新場氣田新沙21-28H 井鉆井技術與應用

張曉明，胥 豪，張遠軍

（1.中國石化勝利石油管理局鉆井工藝研究院，山東東營257017；2.中國石化河南石油工程有限公司鉆井工程公司）

1 地質特征

川西新場構造是孝泉-青崗嘴構造隆起帶上的一個局部構造，總體呈西高東低，南陡北緩的不對稱分布。沙溪廟組氣藏整體勘探開發程度較高，為濱淺湖與三角洲交替的砂、泥巖互層沉積，埋深2 100～2 300 m，儲層巖石類型以中-細粒長石巖屑、巖屑長石砂巖為主，為中-低孔隙度、致密氣藏。該氣藏特殊的地質條件導致水平井鉆井諸多困難，如何經濟高效地開發這類氣藏是石油工作者需要解決的關鍵問題。

2 井身結構和井眼軌道設計

根據新沙21-28H 井地層壓力預測及該區其它井下復雜情況提示，參考已鉆井井身結構，以安全、優質和高效鉆井為原則，充分考慮第四系、劍門關組易漏地層和區域水層，優化設計了新沙21-28H 井井身結構設計（表1）。

表1 新沙21-28H 井井身結構設計

結合川西地區新場構造巖性特點，參照該地區已施工的水平井實際鉆井資料，根據鉆井地質和工程設計，選用“直-增-穩-增-平”五段制剖面，通過對比不同的造斜點、不同的造斜率，考慮到直井段防碰等情況，優選出新沙21-28H 井井眼軌道設計方案（表2）。

表2 新沙21-28H 井井眼軌道設計

3 施工難點分析

（1）直井段防斜打直任務嚴峻。新沙21-28H井與新沙21-27H、新沙21-29H 同臺，為第二口井。在實際施工中不僅考慮與已鉆井（新沙21-27H 井）的防碰，還要為未鉆井（新沙21-29H）的直井段鉆進留有余地。從本井與新沙21-27H 井的防碰掃描數據來看，在500～960 m 井段防碰距離在3 m 以內，最小距離在井深780 m 處為2.12 m，因此，直井段防斜打直非常重要。

（2）裸眼段長，摩阻扭矩大。該井實際表層套管下深498.96 m，設計完鉆井深3 206 m，裸眼段長達2 707 m，水平段長854 m，較長的水平段鉆壓很難傳遞到鉆頭上，摩阻大，滑動鉆進時可導致嚴重托壓，增加了滑動調整井眼軌跡的困難，復合鉆進扭矩大，進而出現機械鉆速慢、增斜鉆進效率低的問題。

（3）井眼清潔困難。隨著水平段的延伸，攜巖能力變得越來越困難，容易在井眼低邊形成巖屑床，給鉆進和井下安全造成問題。另外，進入砂體后，鉆時加快，巖屑不能及時帶離井底時，加之井眼環空小，更容易造成卡鉆等問題。

（4）鉆井液性能要求高。斜井段及水平段設計鉆井液密度1.60～1.90 g／cm3，根據區塊鄰井資料分析，水平段鉆井液密度多在1.80～2.10 g／cm3之間，較高鉆井液密度條件下，造斜段和水平段的潤滑性、大斜度井段和水平段防塌是鉆井液性能維護需要重點考慮的問題，另外也易導致信號傳遞困難和鉆井效率低等問題［1］。

4 鉆井技術

4.1 井眼軌道優化技術

在直井段施工中采取嚴格的“防斜打直”措施，采取單點測斜的方式測井斜角、方位角，實時控制鉆進參數，保證井斜角、水平位移在設計要求的范圍之內。在定向施工過程中，根據直井段井斜、位移情況，優選造斜點、優化剖面，選擇摩阻和扭矩相對較小的修正剖面施工，不斷優化修正待鉆施工剖面，始終選擇全角變化率小、摩阻扭矩小和施工效率高的修正剖面進行施工。根據修正剖面設計造斜率按每10 m 井段進行鉆進方式的優化，采取復合與滑動相結合的鉆進方式，確保軌跡平滑，降低摩阻和扭矩，從而達到整個實鉆軌道優化的目的。

借鑒新沙21-27H 井施工技術，控制好鉆具組合造斜能力，為后期優選鉆具組合做好準備；控制井眼軌跡最優“滑動／復合”比例，嚴格執行每10 m 測斜、關鍵點加密測斜的方案。

