準噶爾盆地石炭系小井眼側鉆短半徑水平井鉆井技術

尹祖龍　周波

摘 要：為落實排66區塊地質儲量，部署了準噶爾盆地石炭系首口短半徑水平井——排664側井，Φ244.5mm技套內側鉆Φ152.4mm井眼。文章介紹了軌道優化設計、石炭系地層側鉆方法、降低測量儀器磁干擾技術、鉆具組合優化配套和井眼凈化等工藝技術。該井的成功鉆探不僅落實地質儲量，同時為后續開發井提供了施工經驗和技術支持。

關鍵詞：準噶爾盆地；石炭系地層；小井眼；短半徑；水平井

1 簡介

排664斷塊位于準噶爾盆地西部隆起車排子凸起北部，勘探程度較低，加上地質結構復雜，石炭系的巖性序列、儲集空間、儲蓋組合、油藏類型等方面的資料缺乏，勘探成果難以突破。因此，在排664井老井眼基礎上，利用小井眼短半徑技術側鉆對目的儲層進行勘探落實。該技術的實施不僅避開了上部復雜層段，而且降低勘探費用，縮短鉆井周期，該井為準噶爾盆地石炭系地層小井眼側鉆短半徑水平井首次成功實施。

2 主要技術難點

排664側井是在排664井Φ244.5mm技術套管下部裸眼段側鉆Φ152.4mm井眼短半徑水平井，自側鉆點以深均為石炭系地層，主要技術難點有以下幾點：（1）石炭系側鉆困難，石炭系火成巖硬度高、可鉆性差、側鉆困難；為減小套管磁干擾影響，側鉆點下壓4m，提高了側鉆后軌跡控制難度。（2）套管（老技套）被磁化導致隨鉆儀器測量數據不準確，設計磁場強度為57μT，但實鉆測量場強為100μT。（3）造斜率要求高，設計造斜率達80°/100m。（4）水平段長，設計水平段長529.52m，水平位移600m；鉆壓傳遞、鉆進困難，根據摩阻扭矩模擬計算350m之前比較好控制，后續井段難度大[1]。（5）巖屑返出能力差。由于技術套管尺寸Φ244.5mm，側鉆井眼尺寸Φ152.4mm的現實情況，環空返速低，巖屑返出難；井眼小，鉆進時間長，易形成巖屑床。

3 井身結構及井眼軌道優化設計

3.1 井身結構設計

根據老井的井身結構，結合地層特點、地層壓力及鉆井技術狀況，參考已鉆井實鉆井身結構，以有利于安全、優質、高效鉆井和保護油氣層的原則進行設計，充分考慮地層的不確定性，以保證完成鉆探目的。

3.2 井眼軌道優化設計

為降低技套磁干擾。直井段多鉆進4m左右，至井深889m開始側鉆；按降低側鉆段、著陸井段造斜率的原則，經過軌道優化設計及摩阻分析對比，軌道類型為直-增-增-增-穩（水平段），三個造斜段為造斜率60°/100 m 、92°/100 m 、63°/100 m，水平段穩斜角為86.94°。

4 石炭系小井眼短半徑鉆井技術

4.1 小井眼硬地層側鉆技術

排664側井側鉆井段為裸眼井段，地層為石炭系，地層硬度大，可鉆性差。采用3.5°單彎動力鉆具配合牙輪鉆頭進行側鉆。為使大度數單彎動力鉆具順利通過Φ244.5mm套管，采用了柔性鉆具組合，下鉆過程中嚴禁轉動鉆具。鉆具下井后，控制鉆具下放速度，嚴禁猛剎猛放，并時刻注意指重表讀數變化[1]。鉆具下至定向側鉆位置，緩慢開泵，待泵壓正常后，開始定時、定井段進行劃眼造槽作業，在新井眼設計側鉆方位0°處進行劃眼造槽作業。側鉆鉆進參數：鉆速為第1m為4h/m，第2m為2h/m，第3m為2h/m；鉆壓：第1m為0t，第2m為1t，第3m加壓至2-4t；排量15-16L/s，控時鉆進3m后，改為控壓鉆進，以4t鉆壓鉆進6m至900m。側鉆過程中，保持每米撈1包巖屑，以對比分析側鉆效果，根據鉆屑中地層巖屑含量變化，及時調整鉆進參數和施工措施，直至全部為新地層巖屑為止。井深899m處返出巖屑顯示100%為新地層，本井側鉆一次成功。

4.2 降低套管磁干擾技術

因老井技套在作業后被磁化，縱向上對隨鉆測量儀器干擾距離增大，根據現場測量計算最小磁干擾距離為8.21m，技套與測量儀器距離分析對比表2。

根據現場實際情況，采取了以下多項措施：采用最小磁干擾距離為5m的隨鉆測量儀器；現場分析初步判斷老技套為干擾源，因此采用定向鉆具掃塞，下壓側鉆井深，拉大套管與儀器的距離，并分析該措施可行性及操作方法；針對側鉆井深下壓的實際情況，對原軌道優化重新計算；另外，如果上述技術措施無法消除磁干擾的情況，緊急準備陀螺儀器及相關配套設備，并制訂了施工方案。按照既定措施采用定向鉆具掃塞至井深889m，套管鞋與測量儀器的距離增加至8.21m時，磁場強度測量值恢復正常，開始側鉆作業。

