劉 亮，涂福洪，鄭海剛，郭 亮，邢 帥，王 瑩

（中國(guó)石油渤海鉆探第三鉆井公司，天津 300280）

大港油田埕海2-2 人工島面積為14000m2，布井100 余口，采用叢式井實(shí)現(xiàn)海油陸采，鉆探目的層主要為沙河街組地層[1]。隨著勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，開(kāi)發(fā)規(guī)模不斷擴(kuò)大，布井?dāng)?shù)量逐漸增加，不僅井眼軌跡控制、防碰難度日益加大[2-6]，而且剩余井口槽已不能滿足部署新鉆井的要求，需提高井口槽利用率，采取單筒雙井開(kāi)發(fā)模式。施工中面臨井眼分離技術(shù)要求高、井眼軌跡控制難、防碰風(fēng)險(xiǎn)大、提速瓶頸等難題。為此，筆者開(kāi)展了埕海2-2 人工島單筒雙井鉆井提速關(guān)鍵技術(shù)研究，從井眼分離、鉆頭個(gè)性化設(shè)計(jì)、鉆井參數(shù)優(yōu)化、井眼軌跡控制等方面開(kāi)展研究，有效提高了機(jī)械鉆速，縮短了鉆井周期，為加快大港油田勘探開(kāi)發(fā)步伐提供了技術(shù)支撐。

1 鉆井技術(shù)難點(diǎn)

1.1 分離井眼難度大

兩口井共用一個(gè)井口槽，一開(kāi)采用兩個(gè)并行井眼或占位鉆具實(shí)現(xiàn)單筒雙井，存在鉆具與套管之間的摩擦接觸面積大；占位鉆具法施工的雙井淺部造斜易碰撞；二開(kāi)鉆進(jìn)時(shí)易發(fā)生鉆具與先前施工井的生產(chǎn)套管摩擦甚至相撞的困難。

1.2 鉆井速度提高困難

該區(qū)塊館陶組地層底部有礫巖，采用常規(guī)PDC 鉆頭鉆館陶組地層時(shí)，鉆頭因受損而影響機(jī)械鉆速，難以實(shí)現(xiàn)各開(kāi)次“一趟鉆”完成；常規(guī)鉆井參數(shù)模式鉆井，提速瓶頸突破困難。

1.3 井眼防碰及軌跡控制難度大

受人工島井場(chǎng)條件限制，井口間距為2.5m，地下井眼軌跡交錯(cuò)復(fù)雜，井眼碰撞風(fēng)險(xiǎn)大。淺部造斜，地層巖性疏松，井徑擴(kuò)大率大，造斜率不易控制[7-9]；多數(shù)井身剖面為雙增剖面，且在深部井段調(diào)整井斜方位，軌跡控制難度大。大位移井和三維繞障井定向時(shí)托壓嚴(yán)重，軌跡控制困難。

2 鉆井關(guān)鍵技術(shù)

針對(duì)埕海2-2 人工島單筒雙井鉆井技術(shù)難題，從井眼分離、鉆頭個(gè)性化設(shè)計(jì)、鉆井參數(shù)優(yōu)化、井眼軌跡控制、三維繞障、區(qū)域性漏失防控等方面開(kāi)展研究，形成了大港油田人工島單筒雙井鉆井關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了提高機(jī)械鉆速、縮短鉆井周期、安全優(yōu)快的鉆井目的。

2.1 單筒雙井技術(shù)

2.1.1 工藝原理

將鉆機(jī)移至即將施工的單筒雙井的井口槽1 位置上（如圖1所示），首先進(jìn)行一開(kāi)鉆進(jìn)，用鉆具在井口槽1的導(dǎo)管6內(nèi)鉆出一定深度的圓筒形井筒7。在井口安裝好雙孔基座9。分別下入A 井表層套管管柱4 和B井表層套管管柱5，套管管柱設(shè)計(jì)為無(wú)接箍套管或是將接箍上下均打磨成45°倒角的套管，避免兩串并行套管下入過(guò)程中相互干擾問(wèn)題。進(jìn)行單筒雙井的表層套管固井作業(yè)需從A井套管管柱內(nèi)注入水泥漿8后沿A井和B 井的套管管柱外返出，為保證B 井套管串二開(kāi)時(shí)能完整試壓，B 井套管浮箍以下套管內(nèi)必須進(jìn)入少量的水泥漿，注水泥漿結(jié)束后，開(kāi)泵頂通B井套管管柱5，然后緩慢放壓，使少量水泥漿從B 井套管鞋處進(jìn)入套管內(nèi)，水泥候凝完即可完成對(duì)稱型單筒雙井表層鉆完井工藝。

