致密砂巖水平井安HF1井鉆完井技術

程 波 （中石化河南油田分公司石油工程技術研究院，河南南陽473132）

李朝輝 （中石化勝利石油管理局西南石油工程管理中心，四川德陽618000）

河南油田致密砂巖油氣資源豐富，預計泌陽凹陷安棚深層系致密砂巖油氣資源量5064×104t，常規定向井無法實現致密砂巖油藏的有效勘探開發，而長水平段水平井可以大幅度提高難動用儲量的勘探開發效果。為此，河南油田在泌陽凹陷安棚深層系部署了第一口致密砂巖長水平段水平井——安HF1井，目的層為核桃園組核三段Ⅸ油組14小層，埋深3400～3600m，鉆探目的是評價落實14小層含油氣與產能情況。

安HF1井自上而下鉆遇平原組、鳳凰鎮組、廖莊組、核桃園組核一段、核二段、核三段。該井目的層主要為地層核三段Ⅸ油組14小層，巖性為淺灰色細砂巖、淺灰色礫狀砂巖。

1 鉆完井技術難點

（1）水平段長，鉆柱的摩阻、扭矩大，井眼軌跡控制難度大。水平段長達1200m，在導向滑動鉆進中，鉆具躺在下井壁，鉆具與井壁的接觸面積大，致使鉆井施工過程中摩阻升高、扭矩增大；起鉆負荷大，下鉆阻力大；滑動鉆進時加不上鉆壓，鉆速低，井眼軌跡控制困難。

（2）水平段井眼尺寸小、斜井段、水平段長，巖屑攜帶困難。安HF1井三開水平段井眼尺寸?152．4mm，巖屑在自重作用下下沉，很容易在水平段下井壁形成巖屑床，且巖屑上返路程長，井眼清潔困難。

（3）安HF1井油藏為帶凝析氣頂揮發油藏，為防止后期生產過程中發生氣竄，要求技術套管固井時水泥漿返至地面。由于技術套管固井時封固段長達3560m，井底和地面溫差高達120℃，存在高溫水泥漿體系低溫下超期緩凝及低密度水泥漿減輕劑高壓易破碎難題。

（4）完井管柱外徑最大達?147．828mm，完井管柱與三開?152．4mm井眼間隙小，僅2．286mm，完井管柱剛性大，下入難度大。

2 井身剖面和井身結構設計

1）井身剖面設計 現場常用的井身剖面類型為雙增剖面 “直-增-穩-增-平”，該剖面有以下優點：在兩段增斜段之間設計了一段較短的穩斜調整段，以調整由于工具造斜率的誤差，同時能滿足采油掛泵要求。

在設計雙增剖面時，主要是優化造斜點和造斜率，使所設計的剖面應具有最小的鉆具摩阻扭矩，以降低施工難度，避免或減少井下復雜情況的發生。安HF1井設計了4套井身剖面方案 （見表1）。從表1可以看出，方案2選取造斜點3020m，第一和第二造斜率為4．9°／30m時，滑動鉆進和旋轉鉆進時摩阻扭矩最小。故安HF1井井身剖面采用方案2，具體設計數據見表2。

表1 4套井身剖面方案的摩阻扭矩對比

表2 安HF1井井身剖面設計數據

2）井身結構設計 安HF1井水平段長達1200m，采用常規螺桿方式鉆進，如何有效地傳遞鉆壓扭矩，確保水平段的順利延伸、套管順利下入是該井的關鍵。結合地層巖性、壓力情況及目前鉆井技術水平情況，在井身結構設計時以降低摩阻、扭矩為主要目標，套管程序的選擇為各開次安全鉆進相對留有余地，以保證鉆探目的的實現。安HF1井設計采用三開井身結構：一開采用采用?444．5mm鉆頭鉆至井深401m，下入339．7mm表層套管，水泥漿返至地面。封隔地表膠結松散易漏層，并為井口控制和后期測井創造條件；二開采用采用241．3mm鉆頭從井深3020m處開始造斜，進行斜井段施工。鉆至A靶（井深3562m），下入177．8mm技術套管，固井水泥漿返至地面；三開水平段采用152．4mm鉆頭鉆至完鉆井深4808m完鉆，114．3mm尾管下入井深2970～4773m，懸掛器位置2970m。

3 長水平段井眼軌跡控制技術

水平段井眼軌跡控制的關鍵是保證井眼軌跡的圓滑，避免大幅度調整，鉆進過程中嚴格控制井眼軌跡，堅持少滑動、多旋轉、微調勤調等原則［2-3］。主要技術措施有：

（1）優選小尺寸單彎動力鉆具的單彎單穩柔性倒裝鉆具組合：?152．4mm PDC鉆頭＋1．15°螺桿＋?101．6mm無磁承壓鉆桿＋MWD＋?101．6mm鉆桿＋隨鉆震擊器＋?101．6mm加重鉆桿＋?101．6mm鉆桿。

