姜汝德　李長林　邢建元　等

摘要：南陽油田超淺中半徑水平井的應(yīng)用，是屬于國內(nèi)造斜率較高的一批中半徑水平井，技術(shù)難度大。分析南陽油田超淺中半徑水平井的技術(shù)特點(diǎn)，通過優(yōu)化中半徑井水平井的井眼軌跡控制和剖面設(shè)計(jì)、優(yōu)選鉆具組合及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行定向造斜技術(shù)、高造斜率定向測(cè)量及軌跡控制技術(shù)研究、鉆井液技術(shù)研究，形成一套超淺中半徑水平井鉆井工藝技術(shù)，鉆成了8口超淺中半徑水平井，為南陽油田的老區(qū)穩(wěn)產(chǎn)和區(qū)井網(wǎng)合理布局，提高采收率，提供有效的技術(shù)手段。

關(guān)鍵詞：超淺中半徑水平井；南陽油田；水平井

中圖分類號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：16723198（2015）17020602

1井眼剖面優(yōu)化技術(shù)

1.1軌道剖面確定

考慮到地層松軟，工具面擺放控制困難，造斜率低；造斜段較短，全角變化率較高，井眼曲率較大；井眼尺寸大，造斜工具造斜率不確定，存在有下井動(dòng)力鉆具造斜率相對(duì)誤差，動(dòng)力鉆具實(shí)際造斜率的不確定性；復(fù)合鉆進(jìn)過程中轉(zhuǎn)盤扭矩大。結(jié)合井樓水平井的地質(zhì)設(shè)計(jì)，選用四段制剖面（直-增-增-平）。

1.2全角變化率確定

（1）最小全角變化率。

基本條件：井眼尺寸=244.5mm，鉆具組合：?jiǎn)畏?97螺桿，靶前位移170-250米，垂深300-500米。

由公式：μ=18000πr

得到：Ф244.5mm井眼水平井，最小井眼曲率30.4-18.7°/100米，能夠滿足正常鉆進(jìn)需要，而且普通鉆具達(dá)到應(yīng)力要求。

（2）最大井眼曲率。

在井下施工過程中，由于造斜率大造成井下摩阻大，容易形成鉆具自鎖。在復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)，大造斜率井段鉆具扭矩大，會(huì)造成鉆具疲勞，造成鉆具事故。所以要選擇合適井眼曲率，以便鉆具順利通過，并減少井下鉆具事故。由彈性力學(xué)知識(shí)可以分析得出，井段所允許的井眼彎曲半徑為：

R=1.17L2（0.14m-0.41）D-d+1.37（f-k）

R—井眼曲率半徑；L—鉆頭和螺桿的長度總和；m為井徑擴(kuò)大率；D—鉆頭外徑；d—螺桿直徑；f—螺桿撓度；k—井壁與螺桿外間的平均間隙。

由此可得最大全角變化率為：69.64°/100m。

2鉆具組合優(yōu)化技術(shù)

2.1穩(wěn)定器

常用的動(dòng)力鉆具穩(wěn)定器有墊塊式、直筋式和螺旋式3種。

中半徑水平井主要難題在于造斜率高，需要有穩(wěn)定工具面，因此選用螺旋筋式穩(wěn)定器。

2.2彎度

（1）彎度確定。

根據(jù)三點(diǎn)定圓法預(yù)測(cè)鉆具造斜率。根據(jù)造斜率大小，優(yōu)選螺桿鉆具。如Ф244.5mm井眼彎角以1.75°為宜。

1.75°和2°單彎螺桿基本能夠滿足施工需要，1×1.75°雙彎螺桿作為備用選擇。

（2）鉆具組合設(shè)計(jì)。

直井段鉆具組合：Φ444.5mm三牙輪鉆頭（SKG124）+Φ177.8mm無磁鉆鋌1根+Φ177.8mm鉆鋌2根+Φ165mm鉆鋌4根+Φ127mm加重鉆桿。

二開造斜段鉆具組合：Φ244.5mm牙輪鉆頭+Φ197mm單彎螺桿（1.75°或1×1.75°）+Φ127mm無磁鉆桿2根+Φ127mm加重鉆桿30根+Φ127mm鉆桿。

摩阻：60～70kN，鉆壓：40～60kN。

加重鉆桿自重：32×0.7×700kg×8.134=1275kN。

127.5-（60～70）+（40～60）=27.5～-2.5kN

水平段鉆具組合：Φ244.5mm牙輪鉆頭+Φ197mm單彎螺桿+Φ127mm無磁鉆桿2根+Φ127mm鉆桿+Φ127mm加重鉆桿+Φ177.8mm鉆鋌（適當(dāng)）+Φ127mm斜坡鉆桿。

摩阻：90～100kN，鉆壓：40～60kN

倒裝加重鉆桿（130-160）/1475kg×8.134=6～9根（177.8mm鉆鋌）。

考慮到244.5mm井眼較大，造斜率可能跟不上，并且該區(qū)塊地層較為松軟，造斜工具造斜率低，在定向造斜井段使用了彎螺桿上面加彎接頭的動(dòng)力鉆具組合，全力保證造斜率能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在水平段的鉆進(jìn)過程中，我們通過倒換鉆具把加重鉆桿放到了整個(gè)鉆具組合的中間部位，在井口使用倒裝鉆鋌為鉆進(jìn)提供鉆壓，一方面加重鉆桿柔韌性能較好，比較適合高曲率井段，避免普通斜坡鉆桿由于在井眼中受彎曲應(yīng)力影響從而造成鉆具脫落，斷裂等問題。另一方面由于地層松軟，會(huì)存在拖壓等問題，把加重鉆桿放到水平段上方有利于給鉆頭加壓。