圖1 單筒雙井示意圖

2.1.2 井眼分離（A井、B井）

（1）一開(kāi)井底預(yù)斜。在一開(kāi)鉆進(jìn)時(shí)采用馬達(dá)+MWD 鉆具組合，在井底開(kāi)始預(yù)斜1°～3°井斜，為二開(kāi)時(shí)井眼分離打好基礎(chǔ)。

（2）二開(kāi)前充分候凝。由于A 井二開(kāi)固井水泥均返到表層套管內(nèi)，表層套管腳處水泥漿必須充分候凝，防止B井二開(kāi)時(shí)因水泥未充分凝固而造成定向造斜困難甚至沿A井并行的現(xiàn)象。

（3）?139.7mm套管保護(hù)套使用，A井下油層套管時(shí)在表層套管鞋以下10 根套管每根下兩只套管保護(hù)套，減少B井鉆進(jìn)時(shí)鉆具與A井油層套管的接觸面積。

（4）合理優(yōu)化鉆具組合。B 井二開(kāi)采用柔性鉆具組合：?215.9mm 牙輪鉆頭×0.25m+?171.45mm螺桿鉆具×7.65m+?165.1mm 浮閥×0.49m+?165.1mm 無(wú)磁×8.66m+ ?165.1mmMWD×1.95m +?127mm 無(wú)磁抗壓縮鉆桿×8.81m+?127mm 鉆桿×200.819m +?127mm加重×230.697m+?127mm鉆桿若干。該鉆具組合中不能帶穩(wěn)定器，防止穩(wěn)定器外楞磨損A 井油層套管；使用牙輪鉆頭可增強(qiáng)定向效果，同時(shí)確保不會(huì)鉆穿A井套管。

2.2 鉆頭設(shè)計(jì)和鉆井參數(shù)優(yōu)化

2.2.1 PDC鉆頭改進(jìn)設(shè)計(jì)

為提高PDC 鉆頭抗沖擊、抗磨損性能，從鉆頭的復(fù)合片、布齒和保徑等方面進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。PDC 鉆頭復(fù)合片選用3D 異型齒代替PM 平面齒，3D 異形齒（見(jiàn)圖2-a）工作面采用三棱楔形設(shè)計(jì)，可將主切削力由一個(gè)弧形接觸切削轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠼嵌惹邢?，能有效分散沖擊應(yīng)力，增強(qiáng)抗沖擊能力；基片側(cè)面開(kāi)有導(dǎo)氣槽，可確保復(fù)合片釬焊質(zhì)量，防止掉齒；精選金剛石微粉、獨(dú)特的制作配方和加工工藝，使復(fù)合片制作質(zhì)量更穩(wěn)定，抗沖、抗磨綜合性能更強(qiáng)。精準(zhǔn)深度脫鈷專利技術(shù)，在深度脫鈷、提高抗磨性能的同時(shí)保有良好的抗沖擊性能。外錐部加裝錐形后排齒（見(jiàn)圖2-b），提高切削原件的抗研磨性和沖擊能力，延長(zhǎng)鉆頭使用壽命。保徑部分采用抗研磨性強(qiáng)的聚晶條代替弧面齒（見(jiàn)圖2-c），增強(qiáng)了其抗研磨性。

圖2 異型齒PDC鉆頭

改進(jìn)后的異形齒PDC鉆頭在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用了11口井，6 口井實(shí)現(xiàn)各開(kāi)次“一趟鉆”完成，平均機(jī)械鉆速36.98m/h，與使用常規(guī)PDC 鉆頭的鄰井相比，平均機(jī)械鉆速提高了45.35%。

2.2.2 鉆井參數(shù)優(yōu)化

為提高鉆頭吃入地層深度、增強(qiáng)螺桿鉆具破巖動(dòng)力、保證井眼清潔等，采用激進(jìn)式鉆井參數(shù)，即鉆壓、排量超過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的常規(guī)數(shù)值。

鉆壓優(yōu)化。通過(guò)理論計(jì)算得出各種工況下鉆柱可承受的最大鉆壓：當(dāng)復(fù)合鉆進(jìn)鉆壓達(dá)到209.3kN時(shí)，鉆柱發(fā)生正弦彎曲；當(dāng)復(fù)合鉆進(jìn)鉆壓達(dá)到308.5kN 時(shí)，鉆柱發(fā)生螺旋彎曲。由此可見(jiàn)，單從管柱力學(xué)方面考慮，復(fù)合鉆壓最大可加至209kN。但實(shí)際施工中應(yīng)考慮井壁穩(wěn)定等因素，為此推薦復(fù)合鉆進(jìn)鉆壓由常規(guī)60～80kN 提高至80～120kN。

