液壓鉆機鉆超淺層大位移水平井鉆完井技術

劉少劍

摘要：目前主要使用斜井鉆機和常規直井鉆機施工淺層稠油水平井，實際應用表明斜井鉆機作業費用昂貴，使用的斜采油樹、斜抽油機和斜修井機給采油和修井增加了困難，增大了成本，無法實現經濟開發;直井鉆機存在拖壓嚴重、管柱下入困難、井眼控制精度要求高等技術難題。應用液壓鉆機鉆成完鉆井深1245.67m、垂深164.28m、水平位移1139.06m、水平段長959.67m、水平位移與垂深比（簡稱水垂比）為6.93：1的目前國內最大水垂比的超淺層大位移水平井-JX2井。開展了表層定向、淺層松散地層中曲率井眼軌跡控制、中曲率井眼的入井管柱加壓、鉆井液體系優化等施工工藝研究。它的試驗成功為其他同類油田的開發提供了經驗。

淺層稠油資源豐富，部分區塊淺層油藏埋深150-300m，使用水平井開采稠油，能增大油層裸露面積，擴大蒸汽熱驅效果，提高采收率。使用斜井鉆機施工斜直水平井，初始井斜角30°左右，實際應用表明斜井鉆機鉆成的淺層稠油斜直水平井存在一些明顯不足：斜井鉆機作業費用昂貴;由于斜井鉆機本身的設計問題，使得444.5mm鉆頭和扶正器的連接下入困難，同時339.7mm表層套管和244.5mm技術套管的井口絲扣連接作業困難;需應用斜采油樹、斜抽油機及斜修井機，給采油和修井帶來諸多不便，而且大大增加了采油和修井的成本，后期管理困難[1]。

因為井口距離目的層垂直井段短，鉆具懸重輕，直井鉆機施工水平段長受限，新疆油田HWTxx SAGD井組，完鉆井深864.51m，完鉆垂深174.8m，水平位移752.61m，水垂比4.3：1。使用液壓鉆機能有效克服以上難點，鉆成一口超淺層大位移水平井，完鉆井深1245.67m、垂深164.28m、水平位移1139.06m、水平段長959.67m、水垂比6.93：1，該井的試驗成功，對同類型淺層大位移水平井施工具有重要的指導意義。

1、施工技術難點

由于垂深淺，造斜段、水平段鉆柱及完井套管柱的有效延伸難度大，給鉆完井施工帶來了很大難度，具體表現在以下幾個方面。

地層可鉆性好，導致造斜率低。目的層垂深為164m，地層疏松、膠結差，提高了對工具造斜能力的要求。

地層膠結差，導致井壁穩定性低。由于欠壓實，泥巖、砂巖之間膠結程度低，井壁容易失穩，導致坍塌。

垂直段短，垂直段的鉆柱懸重輕，在大斜度井段和水平段鉆進、下套管時，鉆具平躺在下井壁，鉆具與井壁的接觸面積大，施工過程中摩阻高、扭矩大，下鉆阻力大，造成施工中工具面擺放困難，鉆進中托壓嚴重，導致鉆進時加不上壓，鉆速低[2]。

2、施工設計

2.1 井身結構設計

該井井身結構設計綜合考慮了以下幾個方面的因素：上部地層膠結差，以黃土、砂礫巖、泥質粉砂巖等為主;表層套管主要封隔地表水層和易漏疏松層，下入最小垂深55～65米;技術套管下至A點，水泥返至地面，以利于三開下部地層安全鉆進和完井作業;水平段懸掛177.8mm尾管加篩管完井，懸掛于技術套管內。井身結構見圖1。

2.2 井身軌跡設計

考慮到稠油熱采的工藝要求：電潛泵下至技術套管鞋上方15～20m處，因此對軌跡提出了明確要求，電潛泵工作位置的井眼狗腿度小于3°/30米。在井眼軌道優化設計過程中，能夠有效減少局部增斜以及降斜井段，以此來縮小鉆柱與井壁之間的接觸面積，而且能夠在這個基礎上，降低全井摩阻和扭矩[3]。結合目前鉆井技術、設備和工具性能，設計采用“直-增-穩-增-穩”二維五段制井眼剖面，設計造斜段造斜率是15.5°/30m，設計方位角是296.5°。該井設計井眼軌跡數據見表1。

2.3鉆井液設計

一開鉆井液采用普通水基般土鉆井液，二開采用粘彈性高性能水基鉆井液體系，配方：井漿+ 0.5%-1%聚胺抑制劑 + 0.3%-0.6%NH4-HPAN + 1%-2%抗降濾失劑NFC-1 + 1%-2%改性淀粉+ 0.2%-0.3%PAC-HV + 0.8%-1.2%PAC-LV +0.2%-0.3%XC + 0.3%-0.5%聚胺 + 0.5%-1%聚合醇 + 2%乳化瀝青 + 2%超細碳酸鈣+ 1%石灰石（40目） + 1%石灰石（80目）+1%石灰石（200目）+ 2%超低無滲透 + 1.5%承壓堵漏劑 + 潤滑劑 + 燒堿。具體性能指標見表2。

