富縣區(qū)塊中淺層水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)探討

陳曉華 (中石化華北分公司工程技術(shù)研究院，河南 鄭州 450006)

富縣區(qū)塊中淺層水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)探討

陳曉華 (中石化華北分公司工程技術(shù)研究院，河南 鄭州 450006)

富縣區(qū)塊實(shí)施中淺層水平井開發(fā)獲得成功后，為加快勘探開發(fā)步伐，降本增效，在水平井施工中采取優(yōu)快鉆井技術(shù)：對(duì)不同垂深水平井采用不同井身結(jié)構(gòu)；優(yōu)化鉆具組合防止托壓嚴(yán)重；優(yōu)選高效PDC鉆頭；優(yōu)化鉆井完井液體系。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，在保證成井率的前提下，平均鉆井周期縮短20.7%，平均機(jī)械鉆速提高74.31%。

富縣區(qū)塊；水平井；優(yōu)快鉆井技術(shù)；鉆井工藝

富縣區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡帶的東南部，總體體現(xiàn)為單斜構(gòu)造，地層極為平緩(傾角30°)，筆者中生界-古生界目的層內(nèi)，無斷裂分布。油田自上到下依次鉆遇第四系、延安組+富縣組和延長(zhǎng)組。富縣區(qū)塊儲(chǔ)層是埋深淺、物性差、自然產(chǎn)能低的難動(dòng)用致密砂巖油藏，直井壓后效果差，達(dá)不到經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)的要求，采用水平井開發(fā)后，鉆井施工面臨周期長(zhǎng)、機(jī)鉆低、水平段托壓嚴(yán)重等問題，具體表現(xiàn)如下：①第四系黃土層，地層疏松，易漏，易垮塌；富縣組、延安組有大量厚煤層及泥巖，易縮徑坍塌卡鉆；②垂深淺，水平段較長(zhǎng)，摩阻較大，鉆頭不能有效加壓[1]，前期施工的水平井FZF47P1井水平段長(zhǎng)220m時(shí)，出現(xiàn)“豎旗桿”現(xiàn)象；③使用的鉆頭對(duì)地層適應(yīng)性差，鉆速低，平均機(jī)鉆3.32m/h。為此，針對(duì)該區(qū)塊特點(diǎn)對(duì)井身結(jié)構(gòu)、鉆具組合、鉆頭及鉆井參數(shù)和鉆井液體系進(jìn)行優(yōu)化，取得了較好的提速效果。

1 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

由于該區(qū)塊水平井FZS10P1井鉆進(jìn)中在井段520～530m、570～580m處發(fā)生大量漏失，因此優(yōu)選三級(jí)井身結(jié)構(gòu)將漏失井段封固。三級(jí)井身結(jié)構(gòu)水平段井徑一般選擇2種井徑，即?152.4mm井眼和?215.9mm井眼。當(dāng)井深小于一定深度時(shí)，鉆進(jìn)過程中，易出現(xiàn)鉆頭不能有效加壓現(xiàn)象，此時(shí)須采用大井眼井身結(jié)構(gòu)，以便順利鉆進(jìn)。通過選擇井眼剖面、水平段長(zhǎng)及最優(yōu)鉆具組合對(duì)鉆進(jìn)中摩阻扭矩分析計(jì)算以確定臨界井深。綜合考慮水平段機(jī)鉆、成本和地質(zhì)方面等因素，水平段段長(zhǎng)優(yōu)化為800m。

井眼軌道采用“直-增-穩(wěn)-增-平”類型，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 軌道剖面參數(shù)

三開鉆具組合采用?120mm鉆鋌，?101.6mm鉆桿，加重鉆桿最大限度可加至井斜角50°處，為避免其他復(fù)雜情況發(fā)生，加重鉆桿加至井斜角40°處。通過計(jì)算，確定臨界垂深為739m。

