樁西深層大位移水平井鉆井技術(shù)

樁西油田是勝利油田重要灘海油田，樁西深層大位移水平鉆井技術(shù)在勘探開發(fā)中發(fā)揮著越來越重要的作用。近幾年，在樁西灘海鉆深層大位移水平井4口，樁西深層大位移井由于地質(zhì)情況復(fù)雜、沙河街高阻段地層硬度不均、層理發(fā)育、存在斷層或破碎帶、地層應(yīng)力失穩(wěn)、井壁坍塌嚴(yán)重、坍塌周期短等鉆井技術(shù)難點(diǎn)，又是長裸眼、大井斜穩(wěn)斜和水平井段，巖屑掉塊攜帶和破碎困難。本文論述大位移定向井施工中的井身軌跡控制、摩阻與扭矩、井壁穩(wěn)定、井眼凈化等問題，以及相應(yīng)采取的技術(shù)措施，為今后推廣應(yīng)用大位移定向井鉆井技術(shù)提供了一些寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)為樁西深層大位移水平井的勘探開發(fā)提供了技術(shù)支撐。

樁西大位移水平井鉆井難點(diǎn)

樁西深層井自上而下鉆平原組、明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營組、沙河街組（沙一段至沙四段）。東營組及上部地層淺灰色、灰黃色砂巖夾棕黃色泥巖、灰色粉砂巖、厚層狀底礫巖；下部為灰色、深灰色泥巖、油泥巖夾砂巖。沙河街地層為灰色、淺灰色灰?guī)r、灰質(zhì)油泥巖間互層、油泥巖、灰色泥巖和頁巖。樁西深層大位移水平井的工程地質(zhì)難點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1） 井眼失穩(wěn)問題突出。樁西大位移水平井鉆井的最大難題是在大井斜井段快速地鉆過易坍塌的油泥巖、油頁巖地層。水基鉆井液對(duì)泥頁巖地層浸泡，會(huì)產(chǎn)生剝蝕掉塊，井眼不穩(wěn)定，鉆進(jìn)過程中容易出現(xiàn)井眼復(fù)雜。樁西大位移水平井4口井中有3口井在泥巖段均出現(xiàn)井眼失穩(wěn)，引起井下復(fù)雜劃眼。

（2） 位移大、水平段長，摩阻扭矩大。由于水平位移大和大井斜穩(wěn)斜段長：如實(shí)鉆樁129-1HF井，穩(wěn)斜段井斜角55.25°，穩(wěn)斜段長1709.15m，水平位移3168.78m，水平段長883.12m；樁129-平10井，穩(wěn)斜段井斜角70.6～77.5°，穩(wěn)斜段長1076.85m，水平位移2410.71m，水平段長641.10m。大井斜的泥頁巖層，易坍塌形成掉塊，加劇了鉆具與井壁的摩擦。

井身結(jié)構(gòu)和井身軌跡的優(yōu)化

井身結(jié)構(gòu)的確定是根據(jù)地質(zhì)鉆探目的，一開套管下深以封隔平原組為原則，二開后定向，大井斜穩(wěn)斜，水平位移盡量向?yàn)┖Ｑ由?，套管最深封隔館陶組，為三開水平段創(chuàng)造條件；或?yàn)榱藵M足三開油泥巖或頁巖段的水平鉆進(jìn)，二開套管下至A靶點(diǎn)，如樁129-平10井井身結(jié)構(gòu)和軌道參數(shù)設(shè)計(jì)如表1、2所示。

表1　樁129-平10井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

樁129-平10井兩次鉆遇沙一段泥頁巖地層，垂深3264～3339m，都使用的是強(qiáng)抑制不分散體系鉆井液體系，兩次鉆至泥頁巖都出現(xiàn)井壁失穩(wěn)現(xiàn)象，嘗試各種鉆具組合劃眼，如下所示：

（1） Φ215.9mm牙輪鉆頭+Φ209mm近鉆頭扶正器+Φ127mm鉆鋌2根+Φ127mm加重鉆桿×30+Φ127mm鉆桿，近鉆頭扶正器的鉆具組合主要增加其剛性，推動(dòng)掉塊下行，將其趕至井底，將掉塊磨碎后，將其攜帶出。

（2） Φ215.9mm牙輪鉆頭+Φ127mm加重鉆桿×30+Φ127mm鉆桿，常規(guī)鉆具組合通井主要依靠牙輪鉆頭的研磨，將掉塊磨碎，順利通過遇阻點(diǎn)后，通過調(diào)整泥漿性能將掉塊帶出，恢復(fù)井壁穩(wěn)定。