該體系優點在于能夠通過提高泥餅粘彈性，進一步降低鉆井液及泥餅產生的摩阻，形成致密且具有足夠韌性的薄泥餅，有效降低鉆井液中自由水向地層中的滲透作用，提高鉆井液井壁穩定性。通過加大淀粉類處理劑的使用量（1.5%-2%），控制水平段失水4-5ml，更好的形成粘彈性泥餅，用來穩定井壁;形成致密泥餅降低定進過程摩阻;提高護膠類材料的配伍含量，提高鉆井液穩定性。加入聚胺抑制劑，升級體系規格，保證鉆井液的抑制能力，提高鉆井液穩定性，有利于順利施工。

3、施工工藝及效果

3.1液壓鉆機

由于垂直段短，井眼曲率大，水平段長，管柱的懸重輕，管柱緊貼井壁，摩阻大，井深達到一定深度后下壓力降為0，無法保證繼續施工。因此必須借助外力為管柱下行提供動力，確保管柱順利下入。改進使用液壓鉆機，該鉆機最大提升力為1200KN，最大加壓力為260KN，114mm鉆桿具備施工3000m井深的能力。

實際下套管懸重及負壓變化情況：從0至320m為40-90KN，320m至410m為0-60KN，410m開始出現負壓，410m至520m為0至負壓80KN，隨后負壓逐漸增大至160KN。下至井深983m時負壓130-160KN，下至設計深度，負壓達到200KN。

3.2軌跡控制

一開：鉆具組合：444.5mm三牙輪鉆頭+1.75°螺桿+1°彎接頭 +定位接頭+177.8mm無磁鉆鋌+127mm加重鉆桿。為確保造斜效果，控制水力沖擊，控制施工排量在1-1.2m3/min，采用連續定進，避免劃眼和定點循環，直接接單根測斜。

二開：第一個井眼采用311mm三牙輪鉆頭+2°螺桿+1.8°彎接頭，定鉆進至185.51m，井斜：33.4°，方位：304.9°，最大造斜率12.98°/30m，未達到設計要求。第二個井眼采用領眼鉆進的方式，215.9mm三牙輪鉆頭+1.75°特制螺桿+2°彎接頭，68-89m井段平均造斜率20.31°/30m，89-108m井段平均造斜率13.34°/30m，108-166m井段通過控制鉆壓和劃眼頻率，控制平均曲率在18.3°/30m，達到設計要求?？紤]后期曲率太大，大彎度螺桿+彎接頭復合鉆進井下風險較大，起鉆甩彎接接頭。領眼鉆進至193.6m，181.35m測得井斜77°，預測井底井斜85°，垂深148m，在垂深150m可以進入水平段，起鉆先進行擴孔施工。

三開：鉆具組合：215.9mm三牙輪鉆頭+1.25°螺桿+定位接頭+無磁鉆鋌+倒裝鉆具組合。在572m-1160m井段施工過程中更換1.25°螺桿進行定向，單根造斜率最大5.4°/30m，復合鉆進降斜率4.57°/30m，較1.5°螺桿情況有所改善。此段基本采用滑動鉆進4m+復合鉆進5m或略微調整的方式配合，能達到穩斜效果。在1160m-1245.67m井段，由于鉆具組合中無大直徑工具，地層巖性變化，水平段長，增斜無支撐點，出現持續降斜的現象。

3.3鉆井液

為了能夠合理造斜，采取低排量（最小環空返速0.18m/s）的方式進行定進，無法充分的攜巖造壁。通過提高鉆井液膨潤土含量，提高鉆井液動切力和懸浮能力，保證鉆井液稠度系數K≥500mPa.sn，終切力不得低于10Pa，進一步提高對巖屑的懸浮能力，實現層流良好攜沙的目的，同時降低大井斜段巖屑床的形成，避免了局部摩阻大，劃出新井眼的可能，保證了起下鉆作業的通暢。

3.4完井

本井215.9mm鉆頭，下177.8mm套管，環空間隙小，套管剛性大，套管下入困難。接箍上下45°倒角，減少套管下入摩阻。水平段套管下入摩阻持續增加，最大負壓200KN，按照本井液壓鉆機加壓能力260KN計算，還剩60KN加壓余量。可以為更長水平段套管下入提供保證。

根據新型液壓鉆機的施工能力，按照額定下壓力260KN計算，通過對JX2井下尾管施工過程分析。通過10根7寸鉆鋌增加配重，尾管送入懸重可以增加14T，最大下壓力可以增加至57.85T，套管最大下深1857m，水平位移1752m，水垂比：10.66。

4、結論及認識

1、應用液壓鉆機鉆成垂深僅164.28m、水平位移1139.06m、水平段長959.67m、水垂比6.93：1的超淺層稠油大位移水平井，在國內屬于首次，該井的成功實施表明使用液壓鉆機鉆超淺層大位移水平井是可行的。

2、應用液壓鉆機可以有效解決鉆具拖壓、管柱下入困難等技術難題，同時，采用加重鉆桿配重輸送尾管，尾管坐掛在上一級套管內，有效解決長水平段管柱下入困難的問題。

3、使用特制螺桿配合彎接頭，控制鉆壓和劃眼頻率，可以控制平均曲率達到18.3°/30m，符合設計要求。

參考文獻：

[1]王新，宋朝暉，林晶，魚永云.直井鉆機鉆超淺層稠油大位移水平井鉆井完井技術.石油鉆探技術，2006，31（1）：20-23.

[2] 薛愛信，劉燕娥，寧振堂，等.大位移井完井及采油工藝技術.特種油氣藏，2005，12（6）：74-77.

[3] 王偉.淺層大位移水平井軌跡控制技術.鉆采工藝，2013（01）.