蘇里格氣田SXXH井水平井鉆井技術研究

劉瀚宇

（長江大學石油工程學院，湖北武漢430100）

（中石油渤海鉆探工程有限公司油氣合作開發公司，天津300280）

許書月，胡小園，張松柏

劉學敏，張同穎

（中石油渤海鉆探工程有限公司油氣合作開發公司，天津300280）

馬文亭 （中石油大港油田分公司灘海開發公司，天津300280）

蘇里格氣田位于長慶靖邊氣田西北側的蘇里格廟地區，區域構造為鄂爾多斯盆地陜北斜坡北部中帶，是一個低壓、低滲、低豐度、大面積分布的巖性氣藏［1－2］。SXXH井位于內蒙古自治區烏審旗嘎魯圖蘇木呼和陶勒蓋嘎察的蘇25區塊，是蘇里格氣田部署的一口重點工程試驗水平井，該井是蘇里格氣田井身結構首次嘗試采用二開水平井，開創了渤海鉆探工程有限公司二開水平井鉆、完井新技術的紀錄。

該井設計井深4297m，實際完鉆井深4262m，水平段長800m，井身結構示意圖如圖1所示。鉆井周期31.5d，建井周期53.63d。該井的順利實施，標志著蘇里格氣田水平井井身結構的又一次重大突破與創新，為進一步簡化水平井結構積累了寶貴經驗。

圖1 SXXH井井身結構示意圖

1 施工難點

（1）SXXH井為水平井簡化井身結構探索，裸眼施工井段較長，鉆具摩阻較大，存在托壓嚴重，因此對鉆具安全性要求較高，否則在滑動鉆進中，鉆具極易發生螺旋彎曲，嚴重影響井下安全。

（2）裸眼段長，鉆井周期長，和尚溝組和劉家溝組地層存在區域性漏失，石千峰組和石盒子組地層易發生井壁坍塌，上塌下漏，鉆井液不易控制。

（3）斜度井段起下鉆時鉆具磕碰井壁易發生掉塊。在水平段即使不鉆遇泥巖，起下鉆也會在井眼軌跡不圓滑處磕碰井壁，易造成掉塊卡鉆。

（4）斜度井段或水平井段的鉆具不能居中，同時加上巖屑的垂沉作用，造成巖屑上返困難，尤其是定向施工鉆具不轉動時，攜砂難度更大，易形成巖屑床。

（5）大斜度井段和水平段施工鉆具緊貼下井壁，鉆具剛性差，加鉆壓后與井壁形成多個支點，造成定向鉆進拖壓和送鉆困難。

（6）該井鉆、完井施工難度大，鉆遇地層易發生區域性漏失，尤其是石盒子組泥巖蓋層異常堅硬，水平段泥巖水敏性、破碎性垮塌同時存在；鉆機負荷大、泵壓高、送鉆和攜巖難度增加，與三開水平井相比施工難度明顯加大。

2 施工工藝技術

2.1 鉆頭優選技術

1）二開直井段、定向段鉆頭優選 由于下部地層鉆遇部分泥巖及含礫砂巖，致使鉆頭磨損較嚴重，一定程度上導致鉆頭的機械鉆速明顯降低［3］。鼎鑫TH1654S型號鉆頭及成都迪普DD65C型號鉆頭均在施工過程中表現效果顯著，為快速完成鉆井任務奠定了堅實的基礎。該井 “兩趟鉆”完成了二開直井段，鉆頭平均機械鉆速19.65m／h；“三趟鉆”完成了二開斜井段，平均機械鉆速高達3.17m／h，單只鉆頭平均進尺達到214m，時效情況較理想，但是斜井段每只鉆頭均有崩齒現象。

二開斜井段自2764m斜井段第一只鉆頭下至井底，2769m開始定向，至3462m入靶。總進尺698m，其中滑動進尺169.17m，滑動百分比僅為36%。該井設計靶前距為467.51m，設計造斜率僅為2.484～4.6°／30m，在實鉆過程中大幅度減少了滑動鉆進井段，有利于提高鉆頭機械鉆速及鉆頭使用壽命。

2）二開水平段鉆頭優選 二開水平段一共使用鉆頭2只，平均機械鉆速高達5.38m／h，單只鉆頭平均進尺更是高達419.5m，在該井水平段鉆進過程中，鉆頭使用效果理想，因此推薦成都迪普DD65C型號鉆頭及休斯HCD505ZX型號鉆頭在水平段鉆進過程中使用。

