滴西克拉美麗氣田水平井施工技術(shù)與應(yīng)用

付 仕，王輝東，徐少俊，楊 磊，于麗君

（1.西部鉆探定向井技術(shù)服務(wù)公司，新疆克拉瑪依834000；2.西部鉆探鉆井工程研究院，新疆克拉瑪依834000；3.西部鉆探克拉瑪依鉆井公司，新疆克拉瑪依834000）

滴西克拉美麗氣田水平井施工技術(shù)與應(yīng)用

付 仕*1，王輝東1，徐少俊2，楊 磊3，于麗君3

（1.西部鉆探定向井技術(shù)服務(wù)公司，新疆克拉瑪依834000；2.西部鉆探鉆井工程研究院，新疆克拉瑪依834000；3.西部鉆探克拉瑪依鉆井公司，新疆克拉瑪依834000）

滴西克拉美麗氣田，水平井鉆井目的是勘探開(kāi)發(fā)二疊系梧桐溝組、石炭系巴山組氣藏，新建天然氣產(chǎn)能。鉆井過(guò)程中主要以控制井漏復(fù)雜及提高斜井段機(jī)械鉆速為攻關(guān)目標(biāo)。2015年，滴西克拉美麗氣田共完成DXHW1783、DXHW1784、DXHW1785、DX1715、DXHW1851、DXHW1852六口井，對(duì)2015年完鉆水平井進(jìn)行總結(jié)、歸納，希望能給滴西氣田優(yōu)快鉆進(jìn)提供幫助：在節(jié)約工期方面，造斜段主要措施是鉆頭優(yōu)選；水平段主要措施是螺桿優(yōu)選；全井主要措施是防漏及氣侵等復(fù)雜的發(fā)生。

克拉美麗氣田；水平井；鉆頭選型；提速建議；預(yù)防井漏

1 地質(zhì)分層

地質(zhì)分層故障提示，滴西氣田侏羅系、三疊系大段泥巖地層預(yù)防井漏、垮塌。二疊系梧桐溝組褐色泥巖地層易漏、易垮塌，預(yù)防卡鉆。本區(qū)井漏層段跨度大，從白堊系到石炭系均有漏失，斜井段井漏主要層段為三疊系克拉瑪依組底部、百口泉組砂礫巖層、梧桐溝組目的層。水平段鉆井過(guò)程中預(yù)防井漏，井噴和卡鉆事故。

1.1 滴西178井區(qū)

滴西178井區(qū)水平井鉆遇地層以DXHW1784井為例，見(jiàn)表1。

表1 DXHW1784井斜井段地質(zhì)分層數(shù)據(jù)表

預(yù)計(jì)氣層：井段：3397m～3462m，厚度65m，百口泉組(T1b)；井段：3566～3624.24m，厚度58.24m，梧桐溝組下段（P3wt）。

1.2 滴西18井區(qū)

滴西18井區(qū)水平井鉆遇地層以DXHW1852井為例，見(jiàn)表2。

預(yù)計(jì)氣層：

井段：3197～3213m，厚度16m，百口泉組(T1b)；

井段：3303～3355.53m，厚度52.53m，石炭系（C）。

2 井身剖面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

2.1 滴西178井區(qū)

滴西178井區(qū)水平井井身剖面以DXHW1784井為例，見(jiàn)表3。

表2 DXHW1852井斜井段地質(zhì)分層數(shù)據(jù)表

表3 DXHW1784井井身剖面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表

2.2 滴西18井區(qū)

滴西18井區(qū)水平井井身剖面以DXHW1852井為例，見(jiàn)表4。

表4 DXHW1852井井身剖面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表

3 施工過(guò)程分析

3.1 鉆頭使用情況

3.1.1 造斜段?215.9mm鉆頭

滴西氣田水平井井深較深，提、下鉆工期長(zhǎng)；KOP主要分布在克拉瑪依組T2k，克拉瑪依組與目的層之間僅有百口泉組、梧桐溝組（178井區(qū)目的層），百口泉組T1b層位較?。?78井區(qū)百口泉組厚度60～70m，井斜10°～30°，斜深70m左右，18井區(qū)百口泉組厚度10～20m）；本區(qū)三開(kāi)不同地層對(duì)鉆頭機(jī)械鉆速影響不大。綜上所述，進(jìn)入造斜工況后，不宜因變換層位而提鉆更換相應(yīng)鉆頭，可以使用一種鉆頭完成造斜段。

牙輪鉆頭使用情況：造斜段主要使用MD517X，MD高速馬達(dá)鉆頭具有適應(yīng)高轉(zhuǎn)速、保徑能力和穩(wěn)定性強(qiáng)、可靠性高、水力效果好和壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。MD高速馬達(dá)鉆頭適應(yīng)300～90r/min轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)，是定向井、水平井的理想選擇。使用壽命優(yōu)于HJ517。DX1715井造斜段主要使用MD517X，有3趟鉆純鉆時(shí)間超過(guò)110h。DXHW1783井每只MD517X鉆頭平均純鉆時(shí)間為72.6h。在機(jī)械鉆速相仿的情況下，通過(guò)充分利用單只鉆頭的使用壽命，達(dá)到減少起、下鉆，縮短工期，節(jié)約鉆井成本的目的。

