G0-7三維水平井井組工廠化鉆井工藝

王萬慶　石仲元　付仟騫（.川慶鉆探工程公司長慶鉆井工程總公司，陜西西安　7008；.川慶鉆探工程公司長慶井下技術作業(yè)公司，陜西咸陽　7000）

G0-7三維水平井井組工廠化鉆井工藝

王萬慶1石仲元1付仟騫2
（1.川慶鉆探工程公司長慶鉆井工程總公司，陜西西安710018；2.川慶鉆探工程公司長慶井下技術作業(yè)公司，陜西咸陽712000）

G0-7三維水平井組部署在長慶油田蘇里格氣田東南部，由1口直井、2口定向井、2口常規(guī)水平井、4口三維水平井組成，采用工廠化鉆井作業(yè)“一字型”施工模式，3部鉆機同時施工，每部鉆機施工1口常規(guī)井和2口水平井。針對叢式井組施工難點，從防碰繞障、井身剖面優(yōu)化、井眼軌跡控制、降摩減阻等方面制定一系列措施，形成“預分法”井眼防碰繞障、三維井剖面優(yōu)化、三維井井眼軌跡控制及CQ-SP2鉆井液體系等特色技術。該叢式井組水平井平均機械鉆速達9.68 m/h，同比提高18.19%，平均鉆井周期為55.67 d，比原有模式施工周期縮短8.82%。該井組工廠化作業(yè)順利完成為長慶油田部署三維水平井井組工廠化作業(yè)提供了有力技術支撐。

蘇里格氣田；工廠化作業(yè)；三維水平井；叢式井組；防碰繞障技術；剖面設計

工廠化作業(yè)主要基于叢式井開發(fā)模式，采用系統(tǒng)的管理思路，集中配置人力、物資、工具等要素，合理布井、規(guī)模施工、統(tǒng)一管理、批量鉆井，縮短井場準備、鉆機搬遷、設備調(diào)試等作業(yè)時間，提高鉆完井各個環(huán)節(jié)的作業(yè)效率，實現(xiàn)“規(guī)范、高效、快速”鉆井作業(yè)，從而縮短建井周期、降低綜合開發(fā)成本［1］。G0-7叢式井組是由直井、定向井、二維水平井、三維水平井多種井型組成的混合型叢式井組，該開發(fā)模式在提高生產(chǎn)效率、降低開發(fā)成本方面可發(fā)揮巨大的作用。

1　工廠化作業(yè)鉆井施工難點

（1）混合井型叢式井組布井，防碰難度大。G0-7工廠化叢式井組共布井9口，由1口直井、2口定向井、2口二維水平井和4口三維水平井組成，其中6口水平井水平段呈“山”字型排布（見圖1）。井口呈一字型布局。整個井組由3部鉆機同時施工，每部鉆機施工3口井。整個井組在方案論證前期做了井組防碰，施工過程中，既存在表層防碰，又存在斜井段防碰，增加了井眼軌跡防碰難度［2］。

圖1　三維井眼軌跡

（2）三維水平井斜井段存在增斜和扭方位，摩阻扭矩大。該井組4口三維水平井設計的偏移距均為600 m、靶前距500 m，為了盡快消除偏移距，定向方位與設計方位相差90o，在井斜增到一定角度，偏移距消除后，將方位扭到設計方位［3］。全角變化率相對較大，水平段施工中摩阻扭矩大。

（3）靶體要求精度高，井眼軌跡控制難度大。該區(qū)塊儲層埋藏垂深在3 000 m以下，入窗垂深調(diào)整范圍大（靖60-24H2井入靶垂深上調(diào)12 m），造成入窗進靶井段曲率大幅度增大；同時水平段靶體縱向誤差控制在±0.5 m，橫向擺動幅度控制在±20 m以內(nèi)，增加了矢量入窗井段軌跡控制難度。

（4）地層多變，預防井下復雜難度大。延安組、延長組地層中上部大段砂泥巖混層易發(fā)生吸水膨脹，造成縮徑；延長組、劉家溝組承壓能力低易發(fā)生漏失；石千峰、石盒子組地層大段泥巖易坍塌，井壁穩(wěn)定性較弱。