二開水平段自3462m開始，至4262m完鉆，總進尺800m，其中滑動進尺52.1m，滑動百分比僅為6.51%，提高了機械鉆速，縮短了鉆井周期。

2.2 井眼軌跡控制技術

二開水平井造斜點深，裸眼井段長，摩阻、扭矩大，加之受地層變化及定向工具的影響，工具面不穩定，井眼曲率變化大，造成定向滑動時間較長，造斜段及水平井段井眼軌跡控制難度大、容易產生井斜、方位變化，通過采用倒裝鉆具組合，改變定向鉆具結構、提高鉆井參數的合理配置，有效地控制了該井的井眼軌跡，加快了二開水平井的鉆井速度。

1）直井段防斜技術 二開直段使用低速中空直螺桿＋鐘擺鉆具組合，合理調配鉆井參數，采用防斜打快技術。由于頂驅設備震動及磕碰轉盤比較嚴重，轉盤轉速只能達到50r／min，所以二開上直段采用低速中空直螺桿增加轉速。在延安組地層井深858～1130m容易增斜，利用低鉆壓高轉速控制井身質量，使用單、多點跟蹤監測，加強防斜打直鉆井技術措施，該井段最大井斜控制在1°以內；下部地層延長組、紙坊組和尚溝組、劉家溝組不易發生井斜，可以放開鉆壓，按照設計參數施工，鉆壓50～100t，均勻送鉆。為水平段的定向施工奠定了良好的基礎。直段鉆具組合如下：?215.9mm PDC＋脈沖接頭＋?172mm螺桿＋431×410＋?172mm無磁鉆鋌×1根＋411×4A10＋?214mm扶正器＋?165mm鉆鋌×9根＋4A11×410＋?127mm加重鉆桿×24根＋?127mm鉆桿若干。

2）定向段及入窗井眼軌跡控制技術 從造斜段到穩斜段使用MWD＋γ測斜儀器，在精確測量井斜、方位的同時，為錄井提供準確地層伽馬參數，為地質導向、準確入窗提供了依據和保障。根據每個測點的井斜數據和對比的目的層位置及時做好預測和待鉆設計，找出最佳施工方案。入窗之前，采取加密測量、準確計算和及時預測，順利入窗，入窗井斜角88.68°，方位角196.7°，水平位移413.62m。

定向段造斜點在石千峰，該地層砂泥巖互層，地層軟硬交錯，機械速度低。開始定向每個單根滑動鉆進2～3m基本滿足設計造斜率，上部定向井段平均造斜率為4.7°／30m滿足設計要求；下部定向井段當井斜達到60°，復合鉆進增斜率高達1.8～3.2°／30m。通過調整鉆壓，復合鉆進基本就可以滿足設計造斜率，工具造斜率大大降低。在井斜較小時候，復合鉆進時方位不易控制，井斜增至50°以上復合鉆進方位較為穩定。但是入窗前地質根據現場對比分析，將A靶點垂深3223.5m上調整至3217.5m，累計上調6m垂深。因此為控制全角變化率帶來了一定的難度，二開定向段最大全角變化率5.58°／30m。

定向井段具體鉆具組合如下：①上部定向井段為?215.9mm PDC＋?172mm螺桿 （1.5°）＋?170mm無磁鉆桿×1根＋防磨接頭＋?127mm加重鉆桿×5根＋?127mm鉆桿×60根＋?127mm加重鉆桿×14根＋震擊器＋?127mm加重鉆桿×5根＋?127mm鉆桿若干。②下部定向井段為?215.9mm PDC＋?172mm螺桿 （1.5°）＋?170mm無磁鉆桿×1根＋防磨接頭＋?127mm加重鉆桿×5根＋?127mm鉆桿×60根＋?127mm加重鉆桿×14根＋震擊器＋?127mm加重鉆桿×5根＋?127mm鉆桿若干。

在施工過程中，為了保證鉆井安全，根據各井段井下情況采取相應措施。在第2造斜段以及入窗前的增斜段，由于井斜較大，易形成巖屑床，造成托壓、卡鉆，采取每鉆完1個單根劃眼1～2次，堅持每鉆進50m左右進行一次短起下鉆，及時清除巖屑床，保持井眼清潔。為了保證儀器的正常工作，下鉆前做好淺層試驗，在下鉆過程中每下鉆15柱鉆桿就開泵把鉆具內的泥漿灌滿，并做好中途試驗儀器。

3）水平段井眼軌跡控制 定向井嚴格控制井眼曲率的變化，避免出現太大的狗腿嚴重度，增加鉆井作業的困難，導致井下事故復雜。由于地層存在自然增斜趨勢，在實際鉆進過程中，采用奧瑞拓1°雙扶螺桿，扶正器210mm×212mm微降鉆具組合，平均復合增斜0.15°／30m，穩斜效果良好。

