臧加利

(中國石油大學(xué)〈北京〉，北京102249)

為了增加單口井的產(chǎn)量，近年來，中石化華北分公司在鄂南區(qū)塊設(shè)計了很多大位移水平井，以圖通過增加泄油面積來增加產(chǎn)量。HH12P103井就是中石化華北分公司在鄂爾多斯盆地天環(huán)坳陷南端部署的一口評價井，位于甘肅省鎮(zhèn)原縣臨涇鄉(xiāng)石羊村段家嘴組。該井是該區(qū)塊水平段最長的一口水平井，軌道設(shè)計采用“直 －增 －穩(wěn) －增 －平”剖面，設(shè)計井深3458.58 m，設(shè)計水平段長度為1200 m，靶區(qū)半高1.5 m。具體設(shè)計如圖1所示。在現(xiàn)場施工過程中，出現(xiàn)了上部地層易漏、易垮塌、易斜等復(fù)雜問題，通過采取一系列的技術(shù)措施，圓滿完成了該井的施工任務(wù)。

1 地質(zhì)特點

圖1 HH12P103井設(shè)計示意圖

鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長組，主要是由淺灰色—深灰色粉細(xì)砂巖、灰黑色—黑色泥巖及灰質(zhì)泥巖、頁巖、油頁巖組合而成，偶見薄層泥灰質(zhì)泥巖、灰?guī)r或煤線，沉積厚度約為1300 m，底部與中三疊統(tǒng)的紙坊組呈假整合接觸，頂部由于受到不同程度的侵蝕，與侏羅系下統(tǒng)呈假整合接觸。該地區(qū)地層復(fù)雜，易塌、易漏、易斜，并且在環(huán)河有可能有鹽層，安定組和直羅組掉塊嚴(yán)重容易卡鉆，延安組還有煤層，水平段有可能會鉆遇泥巖夾層，容易剝落。

2 施工技術(shù)難點

(1)一開是第四系黃土層和砂礫層，膠結(jié)性較差，易漏、易垮塌。

(2)二開上部地層的巖性變化大，地層水層發(fā)育，鉆井過程中要防漏，侏羅系直羅組泥頁巖易掉塊，延安組煤層易坍塌和卡鉆。后面定向段巖屑攜帶困難容易形成砂橋造成卡鉆。

(3)三開水平段較長(水平段1200 m)，巖屑攜帶困難容易形成巖屑床，井壁容易失穩(wěn)。在鉆井的過程中隨著水平段的增加摩阻和扭矩變大，滑動鉆井困難。

(4)由于井斜角大，重力效應(yīng)突出，上提、下放鉆柱摩阻增加，鉆井時加壓困難，扭矩傳遞困難，下部鉆具易屈曲自鎖。

(5)MWD近鉆頭測量系統(tǒng)仍不完善，井眼軌跡測量點滯后鉆頭15 m左右，滑動與復(fù)合鉆井的井段優(yōu)選難度大，井底軌跡控制困難。

3 鉆井技術(shù)措施

3．1 鉆具組合優(yōu)化

3．1．1 一開井段

采用此種塔式鉆具組合，由于剛性強，重心低，并且底部鉆具含有幾段外徑不同的鉆鋌，近鉆頭的鉆鋌外徑最大，具有“防斜打直”作用［1－3］。此鉆具組合沒有扶正器，降低起下鉆摩阻，為起下鉆節(jié)約了大量時間并且有利于井下安全［4］。在鉆井參數(shù)方面盡量小鉆壓(10～50 kN)，轉(zhuǎn)速85 r/min，排量31 L/s。

3．1．2 二開直井段

二開采用單彎螺桿+MWD復(fù)合鉆井技術(shù)，可以隨時測斜跟蹤和控制井身質(zhì)量，根據(jù)情況可以最大程度地施加鉆壓，提高機械鉆速;能根據(jù)需要隨時采用滑動導(dǎo)向方式調(diào)整井斜和方位，轉(zhuǎn)盤鉆井時有較好的穩(wěn)斜、穩(wěn)方位能力;無線隨鉆測量相比有線隨鉆、單點進(jìn)行測斜節(jié)約了不少循環(huán)測斜、起下電纜等施工工序，大大加快了直井及斜井段的鉆井速度，縮短了鉆井周期。鉆井參數(shù):鉆壓10～80 kN，轉(zhuǎn)速為螺桿轉(zhuǎn)速+45 r/min，排量31 L/s。

