王英博

摘 要：針對大港油田大位移定向井存在的摩阻和扭矩大、軌跡控制難度大、井壁穩(wěn)定難度大、長裸眼段下套管難度大、井眼凈化要求高等技術(shù)難點(diǎn)，研究制定了一套大位移水平井鉆、完井技術(shù)。論述了大位移水平井實(shí)施中的井眼軌跡設(shè)計技術(shù)、導(dǎo)向鉆井技術(shù)、漂浮下套管技術(shù)、高潤滑強(qiáng)抑制的優(yōu)質(zhì)鉆井液技術(shù)、摩阻扭矩預(yù)測及監(jiān)測技術(shù)等，并經(jīng)實(shí)踐證明該套技 術(shù)在大港油田能有效提高鉆井效率。

關(guān)鍵詞：大位移井;軌跡控制;摩阻扭矩;漂浮下套管;大港油田

前言

大位移井是指所鉆井的水平位移與垂深之比等于或大于2的定向井，大位移井技術(shù)在大港油田地面條件受到限制的地區(qū)應(yīng)用比較廣泛。通過對大位移定向鉆井技術(shù)難點(diǎn)的分析和對關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究和探索，取得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

1大位移井鉆完井技術(shù)難點(diǎn)

通過軌跡優(yōu)化、水力學(xué)與井眼凈化、管柱力學(xué)分析與套管下入等前期研究和分析，大位移井的主要技術(shù)難點(diǎn)有以下幾個方面。

1.1井眼軌跡優(yōu)選

大位移井突出特點(diǎn)是水平位移大、井斜角大，導(dǎo)致鉆柱和套管在井眼內(nèi)摩阻和扭矩大，大位移井井眼軌跡優(yōu)化是減少摩阻和扭矩的主要途徑之一。

1.2 軌跡控制難度大

長穩(wěn)斜段鉆進(jìn)，由于鉆具組合和地層的原因會導(dǎo)致井斜角控制難度大，再加之鉆頭旋轉(zhuǎn)的原因，容易產(chǎn)生方位飄移。同時，電潛泵采油下入段對“狗腿”度要求高，井眼軌跡要求平滑度高，使井眼軌跡控制難度大。

1.3摩阻和扭矩大

摩阻和扭矩是大位移井水平位移延伸程度的主要限制因素，由于穩(wěn)斜段長、井斜角大，重力效應(yīng)突出，上提、下放鉆具的阻力增加，鉆進(jìn)加壓困難;鉆柱摩擦阻力大、扭矩大，下部鉆具易屈曲，傳遞扭矩困難 。

1.4長裸眼段下套管作業(yè)難度大

大位移井套管需下入長裸眼段的大斜度井段，深度較大。在正常下入過程中由于摩阻較大， 下部套管段可能會產(chǎn)生屈曲變形，使套管下入難度大，甚至難以下到預(yù)定深度。

1.5井壁穩(wěn)定難度大

部分地區(qū)油藏埋藏淺，造斜點(diǎn)淺，地層較軟，所鉆大位移水平井深，鉆井周期長，在大斜度井段易發(fā)生井壁失穩(wěn)，可能導(dǎo)致垮塌。

1.6 井眼凈化要求高

大位移井水平位移大，井眼清潔、攜砂困難，若井眼尺寸較大，鉆井液返速低，造成巖屑沉積，易形成巖屑床，對鉆井液性能及工程參數(shù)匹配要求高。

2 大位移水平井定向井鉆井提速技術(shù)

2.1井眼軌跡及井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

大位移水平井的井眼軌跡、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計需要考慮地質(zhì)要求、地層巖性、造斜工具的造斜率、完井方式等因素，井眼軌跡和井身結(jié)構(gòu)是大位移井能否成功實(shí)施的關(guān)鍵。

2.1.1 井眼軌跡優(yōu)化

目前全球范圍所鉆大位移井所用的剖面形狀主要有常規(guī)曲率設(shè)計和變曲率設(shè)計2種，結(jié)合莊大港油田大位移水平井實(shí)際情況，同時考慮多點(diǎn)約束問題，采用三維擬懸鏈線剖面設(shè)計變曲率剖面設(shè)計的比較多。為盡量減少摩阻和扭矩，對不同的變曲率設(shè)計剖面進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合摩阻、扭矩分析結(jié)果（懸鏈線剖面摩阻和扭矩相對較低），確定了以初始曲率、曲率變化以及到最大曲率參數(shù)最優(yōu)化的擬懸鏈線剖面。

2.1.3井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

主要考慮以下 3個方面 ：

（1）表層套管封過“狗腿”度較大的造斜段，防鍵槽卡鉆，保證中間大段穩(wěn)斜井段的安全鉆進(jìn)，同時封住上部疏松地層，減少井下復(fù)雜;

（2）中間套管封至入窗點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)儲層專打創(chuàng)造條件，并為下部篩管完井做好準(zhǔn)備;

（3）由層水平段采用篩管完井。

2.2摩阻分析

大港油田部分區(qū)塊的大位移井水平位移大、水垂比高，且大部分井段為穩(wěn)斜井段、井斜在 80°左右，這使得在鉆進(jìn)、起下鉆和下套管等作業(yè)過程中摩阻、扭矩問題非常突出。摩阻、扭矩過大，輕則會增加施工難度，延長鉆井作業(yè)時間;重則使鉆井作業(yè)無法進(jìn)行，導(dǎo)致井眼提前完鉆或達(dá)不到預(yù)計的鉆井深度。