（3） Φ118mm銑錐+Φ127mm鉆桿×2+Φ209mm扶正器+Φ127mm，領(lǐng)眼鉆具組合通過較小尺寸工具通過遇阻點(diǎn)，依靠泥漿流動(dòng)使堆積掉塊分散，再通過后面的扶正器和鉆具，通過轉(zhuǎn)動(dòng)將掉塊破碎，將其帶出。

每一種鉆具組合在下鉆至泥頁巖地層遇阻，期間通過調(diào)整泥漿無論是增加鉆井液粘切，提高鉆井液攜巖能力還是降低鉆井液粘切，以提高鉆井液對(duì)井壁沖刷效果，劃眼無法通過，而且越處理井眼越復(fù)雜，遇阻點(diǎn)越淺，最后均填井側(cè)鉆，改油基鉆井液體系。

表2　樁129-平10井軌道參數(shù)設(shè)計(jì)

表3　樁74-1HF井軌道參數(shù)設(shè)計(jì)

樁147-平1井和樁74-1HF井，兩口井鉆遇沙一段泥頁巖地層，垂深分別為3264～3306m、3286～3619m，這兩口井由于井斜角較少，劃眼也經(jīng)過長時(shí)間復(fù)雜處理后才正常，但是樁129-平10井，按原設(shè)計(jì)和填井側(cè)后，由于開發(fā)油藏和水平井靶前位移的限制，井斜角在70.6～77.5°之間，鉆遇沙一段泥頁巖，泥頁巖水化膨脹，形成剝蝕掉塊，由于井斜大，攜帶出井眼困難，造成井眼復(fù)雜。如果樁129-平10井的井身軌跡如表3所示。

樁129-平10井如果在沙一段泥頁巖地層井身軌跡進(jìn)行優(yōu)化，改成低于45°的井斜角鉆過，井眼復(fù)雜問題可以避免，如果由于井位原因，井身軌跡優(yōu)化不大，建議改井身結(jié)構(gòu)，由于三開井身結(jié)構(gòu)改為四開，優(yōu)化的井身結(jié)構(gòu)如表4所示，快速鉆過沙一段至A點(diǎn)，下入Φ177.8mm套管（尾管）進(jìn)行封隔。

表4　優(yōu)化樁129-平10井井身結(jié)構(gòu)

鉆井方式優(yōu)選

二開、三開選用高效PDC+螺桿復(fù)合鉆井方式，PDC具有小鉆壓、高鉆速的優(yōu)勢(shì)，具有轉(zhuǎn)速較高、扭矩大的特性，鉆具結(jié)構(gòu)簡單，選用PDC鉆頭配合1.25。螺桿，如：樁129-平10井使用井段為2621～3943m，進(jìn)尺1322m，地層為東營組和沙一段，機(jī)械鉆速6.18m/h，單只鉆頭進(jìn)尺最高達(dá)到1169m；如樁129-1HF井使用井段為2744～3216m、3300～3802m、3811～4308m，進(jìn)尺1471m，地層為東營組至沙三段，機(jī)械鉆速5.84 m/h。在大位移水平井中使用PDC+螺桿復(fù)合鉆井方式，不僅延長了鉆頭壽命，又減少了起下鉆的次數(shù)、提高鉆井速度。

定向鉆具組合：Φ215.9 mm PDC鉆頭+Φ172mm單彎螺桿（1.25。）+回壓閥+Φ127 mm無磁承壓鉆桿十Φ170 mm MWD懸掛短節(jié)+Φ127 mm斜坡鉆桿+Φ127 mm加重鉆桿×30柱 +Φ127mm鉆桿。

穩(wěn)斜段和水平段鉆具組合：Φ215.9 mm PDC鉆頭+Φ172mm單彎螺桿（1.25。）+ Φ210 mm欠尺寸扶正器+回壓閥+Φ170mm MWD懸掛短節(jié)+Φ127mm斜坡鉆桿+Φ127mm加重鉆桿30柱+Φ127mm鉆桿。

如果是四開水平段（樁74-1HF）：鉆具組合：Φ152.4mm PDC鉆頭+Φ127mm單彎螺桿（1.25。）+ Φ146 mm欠尺寸扶正器+回壓閥+Φ120mm MWD懸掛短節(jié)+Φ101.6mm斜坡鉆桿+Φ101.6mm加重鉆桿8柱+Φ101.6mm鉆桿。使用Φ101.6mm鉆桿（接頭311×310）代替Φ88.9mm鉆桿，降低壓耗，提高排量和機(jī)械鉆速。

