準(zhǔn)噶爾盆地石炭系小井眼側(cè)鉆短半徑水平井鉆井技術(shù)

尹祖龍　周波

摘 要：為落實(shí)排66區(qū)塊地質(zhì)儲量，部署了準(zhǔn)噶爾盆地石炭系首口短半徑水平井——排664側(cè)井，Φ244.5mm技套內(nèi)側(cè)鉆Φ152.4mm井眼。文章介紹了軌道優(yōu)化設(shè)計、石炭系地層側(cè)鉆方法、降低測量儀器磁干擾技術(shù)、鉆具組合優(yōu)化配套和井眼凈化等工藝技術(shù)。該井的成功鉆探不僅落實(shí)地質(zhì)儲量，同時為后續(xù)開發(fā)井提供了施工經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：準(zhǔn)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(zhǔn)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(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)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(chǔ)上，利用小井眼短半徑技術(shù)側(cè)鉆對目的儲層進(jìn)行勘探落實(shí)。該技術(shù)的實(shí)施不僅避開了上部復(fù)雜層段，而且降低勘探費(fèi)用，縮短鉆井周期，該井為準(zhǔn)噶爾盆地石炭系地層小井眼側(cè)鉆短半徑水平井首次成功實(shí)施。

2 主要技術(shù)難點(diǎn)

排664側(cè)井是在排664井Φ244.5mm技術(shù)套管下部裸眼段側(cè)鉆Φ152.4mm井眼短半徑水平井，自側(cè)鉆點(diǎn)以深均為石炭系地層，主要技術(shù)難點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：（1）石炭系側(cè)鉆困難，石炭系火成巖硬度高、可鉆性差、側(cè)鉆困難；為減小套管磁干擾影響，側(cè)鉆點(diǎn)下壓4m，提高了側(cè)鉆后軌跡控制難度。（2）套管（老技套）被磁化導(dǎo)致隨鉆儀器測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，設(shè)計磁場強(qiáng)度為57μT，但實(shí)鉆測量場強(qiáng)為100μT。（3）造斜率要求高，設(shè)計造斜率達(dá)80°/100m。（4）水平段長，設(shè)計水平段長529.52m，水平位移600m；鉆壓傳遞、鉆進(jìn)困難，根據(jù)摩阻扭矩模擬計算350m之前比較好控制，后續(xù)井段難度大[1]。（5）巖屑返出能力差。由于技術(shù)套管尺寸Φ244.5mm，側(cè)鉆井眼尺寸Φ152.4mm的現(xiàn)實(shí)情況，環(huán)空返速低，巖屑返出難；井眼小，鉆進(jìn)時間長，易形成巖屑床。

3 井身結(jié)構(gòu)及井眼軌道優(yōu)化設(shè)計

3.1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)老井的井身結(jié)構(gòu)，結(jié)合地層特點(diǎn)、地層壓力及鉆井技術(shù)狀況，參考已鉆井實(shí)鉆井身結(jié)構(gòu)，以有利于安全、優(yōu)質(zhì)、高效鉆井和保護(hù)油氣層的原則進(jìn)行設(shè)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(yōu)化設(shè)計

為降低技套磁干擾。直井段多鉆進(jìn)4m左右，至井深889m開始側(cè)鉆；按降低側(cè)鉆段、著陸井段造斜率的原則，經(jīng)過軌道優(yōu)化設(shè)計及摩阻分析對比，軌道類型為直-增-增-增-穩(wěn)（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(wěn)斜角為86.94°。

4 石炭系小井眼短半徑鉆井技術(shù)

4.1 小井眼硬地層側(cè)鉆技術(shù)

排664側(cè)井側(cè)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(jìn)行側(cè)鉆。為使大度數(shù)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(yán)禁轉(zhuǎn)動鉆具。鉆具下井后，控制鉆具下放速度，嚴(yán)禁猛剎猛放，并時刻注意指重表讀數(shù)變化[1]。鉆具下至定向側(cè)鉆位置，緩慢開泵，待泵壓正常后，開始定時、定井段進(jìn)行劃眼造槽作業(yè)，在新井眼設(shè)計側(cè)鉆方位0°處進(jìn)行劃眼造槽作業(yè)。側(cè)鉆鉆進(jìn)參數(shù)：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(jìn)3m后，改為控壓鉆進(jìn)，以4t鉆壓鉆進(jìn)6m至900m。側(cè)鉆過程中，保持每米撈1包巖屑，以對比分析側(cè)鉆效果，根據(jù)鉆屑中地層巖屑含量變化，及時調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)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(cè)鉆一次成功。

4.2 降低套管磁干擾技術(shù)

因老井技套在作業(yè)后被磁化，縱向上對隨鉆測量儀器干擾距離增大，根據(jù)現(xiàn)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(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，采取了以下多項(xiàng)措施：采用最小磁干擾距離為5m的隨鉆測量儀器；現(xiàn)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(cè)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(cè)鉆井深下壓的實(shí)際情況，對原軌道優(yōu)化重新計算；另外，如果上述技術(shù)措施無法消除磁干擾的情況，緊急準(zhǔn)備陀螺儀器及相關(guān)配套設(shè)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(qiáng)度測量值恢復(fù)正常，開始側(cè)鉆作業(yè)。

4.3 短半徑鉆井技術(shù)