2.2.1鉆具摩阻、扭矩優(yōu)化研究

（1）311.1mm井眼，井深3367.43m，水平位移2741.43m

①鉆具組合：311.1mm鉆頭+245.0mm導(dǎo)向馬達(dá)+298.0mm欠尺寸扶正器+127.0mm非磁抗 壓縮鉆桿1根+165.0mmMWD+139.7mml8°S135鉆桿2600m+127.0mm加重鉆桿21根+139.7 mm 鉆桿若干。②工況參數(shù)：鉆井液密度1.20 g/cm3，旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆壓60 kN，滑動鉆進(jìn)鉆壓30kN，起下鉆速度10m/min，鉆頭扭矩7000N·m。

（2）215.9mm井眼，井深4080.00m，水平位移3452.18 m

① 鉆具組合：215.9mm鉆頭+172.0 mm導(dǎo)向馬達(dá)+203.0 mm欠尺寸扶正器+127.0mm非磁抗壓縮鉆桿1根+165.0mmMWD +139.7mm18。S135鉆桿3050m+127.0mm加重鉆桿21根+139.7 mm鉆桿若干。②工況參數(shù)：鉆井液密度1.15 g/cm3，旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆壓60kN，滑動鉆進(jìn)鉆壓30 kN，起下鉆速度10m/min，鉆頭扭矩4000N？m。

（3）理論分析結(jié)果

215.9mm井眼在套管內(nèi)摩擦系數(shù)為0.25、裸眼摩擦系數(shù)分別取0.25、0.35時，均未出現(xiàn)任何彎曲現(xiàn)象。311.1mm井眼在套管內(nèi)摩擦系數(shù)0.25、裸眼摩擦系數(shù)0.35的情況下，鉆至人窗前調(diào)整井段時，滑動鉆進(jìn)及滑動下鉆均出現(xiàn)了正弦彎曲，說明必須采用旋轉(zhuǎn)鉆井方式才能順利調(diào)整井眼軌跡，并順利下鉆到底;而在套管內(nèi)摩擦系數(shù)0.20、裸眼摩擦系數(shù)0.25時，不會出現(xiàn)任何彎曲，說明要降低鉆具摩阻扭矩，實(shí)現(xiàn)鉆壓的有效傳遞，只有通過降低摩擦系數(shù)才能實(shí)現(xiàn)。

2.2.2套管下入摩阻預(yù)測

根據(jù)井眼軌跡及井身結(jié)構(gòu)確定過程中的分析研究認(rèn)為，中間套管（244.5mm）的下入難度最大，如何保證套管的順利下入，確保其下入預(yù)定深度對大位移井實(shí)施至關(guān)重要。中間套管將下入一定深度右，井斜角 79.0°-81.8°。根據(jù)已鉆大位移井的經(jīng)驗(yàn)，下放載荷應(yīng)大于靜載荷的30%，套管即可順利下入。分析結(jié)果：244.5 mm下放載荷小于靜載荷的30%，不能達(dá)到套管順利下入的條件，尤其是在裸眼摩擦系數(shù)取0.45時，甚至無法下入。為了保證該層套管順利下入，實(shí)施過程中應(yīng)采用漂浮下套管技術(shù)，確保其順利下到預(yù)定深度 。

2.3鉆井液優(yōu)選

大位移水平井由于井斜、位移大，井型復(fù)雜，裸眼段長且泥巖井段造漿嚴(yán)重，隨著固相含量和搬土含量的提高，易造成下部井眼不清潔，摩阻增大。結(jié)合該地區(qū)地層物性分析，選用強(qiáng)抑制性、潤滑性好的鉆井液，確保井壁穩(wěn)定，并滿足井下工具 （MWD、LWD、動力馬達(dá)等）、 攜巖和儲層保護(hù)要求。入窗前井段主要采用無固相鉆井液體系，入窗后實(shí)施油層專打，采用優(yōu)質(zhì)無固相鉆井液，能有效地保護(hù)儲層，滿足水平井段井眼凈化及潤滑的要求。

3.結(jié)論

（1）大位移水平井井眼軌跡采用擬懸鏈線剖面設(shè)計，有利于降低扭矩。

（2）選用MWD+導(dǎo)向馬達(dá)成熟的定向鉆具結(jié)構(gòu)和適當(dāng)?shù)你@井參數(shù)，通過旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)配合滑動鉆進(jìn)的鉆井方式，能有效控制井眼軌跡，提高鉆井速度，是實(shí)現(xiàn)安全、高效鉆井的重要手段。

（3）摩阻、扭矩預(yù)測技術(shù)、漂浮下套管技術(shù)、具有良好潤滑性和抑制性的水基鉆井液體系、 ECD預(yù)測與實(shí)鉆對比分析技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的集成應(yīng)用是大位移水平井鉆井成功的關(guān)鍵 。

（4）準(zhǔn)確預(yù)測并做好ECD實(shí)測分析對及時清理巖屑床、優(yōu)化鉆具結(jié)構(gòu)和鉆進(jìn)參數(shù)、保證安全鉆井有著重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周守為，張鈞.大位移井鉆井技術(shù)及其在渤海油田的應(yīng)用[M].北京：石油工業(yè)出版社，2002.