淺談蘇里格地區水平井鉆井托壓問題

岳欽鵬

（西部鉆探定向井技術服務公司，新疆烏魯木齊830026）

淺談蘇里格地區水平井鉆井托壓問題

岳欽鵬*

（西部鉆探定向井技術服務公司，新疆烏魯木齊830026）

針對蘇里格氣田水平井直井段長、目的層較薄、水平段長，以往鉆井時軌跡控制難度大、滑動拖壓嚴重、泥巖地層易坍塌、攜砂洗井困難、水平位移長摩阻大、氣層埋藏較深井溫高、鹽水侵、承壓能力低、施工周期長及氣層保護等特點，優化軌跡控制措施，針對蘇里格氣田水平井定向托壓現象，分析造成定向托壓現象原因，及提供相應現象現場實例，并針對造成托壓現象因素，進行分析，提出解決及預防方案。

蘇里格氣田；水平井；定向托壓；鉆具組合

1　概述

蘇里格氣田是目前中國產氣量最大的整裝氣田，屬于低孔、低滲、致密儲層型巖性氣藏，有效開發的難度非常大。水平井技術的應用，極大限度地提高了氣藏的暴露面積，可以大幅提高單井產量和采收率，對低孔、低滲氣藏具有顯著的開發效益。隨著水平井鉆井技術的快速發展和先進工具的開發應用，水平段的長度逐漸增加。伴隨著蘇里格水平井井數增加，施工時定向托壓現象的問題也愈發凸顯，不但影響鉆井速度，甚至會帶來井下復雜情況發生，如何有效地預防及解決定向托壓問題，成為現場人員面臨問題之一。

2　原因分析

造成定向托壓現象原因眾多，針對不同定向托壓表現現象，現場人員分析造成定向托壓原因，采用多種方法，以解決和預防定向托壓問題。分析造成托壓原因，成為解決托壓現象必要工作，蘇里格地區定向施工所遇到定向托壓原因，一般可分為以下幾類。

2.1井眼軌跡原因

定向軌跡不規則，造成井眼井壁多處出現臺階，鉆具本體、鉆具接頭或扶正器支撐在井壁臺階上，增加摩阻或將鉆具卡在臺階中，加壓無進尺，進而導致托壓現像產生。主要有2方面形成：

（1）由于鉆井軌跡因各種原因導致的多次或者大幅調整；

（2）定向鉆進與復合鉆進過渡過程中造成的井徑不規則。

蘇77-8-43H1井水平段施工時，因找氣層，頻繁調整軌跡，井眼軌跡形成多個S型，此情況下井壁極易卡住鉆具，導致定向托壓。當時最后一次向下定向時，出現定向托壓特別嚴重現象。

定向鉆進與復合鉆進過程中井徑擴大率的不一樣造成的“井徑臺階”，導致在定向鉆進的井下工況轉換過程中，下部大尺寸鉆具在過臺階時引起了情況較為明顯的托壓（見圖1、圖2）。

圖1　定向軌跡造成的托壓

圖2　井徑不規則造成的托壓

2.2地層交結變化原因

軟硬地層交結變化，尤其地層新被鉆開，PDC鉆頭鉆出的螺旋井眼井壁尚未光滑，定向時BHA中接頭或扶正器卡在地層交結處，造成托壓。

蘇77-17-9H2井在斜井段施工時，曾多次遇到此類情況，且遇托壓之前定向時，未出現托壓現象，其中嘗試復合1m后再定向，但在定向中，仍然嚴重托壓，加壓無進尺，泵壓無明顯變化，定向前后復合鉆進時，鉆時均快，故排除鉆頭、螺桿問題。后根據隨鉆伽馬分析，發生托壓井段，伽馬數值變化大，多為泥砂交錯段。

2.3井底巖屑床原因

井底砂子未攜帶干凈，造成井下砂子托住扶正器，造成托壓現象，這種托壓在水平井也是最常遇到情況。

蘇77-18-39H2井水平段施工到700m處，由于使用3-1/2″鉆桿，排量13L/s，泵壓19MPa，井隊設備因當時暫不能滿足高泵壓狀態下的長期運行，致使完全不能滿足攜砂要求，這樣在水平段施工后期時，定向托壓嚴重，嚴重時定向基本無進尺。

