克81井區水平井軌跡控制與提速技術

丁 紅，李成龍，徐廣飛，張瑞平，劉福欽，馬 瑞，田曉江

（1.西部鉆探定向井技術服務公司，新疆烏魯木齊830026；2.西部鉆探準東鉆井公司，新疆克拉瑪依834000）

新疆瑪湖油田礫巖油區主要儲層為三疊系百口泉組和二疊系上、下烏爾禾組砂礫巖低滲透致密儲集層，隨著克81 井風城組取得新認識及克81 井下傾方向部署多口探井，瑪南斜坡區風城組致密油勘探取得了突破，多口探井均獲油流[1]。為探索克81井區風城組油藏效益開發途徑，油田開展了平臺水平井開發試驗。該區域前期已鉆井直井段鉆遇多套巖性復雜地層、非均質性強易斜，采用常規鐘擺鉆具組合井身質量不易控制；定向鉆進段趟鉆進尺少、易發生井漏[2]復雜，軌跡控制難；風城組地層研磨性強、水平段長，鉆井施工難度大。針對克81井區水平井存在的技術難題，通過開展相關技術研究提出了對策，開展了現場試驗應用，為該區域水平井軌跡控制與提速、提效探索出了一條新途徑。

1 地質特征

瑪湖油田克81井區風城組油藏構造上位于準噶爾盆地中央坳陷瑪湖凹陷南斜坡，風城組整體構造形態表現為東南傾的單斜，地層傾角3°～5°，發育東西向逆斷層，斷距5～20m，地層埋深3550～5300m。所鉆地層自上至下將鉆遇白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系地層。白堊系—侏羅系地層發育大段泥巖，易吸水膨脹、縮徑、垮塌，泥砂巖地層交互夾雜，地層疏松，易造漿及縮徑卡鉆，砂巖地層滲透性好，井壁易形成厚泥餅而出現阻卡，鉆進中鉆頭易泥包。侏羅系西山窯組、八道灣組及三疊系白堿灘組等地層煤層夾層多，易井漏。二疊系夏子街組、風城組地層主要為砂巖、砂礫巖地層，泥質成分少，地層坍塌壓力低，易發生垮塌。二疊系夏子街組、風城組地層裂縫較發育，易發生漏失。目的層二疊系風城組裂縫發育，非均質性強，孔隙度在3.1%～4.2%之間，滲透率總體低于0.18×10-3μm2，屬于特低孔、超低滲儲層。風城組油藏中部溫度103.9℃～112.3℃，地層壓力系數在1.10～1.43 之間，儲層總體屬于正常溫度、異常高壓系統。

2 水平井鉆井技術難點

2.1 直井段井身質量控制難

井區首個平臺部署了多口水平井，直井段鉆遇多套復雜地層，需要兼顧提高機械鉆速及更好地控制多口水平井直井段井身質量，尤其在三開直井段需要保證井身質量在設計要求范圍內合理控制偏移距，以降低三開造斜施工過程中，井底正位移對后續軌跡控制的影響。因此，平臺水平井組直井段要比單井直井、單井水平井直井段的井身質量控制難度大。

2.2 造斜段造斜效率低，工具選型難

前期在該區域部署水平井極少，對地層自然造斜規律認識不清晰，對于所選鉆具組合的造斜能力分析還不完善。完成的1 口三開井身結構水平井MHHW1井，?215.9mm 井眼造斜段長525m，定向工期29.87d，先后使用3 趟螺桿鉆具組合、4 趟旋轉導向組合共7 趟鉆才達到預期造斜目標；螺桿鉆具組合導向3趟鉆累計進尺174m，平均機械鉆速1.16m/h，其中滑動鉆進進尺占比為53.74%，滑動鉆進時間占該段總純鉆時間的62.55%，螺桿鉆具組合定向占比較高、趟鉆進尺低；旋轉導向組合4 趟鉆，累計進尺343m，平均機械鉆速僅1.28m/h，造斜效率低。

2.3 地層可鉆性差，鉆速慢

區域定向鉆井段主要鉆遇二疊系下烏爾禾組、夏子街組、風城組等地層，地層巖性復雜多變，研磨性強，可鉆性差。下烏爾禾組巖性主要為褐灰色砂礫巖、砂質小礫巖，夾薄層泥巖；夏子街組主要為大套砂泥巖互層；風城組風三段儲層以厚層狀灰色、灰褐色砂礫巖及含礫砂巖為主，風城組風二段儲層以灰色含礫砂巖、云質砂巖為主。以前期區域完成的水平段長1300m左右的兩口水平井為例，鄰區KHW1 井造斜段和水平段均采用螺桿鉆具組合，自造斜至完鉆的斜井段長1711m，累計16 趟鉆，平均機械鉆速2.08m/h；本區MHHW1 井造斜段采用螺桿鉆具組合和旋轉導向鉆具組合，水平段采用螺桿鉆具組合，自造斜至完鉆的斜井段長1835m，累計11趟鉆，平均機械鉆速2.42m/h。