（5）該井組有3口水平井水平段設計2 000 m，其中2口為三維水平井，水平段鉆具剛性弱，鉆具易形成屈曲，滑動鉆進過程中，鉆頭上無法施加有效鉆壓，工具面調(diào)整困難，井眼軌跡控制難度增大［4-5］。

（6）儲層連續(xù)性差，立體開發(fā)多個層位，垂深變化大，泥巖鉆遇率較高，頻繁調(diào)整軌跡，復合鉆進過程中扭矩大。

2　井場布局

該工廠化井組井場規(guī)格360 m×70 m，共9口井（見圖2）。由3部鉆機同時施工，每部鉆機施工3口井，井口間距為20 m。鉆機呈“一”字型排布，大門方向均為221°，施工過程中鉆機間距110 m。井場材料供應區(qū)及設備維修區(qū)統(tǒng)一使用，減少用地面積。

圖2　G0-7井組平面布局示意圖

3　井眼防碰繞障技術

應用“預分法”井眼防碰繞障技術，即在每口井表層開鉆時使井眼軌跡在保證井身質(zhì)量的前提下向有利于防碰的方位鉆進，做到主動防碰。通過預分可以減少表層井眼軌跡失控的風險，同時也減輕了后期防碰施工的工作量。每部鉆機施工3口井，常規(guī)井部署在中間。施工順序為先施工常規(guī)井、向后移動20 m施工第1口水平井、向前移動40 m施工第2口水平井，根據(jù)每部鉆機施工井順序，制定整體井眼防碰技術方案和措施［6］，見表1。

表1　井組施工順序

充分利用淺層鉆進時PDC鉆頭滑動效果好、導向鉆具組合工具面可控能力強的優(yōu)勢，有效將井斜控制在設計要求范圍內(nèi)實現(xiàn)井眼的分離；井間最小距離按照誤差模型，分離系數(shù)不小于1.5，MWD井斜測量誤差不大于0.2°，確保該井組的井身質(zhì)量。

4　三維水平井剖面優(yōu)化技術

運用Navigator Drilling Studio軟件對水平井剖面進行優(yōu)化設計，三維水平井井眼剖面優(yōu)化為直井段、糾偏井段、扭方位井段、增斜井段、進窗入靶井段、水平井段的六段制剖面（表2）。針對三維水平井的特點，根據(jù)每口井的剖面設計運用摩阻扭矩軟件進行施工可行性分析（見圖3）［7］。根據(jù)分析結(jié)果，合理選用鉆頭及螺桿，優(yōu)化增斜井段、進窗入靶井段全角變化率，有效控制各井段全角變化率［8］，降低施工中摩阻與扭矩。

表2　三維水平井井身剖面

圖3　鉆具側(cè)向力分析

5　三維水平井井眼軌跡控制技術

5.1直井段與糾偏段

鉆具組合：?241.3 mmPDC+5LZ197×7.0L螺桿鉆具（1.25°）+?178 mm鉆鋌×3.0 m +?237 mmSTAB+?178 mm MWD接頭+?178 mm無磁鉆鋌×1根+?178 mm鉆鋌×6根+?127 mm加重鉆桿×42根+?127 mm鉆桿。

鉆進參數(shù)：鉆壓80～120 kN，轉(zhuǎn)速50 r/min＋螺桿，排量45 L/s，泵壓15.3～16.0 MPa。

糾偏井段采用“四合一”鉆具組合，即單彎雙穩(wěn)導向鉆具組合。該井段分解為定向增斜井段和穩(wěn)斜鉆進2段。為了盡快消除偏移距，控制定向方位角與水平段靶體方位角夾角在±80～90°之間。考慮到后期進行扭方位施工，采用滑動鉆井方式將井斜增至13°左右，該套鉆具組合滑動增斜率為（3～6）°/30 m。根據(jù)地層規(guī)律，充分發(fā)揮該套鉆具的特性，復合鉆進過程中基本處于穩(wěn)斜或微增狀態(tài)，有效提高糾偏井段的施工效率（表3）。

