù)不同的施工階段制定了不同鉆井液維護(hù)處理措施，在二開直井段青山口大段泥巖層補(bǔ)足抑制劑和防塌劑，保證鉆井液具有強(qiáng)抑制性能和防塌性能，保證井壁穩(wěn)定;在二開定向施工段補(bǔ)充液體潤滑劑，使含量不低于3%，降低定向施工的摩阻，提高定向施工效率;三開水平段施工中補(bǔ)充降失水劑，保證低失水，同時(shí)補(bǔ)充液體潤滑劑的同時(shí)，復(fù)配固體石墨潤滑劑，使兩種潤滑劑的總含量不低于5%，提高鉆井液的潤滑效果，降低施工的摩阻和旋轉(zhuǎn)扭矩，保證水平井段的施工安全。

3施工效果分析

ZP24-P2井完鉆井深4670.00m，垂深1941.94m，最大井斜角91.88°，閉合方位角359.33°，水平位移長2934.12m水平段長2522.00m，平均機(jī)械鉆速7.89m/h，與臨井肇平ZP24-P1井相比在井深增加1536.00m，水平段增加1707.00m的情況下，鉆速提高22.52%，實(shí)現(xiàn)了9個(gè)靶點(diǎn)全部中靶。設(shè)計(jì)與實(shí)鉆數(shù)據(jù)見表2所示。

4結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）施工之前根據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)要求對(duì)井身結(jié)構(gòu)和靶前距、造斜率等井眼軌道設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化是保證ZP24-P2井施工安全和順利的關(guān)鍵。

（2）在施工中根據(jù)井眼軌跡控制不同階段特點(diǎn)選用合理的鉆具組合和工具，保證了井眼軌跡控制的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了砂巖鉆遇率的最大化。

（3）通過優(yōu)化鉆井排量和頂驅(qū)轉(zhuǎn)速，采取合理的井眼凈化技術(shù)措施，保證了井眼凈化，減少了巖屑床的形成，實(shí)現(xiàn)了井下施工的安全。

（4）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)施工的摩阻和旋轉(zhuǎn)扭矩，計(jì)算裸眼井段摩阻系數(shù)，從工程技術(shù)和鉆井液處理兩個(gè)方面采取相關(guān)措施降低施工的摩阻和旋轉(zhuǎn)扭矩，實(shí)現(xiàn)了水平段的最大化延伸。

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