排量?jī)?yōu)化。根據(jù)鄰井工況參數(shù)：排量32L/s，頂驅(qū)轉(zhuǎn)速80r/min，機(jī)械鉆速32m/h，井眼擴(kuò)大率5%，螺桿鉆具及MWD/LWD 儀器壓降4.5MPa，水力振蕩器壓降2.5MPa，計(jì)算出排量大于30.2L/s時(shí)，就不會(huì)產(chǎn)生巖屑床，能夠滿足井眼清潔要求。通過(guò)模擬計(jì)算得出：當(dāng)排量40L/s 時(shí)，泵壓為34.8MPa，未達(dá)到F-2200HL 鉆井泵35MPa 穩(wěn)定工作壓力[10]，設(shè)備能滿足施工要求；ECD 為1.573kg/L，未達(dá)到破裂壓力，鉆井過(guò)程中不會(huì)因排量過(guò)大導(dǎo)致井漏。為此，推薦排量應(yīng)從常規(guī)的30～32L/s 提高至35～38L/s為佳，個(gè)別井段可達(dá)到40L/s，以更好減少巖屑沉降，保持井眼清潔，提高鉆井速度。

該人工島共4口井采用激進(jìn)式鉆井參數(shù)，?215.9 mm井段平均機(jī)械鉆速由32.3m/h 提高至40.67m/h，提高了25.91%；?311.1mm 井段平均機(jī)械鉆速由26.72m/h 提高至39.23m/h，提高了46.82%。

2.3 井眼軌跡控制

該人工島地下井眼軌跡交錯(cuò)，早已成“蜘蛛網(wǎng)”，所以鉆井施工應(yīng)遵循三維繞障是前提、整體防碰設(shè)計(jì)是關(guān)鍵、現(xiàn)場(chǎng)精細(xì)施工是保障的原則。

2.3.1 三維防碰繞障技術(shù)

直井段堅(jiān)持“測(cè)斜、監(jiān)控、掃描”一體化防碰；斜井段加密測(cè)斜，防碰危險(xiǎn)井段采取繞障避讓；重點(diǎn)防碰井段需加測(cè)陀螺，并比對(duì)MWD 測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)防止出現(xiàn)較大偏差。嚴(yán)格按設(shè)計(jì)方位定向，井斜不得超標(biāo)，施工時(shí)密切觀察，嚴(yán)控鉆速，發(fā)現(xiàn)異常立即停鉆核查。繞障井施工時(shí)，采用科學(xué)合理的鉆井參數(shù)，密切觀察并記錄扭矩、鉆時(shí)變化及巖屑、水泥含量，一般每2m 撈砂一次，直至完全進(jìn)入安全井段；繞障后加密測(cè)點(diǎn)（測(cè)點(diǎn)間隔10～15m），用定向軟件跟蹤井眼軌跡，實(shí)現(xiàn)安全鉆井。

2.3.2 大井眼軌跡控制

表層大尺寸井眼定向是密集叢式井組成功實(shí)施的關(guān)鍵。既要滿足造斜需求，又要兼顧激進(jìn)鉆井參數(shù)使用效果。該井段采用牙輪鉆頭+1.75°螺桿鉆具，螺桿鉆具上部不加穩(wěn)定器，以提高造斜能力。鉆具組合：?444.5mm牙輪鉆頭+?244.5mm 螺桿鉆具+?203.2mm 浮閥+?203.2mm 無(wú)磁鉆鋌1 根+?203.2mmMWD 短節(jié)+?203.2mm 無(wú)磁鉆鋌1 根+ ?203.2mm 鉆鋌3 根+?127.0mm 鉆桿若干。定向過(guò)程中每鉆進(jìn)5m 測(cè)斜一次，每10m掃描，保證造斜效率，滿足提速要求。

