李亞南 于占淼 晁文學(xué) 孔華 王安廣

1.中原石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)研究院；2.中原石油工程有限公司鉆井二公司；3.中原石油工程有限公司技術(shù)公司

順托果勒北是順北油田目前重點(diǎn)勘探開(kāi)發(fā)區(qū)塊之一，構(gòu)造位于塔里木盆地北部坳陷中西部的順托果勒低隆北緣構(gòu)造帶，屬于碳酸鹽巖海相油氣藏，油氣資源儲(chǔ)量豐富。新斷裂帶較順北1號(hào)斷裂帶儲(chǔ)層埋藏深，目的層奧陶系一間房組—鷹山組垂深7400～7600 m（斜深 7600～8500 m），油層溫度高。順北評(píng)2H井是部署在順北次級(jí)斷裂帶的一口直導(dǎo)眼側(cè)鉆水平井，評(píng)價(jià)新區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育特征及含油氣性，具有側(cè)鉆點(diǎn)超深、井下摩阻大、循環(huán)溫度高、井眼軌跡調(diào)整空間窄的特征。由于常規(guī)超深側(cè)鉆水平井以套管開(kāi)窗側(cè)為主（如塔河區(qū)塊），且多應(yīng)用于老井剩余油挖潛或油層增產(chǎn)，側(cè)鉆點(diǎn)6000～6500 m，順北評(píng)2H井鉆井技術(shù)可借鑒經(jīng)驗(yàn)不足。因此通過(guò)采用軌道剖面優(yōu)化、鉆具組合推選、高溫動(dòng)力鉆具及隨鉆測(cè)量?jī)x器優(yōu)選等技術(shù)，克服了施工難題，最終完鉆井深8433 m。

1 井身結(jié)構(gòu)

順北評(píng)2H井開(kāi)發(fā)以揭露新斷裂帶地層、完善地層認(rèn)識(shí)和油藏開(kāi)發(fā)為目標(biāo)，鉆遇地層自上而下依次第四系、新近系、古近系、白堊系、三疊系、二疊系、石炭系、泥盆系、志留系和奧陶系，二疊系—奧陶系上部桑塔木組，地質(zhì)情況復(fù)雜，易井漏、垮塌，因此采用四級(jí)井身結(jié)構(gòu)，見(jiàn)表1。

表1 側(cè)鉆水平井鉆頭及井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)次序Table 1 Bit and wellbore structure design sequence of sidetracking horizontal well

2 超深側(cè)鉆井技術(shù)難點(diǎn)

（1）側(cè)鉆點(diǎn)超深，中半徑水平井增斜及扭方位軌跡調(diào)整空間受限，軌跡控制精度要求高，一旦扭方位度數(shù)不足或增斜不利，易引發(fā)脫靶事故。

（2）裸眼回填側(cè)鉆，水泥塞較地層軟，鉆速高于裸眼側(cè)鉆地層，側(cè)鉆時(shí)鉆頭易偏離待鉆井眼進(jìn)入老井眼［1］。

（3）小尺寸鉆具組合與新斷裂帶地層匹配認(rèn)識(shí)度低，造斜能力不穩(wěn)定；鄰井油層溫度153～162 ℃（順北評(píng)2H井井底溫度162 ℃、循環(huán)溫度145 ℃），對(duì)井下動(dòng)力鉆具和隨鉆測(cè)量?jī)x器性能要求高［2］。

（4）地質(zhì)分層厚度變薄，地質(zhì)巖性存在不確定性，如輝綠巖硬地層，順北1號(hào)斷裂輝綠巖侵入體埋深6900 m［3］，而順北評(píng) 2H 井在 7740～7789 m 目標(biāo)層出現(xiàn)。

（5）井眼尺寸小，泵壓和排量等鉆井參數(shù)受限，環(huán)空返速低，裸眼段井眼清潔度低，摩阻扭矩增加快。

3 超深側(cè)鉆水平井技術(shù)