表5　樁西大位移水平井鉆井?dāng)?shù)據(jù)表

圖1　樁129-平10井井壁失穩(wěn)形成的掉塊

三開水平段鉆井液技術(shù)

油基鉆井液體系在樁129-平井復(fù)雜劃眼后開始使用，三開長裸眼，又是大井斜的穩(wěn)斜段和水平段，由于井壁穩(wěn)定問題，改用油基鉆井液體系，選擇油基鉆井液的原因：（1）油基鉆井液應(yīng)具有較高的電穩(wěn)定性，確保乳化體系穩(wěn)定。（2）使用的油基鉆井液具有優(yōu)良的流變性及懸浮性能，能及時(shí)將鉆屑帶出井底，保證井眼通暢。（3）使用的油基鉆井液具有低的濾失量和良好的封堵性能，能夠提高井壁穩(wěn)定性。

樁129-平10井三開選用了無土相逆乳化油基鉆井液，使用井段2594—4753 m，進(jìn)尺2159 m，地層為東營組、沙一段、沙二段，平均機(jī)械鉆速5.94 m/h。油基鉆井液配方：〔（白油+CaCl2溶液）（油水比80：20）〕+3～4%有機(jī)土+2～3%主乳化劑+1～1.5%輔乳化劑+2～3%潤濕劑+2%乳化封堵劑+2～3%降濾失劑+1～2%氧化瀝青+2%堿度調(diào)節(jié)劑+輔助劑。

油基鉆井液抑制了頁巖水化膨脹產(chǎn)生掉塊問題，在長達(dá)574 m的水平段沒有發(fā)生井壁垮塌、掉塊現(xiàn)象，三開平均井徑擴(kuò)大率僅為2.83%。

使用油基鉆井液體系，鉆具與井眼的摩擦力小，樁129-平10井摩阻保持在14～16t，而樁129-1HF、樁74-1HF和樁147-平1井的摩阻均在30t以上，

樁西深層大位移水平井的鉆井實(shí)踐

樁西深層大位移水平井4口井鉆井過程如下數(shù)據(jù)表5。

4口井鉆井目的層為沙河街地層，劃眼井段的地層均為高阻的沙河街沙一段底部，沙一段底部為長段灰褐色油頁巖和泥巖，地層易井壁失穩(wěn)，如樁129-平10井，沙一段底部井壁失穩(wěn)和劃眼原因：一是泥頁巖易吸水膨脹，水化剝蝕，水基鉆井液極易導(dǎo)致井壁坍塌掉塊（如圖1所示）；二是地層極不穩(wěn)定，存在周期性坍塌；三是復(fù)雜井段井斜角都達(dá)到70°以上，巖屑掉塊攜帶和破碎困難。該井鉆進(jìn)過程中遇到該地層，三次井壁失穩(wěn)劃眼后，在大井斜井段劃眼困難，從鉆井液的體系入手，將聚合物強(qiáng)抑制潤滑防塌鉆井液體系改為油基鉆井液體系，油基鉆井液更適用于水敏性強(qiáng)，防止了易坍塌的泥頁巖地層，順利鉆完該井。

結(jié)語與認(rèn)識(shí)

（1） 優(yōu)選鉆井方式，穩(wěn)斜段和水平段優(yōu)選PDC+螺桿復(fù)合鉆井方式，可以有效地提高鉆井速度，保證了良好的井身質(zhì)量。

（2） 樁西大位移水平井鉆遇沙一段泥頁巖時(shí)，應(yīng)該優(yōu)選使用油基鉆井液，通過化學(xué)方法抑制泥頁巖的水化膨脹，防止復(fù)雜情況的發(fā)生，而且大大地降低了大位移水平井的摩阻。

（3） 優(yōu)化樁西大位移水平井的井身結(jié)構(gòu)和井身軌跡，三開井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化為四開井身結(jié)構(gòu)，或二開、三開的穩(wěn)斜段降低的穩(wěn)斜段的井斜角，適當(dāng)提高造斜點(diǎn)，既能達(dá)到大位移水平井向?yàn)┖Ｑ由炷芰?，又降低沙一段泥頁巖地層的坍塌掉塊造成的鉆井風(fēng)險(xiǎn)。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.18.025