根據(jù)淺層水平井水平段長(zhǎng)，考慮到管柱摩阻和水平段延伸能力以及富縣區(qū)塊工程目的層層位埋深不同，采用三級(jí)井身結(jié)構(gòu)。垂深小于739m的井采用大井眼井身結(jié)構(gòu)，即一開:?444.5mm 鉆頭開孔，下?339.7mm表層套管；二開:?311.2mm 鉆頭二開，下?244.5mm 技術(shù)套管至A點(diǎn)；三開:?215.4mm鉆頭鉆至B點(diǎn)。垂深大于739m的井采用小井眼井身結(jié)構(gòu)，即一開:?311.2mm 鉆頭開孔，下?244.5mm表層套管；二開:?215.9mm鉆頭二開，下?177.8mm 技術(shù)套管至A點(diǎn)；三開:?152.4mm 鉆頭鉆至B點(diǎn)。

2 鉆具組合優(yōu)化

在位垂比較大的淺層水平井中，由于存在高曲率井段，使鉆柱與井壁之間的接觸正壓力與摩擦阻力大幅度增加，鉆柱的通過能力下降，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)鉆頭無法加壓、鉆具早期破壞等復(fù)雜情況。以該區(qū)塊淺層水平井FZF47P1井為例，其二開鉆具組合如下：?311.2mm鉆頭+?197(或210)mm 1.5°彎動(dòng)力鉆具+MWD +?203mm無磁鉆鋌×1根+?165mm鉆鋌×2根+?127mm斜臺(tái)階鉆桿×8根+?127mm加重鉆桿×16根+?178mm鉆鋌×6根+?127mm鉆桿。經(jīng)計(jì)算，二開斜井段滑動(dòng)鉆進(jìn)施加15t鉆壓時(shí)，井口有效拉力約為零，很難有效加壓。其三開鉆具組合如下：?215.9mm鉆頭+?172mm 1°單彎動(dòng)力鉆具+ MWD+?127mm無磁承壓鉆桿×1根+?127mm斜臺(tái)階鉆桿×90根+?127mm加重鉆桿×21根+?127mm鉆桿。三開斜井段滑動(dòng)鉆進(jìn)施加10t鉆壓時(shí)，井口有效拉力為負(fù)值，水平段無法延伸。最大摩阻約為16.8t，設(shè)定鉆頭上的鉆壓為18t、扭矩為1.5kN/m時(shí)，旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)扭矩約為5.8kN/m。

根據(jù)上述分析，優(yōu)化該區(qū)塊淺層水平井二開、三開鉆具組合如下：①二開鉆具組合為?311mm鉆頭+?197(或203)mm 1.5°彎動(dòng)力鉆具+MWD+?203mm無磁鉆鋌×1根+?165mm鉆鋌×2根+?127mm斜臺(tái)階鉆桿×8根+?127mm加重鉆桿×16根+?203.2mm鉆鋌×16根+?127mm鉆桿。二開斜井段滑動(dòng)鉆進(jìn)施加15t鉆壓時(shí)，井口有效拉力約為4.2t，最大摩阻約為15.2t，設(shè)定鉆頭上的鉆壓為18t、扭矩為1.8kN/m時(shí)，旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)扭矩約為12.2kN/m。因此，該鉆具組合能夠提供有效的鉆壓鉆完二開井段。②三開鉆具組合為?215.9mm鉆頭+?172mm 1°單彎動(dòng)力鉆具+MWD+?127mm無磁承壓鉆桿×1根+?127mm斜臺(tái)階鉆桿×90根+?127mm加重鉆桿×16根+?178mm鉆鋌×16根+?127mm鉆桿。三開斜井段滑動(dòng)鉆進(jìn)施加10t鉆壓時(shí)，井口有效拉力約為1.5t，最大摩阻約為26.1t，設(shè)定鉆頭上的鉆壓為12t、扭矩為1.5kN/m時(shí),旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)扭矩約為17.0kN/m。因此，該鉆具組合能夠完成三開井段鉆井。

表2 牙輪鉆頭和PDC鉆頭可鉆性級(jí)值均值比較表

3 鉆頭選型及鉆井參數(shù)優(yōu)化

通過比較牙輪鉆頭與PDC鉆頭的可鉆性級(jí)值均值(見表2)，發(fā)現(xiàn)PDC鉆頭優(yōu)于牙輪鉆頭。因此，結(jié)合鉆頭使用效果和巖石力學(xué)性質(zhì)評(píng)價(jià)鉆頭與地層適應(yīng)性，對(duì)PDC鉆頭鉆頭進(jìn)行優(yōu)選，結(jié)果如表3所示。