3．1．3 二開定向井段

鉆至造斜點后，采用牙輪鉆頭+單彎螺桿配合進(jìn)行增斜施工，由于牙輪鉆頭的破巖特點［4］，螺桿鉆具的工具面角穩(wěn)定，增斜率較高，可以滑動和復(fù)合結(jié)合的方式進(jìn)行施工，因此可節(jié)約大量的時間。且有利于對井身質(zhì)量，特別是全角變化率的控制，為后面下套管創(chuàng)造了良好的井眼條件，確保了下套管安全和固井質(zhì)量可靠。

鉆井參數(shù):鉆壓140～160 kN，轉(zhuǎn)速為螺桿轉(zhuǎn)速+30 r/min，排量29 L/s。定向鉆井參數(shù):鉆壓140～180 kN，螺桿轉(zhuǎn)速，排量 29 L/s。

3．1．4 三開水平井段

隨著水平段的不斷增加，滑動鉆井越來越困難，盡量前期勤調(diào)整，少量調(diào)，保證軌跡的圓滑，減小摩阻。每鉆進(jìn)150～200 m，短起下鉆一次，修整井壁，保證井眼暢通。

3．2 泥漿性能優(yōu)化

3．2．1一開

針對一開第四系黃土層和砂礫層，羅漢洞組的砂質(zhì)礫巖與泥巖互層，膠結(jié)性差，可鉆性好，因其表層含有礫石層，且易漏，易垮塌，泥漿主要以攜帶巖屑、穩(wěn)定井壁為主。開鉆前，新泥漿要充分預(yù)水化，根據(jù)地層造漿情況適當(dāng)補充K－PAM稀濃度溶液處理，將泥漿粘度保持在48 s左右。

3．2．2 二開

上部井段選用鉀基聚合物泥漿，鉆井過程中堅持補充K－PAM和K－HPAN膠液，防止由于處理劑加量不足造成井徑擴大與井壁失穩(wěn);鉆遇砂巖段，可適當(dāng)加大K－PAM的加量以增加護(hù)壁能力，控制泥漿密度＜1.10 g/cm3，將粘度保持在45 s左右，保證此段快速穿過，減少井壁浸泡與沖刷時間，從而有效地保護(hù)井壁。

中部地層巖性變化大，地層水層發(fā)育，鉆井過程中要防漏。鉆井過程中要平穩(wěn)操作，注意觀察泥漿罐的液面，可隨鉆加入單向壓力封閉劑，一旦發(fā)生大的漏失，可配高粘度泥漿并加入惰性堵漏材料堵漏(如鋸末、蕎麥皮、粉碎的黃豆或海帶等)或復(fù)合堵漏劑［5］。安定組泥巖層較厚，要防止泥巖水化膨脹引起縮徑卡鉆，泥漿中可適當(dāng)加入防卡潤滑劑并使用好K－PAM提高泥漿的抑制性。侏羅系直羅組泥頁巖易掉塊，延安組煤層易坍塌，可適當(dāng)加大KPAM的用量，保護(hù)井壁。

下部定向造斜段，在井斜達(dá)到30°之前，在泥漿中加入潤滑劑，提高泥漿的潤滑性，減少摩阻和扭矩?？刂普硿禂?shù)在設(shè)計范圍。調(diào)整好流變參數(shù)，保持動塑比在0.36～0.48，提高泥漿的攜巖能力，保證固控設(shè)備狀態(tài)良好，以保證井眼清潔。

3．2．3 三開

隨著水平段的增加，在原來泥漿的基礎(chǔ)上繼續(xù)添加潤滑劑，提高泥漿的抑制防塌、懸浮、攜帶巖屑能力。鉆井期間，以補充膠液為主，盡量把所有藥品都配制成膠液，然后均勻加入泥漿，保持泥漿性能的穩(wěn)定，并防止未溶好的泥漿處理劑堵塞儀器和篩網(wǎng)，影響隨鉆測量儀器的工作，或者導(dǎo)致振動篩跑漿現(xiàn)象。加強固控設(shè)備的使用，鉆井過程中不間斷使用三級固控設(shè)備，使用150目的振動篩，同時勤撈砂、清理沉砂罐，及時清除泥漿中的有害固相。