4.2 底部鉆具組合優選

新沙21-28H 井直井段采用塔式鉆具組合鉆進，輕壓吊打；造斜段采用單彎單穩型（圖1）和水平段采用單彎雙穩型（圖2）導向鉆具組合的施工技術方案。在水平井施工現場選擇導向鉆具時，在增斜井段選擇無上穩定器的單彎導向鉆具，以利用其滑動鉆進造斜率高和復合鉆進微增斜的優點，在滿足造斜率的前提下，適當降低“滑動／復合”比例。而在水平井的穩斜入靶井段和水平段，選用有上穩定器的“單彎雙穩”導向鉆具以保證軌跡盡量達到穩斜效果。

圖1 單彎單穩型導向鉆具組合

圖2 單彎雙穩型導向鉆具組合

4.2.1 斜井段鉆具組合及分析

鉆 具 組 合：φ2 1 5.9 mmPDC鉆 頭＋φ1 7 2 mm 1.50°單彎（φ212偏心扶正塊）＋回壓閥＋φ127 mm無磁承壓鉆桿＋MWD＋φ127 mm 鉆桿＋φ165 mm震擊器＋φ127 mm 加重鉆桿＋φ127 mm 鉆桿

根據造斜率及軌跡控制需要調整鉆進方式和鉆進參數，滑動鉆進與復合鉆進相結合以達到設計要求的造斜率，避免出現較大的狗腿，并逐步實現鉆具倒裝，復合鉆進中控制好鉆壓和轉速，保證井眼軌跡的圓滑。

4.2.2 水平段鉆具組合及分析

鉆 具 組 合：φ2 1 5.9 mmPDC鉆 頭＋φ1 7 2 mm 1.25°單彎（φ212螺旋扶正塊）＋φ212 mm 扶正器＋回壓閥＋φ127 mm 無磁承壓鉆桿＋MWD＋φ127 mm 鉆桿＋φ127 mm 加重鉆桿＋φ127 mm 鉆桿

水平段采用柔性倒裝鉆具組合，這有利于鉆壓的傳遞，減少井下復雜情況的發生；通過復合鉆進與滑動鉆進相交替的鉆進方式達到導向鉆進的目的，“少滑動多復合”提高復合鉆進比例，實現位移的有效延伸［2-3］；盡量使用鉆壓、轉速等鉆進參數或者劃眼、短程起下鉆等工程手段控制井眼軌跡。本井水平段使用“單彎雙穩”（螺桿本體扶正塊外徑212 mm，上扶正器外徑212 mm）導向鉆具組合能夠較好地實現復合鉆進穩斜效果（表3）。

表3 新沙21-28H 井水平段部分井眼軌跡數據

4.3 實時摩阻扭矩計算分析技術［4-6］

施工過程中，利用先進的Landmark摩阻扭矩計算分析軟件，對待鉆設計井眼軌道進行了摩阻扭矩計算分析，這有利于優選摩阻扭矩較小的施工剖面及從工程和鉆井液方面采取及時的調整措施，降低裸眼段摩阻系數，改善井下環境，指導順利施工。其模擬計算條件是：①井身結構：φ244.5 mm 套管×498 m＋φ215.9 mm 裸眼。②水平段鉆具組合：φ215.9 mm 鉆頭＋φ172 mm（1°／1.25°）單彎動力鉆具×1 根＋φ208～212 mm 欠尺寸扶正器＋φ127 mm 無磁承壓鉆桿×1根＋MWD＋φ127 mm 斜坡鉆桿×（400～1200）m＋φ127 mm 加重鉆桿＋φ127 mm 斜坡鉆桿。③鉆井參數：鉆壓40 kN，鉆頭扭矩2000 N·m，排量30 L／s；套管內摩阻系數0.20，裸眼段摩阻系數分別取0.30、0.35、0.40、0.45、0.50、0.55；水基鉆井液密度：1.90 g／cm3；井眼完全凈化，裸眼段井眼擴大率為3%。

模擬水平裸眼段不同摩阻系數下的摩阻扭矩計算數據見表4。

表4 水平裸眼段不同摩阻系數下的摩阻扭矩數據

4.4 鉆頭優選

鉆頭選型是實現優快鉆井的基礎，為提高機械鉆速，減少起下鉆次數，根據新場構造地層特點，結合PDC鉆頭適用性分析，優先選擇“PDC鉆頭＋單彎螺桿鉆具”鉆井工藝技術。選用定向時工具面穩、側向復合鉆進切削能力強、鉆速快保徑短5刀翼鉆頭。從1 680.79 m 到3 213 m（完鉆），采用兩只ABS1605F型PDC 鉆頭，單只鉆頭進尺分別為787.51 m 和744.70 m，起出后鉆頭外徑磨損1 mm，切削齒輕微磨損，證明該型號鉆頭的高效。