（2）應用MWD技術測量伽馬、電阻率、井斜、方位、工具面等地質工程數據，評價地層巖性，為井眼軌跡的實時調整控制提供數據。

（3）根據鉆柱摩阻扭矩分析結果，優化鉆鋌鉆桿位置和數量，解決長水平段鉆壓傳遞困難、工具面難擺的問題，滿足井眼軌跡控制的需要。

（4）采用?101．6mm非標鉆桿，增加鉆具剛性，相比?88．6mm鉆桿，降低循環壓耗4MPa以上。配備?120．65mm隨鉆震擊器，滿足井下安全需要。

（5）為保證水平段的有效延伸，在鉆井液中加入白油、ZRH-2和RT-1，提高潤滑性，將摩阻系數控制在0．08以下，降低摩阻系數，確保鉆井液具有良好的穩定性和潤滑性。

4 鉆井液技術

安HF1井斜井段、水平段長，井眼清潔困難，通過采用合理的鉆井液體系，并根據井下實際情況及時調整鉆井液性能，確保鉆井液具有良好的封堵防塌性能、良好的潤滑性、流變性和懸浮攜帶能力，有效的維護了井壁的穩定，降低了摩阻系數，保證了井眼清潔。

（1）一開使用防漏性好的膨潤土聚合物鉆井液體系。加入8%膨潤土，保持適當高的粘切，確保鉆井液護壁性和清巖效果好。

（2）二開采用兩性離子聚合物混油防塌鉆井液體系。在體系中加入白油、ZRH-2和RT-1提高鉆井液潤滑性，將摩阻系數控制在0．1以下。維持適當的Gel、YP和YP／PV，保證巖屑懸浮和攜帶。為提高井眼凈化能力，起鉆前可用加有正電膠MSF的高粘切鉆井液清掃井眼。

（3）三開采用強封堵聚磺潤滑鉆井液體系。在體系中加入SFT、FT-1、SL-1、CY-1，以有效封堵微裂縫、降低HTHP濾失量，穩定井壁。加入白油、ZRH-2和RT-1，提高潤滑性，將摩阻系數控制在0．08以下，降低鉆進過程中鉆柱的摩阻扭矩。調整鉆井液性能，保證巖屑懸浮和攜帶，確保井眼清潔。

5 長封固段大溫差固井技術

針對安HF1井固井的特點，研究和優選了適合長封固段大溫差固井的綜合性能好且對溫度敏感性低的緩凝劑，有效的保證大溫差條件下的水泥漿性能。優選了破碎率低、抗高壓性能好的漂珠，有效降低水泥漿密度以及水泥漿液柱壓力，防止固井時發生井漏。在此基礎上形成了低失水、低敏感性及穩定性好的大溫差雙密度水泥漿體系。在技術套管固井過程中，通過配套施工技術措施，有效的保證了固井質量。

（1）技術套管固井前測量鉆井液出口溫度，按照實際溫度、使用該井固井用水泥、水、外加劑等進行水泥漿配方復核試驗，保證使用檢驗合格的水泥和水泥外加劑，水泥漿性能滿足固井設計。

（2）采用大泵紊流頂替鉆井液，排量不低于鉆進排量，達不到紊流時，應注入足量的前導低密度水泥漿，保證紊流接觸時間達到7min。

（3）碰壓后，按設計要求用水泥車清水頂壓，穩壓2～3min后泄壓，如回壓閥密封好，則敞壓候凝；否則，套管內控制壓力候凝，其值為管內外靜液柱壓差附加2～3MPa。

6 水平段通井技術

為保證完井管柱的順利下入，在安HF1井完鉆后，采用不同通井管串分4趟進行通井，水平段通井鉆具組合如下：第1趟，?152．4mmPDC鉆頭＋?145mm扶正器＋加重鉆桿＋普通鉆桿；第2趟，?152．4mmPDC鉆頭＋?145mm西瓜磨鞋＋加重鉆桿＋普通鉆桿；第3趟，?152．4mmPDC鉆頭＋1根鉆桿＋?152mm西瓜磨鞋＋加重鉆桿＋普通鉆桿；第4趟，?152．4mmPDC鉆頭＋1根鉆桿＋?152mm西瓜磨鞋＋1根鉆桿＋?145mm西瓜磨鞋＋加重鉆桿＋普通鉆桿。通過增加通井管串中西瓜磨鞋的尺寸和剛性，在通井下鉆過程中有效地清除巖屑床和遇阻點，保障井眼暢通。

7 現場應用情況

通過應用長水平段井眼軌跡控制技術、鉆井液技術、長封固段大溫差固井技術、水平段通井技術，有效的保證了安HF1井順利施工。安HF1井2011年10月10日開鉆，2012年6月12日順利完鉆，2012年7月16日完井，圓滿完成了施工任務。安HF1井經9級分段壓裂，獲高產工業油氣流，最高日產原油31m3、天然氣9．6×104m3。目前累計生產原油240m3、天然氣170×104m3。實現了安棚深層系致密砂巖油氣勘探重大突破。

［1］劉偉，李麗．川西深層水平井井身結構探討 ［J］．石油地質與工程，2009，23（5）：90-92．

［2］唐洪林，唐志軍，閆振來，等 ．金平1井淺層長水平段水平井鉆井技術 ［J］．石油鉆采工藝，2008，30（6）：11-15．

［3］都振川，秦利民，周躍云．埕北21-平1大位移水平井的設計與施工 ［J］．石油鉆探技術，2000，28（5）：9-11．