該井各井段的泥漿性能不同，具體參數(shù)如表1所示。

表1 分段泥漿性能及流變參數(shù)要求

水平井施工中要進(jìn)行摩阻扭矩的分析:一是依據(jù)摩阻－扭矩分析選擇所采取的減摩減扭措施，確定最優(yōu)的施工方案;二是在實鉆過程中，根據(jù)實測摩阻扭矩，來判斷井下情況是否正常，有無憋卡現(xiàn)象和巖屑床等［7］。影響摩阻和扭矩的因素除了井眼軌跡和鉆具組合外，還包括:井斜角、泥餅潤滑性、井眼液柱壓力與地層壓力差、井眼曲率、巖屑床等因素。一方面進(jìn)行剖面設(shè)計優(yōu)化，鉆具組合優(yōu)選，泥漿優(yōu)化，還要解決好井眼凈化問題，才能達(dá)到減摩減扭的良好效果。井眼凈化是大位移井鉆井中減摩減扭的重要一環(huán)，也是順利施工的保障［8－11］。井眼凈化，破壞巖屑床，可減小鉆柱和井壁間的摩擦系數(shù)，從而大幅度地降低扭矩和摩阻。井眼凈化程度的影響包括井斜角，環(huán)空返速，泥漿性能諸多因素。井眼凈化程度則隨著井斜角增加而下降;提高返速無疑對井眼凈化有利，但又存在壓耗增加，泥漿泵能力有限，沖刷井壁而促成井壁失穩(wěn)，泥漿當(dāng)量密度增高影響鉆速，因此選擇優(yōu)質(zhì)泥漿體系，提高低剪切速率下的粘度，降低高剪切速率下的粘度是提高懸浮、攜屑能力的有效途徑。表2所示為不同位移情況下摩阻和滑動鉆井鉤載對比，細(xì)化工程操作使井壁穩(wěn)定達(dá)到降阻減扭的效果。HH12P103井在水平段鉆至1000 m時，進(jìn)行分段循環(huán)，將砂子分段從井底帶到直井段最終帶到地面上，破壞了巖屑床和井底的巖屑堆積，從而降低了摩阻和扭矩，節(jié)約了該井段的鉆井周期。

表2 水平井不同位移情況下摩阻和滑動鉆井鉤載對比

4 取得的成效

通過快速鉆井技術(shù)，克服了鉆井中遇到的難點，成功完成了該井的施工。HH12P103井完鉆井深3460 m，鉆井周期44.4天，比設(shè)計提前10.6天，其中水平段設(shè)計14天，實際8.44天，比設(shè)計提前5.56天，平均機械鉆速10.02 m/h。A點縱距0.789 m，橫距－1.01 m，靶心距1.42 m，B點縱距－0.079 m，橫距－1.462 m，靶心距1.46 m。完鉆井眼軌跡和設(shè)計軌道對比的垂直投影如圖2所示，水平投影對比如圖3所示。

圖2 HH12P103井井眼軌跡垂直投影圖

圖3 HH12P103井井眼軌跡水平投影圖

5 結(jié)語

(1)采用本文中各井段的鉆具組合和鉆井參數(shù)，尤其是二開直井段采用的單彎螺桿和MWD組合，不僅能大大提高機械鉆速，節(jié)約鉆井周期，而且能對軌跡進(jìn)行實時監(jiān)測，當(dāng)出現(xiàn)井斜后可以及時糾斜。

(2)采用文中的泥漿性能參數(shù)，不僅可以保證在各井段鉆井過程中有效地減小摩阻和攜砂，而且為大位移該地區(qū)水平井的防塌，防卡，防漏等起到了重要的作用。

(3)文中總結(jié)的工藝技術(shù)措施可以指導(dǎo)今后該地區(qū)水平井的安全快速優(yōu)質(zhì)鉆井。

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