3 軌跡控制與提速技術

3.1 軌跡優化技術

克81 井區存在復雜地層特征，井眼軌跡設計采用“直—增—穩—增—平”五段制剖面，造斜點設計在二疊系上烏爾禾組或夏子街組，目的層二疊系風城組，根據井身結構設計造斜點以下地層仍有可能發生井下復雜。上烏爾禾組、夏子街組、風城組屬于易漏地層。在考慮采用“直—增—穩—增—平”五段制剖面基礎上，結合地層特征，適當優化造斜率，微降造斜率小于設計造斜率5.5°/30m，易漏復雜地層，以穩斜段為主。應用設計軟件對軌跡優化前后造斜段鉆具組合力學分析，軌跡優化后鉆具組合提鉆時側向力降低了0.182t/10m，下鉆時側向力降低了0.017t/10m，可見適當優化降低造斜率有利于鉆具側向力降低，減少鉆具疲勞損壞風險；另外，造斜率較小、井眼條件適合情況下，有利于使用旋轉導向工具在定向鉆井段快速作業實現提速提效，避免常規鉆具滑動鉆進時的摩阻，降低井下施工風險。

3.2 直井段防斜提速技術

克81 井區自上而下地層縱向上巖性變化大、可鉆性逐漸變差，而且地層存在傾角，部署的平臺井直井段長、井距小，需要確保垂直井段井身質量，考慮是否與鄰井相碰及對后續定向造斜和井眼軌跡控制的影響。根據所鉆地層特征，結合直井段井眼尺寸、段長及所需防斜鉆具組合的適宜性，合理選擇鉆具組合及鉆井參數防斜提速。二開直井段設計應用“?311.2mmPDC鉆頭+?244mm 單彎螺桿(0.75°彎角)+?165.0mm 定向接頭+?203mm 無磁鉆鋌+?310mm 穩定器+?203.2mm鉆鋌+?177.8mm 鉆鋌+?158.8mm 鉆鋌+?127mm 鉆桿”鉆具組合，三開直井段設計應用“?215.9mmPDC鉆頭+?172mm 單彎螺桿（0.75°彎角）+?168.0mm 浮閥+?165.0mm定向接頭+?158.8m無磁鉆鋌+?210mm穩定器+?158.8mm 鉆鋌+?127mm 加重鉆桿+?127mm鉆桿”鉆具組合類型，以提高鉆進速度，及時監測井斜等參數變化情況以利于調控直井段井身質量滿足要求。

3.3 定向鉆井鉆具組合及參數優化

水平井的造斜段、水平段都在三開?215.9mm 井段，預計鉆遇地層為二疊系上烏爾禾組、夏子街組和風城組。造斜段優先使用旋轉導向鉆具組合，快速鉆穿易垮地層，提高鉆速的同時保證井眼規則及井壁穩定，以螺桿鉆具[3-4]組合導向鉆進為輔；水平段選用復合鉆穩斜鉆具組合，鉆進實施地質導向與工程導向結合，使用“高速螺桿+水力振蕩器+PDC 鉆頭”組合，優選高抗磨加強保徑PDC 鉆頭，保證趟鉆進尺，減少提下鉆趟數，提高鉆井速度。定向鉆井優化鉆具組合及參數見表1。

表1 定向鉆井段優化鉆具組合與鉆井參數

3.4 定向提速工具技術

定向鉆井段提速工具的選擇與組配要考慮有利于軌跡導向控制、緩解斜井段托壓、井下安全可靠性等因素。復合式旋轉導向[5]工具由于推靠墊塊不是作用在井壁上，而是作用在工具導向扶正套內壁上，使工具可以適用于軟、硬地層，在全程旋轉鉆進中，可以產生較好的井壁質量，同時，由于不再偏置心軸，具有較大的造斜能力，可考慮用于造斜段導向與提速。水力振蕩器是通過自身產生的軸向振動來提高鉆進過程中鉆壓傳遞的有效性，并減少底部鉆具與井眼之間的摩擦阻力，可以應用來提高機械鉆速。高速螺桿鉆具可以在鉆柱強度不受影響的情況下提高鉆頭對地層的切削次數而提高鉆進速度，風城組復雜難鉆地層鉆進需要考慮軌跡控制及鉆壓、轉速、排量參數匹配等因素來選擇適合的高速螺桿鉆具類型。

瑪湖區部分區塊百口泉組、烏爾禾組鉆遇斷層、破碎帶、易垮塌等不穩定地層，或者發生漏失復雜井段，一般不選擇旋轉導向組合入井作業。根據克81井區定向鉆井段地層特征、鉆井機泵條件、軌跡設計及控制要求等具體情況，優先考慮定向鉆井造斜段與水平段提速工具的組配，以利于鉆井綜合提速。造斜段根據井下條件優先使用“旋轉導向+PDC 鉆頭”組合進行鉆進作業，避免螺桿擺工具面、定向鉆進對機械鉆速的影響，快速鉆穿烏爾禾組、夏子街組等地層，提高機械鉆速的同時保證井眼規則及井壁穩定。水平段考慮井眼的安全延伸鉆進及提速，采用“高速螺桿+水力振蕩器+個性化PDC鉆頭”組合，優選7刀翼PDC鉆頭或更優的個性化PDC 鉆頭，保證單趟鉆進尺，減少提下鉆趟數，完成1800m甚至更長水平段的鉆進作業。