3井眼軌跡精細(xì)控制技術(shù)

超淺中半徑水平井井眼軌跡控制難度較大，鉆井過程中易出現(xiàn)小臺(tái)肩現(xiàn)象，還容易發(fā)生井下坍塌、起鉆困難、鍵槽卡鉆等問題。造斜段一般使用”彎螺桿+隨鉆測(cè)斜儀”的常用定向鉆具組合。水平段使用MWD隨鉆監(jiān)測(cè)地層自然伽瑪值來判斷鉆頭是否在油層中鉆進(jìn)。實(shí)際施工過程中采用滑動(dòng)連續(xù)鉆進(jìn)方式并實(shí)時(shí)控制，以提高井眼軌跡控制的精度，保持井眼軌跡圓滑，避免井眼軌跡出現(xiàn)較大的狗腿度。鉆井中盡量避免大幅度變動(dòng)下部鉆具結(jié)構(gòu)和鉆井參數(shù)。

3.1精確測(cè)量控制

使用坐鍵式MWD，減少零長，提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性；加密測(cè)斜，對(duì)每個(gè)單根精確控制，鉆井4-5米測(cè)斜一次，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)井底數(shù)據(jù)；定向過程中，造斜率達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，及時(shí)更換鉆。

3.2造斜段軌跡控制

增斜井段采用滑動(dòng)鉆進(jìn)方式鉆進(jìn)，鉆具組合：Φ244.5mm牙輪鉆頭+Φ197mm單彎螺桿（1.75°或1×1.75°）+MWD接頭+Φ127mm無磁承壓加重鉆桿2根+Φ127mm加重鉆桿30根+Φ127mm斜坡鉆桿。

鉆井參數(shù)：排量45L/s，鉆壓85～105kN，泵壓9～11MPa。

造斜點(diǎn)較淺，開始定向時(shí)要控制排量，保證工具面穩(wěn)定利于定向，定向過程中要定時(shí)短起下，保證巖屑能夠及時(shí)帶出井筒，同時(shí)要提前下入倒裝鉆具，減少起下鉆時(shí)間。定向過程中要控制造斜率，造斜率過小，不能順利中靶。造斜率過大，造成鉆具摩阻和扭矩增大。定向過程嚴(yán)禁定點(diǎn)循環(huán)，地層較軟，容易形成鍵槽。

3.3水平段軌跡控制

水平井段重點(diǎn)是合理倒順利加壓，以及降低摩阻保證定向順利。

鉆具組合：Φ244.5mm牙輪鉆頭+Φ197mm單彎螺桿（1.5°/1.75°）+MWD接頭+Φ127mm無磁承壓鉆桿2根+Φ127mm斜坡鉆桿+Φ127mm加重鉆桿+Φ177.8mm鉆鋌（適當(dāng)）+Φ127mm斜坡鉆桿。

鉆井參數(shù)：排量30～34L/s，鉆壓40～60kN，泵壓8～12MPa。每鉆進(jìn)50米進(jìn)行一次短起下鉆，替換斜坡鉆桿，保證加重鉆桿始終在上部，如果鉆具重量小于摩阻時(shí)，上部逐漸替入鉆鋌，增加鉆具重量來施加提供足夠的鉆壓，但要始終保證鉆鋌在直井段，加重鉆桿保證在井斜30°以上，結(jié)合巖屑錄井及隨鉆測(cè)井，進(jìn)行導(dǎo)向鉆井，實(shí)現(xiàn)窗體內(nèi)井段的精確控制。

3.4著陸控制方法

南陽油田井樓區(qū)塊的超淺中半徑水平井靶區(qū)半徑只有1米。從而靶點(diǎn)的著陸控制成為了整口井最為關(guān)鍵的工序。

圖1著陸控制示意圖

著陸段在A靶前控制井斜在84～85°之間，穩(wěn)斜進(jìn)入油層，根據(jù)無線測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)判斷是否進(jìn)入油層，進(jìn)入后及時(shí)將井斜調(diào)至90°。

4總體應(yīng)用統(tǒng)計(jì)

在2013年度施工的八口超淺中半徑水平井的過程中，通過使用各項(xiàng)研究措施，出色的完成了全部的工作量，并且固井合格率100%，井身質(zhì)量合格率100%，油層鉆遇率92.7%，電測(cè)一次成功率100%，下套管一次成功率100%。在全部的施工過程中沒有任何復(fù)雜情況的發(fā)生，事故復(fù)雜時(shí)效為0。對(duì)南陽油田300-500米的淺層稠油油藏的開發(fā)有重大的意義。

5結(jié)論與建議

（1）五段制剖面比較適合南陽淺層水平井，能夠降低鉆具摩阻；

（2）采用大角度單雙彎螺桿解決了大尺寸軟地層造斜率低的問題；

（3）采用倒裝鉆具組合，解決了水平段鉆進(jìn)加壓?jiǎn)栴}；

（4）優(yōu)選的聚合物混油乳化鉆井液體系解決了井壁坍塌、摩阻大問題；

（5）套管加壓裝置對(duì)淺層水平井套管的安全下入具有一定的積極作用。