F198區塊“一趟鉆”快捷鉆井技術研究與應用

季洪石

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院，黑龍江 大慶 163413）

F198 區塊位于F48 區塊南部，處于肇州鼻狀構造上，是一個東、西南三面斷層封閉、中間斷層不發育的地壘斷塊。該區塊東北部有油源斷層發育，與砂體相匹配，利于該區油氣聚集。該區主力油層為FI7 號層，次主力油層為FI3號層，砂體發育穩定，有效厚度大，試油井產能較高。因此優選該區塊為“一趟鉆”快捷鉆井技術研究與應用的試驗區。

1 基本概況

F198區塊共計現場應用“一趟鉆”快捷鉆井技術3口井，預期的機械鉆速對比臨近F38區塊提速10%，鉆進周期縮短5%。現場鉆井設備使用40D以上鉆機，都配備頂驅，根據其原設計情況開展鉆前井身結構等方面優化，優化前的套管井身結構見表1。

表1 優化前的二重套管井身結構

2 施工難點

F198 提速施工難點主要體現在軌跡控制測點滯后，井下易出現復雜和地層可鉆性差等方面。

（1）隨鉆儀器測量信息滯后。隨鉆測斜儀器內監測地層的傳感器與定向傳感器離鉆頭距離較遠，鉆進過程中需要鉆頭處的各種參數作決策，尤其是在著陸段更難控制。

（2）井下易出現復雜。該區塊上部地層成巖性差，膠結疏松，軟硬交錯且地層傾角對軌跡控制施工影響較大，鉆井過程中注意防卡鉆等井下復雜。

（3）地層可鉆性差、研磨性強、鉆井速度慢。本趟鉆依然在泉頭組鉆進，巖性大部分是紫紅色泥巖，經常發生托壓無進尺現象，當鉆壓釋放造成工具面不穩，反復活動鉆具，極大降低螺桿造斜效果,也影響定向效率。為了滿足待鉆設計造斜率，增加定向進尺，相對復合鉆減少，平均機械鉆速較低。

3 應用技術措施

3.1 井身結構優化技術應用

合適的造斜點、造斜率、靶前位移，可以使水平井現場施工更加便捷，有效提高機械鉆速，縮短鉆井周期[1-2]。

（1）優化井身結構。該區塊目的層為扶楊油層，其鄰近井多為葡萄花層高壓注水井。優化采用三層套管：445mm 井 眼（339.7mm 表 套）+311.2mm 井 眼（244.5mm技套）+215.9mm井眼（139.7mm油套），技套下深在造斜段45°左右，優化后的三重套管井身結構見表2。

表2 優化后的三重套管井身結構

三重套管結構優點：封固上部不穩定地層，能夠使水平段最大化延伸，減少鉆進中的摩阻、扭矩，利于安全施工和儲層保護，技套下深至定向段，可以在一定程度上減少下步待鉆設計造斜率[3]。

（2）造斜曲率優化。此前該區塊部分施工井初期水平井設計造斜率為7°～7.5°/30m，大造斜率施工難度大，機械速度慢。通過開展軌道剖面優化設計，降低造斜段造斜率為5°～6.5°/30m，并且控制水平段狗腿不大于3°/30m，從而增加復合鉆比例，提高機械鉆速。軌跡平滑，降低了施工的風險，有利于完井后續施工[4]。

3.2 鉆具組合優化應用

參照以往經驗，得出?172mm 單彎螺桿（1.5°）可以滿足8-1/2″井眼造斜段施工要求，使用1.5°單彎螺桿定向施工，可以減少造斜段定向進尺，增加復合鉆進的比率，減少造斜段發生粘卡等井下復雜的幾率。同理，?120mm 單彎螺桿（1.0°或1.25°）同樣能滿足水平段調整軌跡的需要，螺桿角度大小需根據定向施工實際做出調整。

直井段：?311.2mm 鉆頭+?203mm 鉆鋌×2 根+?308mm 穩 定 器×1+?196mm 無 磁 鉆 鋌×1 根+?308mm穩定器×1+?177mm鉆鋌×1柱+?158mm螺旋轉鋌×1柱+?127mm加重鉆桿×3柱+?127mm斜坡鉆桿。