4.3 短半徑鉆井技術

對軌道優化后，形成了造斜率60°～92°～63°/100 m的三段增斜設計，采用Φ120mm螺桿鉆具，根據造斜率情況下入合理鉆具，定向段分別采用了3.5°側鉆、2.75°增斜和1.5°中間段調整的不同度數的螺桿鉆具完成定向增斜段的施工作業，水平井段采用1.25°單彎螺桿鉆進，滿足鉆進性能及軌跡控制要求。出于對鉆具強度及高造斜率井眼軌跡控制的考慮，造斜段宜以滑動鉆進為主、旋轉鉆進為輔的方式進行，旋轉鉆進可以有效傳遞鉆壓、消除摩阻、清除巖屑床等[2]。螺桿鉆具在石炭系地層中實鉆造斜率和設計造斜率對比情況，見表3。

實鉆情況表明，在石炭系地層中3.5°單彎最大全角變化率可達129°/100m。

4.4 長水平段鉆井技術

水平段井眼軌跡圓滑狀況對井眼的延伸和摩阻扭矩都有很大影響，故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，主要技術措施有：（1）在鉆達設計井深前提下，針對各種鉆具組合，進行各種工況摩阻扭矩理論計算對比分析，優選出的優化鉆具組合-復合鉆桿鉆具結構；結合逐次增加小鉆桿的技術措施，克服鉆壓傳遞和鉆進的難題。鉆具組合：Ф152.4mm3A-HJ517G（11*3）+Φ120mm動力鉆具×1.25°+311×310回壓閥+MWD坐鍵短節+Φ88.9mm無磁承壓×1根+Φ88.9mm鉆桿×48根+311×410轉換接頭+Φ127mm加重鉆桿×15根+Φ127mm鉆桿現場實鉆情況基本保證每趟鉆進進尺和軌跡控制目的。（2）為了充分發揮螺桿鉆具的性能和提高鉆井速度，綜合考慮設備性能、攜巖及鉆壓有效傳遞的需要，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。通過滑動降斜與復合導向相結合的方式保持井斜角在設計數值左右小幅度變化，復合鉆進平均增斜率在2～4°/100 m，每次滑動降斜控制在5 ～7 m 左右，避免大幅度調整，保證了井眼軌跡圓滑，相應降低了井眼的摩阻系數。整個水平段總進尺486m，其中滑動鉆進進尺52m，僅占總進尺的10.69%。（3）現場作業過程中，牙輪鉆頭壽命限制單趟鉆進尺在40-70m之間，必須起鉆更換新鉆頭，起到了通井、清除巖屑床作用，確保井眼暢通，保障了水平段的施工安全。每趟鉆逐次增加小鉆桿長度，保證中和點處于新加鉆具內，防止發生鉆具疲勞破壞，確保現場施工的時效[3]。

4.5 井眼清潔技術

針對排664側井井身結構特殊、石炭系地層硬脆性突出、造斜率達、水平段長等特點，井眼清潔問題尤為突出。

（1）優化鉆具結構，提高環空返速。由于技術套管尺寸Ф244.5mm和側鉆井眼尺寸Ф152.4mm的現實情況，環空返速低，巖屑返出難；小井眼水平段長，鉆進時間長，易形成巖屑床。在排量16L/s的情況下，鉆井液在不同井段的環空返速對比見表4。

鉆井液在不同井段上返速度不一致，存在高-低-高的速度差別，在低返速井段巖屑返出能力差，已形成沙橋，存在卡鉆風險。因此，采用復合鉆桿鉆具結構，全面考慮接入小鉆桿長度，逐次增加小鉆桿數量；水平段鉆進，定時、定進尺搞短起下，破壞巖屑床。保證有效安全鉆進和進尺最大化。

（2）優選鉆井液體系。經過優選配比，采用低固相潤滑防塌鉆井液體系，保證石炭系硬脆性地層短半徑水平井鉆進，同時具有良好的攜巖能力、潤滑性能、封堵防塌性能及流變性能。低固相潤滑防塌鉆井液體系：5%土粉+（0.3-0.6%）干粉+（0.5-1%）降慮失劑+（3-5%）油基潤滑劑+（0.3-0.5%）燒堿+（2-3%）防塌劑+（1-2%）無水聚合醇+（0.3-0.5%）生物聚合物+（0.3-0.8%）聚陰離子纖維素滿足了井眼清潔、降低摩阻扭矩的要求，確保井眼穩定，安全鉆進。

5 結束語

（1）準噶爾盆地石炭系地層利用老井眼在Φ244.5mm技套內，石炭系地層側鉆Φ152.4mm井眼短半徑水平井技術可行；（2）常規單彎螺桿可以滿足該區塊石炭系地層全角變化率達1.2°/m短半徑水平井施工。（3）水平井段采用低度數螺桿鉆具復合鉆進和滑動鉆進相結合效果比較理想；采用復合鉆桿鉆具結構，結合逐次增加小鉆桿的技術，可以滿足穩斜和軌跡調整要求，同時減小摩阻和有效防止起下鉆遇阻和遇卡等復雜事故的發生。（4）建議類似的老井側鉆可以從提高排量、引進中空轉子螺桿和配合變徑穩定器等方面提高機械鉆速。

參考文獻

[1]劉仕銀，王龍，毛鑫，等.塔河油田6區小井眼側鉆短半徑水平井鉆井技術探討[J]. 鉆采工藝，2013，6（3）：21-23.

[2]陳世春，王樹超.小井眼側鉆短半徑水平井鉆井技術[J].石油鉆采工藝，2011，9 （5）：11-14.

[3]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，2008，12（6）：11-15.

作者簡介：尹祖龍（1976-），男，1998年畢業于勝利石油學校鉆井專業，工程師，現從事鉆井工藝研究。