4.5 鉆井液技術

針對新沙21-28H 井裸眼井段長、水平段長、攜巖困難、摩阻扭矩大和鉆井液潤滑性能要求高的特點，鉆井液體系必須具有控制地層造漿、性能穩定、潤滑防塌和攜砂良好的性能，并能達到井眼清潔、鉆壓有效傳遞的目的［4］。二開井段選用正電膠聚磺鉆井液體系。斜井段在直井段鉆井液基礎上以2%～4%磺化酚醛樹脂＋2%～4%無鉻磺化褐煤＋1%～2%磺化丹寧＋3%～4%瀝青類防塌劑＋4%～6%液體潤滑劑＋1%～2%極壓潤滑劑的加量加入材料，以保證鉆井液具有良好的潤滑防卡、防塌和穩定性性能，鉆井液密度控制在1.84～1.90 g／cm3，粘度在41～43 s；水平段在斜井段鉆井液基礎上以6%～10%液體潤滑劑＋3%～4%極壓潤滑劑＋1%～2%聚合醇（濁點40～60°）的加量加入材料，以保證鉆井液具備很強的抑制性、封堵性和潤滑性。同時嚴格控制鉆井液中的劣質固相含量和低密度固相。根據需要，間斷使用離心機。遇氣侵，使用除氣器。水平段鉆井液性能：密度1.84～1.86 g／cm3，粘度43～45 s，失水量3 mL，含沙量0.2%，泥餅厚度0.5 mm，pH 值9，動切力：15 Pa，初切／中切：5／12 Pa。

5 實鉆效果

新沙21-28H 井完鉆井深3 213 m，水平位移1 156.02 m，水平段長855.55 m，鉆井周期34.92 d，節約鉆井周期28.08 d；僅用3趟鉆就完成增斜段和水平段施工；臺月效率2769.83 m／月。創川西地區3 001～3 500 m 水平井鉆井周期最短、臺月效率最高、斜井段施工鉆次最少3項紀錄。水平段采用“單彎雙穩”底部鉆具組合鉆進，單趟鉆完成進尺744.70 m；最高日進尺突破200 m；水平段滑動進尺僅33 m，滑動鉆進比例僅為3.9%。在提高鉆進效率的同時，確保了井眼軌跡的圓滑。

6 認識與結論

（1）以復合鉆進為基礎的連續導向鉆井技術可以滿足長水平段水平井的井眼軌跡控制要求［5］。根據地層巖性情況、鉆井液性能、合理的底部鉆具組合和鉆進參數，可以提高水平段的鉆進效率。

（2）斜井段采用1.5°螺桿鉆具，能夠滿足設計造斜率，提高了復合鉆進的比例，水平段采用“單彎雙穩”的鉆具組合，實鉆水平段長855.55 m，其中滑動進尺僅33 m，能夠實現良好的穩斜效果。

（3）在水平井的鉆進過程中，控制好入靶前的實鉆軌跡是保證順利入靶的基礎。水平井的實鉆井眼軌跡控制涉及到很多因素，為了保證順利入靶，在造斜井段就開始進行中靶分析和軌跡控制參數計算并及時做好待鉆井段的設計［6］。

（4）水平段調整軌跡，垂向控制留有余地。在水平段靶框中，鉆頭位置距靶體上下邊界的距離是水平控制的關鍵。在增斜或降斜過程中均存在井眼軌跡上翹或下沉的轉折點，以留出足夠的進尺來確保井眼軌跡調整過程中不出靶情況的發生。

［1］ 陳在君，黎金強，楊斌，等.長北氣田長水平井段裸眼鉆井（完井）液技術［J］.天然氣工業，2007，27（11）：59-51.

［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］ 崔海林，牛洪波，陳建隆.勝利油田首口小井眼長水平段水平井鉆井技術［J］.石油工程技術，2011，9（3）：24-27.

［4］ 田平，薛建國，蔣建寧，等.河南油田泌頁HF1水平井鉆井技術［J］.石油地質與工程，2012，（3）：88-90.

［5］ 閆振來，牛洪波，唐志軍，等.低孔低滲氣田長水平段水平井鉆井技術［J］.特種油氣藏2010，17（2）：105-108.

［6］ 魯港，夏泊洢，崔艷輝，等.水平井中靶分析的一種實用方法［J］.石油地質與工程，2011，25（6）：99-101.