按照地質所的水平段地質要求，由A靶點，井斜控制在89.5～90°沿砂層穩斜鉆進。在水平段鉆進過程中，多次鉆遇泥巖條帶及大段泥巖，地質多次要求進行垂深范圍調整，分別為下探至3218.2～3218.5、3218.5～3219.5、3222、3224.5m，因此增加了定向滑動頻率，為軌跡控制增加難度。在定向滑動過程中，隨著水平段長度的延伸，沿程摩阻的增加，井眼軌跡不易控制，因此通過常規的滑動方式已不能滿足井眼軌跡的調整，該井段在滑動鉆進時，通過上下大幅度活動鉆具、定深定期短起下鉆，消除鉆具上摩阻，減少托壓，達到更好地滑動鉆進效果。

2.3 鉆井液技術

鑒于該區塊水平井的施工難度及現場施工經驗［4］，定向段前采用聚合物鉆井液體系，配方如下：

原漿＋5%預水化膨潤土＋0.1%～0.2%KPAM （聚丙烯酸鉀）＋1%SAS＋片堿＋0.4%～0.6%銨鹽

定向段以后采用KCL聚磺鉆井液體系，配方如下：

膨潤土含量3.5%＋ KPAM （聚丙烯酸鉀）0.4%＋ NPAN－2 1.5%＋SMP－1 3%＋WBF108 3.5%＋KCL 10%＋FT－342 5%＋SPNH 1% （褐煤樹脂）＋XC－HV 0.3%＋DRH－3D2.5%＋RT－9051 5%＋NaOH 0.2%＋CMC 0.2%＋Na2CO30.2%＋KRLQ 3%

該井在施工過程中，二開裸眼井段實際累計進尺達到3407m，且二開裸眼井段施工周期高達33.6d，二開下部井段優選KCL聚磺泥漿體系［5］，大幅度提高了鉆井液的抑制性能，保證了井壁的穩定性；二開泥漿性能維護好，在該井長裸眼井段的施工過程中，應用了特色技術，使用膠質含量高、潤滑效果好、作用時間長、兼具一定的防塌能力的液體潤滑劑RH－9051，與極壓潤滑劑HC－LUBE、固體潤滑劑JYGR－1合理復配，滿足了潤滑防卡要求，通過WELLPLAN軟件反推鉆具摩阻系數為管內0.17、管外0.20，滿足預期要求，在水平段鉆進過程中，降低了托壓的影響及井眼軌跡的控制難度；而二開完鉆前復合鉆進扭矩也僅有12000N／m。未出現井漏、井塌等復雜現象，提高了鉆井速度，為二開水平井成功完鉆奠定了堅實的基礎。

3 技術指標

在蘇里格氣田多年水平井鉆井經驗的基礎上，通過鉆頭選型、井眼軌跡優化、鉆具組合優選、鉆井液優化等一系列綜合提速技術措施，以及在二開鉆進過程中省略中完通井、下套管、侯凝、鉆塞等過程，從而有效地縮短了SXXH井鉆井周期，SXXH井實鉆情況與設計對比情況見表1。由表1可以看出，該井的各項技術指標達到了設計要求，全井平均機械鉆速為8.97m／h，較設計提高9.4%，較2012年蘇里格氣田三開水平井平均機械鉆速7.80m／h提高15%。該井的順利完鉆，標志著蘇里格氣田水平井井身結構的又一次重大突破與創新，為進一步簡化水平井結構積累了寶貴經驗。

表1 SXXH井鉆井情況分析表

4 結論與認識

①通過SXXH井的順利完成，說明在蘇里格氣田采用二開井身結構是可行的。②優化后的水平井鉆井液體系，能夠適應蘇里格地區水平井地層特點和該類井身結構特點，泥漿流變性、懸浮性和潤滑性均達到設計要求，且保證井下安全，可進一步應用、完善和推廣。③定向段提速是水平井提速的關鍵，多復合少滑動是定向段提速的關鍵，正確處理地層傾角、造斜率和靶前位移三者之間的關系，是解決多復合少滑動的關鍵。④在二開水平井大斜度裸眼井段施工過程中，邊鉆進邊劃眼和短起下鉆是必須堅持的有效措施，可減輕液柱壓力預防砂層漏失、降低含砂量改善泥餅質量、清潔井眼避免巖屑床形成、避免托壓確保定向正常、提高潤滑性防止粘卡等有顯著效果。⑤水平段采用127mm鉆桿，大大降低鉆柱內耗以及對地面泥漿泵的要求，充分利用鉆頭水功率，最終提高了水平段的機械鉆速，縮短了鉆井周期。