表3　糾偏段實際剖面參數(shù)

5.2扭方位井段

鉆具組合：?215.9 mmPDC+7LZ165螺桿鉆具(1.5°)+?165 mm MWD接頭+?165 mm無磁鉆鋌×1根+轉(zhuǎn)化接頭(461×430)+?127 mm加重鉆桿×42根+?127 mm鉆桿。

鉆進參數(shù)：鉆壓60～80 kN，轉(zhuǎn)速50 r/min＋螺桿，排量32 L/s。

采用該套鉆具進行扭方位作業(yè)，重點控制井斜角處于穩(wěn)斜或微增斜狀態(tài)［9］，該套鉆具組合滑動方位變化率為（4～6）°/30 m（見表4）。井斜變化率控制在2°/30 m的范圍內(nèi)，確保扭方位井段井眼光滑（見圖4）。

表4　扭方位段實際剖面參數(shù)

圖4　三維水平靖60-22H1井水平投影圖

5.3增斜井段

鉆具組合：?215.9 mm PDC鉆頭+7LZ165螺桿鉆具（1.5°）+?165 mm回壓閥+?165 mm MWD接頭+?165 mm無磁鉆鋌×1根+?127 mm加重鉆桿×9根+?127 mm鉆桿×45根+?127 mm加重鉆桿×36根+?127 mm鉆桿。

鉆進參數(shù)：鉆壓60～80 kN，轉(zhuǎn)速50r/min＋螺桿，排量32 L/s。

斜井段采用單彎單穩(wěn)導向鉆具組合，運用MWD無線隨鉆測量方式，井眼軌跡控制采用復合鉆進與滑動鉆進交替進行。堅持“少滑動、多復合、微調(diào)勤調(diào)”原則，合理調(diào)整滑動鉆進與復合鉆進的比例，保證井眼規(guī)則（表5）。由于地層變化，窗口垂深調(diào)整范圍較大，如靖60-24H2井入窗垂深上調(diào)12 m。為了保證精確入靶，現(xiàn)場根據(jù)鄰井地質(zhì)資料，通過實時巖屑、伽馬、氣測值判斷儲層標志層，進一步優(yōu)化剖面［10］，在入窗前50 m控制井斜角在85～86°進行穩(wěn)斜探頂鉆進；當鉆入儲層頂部后，按照“矢量進靶”方式進行軌跡控制，控制井斜角在89°±0.3°、井眼軌跡高于窗口中心0.4 m的范圍內(nèi)入窗進靶，為水平井段順利施工提供有利條件和基礎。

表5　斜井段實際剖面參數(shù)

5.4水平段井眼軌跡控制

鉆具組合：?152.4 mm PDC鉆頭+ ?127 mm螺桿（1°）+?146 mm扶正器+回壓閥+MWD接頭+?120 mm無磁鉆鋌+轉(zhuǎn)換接頭（311×HLSTB）+?101.6 mm加重鉆桿×9根+?101.6 mm鉆桿×150根+?101.6 mm加重鉆桿×36根+?101.6 mm鉆桿。

水平段采用單彎雙穩(wěn)導向鉆具組合［11］。為了保證水平段鉆進時能給鉆頭施加有效的鉆壓，鉆具組合采用倒裝鉆具。加重鉆桿位置分為2部分，確保鉆具中和點的位置在下部加重鉆桿部分，上部加重鉆桿位于扭方位井段上部。控制井眼軌跡處于縱向上偏0.4 m左右，以免突然降斜導致軌跡失控。該組合復合增斜率0.3°～0.5°/根，隨著水平段的不斷增長，復合鉆進時扭矩越來越大，達14～17 kN·m。