3.1 軌道剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）側(cè)鉆點(diǎn)優(yōu)選。直導(dǎo)眼鉆至井深7734 m，揭開(kāi)油層奧陶系中—下統(tǒng)450 m未遇放空漏失，回填水泥塞至井深7355 m側(cè)鉆。錄井顯示目的層奧陶系一間房組頂界深7410 m，因此以選擇井斜小、井眼擴(kuò)大率低、井壁穩(wěn)定、盡量放大軌跡調(diào)整空間為原則，優(yōu)選進(jìn)入一間房組5 m即井深7415 m為側(cè)鉆點(diǎn)，側(cè)鉆點(diǎn)井斜 0.7°，方位 139.93°。

（2）軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)。地質(zhì)設(shè)計(jì)B靶點(diǎn)垂直深度7566 m，方位158.02°，側(cè)鉆點(diǎn)至B靶點(diǎn)垂距151 m，屬于超深中半徑水平井。在地質(zhì)設(shè)計(jì)不改變?cè)煨秉c(diǎn)和靶點(diǎn)垂深的條件下，全角變化率高則軌跡調(diào)整空間短，加之動(dòng)力鉆具實(shí)鉆造斜能力受小尺寸鉆具柔性及地質(zhì)環(huán)境因素影響大，導(dǎo)致工具面穩(wěn)定性差，全角變化率波動(dòng)范圍大，井眼軌跡光滑度降低，完鉆后套管下入困難。高造斜率井眼軌道相比于低造斜率井眼軌道控制難度更高，不宜選用單增高造斜率軌道設(shè)計(jì)；綜合考慮井斜角大扭方位難及同時(shí)增斜扭方位鉆具變井斜力削弱的問(wèn)題，順北評(píng)2H井軌道剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)為類雙增軌道剖面［4-5］，初始造斜段和第2增斜段全角變化率范圍14～15 （°）/30 m，在初始小井斜增斜段完成側(cè)鉆扭方位對(duì)靶，方位對(duì)準(zhǔn)虛擬靶點(diǎn)A后全力增斜，因此初始增斜段盡量長(zhǎng)，設(shè)計(jì)2趟鉆鉆完；第2增斜段適當(dāng)短，1趟鉆完成增斜段鉆進(jìn)，提高鉆井效率，減少起下鉆次數(shù)［6-8］。

3.2 螺桿及隨鉆測(cè)量工具優(yōu)選

針對(duì)超深高溫水平井，常溫螺桿橡膠及軸承耐溫性不滿足井底環(huán)境要求，國(guó)產(chǎn)抗高溫150～180 ℃的 ?120 mm單彎螺桿在超深小井眼中實(shí)鉆性能見(jiàn)表2［9］，基于井下工作時(shí)間長(zhǎng)、造斜率適中、可靠性高三方面因素，順北評(píng)2H井增斜段優(yōu)選彎角1.75°和2°螺桿、水平段采用彎角1.5°螺桿；定向隨鉆測(cè)量?jī)x器優(yōu)選APS公司的MWD隨鉆測(cè)量?jī)x，工作溫度-25 ～175 ℃，極限溫度185 ℃，耐高壓151 MPa［10-11］。

表2 斜井段螺桿使用情況Table 2 Service situation of mud motor in the inclined well section

3.3 降摩減阻技術(shù)

（1）工藝措施。依據(jù)實(shí)鉆井眼軌跡數(shù)據(jù)，利用軟件模擬分析增斜及水平段井下鉆柱受力及屈曲狀態(tài)，通過(guò)調(diào)整鉆井參數(shù)（鉆壓、排量）、鉆進(jìn)方式、技術(shù)措施，避免鉆柱發(fā)生螺旋屈曲、自鎖和井下疲勞現(xiàn)象。增斜段每滑動(dòng)鉆進(jìn)1根反復(fù)上提下放活動(dòng)鉆具，保證滑動(dòng)鉆進(jìn)摩阻小于160 kN，水平段起鉆摩阻小于390 kN。