造 斜段前 期：?215.9mm 鉆頭+?172mm 螺桿1.5°+?172mmMWD+?172mm 無 磁 鉆 鋌×1 根+?165mm 鉆 鋌×1 柱+?127mm 加 重 鉆 桿×10 柱+?127mm斜坡鉆桿。

該套鉆具組合特點：在造斜段前期，未出現重要標志層之前，下入MWD 進行定向，比起直接下入LWD定向可以減少儀器使用成本；該區塊造斜段前期夾層較多，下入一柱鉆鋌定向鉆進過程中工具面較穩，有利于定向鉆進。

造斜段后期：?215.9mm 鉆頭+?172mm 螺桿1.5°+?172mm LWD+?172mm 無 磁 鉆 鋌×1 根+?127mm 加 重 鉆 桿×2 柱+?127mm 斜 坡 鉆 桿+?127mm加重鉆桿×8柱+?127mm斜坡鉆桿。

該套鉆具組合特點：在造斜段后期，將MWD換成LWD，將一柱鉆鋌換成兩柱加重鉆桿，定向鉆進過程中可降低摩阻，有利于提高定向鉆速。

水平段：?215.9mm 鉆頭+?172mm 螺桿1.25°（或1°）+?172mmLWD+?172mm 無磁鉆鋌×1 根+?127mm 加 重 鉆 桿×2 柱+?127mm 斜 坡 鉆 桿+?127mm加重鉆桿×8柱+?127mm斜坡鉆桿。

水平段施工中，對于油層發育較好的施工井，使用1°螺桿，可以使用較大的轉速鉆進，對于水平段調整較多的施工井，可選用1.25°螺桿。在2014年施工的井中，水平段加入雙螺扶，穩斜效果較好，鉆具組合如下：

水平段穩斜鉆具組合：?215.9mm鉆頭+?172mm螺 桿1.25°（或1°)+?210mm 螺 扶+?172mmLWD+?172mm 無磁鉆鋌×1 根+?127mm 加重鉆桿×2 柱+?127mm 斜 坡 鉆 桿+?127mm 加 重 鉆 桿×8 柱+?127mm斜坡鉆桿。

在對鉆具力學分析的基礎上優化的鉆具組合，完全滿足了在造斜段定向施工對鉆壓、排量以及定向初期工具面穩定性等的要求。

對于水平段鉆具組合，由于鉆桿柔性較大，剛度較小，施加很小的鉆壓，鉆具就容易變形彎曲的特點，因此在給定條件下（如鉆壓等）優化出一套穩平效果較好的鉆具組合對水平段施工非常重要。

3.3 鉆進參數設計優化

該區塊埋藏不深，主要為中等研磨性中軟巖，在不同井眼中優選的鉆進參數見表3。

表3 F198區塊不同井眼中優選中鉆進參數

4 現場應用取得的效果

應用上述技術措施，結合F198 區塊地層地質特點，其水平井待鉆井眼曲率設計見表4。

表4 F198區塊地層軌道設計優化

通過優化軌道剖面，“三維變二維”。在水平段推廣雙螺扶穩平鉆具組合，提高復合鉆進和“一趟鉆”施工比例。并結合地層分析、優選參數形成區塊施工工藝優化方案。實現“一趟鉆”施工井，相對非“一趟鉆”施工井，平均機械鉆速提高14%以上，F198區塊同一鉆井隊在該區塊施工井對比見表5。

表5 F198區塊同一鉆井隊在該區塊施工井對比

5 結論與認識

（1）對設計井身結構進行重新優化，可提高其軌道設計的優化空間，特別是在三維井定向施工期間，滿足施工要求的同時，盡早地完成扭方位作業。并選用摩阻最小的軌道，上移扭方位井段。調整扭方位點位置，提前走夠偏移距，可以達到提速目的。

（2）該區塊在鉆遇到泉頭組后，鉆速降低50%以上，通過將造斜點上移，提前定向，降低下部造斜率，從而達到降低泉頭組定向進尺，提高定向效率的目的。

（3）施工時加強井眼軌跡監測，實施調整施工方案，有利于水平井順利施工。

（4）水平段推廣雙螺扶穩平鉆具組合，通過調整其2 號螺扶的位置及外徑，可以有效提高復合鉆進比例，單井鉆速可提升10%。