6　鉆井液體系

穩(wěn)斜段采用聚合物體系鉆進，對于延長組底部易塌地層，提高鉆井液體系的抑制性,加大KCl的含量。

斜井段采用CQ-SP2鉆井液體系，采用化學防塌+強封堵+物理防塌協(xié)同作用維護井壁穩(wěn)定［12］。加大工業(yè)鹽和甲酸鹽含量，降低鉆井液體系中水的活度，使地層水向井眼流動，達到穩(wěn)定井壁的目的。井斜60°時陽離子乳化瀝青粉SFT含量由2%提高至3%，超細碳酸鈣ZDS加量達到5%以上，實現(xiàn)對微裂縫的有效封堵。三維水平井摩阻整體高于二維水平井（圖5、6），同時復配1%聚合醇抑制劑XCS-3，一方面起潤滑作用，另一方面其以乳滴形式吸附于井壁上，不僅可以形成一層隔水膜，還可以再次對井壁微裂縫進行膠結(jié)、封堵，并根據(jù)井斜逐步提高鉆井液密度。該體系抑制性強、固相含量比較低，性能穩(wěn)定，可有效提高機械鉆速。

圖5　上提摩阻對比

圖6　下提摩阻對比

水平段儲層連續(xù)性差，鉆遇泥巖概率大，主要通過提高鉆井液密度平衡地層應力，但由于泥巖裂縫發(fā)育，在毛細管和正壓差作用下，鉆井液中的自由水容易進入微裂縫中，導致泥巖水化膨脹，造成井壁失穩(wěn)。一方面通過提高鉆井液密度平衡地層坍塌壓力，另一方面陽離子乳化瀝青粉、超細碳酸鈣含量提高至5%以上，高溫高壓濾失量最小（表6），濾餅光滑致密（圖7），且高溫高壓失水小于8 mL，從而有效提高了該體系的封堵性，解決了長水平段井壁穩(wěn)定性差難題，確保了水平段的順利施工。

表6　水平段鉆遇泥巖時封堵性評價

圖7　濾餅照片

7　結(jié)論與建議

（1）G0-7三維水平井井組工廠化作業(yè)采取一種全新的作業(yè)方式，即采用“一字型”布井方式，3部鉆機同時施工，統(tǒng)一管理，有效提高生產(chǎn)效率，縮短施工周期，降低開發(fā)綜合成本。

（2） 多部鉆機同時施工，關鍵在于做好叢式井組整體防碰。應用“預分法”防碰繞障技術確定鉆機移動方案、施工井順序，為后期施工預留安全空間。

（3） G0-7三維水平井井組有4口三維水平井偏移距在500 ～550 m，偏移距越大，施工過程中鉆具易形成屈曲現(xiàn)象，鉆頭上不易施加鉆壓，通過優(yōu)化井眼剖面，優(yōu)選鉆具結(jié)構(gòu)，確保井眼軌跡平滑，施工順利。

（4）通過運用Navigator Drilling Studio軟件對該井組三維水平井實鉆軌跡進行分析，建立摩阻、扭矩計算模型，進一步優(yōu)化三維水平井偏移距，為最佳開發(fā)方案確定提供技術支撐。

（5）進一步改進CQ-SP2鉆井液體系，有效解決長水平段鉆進過程中摩阻過大、滑動托壓和工具面不穩(wěn)定的現(xiàn)象；持續(xù)進行水平段鉆遇泥巖的防塌技術攻關，預防和降低泥巖垮塌造成的井下復雜和故障。

（6） G0-7三維水平井井組工廠化施工過程中存在鉆機施工進度不同步、鉆井液未得到共用等問題，另外未建立遠程監(jiān)控中心、糾偏段滑動效率低及水平段泥巖段井壁穩(wěn)定等難題還需進一步改進。

［1］劉社明，張明祿，陳志勇，等.蘇里格南合作區(qū)工廠化鉆完井作業(yè)實踐［J］.天然氣工業(yè)，2013，33（8）：64-69.

［2］向亮，付建紅，楊志彬，等.多分支三維水平井軌跡設計［J］.石油鉆采工藝，2009，31（6）：23-26.

［3］劉乃震，柳明.蘇里格氣田蘇53 區(qū)塊工廠化作業(yè)實踐［J］. 石油鉆采工藝，2014，12（6）：16-19.

［4］韓來聚，牛洪波，竇玉玲.勝利低滲油田長水平段水平井鉆井關鍵技術［J］.石油鉆探技術，2012，40（3）：7-10.