（2）鉆井液性能優(yōu)化。良好的鉆井液性能是超深井定向及水平段鉆進(jìn)的重要保障，針對(duì)井下溫度高、摩阻大及裂縫性儲(chǔ)層易漏的特點(diǎn)，采用熱穩(wěn)定性強(qiáng)的鉆井液體系。適當(dāng)混油、乳化將鉆井液一次性轉(zhuǎn)化為抗溫聚磺混油鉆井液體系，保證抗溫降濾失性能，提高鉆井液潤(rùn)滑性，降低濾餅?zāi)Σ料禂?shù)［10］，減少阻卡事故發(fā)生；側(cè)鉆進(jìn)入增斜段及水平段后鉆井液及時(shí)補(bǔ)充原油及潤(rùn)滑劑，配套采用屏蔽暫堵技術(shù)（加入抗溫瀝青粉等防塌劑及超細(xì)鈣等），使鉆井液具備優(yōu)良的護(hù)壁性和攜巖能力，鉆井液性能見(jiàn)表3。

表3 鉆井液性能Table 3 Properties of drilling fiuid

3.4 側(cè)鉆及軌跡控制技術(shù)措施

3.4.1 裸眼段側(cè)鉆（7415～7431m） 鉆具組合：? 149.2 mm 牙 輪 鉆 頭+?120 mm 2～2.25°單 彎 螺桿+?120 mm無(wú)磁鉆鋌+?120 mm無(wú)磁懸掛短節(jié)+?88. 9mm無(wú)磁承壓鉆桿+?88.9 mm加重鉆桿+?88.9 mm鉆桿+旁通閥+?88.9 mm鉆桿+?127 mm鉆桿+?139.7 mm鉆桿。鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓0～20 kN，泵壓 19～21 MPa，排量 10～12 L/s。

技術(shù)措施及施工過(guò)程：掃塞60 m至7415 m，采用? 120 mm單彎螺桿實(shí)施裸眼側(cè)鉆，采取小鉆壓控時(shí)側(cè)鉆，避免側(cè)鉆進(jìn)入回填老井眼。側(cè)鉆過(guò)程中依據(jù)鉆進(jìn)情況適當(dāng)調(diào)整鉆壓，側(cè)鉆前2 m鉆速控制在1 m/3 h鉆進(jìn)，分析砂樣后定向鉆進(jìn)2 m，鉆速提高至1 m/2 h；側(cè)鉆4 m后鉆速調(diào)整至1 m/h。通過(guò)錄井巖屑分析側(cè)鉆情況，判斷側(cè)鉆效果，直到返出巖屑90 %左右，逐步恢復(fù)鉆壓提高鉆井速度，控時(shí)鉆進(jìn)16 m，側(cè)鉆至7431 m，測(cè)點(diǎn)7419.59 m井斜3.6°，側(cè)鉆成功。

3.4.2 增斜段軌跡控制（7431～7556.88 m） 鉆具組合：?149.2 mmPDC鉆頭+?120 mm 1.5～2.5°螺桿+浮閥+?120 mm無(wú)磁鉆鋌+?120 mm無(wú)磁懸掛短節(jié)+?88.9 mm無(wú)磁承壓鉆桿+?88.9 mm鉆桿+?88.9 mm加重鉆桿+旁通閥+?88.9 mm鉆桿+?127 mm 鉆桿+?139.7 mm鉆桿。鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓20～40 kN，泵壓 19～21 MPa，排量 11～12 L/s。

技術(shù)措施及施工過(guò)程：滑動(dòng)鉆進(jìn)4趟鉆（含側(cè)鉆）完成141.88 m定向段造斜，井斜由0.7°增至72.98°。第1趟鉆采用高度數(shù)螺桿鉆至井深7516.71 m全角變化率偏高，進(jìn)尺85.71 m；第2趟鉆更換低度數(shù)螺桿，因鉆至7538 m提前鉆遇硅質(zhì)夾層，造斜率偏低，平均井眼曲率6 （°）/30 m；第3趟鉆優(yōu)選2.5°螺桿配合SF64H3鉆頭鉆至井深7556.88 m，機(jī)械鉆速1.6 m/h，造斜率達(dá)到25 （°）/30 m增斜至設(shè)計(jì)井斜85.6°。