2.3.3 穩(wěn)斜段井眼軌跡控制

該區(qū)塊穩(wěn)斜段長(zhǎng)，因此提速關(guān)鍵就是控制好長(zhǎng)穩(wěn)斜段井眼軌跡。為滿足提速和控制井眼軌跡要求，采用PDC 鉆頭+螺桿鉆具的鉆具組合，并使用水力振蕩器可解決定向托壓?jiǎn)栴}。推薦鉆具組合：?215.9mm異型齒PDC 鉆頭+?171.5mm 螺桿鉆具+?202.0mm穩(wěn)定器+?165.1mm浮閥+?165.1mm無(wú)磁鉆鋌1根+?165.1mmMWD+?127.0mm 無(wú)磁抗壓縮鉆桿1 根+?127.0mm 鉆桿36 根+?127.0mm 加重鉆桿1 根+?177.8mm 水力振蕩器+?127.0mm 加重鉆桿24 根+?127.0mm 鉆桿若干。鉆進(jìn)時(shí)以復(fù)合鉆進(jìn)方式為主，采用調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)控制井斜增降，若通過(guò)調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)不能控制軌跡，則采用滑動(dòng)鉆進(jìn)以“勤調(diào)微調(diào)”方式，原則上全角變化率調(diào)整幅度不大于±3°/30m，保持井眼光滑。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

大港油田人工島單筒雙井鉆井關(guān)鍵技術(shù)已在6 個(gè)井組進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，二開(kāi)井平均井深3332m，平均機(jī)械鉆速37.32m/h，鉆完井周期12.17d；三開(kāi)井平均井深4076m，平均機(jī)械鉆速35.75m/h，鉆完井周期19.48d。與該島平均水平相比，機(jī)械鉆速分別提高30.3%和63.98%，鉆完井周期縮短34.94%和56.42%。以78#井口槽施工的張海39-43井、張海39-39Z為例介紹現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果。

張海39-43 井是一口三開(kāi)大斜度定向井，水平位移2930.56m，且4000m 開(kāi)始扭方位40°以上，完鉆層位沙三段，完井井深4604m。鉆探中應(yīng)用異型齒PDC 鉆頭，精心優(yōu)選鉆井參數(shù)，優(yōu)化泥漿性能，有效提升鉆井速度，實(shí)現(xiàn)各開(kāi)次一趟鉆完井。針對(duì)三開(kāi)4000m 開(kāi)始降斜扭方位井段，使用異型齒PDC鉆頭配合水力振蕩器，有效緩解托壓，日進(jìn)尺高達(dá)480m，成功實(shí)現(xiàn)三開(kāi)井段進(jìn)尺1552m 一趟鉆完成，為大港油田深井提速進(jìn)行了有益的探索實(shí)踐。該井鉆井周期20.88d，創(chuàng)大港油田4500～5000m同類型井鉆井周期最快紀(jì)錄。

張海39-39Z井是大港油田首口四級(jí)分支井，主井眼完井井深4202m，分支井從2983m 開(kāi)窗，完鉆井深4900m。設(shè)計(jì)提示沙三段有漏層，設(shè)計(jì)密度1.38～1.45g/cm3。為保證該井安全順利施工，鉆至漏層前按設(shè)計(jì)儲(chǔ)備齊各種堵漏材料，提前加入隨鉆堵漏劑，循環(huán)調(diào)整泥漿密度由設(shè)計(jì)的中上限1.42g/cm3降低至下限1.38～1.39g/cm3，同時(shí)嚴(yán)格推行精細(xì)施工，確保順利安全完鉆。

4 結(jié)論與建議

（1）針對(duì)人工島單筒雙井鉆井存在的技術(shù)難題，開(kāi)展了鉆頭個(gè)性化設(shè)計(jì)、鉆井參數(shù)優(yōu)化、井眼軌跡控制、三維繞障、井眼分離等關(guān)鍵技術(shù)研究，形成了大港油田人工島單筒雙井鉆井關(guān)鍵技術(shù)。

（2）表層套管下入及固井工藝是單筒雙井鉆井的關(guān)鍵技術(shù)之一。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，有效解決了單筒雙井雙套管下入易掛卡、雙套管固井工藝、雙井眼分離等技術(shù)難題。

（3）通過(guò)6 個(gè)井組的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，大港油田人工島單筒雙井鉆井關(guān)鍵技術(shù)能提高鉆井速度、快速分離井眼，有效控制井眼軌跡實(shí)現(xiàn)繞障等，大幅縮短鉆井周期，為加快大港油田勘探開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)支撐。

（4）在大港油田埕海2-2 人工島試驗(yàn)單筒雙井技術(shù)，提高了井口槽的利用率和布井密度；單筒雙井鉆井技術(shù)對(duì)于降低鉆井成本和工程造價(jià)具有非常重要的意義。如需進(jìn)一步增加布井?dāng)?shù)量，可采用單筒雙井+分支井開(kāi)發(fā)模式。