［5］趙文彬.大牛地氣田DP43水平井組的井工廠鉆井實踐［J］.天然氣工業(yè)，2013，33（6）：60-65.

［6］辛俊和，吳廣義，張華北. 加拿大致密氣藏長水平段工廠化鉆完井技術［J］. 石油鉆采工藝，2014，20（2）：7-11.

［7］石崇東，楊碧學，何輝，等.蘇5-15-17AH井超3000m水平段的鉆井技術［J］.天然氣工業(yè)，2013，33（8）：70-76.

［8］陳玉海，謝燦波，高光軍，等.“模塊化、橇裝化、工廠化”集成技術在蘇丹石油地面工程建設中的應用［J］.石油工程建設，2013，39（5）：33-37.

［9］石崇東，王萬慶，諶建祁，等.CB3-1雙分支水平井鉆井工藝［J］.石油鉆采工藝，2009，31（2）：27-31.

［10］錢峰，楊立軍. 三塘湖致密油長水平段水平井鉆井技術［J］. 石油鉆采工藝，2014，38（6）：20-23.

［11］郭元恒，何世明，劉忠飛，等.長水平段水平井鉆井技術難點分析及對策［J］.石油鉆采工藝，2013，35（1）：14-18.

［12］高清春，丁文正，曹生，等.長水平段井眼清潔控制技術及其應用［J］.重慶科技學院學報：自然科學版，2012，14（6）：65-67.

［13］汪海閣，王靈碧，紀國棟，等. 國內(nèi)外鉆完井技術新進展［J］. 石油鉆采工藝，2014，33（5）：1-12.

［14］余淑明，劉艷俠，武力超，等.低滲透氣藏水平井開發(fā)技術難點及攻關建議［J］.天然氣工業(yè)，2013，33（1）：54-60.

（修改稿收到日期2015-01-23）

〔編輯朱偉〕

Factory drilling technology for G0-7 3D horizontal well group

WANG Wanqing1, SHI Zhongyuan1, FU Qianqian2
（1. Changqing Drilling Engineering Corporation, Chuanqing Drilling Engineering Company, CNPC, Xi'an 710018,China; 2. Changqing Downhole Service Company, Chuanqing Drilling Engineering Corporation, CNPC, XianYang 712000, China）

The G0-7 3D horizontal well group is planned in the southeast part of Sulige Gasfield of Changqing Oilfield, composed by 1 straight well, 2 directional wells, 2 conventional horizontal wells and 4 3D horizontal wells. The factory drilling operation was adopted – three rigs started drilling at the same time and each drilled one conventional well and two horizontal wells. In view of difficulties in drilling of cluster well group, a series of measures were formulated in terms of anti-collision and avoiding barriers, wellbore profile optimization, wellbore trajectory control, reducing friction and drag, and special techniques were developed like ‘presplit’ anti-collision and avoiding barriers, 3D well profile optimization, 3D well wellbore trajectory control and CQ-SP2 drilling fluid system, etc. The penetration rate of this cluster well group was 9.68 m/h in average, up by 18.19% on year-on-year basis, and average drilling period was 55.67 d, shortened by 8.82% compared with the original drilling mode. The successful factory drilling operation of this well group provides a strong technical support for factory drilling operation of 3D horizontal wells planned by Changqing Oilfield.

factory drilling operation; 3D horizontal well; cluster well group; anti-collision and avoiding barriers technique; profile design; Sulige Gasfield

TE24

A

1000 – 7393（ 2015 ） 02 – 0027 – 05

10.13639/j.odpt.2015.02.008

中國石油集團公司科學研究與技術開發(fā)項目“致密氣藏鉆完井技術研究”（編號：2010E-2303）。

王萬慶，1964年生。2005年畢業(yè)于西安石油大學石油工程專業(yè)，現(xiàn)從事定向井、水平井技術方面的研究工作，高級工程師。電話：029-86592615。E-mail：shicd_0@126.com。

引用格式：王萬慶，石仲元，付仟騫.G0-7三維水平井井組工廠化鉆井工藝［J］.石油鉆采工藝，2015，37（2）：27-31.