3.4.3 穩(wěn)斜—水平段（7556.88～8433.52 m） 鉆具組合：?149.2 mm 牙輪 /PDC+ ?120 mm（1.5°）螺桿+浮閥+?120 mm無(wú)磁鉆鋌+?120 mm無(wú)磁懸掛短節(jié)+?88.9 mm無(wú)磁承壓鉆桿+?88.9 mm鉆桿+?88.9 mm加重鉆桿+?88.9 mm鉆桿+?127 mm鉆桿+?139.7 mm鉆桿。鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓20～30 kN，泵壓 20～21 MPa，排量 10～11 L/s，轉(zhuǎn)速 40 r/min。

表4 鉆頭及螺桿度數(shù)優(yōu)選Table 4 Selection of bit and mud motor degree

技術(shù)措施及施工過(guò)程： 選用1.5°單彎螺桿采用復(fù)合鉆進(jìn)方式，導(dǎo)向控制井眼軌跡在儲(chǔ)層中穿行，加密測(cè)點(diǎn)掌握井斜變化規(guī)律，精確控制井眼軌跡走向，避免水平段出現(xiàn)高角度落差；初始穩(wěn)斜及水平段采用PDC鉆頭鉆進(jìn)，由于7743～7773 m井段鉆遇火成巖硬地層，PDC鉆頭損壞嚴(yán)重，換用牙輪鉆頭鉆進(jìn)，整體水平段儲(chǔ)層地質(zhì)情況良好，中B靶點(diǎn)先期裸眼完井后，甲方?jīng)Q定水平段加深343 m，最終完鉆井深8433 m、垂深7598.21 m。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

順北評(píng)2H井通過(guò)應(yīng)用直導(dǎo)眼側(cè)鉆技術(shù)及施工措施順利完鉆，斜井段平均全角變化率15.5 （°）/30 m，見(jiàn)圖1、圖2；實(shí)鉆B靶點(diǎn)半高0.92 m，半寬1.86 m（設(shè)計(jì)B靶半高＜5 m、半寬＜15 m）；高溫隨鉆測(cè)量?jī)x器斜井段累計(jì)應(yīng)用9趟鉆，井下工作時(shí)間808 h，無(wú)儀器故障；由于目的層鉆遇輝綠巖和甲方設(shè)計(jì)水平段加深，定向周期36.46 d（鉆穿輝綠巖段耗時(shí)7 d），完鉆井深8433 m。

5 結(jié)論

（1）通過(guò)合理設(shè)計(jì)井眼軌道、優(yōu)選鉆具及優(yōu)化鉆井液體系等技術(shù)，順托果勒北區(qū)塊可順利實(shí)現(xiàn)8000 m以上超深井可以采用直導(dǎo)眼回填側(cè)鉆井開(kāi)發(fā)。

（2）井眼軌道設(shè)計(jì)中全角變化率優(yōu)選是超深中短半徑水平井動(dòng)力鉆具優(yōu)選的關(guān)鍵，合理的初始增斜全角變化率和增斜角度能有效提高超深井井眼軌跡光滑度。

圖1 實(shí)鉆井眼軌跡井斜數(shù)據(jù)Fig. 1 Deviation data of real drilling trajectorу

圖2 定向-水平段井眼軌跡全角變化率Fig. 2 Total angle change rate of directional-horizontal hole trajectorу

（3）超深井中半徑裸眼側(cè)鉆選用2.25°單彎動(dòng)力鉆具配合控時(shí)鉆進(jìn)能夠?qū)崿F(xiàn)側(cè)鉆新井眼與老井眼的盡早分離?？箿?80 ℃螺桿和耐溫175 ℃的高溫測(cè)量?jī)x器滿足順托果勒北區(qū)8433m超深井地質(zhì)環(huán)境需求。

（4）聚磺混油鉆井體系具有良好的潤(rùn)滑性，通過(guò)調(diào)節(jié)混油量控制超深井井下摩阻；配合防塌劑和堵漏劑，可有效保證井壁穩(wěn)定和井眼安全。

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