表3 水平井鉆頭優(yōu)選結(jié)果表

4 鉆井液體系優(yōu)化

富縣區(qū)塊淺層水平井造斜段存在大段泥巖，地層成巖性差，易分散垮塌，前期水平井FZF47P1井多次遇卡遇阻。針對(duì)富縣探區(qū)地層特點(diǎn)，因而需優(yōu)化鉆井液體系，要求其具有如下特點(diǎn)：泥餅薄、潤(rùn)滑性好、抑制性強(qiáng)、動(dòng)塑比高、低剪切速率、粘度高、懸浮攜砂能力強(qiáng)、流變性好、性能穩(wěn)定且能保護(hù)油氣層[4]。為保證水平井造斜段和水平段鉆井施工順利完成，通過室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)鉀銨基聚合物鉆井完井液體系配方進(jìn)行優(yōu)化，并測(cè)試該體系各項(xiàng)性能以達(dá)到施工要求(見表4)。此外，在優(yōu)化后鉆井液中加入0.5%LV-CMC及2%成膜樹脂，以降低其濾失量并提高抑制性。對(duì)優(yōu)化鉆井液進(jìn)行傷害性評(píng)價(jià)，鉆井液巖心傷害恢復(fù)率大于90%，表明其對(duì)儲(chǔ)層傷害較小。

表4 優(yōu)化后鉀銨基鉆井液性能指標(biāo)

5 實(shí)施效果

5.1縮短鉆井周期

對(duì)不同垂深水平井進(jìn)行井身結(jié)構(gòu)選擇，防止淺層水平井中出現(xiàn)鉆頭不能有效加壓?jiǎn)栴}，另一方面，對(duì)不同儲(chǔ)層垂深進(jìn)行井身結(jié)構(gòu)劃分，在一定程度上縮短了鉆井周期。例如，2011年平均進(jìn)尺1712.5m，平均鉆井周期47.29d。2012年開始對(duì)井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分后，平均進(jìn)尺2495.4m，平均鉆井周期37.5d，鉆井周期縮短20.7%。

5.2明顯提高機(jī)械鉆速

通過鉆頭優(yōu)選，中層水平井(如LH1-2-7P64井)平均機(jī)械鉆速8.32m/h，平均機(jī)械鉆速提高74.31%。淺層水平井(如FZS10P1井)平均機(jī)械鉆速由優(yōu)化前的2.67m/h提高到5.96m/h。

5.3降低井下復(fù)雜情況發(fā)生概率

優(yōu)化后鉆井液體系的實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)性能與設(shè)計(jì)要求基本一致，密度控制在1.05～1.09g/cm3，粘度控制在45～60s，控制失水≤5ml，控制固體物含量≤6%，從而最大限度地降低對(duì)儲(chǔ)層損害。鉀銨基鉆井液體系實(shí)現(xiàn)了低失水，有效抑制了泥巖的水化膨脹，潤(rùn)滑性好，減緩了淺層水平井因摩阻大導(dǎo)致的托壓情況。水平井鉆進(jìn)中無卡鉆遇阻復(fù)雜情況發(fā)生。

[1]薛建國(guó)，吳應(yīng)戰(zhàn)，王冰暉，等.超淺層大位移水平井樓平2井鉆井技術(shù)[J].石油鉆采工藝，2008，30(3)：11-14.

[2]劉向君，宴建軍，羅平亞，等.利用測(cè)井資料評(píng)價(jià)巖石可鉆性研究[J].天然氣工業(yè)，2005，25(7)：69-71.

[3]丁紅，陳杰，王恩合，等.長(zhǎng)7復(fù)雜地形優(yōu)快鉆井技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù)，2010,38(1)：37-41.

[4]劉魁威，劉霞，邱建軍，等.井樓超淺層大位移水平井鉆井液體系[J].斷塊油氣田，2008，15(5)：88-90.

[5]陳曉華.HH42P1井優(yōu)快鉆井技術(shù)實(shí)踐與認(rèn)識(shí)[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2012，12(35)：9667-9671.

2013-06-15

陳曉華(1984-)，女，碩士，助理工程師，現(xiàn)主要從事鉆井工程方面的研究工作。

TE243.1

A

1673-1409(2013)26-0089-03

[編輯] 李啟棟