3.5 風城組地層PDC鉆頭選型技術

克81 井區水平段地層風三段以厚層狀灰色、灰褐色砂礫巖及含礫砂巖為主；風二段以灰色含礫砂巖、砂巖為主，巖石可鉆性6～7級為中硬到硬地層，且地層含砂研磨性強。根據克81井區地層巖石可鉆性及地層特征，選擇導向工具為高轉速螺桿鉆具組合，結合已鉆井PDC 鉆頭使用情況，選擇與導向工具配套的PDC 鉆頭。高轉速螺桿導向鉆具的特點是低鉆壓、高轉速，符合PDC 鉆頭的工作參數范圍，可配合PDC 鉆頭使用，PDC鉆頭以剪切破巖為主。設計選擇的PDC鉆頭為胎體七刀翼，雙排齒、短拋物線冠形、PDC 齒多空間角度設計，適合中硬到硬地層；或者胎體6 刀翼16mm 雙排齒、中等內錐、中等拋物線、平衡攻擊性與耐用性，適合中硬到硬含礫地層。

3.6 配套技術措施

長水平段鉆井施工中，在井壁穩定、井下正常的前提下，適當增大排量，鉆井液要保持良好的流動性和懸浮性，及時攜帶出鉆屑。一旦發現鉆具摩阻扭矩增大，及時短起下鉆和充分循環，減少巖屑床，確保安全鉆進。長水平段鉆進中存在鉆壓的有效傳遞和井眼清潔，施工中應根據井眼狀況，提高轉速數至80r/min 以上，加強短提、分段旋轉洗井、通井等工程措施，確保井眼清潔和井下安全。水平段選擇地層識別精度較高的地質導向工具，配合螺桿導向工具，強化待鉆井眼軌跡預測計算和實鉆井眼軌跡走向判斷，提高井眼軌跡控制的效率和精度。水平段鉆進在鉆井液中加入隨鉆堵漏劑需滿足定向儀器通過要求。如水平段發生井漏、滲漏，可通過降排量實現液面穩定而后采用降密度的方式將排量提起來。如漏失嚴重可嘗試接入堵漏接頭隨鉆堵漏。關注定向鉆井過程中鉆井液性能變化，造斜段、水平段鉆井液應具有良好的攜砂性能、潤滑性、確保地層、井壁的穩定、泥餅的質量、井眼的清潔，嚴格控制含砂，并及時清除鉆井液內的氣泡。

4 應用效果

2022 年 在 克81 井 區MHHW11、MHHW12、MHHW13 等4 口水平井進行了試驗應用，二開、三開直井段防斜采用優化后的鉆具組合，選擇合理的鉆井參數，下入MWD隨鉆跟蹤鉆進，井斜、方位、全角變化率以及水平位移控制在設計要求范圍以內，軌跡控制有效預防了與平臺鄰井的相碰風險。自造斜點至完鉆斜井段軌跡控制在設計要求范圍內，水平井井身質量控制達到要求，總體取得了較好的軌跡控制效果。

完成4口平臺水平井定向鉆井提速試驗，平均完鉆井深6220m,平均水平段長1849m,自造斜點至完鉆的斜井段平均機械鉆速4.77m/h，比設計機械鉆速提高了31.04%；平均定向工期51.24d，比設計定向工期縮短23.81%。其中在水平段應用高速螺桿，匹配MSI616鉆頭單趟鉆進尺最高1007m，匹配XS516鉆頭單趟鉆機械鉆速最高為16.22m/h，應用最多的高速螺桿型號為3LZ172；水力振蕩器在其中3 口水平井水平段進行了應用，MHHW12 井水平段水力振蕩器使用段長達到1579m，機械鉆速9.20m/h,其中滑動鉆進進尺120m，滑動鉆進機械鉆速達到4.62m/h。從總體上看，完成井定向鉆井速度顯著提高，加快了井區風城組油藏開發步伐。

5 結論與建議

（1）平臺水平井直井段應用經濟適宜的防斜提速技術，合格的井身質量有利于斜井段順利施工，也提高了試驗井的鉆井速度。

（2）定向鉆井段鉆具組合與鉆井參數優化、風城組定向PDC 鉆頭選型及提速工具試驗等，提高了水平井的軌跡控制質量與效率。

（3）克81井區平臺水平井處于開發試驗階段，需要進一步完善相關技術研究，形成區塊開發風城組油藏的集成配套鉆井技術，以達到鉆井綜合提速新目標。