2.4鉆具組合原因

未及時倒裝鉆具或倒裝鉆具計算出現問題，導致倒裝鉆具組合沒起到應有的作用，反而增大摩阻，出現托壓現象。

通常倒裝鉆具加重鉆桿應放在斜井段40°以上，如實際所鉆進尺超出預期，則可能出現鉆具鉆壓過多地被井壁分解造成托壓。

2.5鉆具發生屈曲原因

在定向中，現場人員未計算所能加的最大鉆壓，導致鉆具發生多次屈曲，增大摩阻，導致托壓發生。

2.6裸眼井段太長原因

伴隨著單井產量提升的需要，現在蘇里格水平井水平井段設計已普遍延伸至1200m以上，部分井水平段設計1600～2000m，致使長裸眼段的鉆具在定向過程中受到的總的摩擦力大幅提高，進而造成托壓。

3　定向托壓現場解決方法

造成定向托壓原因各不相同，針對不同托壓情況，采取的不同措施才能更加有效地解決定向托壓現象，故在施工中首先要理清托壓原因，進而采用相應措施。定向發生托壓現象時，定向工程師最好在司控房進行實時監控，定向托壓一旦處理不好，極易出現井下復雜情況。

3.1針對井眼軌跡原因造成的托壓解決方法

由于蘇里格地區目的氣層一般為河相沉積，目的層垂深變化較大，在入窗中常常因入窗需要，要強增入窗，這樣就會出現因曲率較大，鉆具在自身剛性作用下，支撐在井壁上，造成托壓。

解決這類情況，一般在連續定向時，每個單根鉆完后，緩慢劃眼2～3遍，最后需余2～3m，不劃眼，原因在于前面劃眼將井壁盡可能修復平滑，且此段井眼劃大后，下面更利于增加定向造斜率；而最后所剩井段不劃眼，就是盡可能不破壞定向趨勢。

水平段施工時，由于找氣層需要，有時會出現剛上調井斜，又要下降井斜情況發生。由于蘇里格氣層結構特性，這種情況在蘇里格水平井中出現較多，針對這類情況，除了要聯合現場地質師加強氣層位置預計提前進行軌跡調整提高井眼平滑程度，聯系泥漿工程師提高泥漿潤滑性，另外在定向中首先要求送鉆必須點送，一旦出現托壓立即活動鉆具，以防粘卡。

向上增斜時，出現托壓嚴重，將前段井段反復緩慢劃眼，必要時短起下，打完一個單根緩慢劃眼2遍，余2～3m不劃。如向下降斜，托壓無進尺，可以復合0.2～ 0.3m再繼續定向，嚴重時可定向段結合小段復合；一個單根打完，緩慢劃眼2～3遍，劃眼可以劃至井底。

3.2針對地層交結變化造成托壓解決方法

第一步：現場最主要的是首先要判斷清楚，造成托壓現象，為地層原因。而這類判斷一需根據之前鉆時，二需結合之前施工鉆進作業。如果之前未出現頻繁定向，整體摩阻不大，且鉆時時快時慢，井下鉆具工作正常。這時定向出現托壓現象，就要考慮為地層交結變化原因。

第二步：判斷清楚后，需上下多劃幾遍眼，直至再次定向未出現托壓現象，條件允許可再復合1～2m定向，一般就能解決這問題。但需注意的是，此現象產生，泥漿方面或有一定問題出現，最好跟現場泥漿工程師加強溝通，提高泥餅質量，以防井下復雜。

3.3針對井底巖屑床造成托壓解決方法

巖屑床原因造成托壓，在水平井施工時，往往很難避免，巖屑床產生主要原因為井底砂子帶不出沉積井底，故在施工中，定向前復合時，盡可能增大排量，適當控制鉆時；定向中托壓嚴重，應開轉盤上下活動幾次，再壓至井底，小鉆壓鉆進0.2～0.3m，再定向。如果此類托壓嚴重，必要時短起下可在一定程度上緩解托壓問題。

在造斜段中，由于斜井段受boycott以及垂沉效應影響，在井斜30°～60°之間容易形成不穩定巖屑床，這就要求泥漿性能要滿足特殊的攜砂要求，首先在斜井段應滿足環空返速高于臨界環空流速（0.79～1.10m/s），其次鉆井液流型較好（0°～45°層流，45°～55°層流紊流混合，55°～90°紊流），再次要求有較好的泥漿性能指標（提高動塑比，初終切差值不易過大，觸變性不宜過高，進而提高井眼凈化能力），最后在工程上采取一定措施（開動轉盤、短程起下鉆等）。