對軌道優(yōu)化后，形成了造斜率60°～92°～63°/100 m的三段增斜設(shè)計，采用Φ120mm螺桿鉆具，根據(jù)造斜率情況下入合理鉆具，定向段分別采用了3.5°側(cè)鉆、2.75°增斜和1.5°中間段調(diào)整的不同度數(shù)的螺桿鉆具完成定向增斜段的施工作業(yè)，水平井段采用1.25°單彎螺桿鉆進(jìn)，滿足鉆進(jìn)性能及軌跡控制要求。出于對鉆具強(qiáng)度及高造斜率井眼軌跡控制的考慮，造斜段宜以滑動鉆進(jìn)為主、旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)為輔的方式進(jìn)行，旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)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(shí)鉆造斜率和設(shè)計造斜率對比情況，見表3。

實(shí)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(dá)129°/100m。

4.4 長水平段鉆井技術(shù)

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(guān)鍵是保證井眼軌跡的圓滑，避免大幅度調(diào)整，主要技術(shù)措施有：（1）在鉆達(dá)設(shè)計井深前提下，針對各種鉆具組合，進(jìn)行各種工況摩阻扭矩理論計算對比分析，優(yōu)選出的優(yōu)化鉆具組合-復(fù)合鉆桿鉆具結(jié)構(gòu)；結(jié)合逐次增加小鉆桿的技術(shù)措施，克服鉆壓傳遞和鉆進(jìn)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(jié)+Φ88.9mm無磁承壓×1根+Φ88.9mm鉆桿×48根+311×410轉(zhuǎn)換接頭+Φ127mm加重鉆桿×15根+Φ127mm鉆桿現(xiàn)場實(shí)鉆情況基本保證每趟鉆進(jìn)進(jìn)尺和軌跡控制目的。（2）為了充分發(fā)揮螺桿鉆具的性能和提高鉆井速度，綜合考慮設(shè)備性能、攜巖及鉆壓有效傳遞的需要，鉆進(jìn)過程中嚴(yán)格控制井眼軌跡，堅持少滑動、多旋轉(zhuǎn)、微調(diào)勤調(diào)等原則。通過滑動降斜與復(fù)合導(dǎo)向相結(jié)合的方式保持井斜角在設(shè)計數(shù)值左右小幅度變化，復(fù)合鉆進(jìn)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(diào)整，保證了井眼軌跡圓滑，相應(yīng)降低了井眼的摩阻系數(shù)。整個水平段總進(jìn)尺486m，其中滑動鉆進(jìn)進(jìn)尺52m，僅占總進(jìn)尺的10.69%。（3）現(xiàn)場作業(yè)過程中，牙輪鉆頭壽命限制單趟鉆進(jìn)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(diǎn)處于新加鉆具內(nèi)，防止發(fā)生鉆具疲勞破壞，確保現(xiàn)場施工的時效[3]。

4.5 井眼清潔技術(shù)

針對排664側(cè)井井身結(jié)構(gòu)特殊、石炭系地層硬脆性突出、造斜率達(dá)、水平段長等特點(diǎn)，井眼清潔問題尤為突出。

（1）優(yōu)化鉆具結(jié)構(gòu)，提高環(huán)空返速。由于技術(shù)套管尺寸Ф244.5mm和側(cè)鉆井眼尺寸Ф152.4mm的現(xiàn)實(shí)情況，環(huán)空返速低，巖屑返出難；小井眼水平段長，鉆進(jìn)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(huán)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(fēng)險。因此，采用復(fù)合鉆桿鉆具結(jié)構(gòu)，全面考慮接入小鉆桿長度，逐次增加小鉆桿數(shù)量；水平段鉆進(jìn)，定時、定進(jìn)尺搞短起下，破壞巖屑床。保證有效安全鉆進(jìn)和進(jìn)尺最大化。

（2）優(yōu)選鉆井液體系。經(jīng)過優(yōu)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(jìn)，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(wěn)定，安全鉆進(jìn)。

5 結(jié)束語

（1）準(zhǔn)噶爾盆地石炭系地層利用老井眼在Φ244.5mm技套內(nèi)，石炭系地層側(cè)鉆Φ152.4mm井眼短半徑水平井技術(shù)可行；（2）常規(guī)單彎螺桿可以滿足該區(qū)塊石炭系地層全角變化率達(dá)1.2°/m短半徑水平井施工。（3）水平井段采用低度數(shù)螺桿鉆具復(fù)合鉆進(jìn)和滑動鉆進(jìn)相結(jié)合效果比較理想；采用復(fù)合鉆桿鉆具結(jié)構(gòu)，結(jié)合逐次增加小鉆桿的技術(shù)，可以滿足穩(wěn)斜和軌跡調(diào)整要求，同時減小摩阻和有效防止起下鉆遇阻和遇卡等復(fù)雜事故的發(fā)生。（4）建議類似的老井側(cè)鉆可以從提高排量、引進(jìn)中空轉(zhuǎn)子螺桿和配合變徑穩(wěn)定器等方面提高機(jī)械鉆速。

參考文獻(xiàn)

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

[2]陳世春，王樹超.小井眼側(cè)鉆短半徑水平井鉆井技術(shù)[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(shù)[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(yè)于勝利石油學(xué)校鉆井專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事鉆井工藝研究。