在水平段中，鉆具趟在井眼下井壁，容易形成穩定巖屑床，通過合理調控鉆井液流變參數、優選排量、隨鉆修壁、短程起下鉆、技術劃眼等技術措施，避免巖屑床的形成，保證井眼清潔，配合使用原油、極壓潤滑劑、固體潤滑劑等潤滑材料，將摩阻扭矩控制在合理范圍內，保障井下安全，減緩大位移井滑動鉆進時普遍存在的“托壓”現象，加快鉆井速度，提高生產時效。

3.4針對鉆具組合原因造成托壓解決方法

因鉆具組合失誤造成托壓，往往為上部加重鉆桿托在井壁，要上下多活動幾次，或復合鉆進1～2m，再定向。托壓嚴重時，必要時起鉆糾正鉆具錯誤，再下鉆鉆進。

3.5針對鉆具發生屈曲造成托壓解決方法

鉆具發生屈曲，前因往往為定向摩阻較大，定向中加在鉆具上鉆壓大，導致鉆具發生屈曲。另外如在定向時，對鉆具鉆壓計算不對，也會造成過大的鉆壓加在鉆具上。

避免鉆具發生屈曲而導致托壓，要首先計算鉆具發生屈曲臨界鉆壓，在發生屈曲時，立即上下活動鉆具，加壓時將鉆壓降到臨界鉆壓之下定向。而根據近年蘇里格水平井施工經驗，在鉆具發生正弦屈曲后，5″鉆桿上可再多加3～5t鉆壓，4″鉆桿可再多加2～3t鉆壓，定向中發生托壓現象較少。

3.6裸眼井段太長造成托壓解決辦法

設計水平井段較長時，首先應盡可能平滑水平井段前期軌跡，提高鉆進效率，通過摸索地層規律和選擇鉆具組合，合理預判軌跡走向，實現多復合鉆進少滑動鉆進的目的，滑動鉆進時，要保持工具面的穩定和滑動鉆進的持續性，以保證滑動鉆進的效果。保證井眼軌跡平滑，需要方位調整時，采取“少而勤”的策略，避免軌跡出現大幅波動。定進尺、定時進行短起下作業，保證井眼通暢；滑動鉆進后進行劃眼，井眼順暢無異常顯示后再進行接單根或測斜作業。

設計水平段大于1500m的水平井，應在后面井段加配水力振蕩器，減緩托壓現象，甚至可以選用變徑穩定器實現增降斜控制。有條件的井選配使用旋轉導向，徹底拋棄滑動鉆進方式，并且其測量點離鉆頭更近，能夠更好地保障井眼質量，減少井眼屈曲，提高井眼清潔，減少托壓。

4　現場預防定向托壓方法

（1）斜井段盡可能避免大范圍強增斜段，控制好全角變化率，水平段盡可能避免強增強降井段，要跟甲方溝通好，將強增強降弊端給甲方解釋清楚，在條件允許情況下，將增降斜段井段適當延長降低降斜率。

（2）結合區塊及臨井資料，在地層交結多變化段，首先跟現場泥漿工程師溝通交流好，調配好泥漿性能，在施工中做到勤劃眼，確保新鉆完井眼井壁光滑。

（3）鉆進中，排量應高于環空臨界流速低于對井壁造成沖蝕破壞的環空返速，確保返砂。根據鉆時快慢，決定劃眼快慢及劃眼次數；如條件允許，適當安排短起下。

（4）要增強責任心，每次下鉆前，計算好倒裝鉆具中加重鉆桿本趟鉆所處位置，及本趟鉆完成后加重鉆桿位置，確保加重鉆桿始終在井斜40°之上。在下鉆中，跟技術員溝通好，避免下鉆鉆具放錯位置。

（5）現場定向工程師在施工中，如有條件，可用軟件計算鉆具發生屈曲臨界鉆壓，如未有軟件，可利用公式計算鉆具發生屈曲臨界鉆壓，避免將鉆壓過大。

5　結論

解決蘇里格水平井定向托壓問題，首先預防為主，盡可能在定向托壓出現前，將導致定向托壓出現因素遏止住。避免人為原因造成定向托壓出現。在出現托壓問題后要合理分析判斷，認真處理，通過各種因素排查找解決方案，在處理定向托壓時，要充分重視，保證施工要求及井下安全，預防井下危險事故的發生。

[1] 米飛，張健，王玉冰.水平井托壓問題原因分析及解決措施[J].中國石油和化工標準與質量，2013（10）.

TE24

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1004-5716（2016）11-0114-03

2016-01-07

2016-01-19

岳欽鵬（1986-），男（漢族），重慶人，工程師，現從事定向工程技術管理工作。