PDC鉆頭使用情況：主要使用M626T（6刀翼，16mm齒徑，平均機(jī)速0.3m/h），M925T（5刀翼，19mm齒徑，平均機(jī)速0.55～1.02m/h），CAM5164T（5刀翼，16mm齒徑，平均機(jī)速0.44m/h）。DXHW1784井、DX?HW1851井、DXHW1852井因PDC造斜機(jī)械鉆速在0.5m/h以下而提鉆更換鉆頭。2014年完鉆井DX?HW176井造斜段使用JS935（5刀翼，19mm齒徑），定向鉆進(jìn)時(shí)機(jī)械鉆速0.38m/h。以上PDC鉆頭定向鉆進(jìn)機(jī)械鉆速與牙輪鉆頭相當(dāng)，甚至低于牙輪鉆頭。PDC鉆頭破巖機(jī)理及鉆進(jìn)參數(shù)主要是低鉆壓、高轉(zhuǎn)速，滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)鉆頭轉(zhuǎn)速與泥漿泵排量成正比，而本區(qū)高排量往往導(dǎo)致井漏發(fā)生。

通過(guò)對(duì)本區(qū)完鉆井造斜段統(tǒng)計(jì)，2015年滴178井區(qū)牙輪鉆頭機(jī)械鉆速為1.00～1.46m/h，PDC鉆頭機(jī)械鉆速為0.47～1.02m/h；滴18井區(qū)牙輪鉆頭機(jī)械鉆速為1.70～1.92m/h，PDC鉆頭機(jī)械鉆速為0.44～0.50m/h（見(jiàn)表5）。

表5 滴西水平井分段技術(shù)統(tǒng)計(jì)表

3.1.2 水平段?152.4mm鉆頭

本區(qū)水平段均使用PDC鉆頭，滴178井區(qū)PDC型號(hào)有M325T、M326T、M624T、M625T，以上型號(hào)鉆頭在砂巖里機(jī)械鉆速均能達(dá)到5～6m/h，泥巖里則小于1m/h，平均機(jī)械鉆速1～3m/h，無(wú)明顯差異。滴18井區(qū)DXHW1852井PDC型號(hào)為T505X，平均機(jī)械鉆速為11.22m/h（見(jiàn)表5）。

3.2 螺桿使用情況

3.2.1 造斜段?172mm螺桿

造斜段螺桿選擇7LZ?172mm×1.5°，各井使用該螺桿工具能力最高均達(dá)到9.68°～9.98°/30m，高于設(shè)計(jì)造斜率（7.3°/30m左右），可通過(guò)復(fù)合鉆進(jìn)降低造斜率，滿足軌跡控制要求。直導(dǎo)眼側(cè)鉆選擇7LZ?172mm× 1.75°。

3.2.2 水平段?120mm螺桿

水平段使用螺桿型號(hào)有：7LZ?120mm×1.25°（?147mm螺旋穩(wěn)定塊），復(fù)合鉆進(jìn)每單根增斜0.7°～1.1°，自然增斜率達(dá)3°/30m（鉆壓20～80kN），對(duì)鉆壓不敏感；7LZ ?120mm×1.25°，復(fù)合鉆進(jìn)穩(wěn)斜效果較好，自然增斜率0.8°/30m左右（鉆壓40～60kN），對(duì)鉆壓較敏感；7LZ ?120mm×1°，復(fù)合鉆進(jìn)穩(wěn)斜效果好，自然增斜率0.5°/30m左右（鉆壓40～60kN），對(duì)鉆壓較敏感。

3.3 井漏復(fù)雜

本區(qū)井漏層段跨度大，從白堊系到二疊系均有漏失，井漏主要層段為白堊系上部的疏松砂巖，侏羅系三工河組一段砂層，三疊系克拉瑪依組底部及百口泉組砂礫巖層，以及二疊系目的層裂縫發(fā)育段等。

今年滴西氣田水平井斜井段均有不同程度井漏等復(fù)雜，導(dǎo)致工期延長(zhǎng)：DXHW1783井水平段處理井漏復(fù)雜1趟鉆，耗時(shí)5d。DXHW1784井造斜段處理井漏、氣侵復(fù)雜2趟鉆，耗時(shí)4d。DXHW1785井造斜段處理井漏復(fù)雜2趟鉆，耗時(shí)6d，水平段處理溢流復(fù)雜1趟鉆，耗時(shí)2d。DXHW1852井造斜段處理井漏復(fù)雜2趟鉆，耗時(shí)7d。因此，有必要從泥漿性能等方面提供預(yù)防和控制措施。

3.3.1 井漏控制重點(diǎn)

（1）斜井段參考漏斗粘度55～65s，增加洗井時(shí)間，降低環(huán)空巖屑濃度；

（2）鉆進(jìn)過(guò)程中通過(guò)加入膠凝劑及QCX-1進(jìn)行隨鉆防漏，補(bǔ)充SMP-1和SPNH，改善泥餅質(zhì)量，提高鉆井液的封堵和防塌能力；

（3）儲(chǔ)備堵漏鉆井液50m3左右備用，發(fā)現(xiàn)井漏能快速處理；現(xiàn)場(chǎng)一般采取10%（5%綜堵+5%核桃殼1mm）高濃度橋堵漿橋堵；

（4）如鉆進(jìn)中發(fā)生井口失返漏失，通過(guò)連續(xù)灌漿等方式盡量保持井筒液柱壓力，并快速提鉆至安全井段，然后進(jìn)行堵漏，避免出現(xiàn)井壁垮塌埋卡鉆具事故。

3.3.2 參考泥漿密度

地質(zhì)設(shè)計(jì)提供：滴西178井區(qū)目的層梧桐溝組氣藏壓力系數(shù)在1.32～1.33之間；參考DX1708井實(shí)際壓裂數(shù)據(jù)：井段3554～3582m，對(duì)應(yīng)井口破裂壓力為68MPa；滴西178井實(shí)際壓裂數(shù)據(jù)：井段3586～3605m對(duì)應(yīng)井口破裂壓力為66MPa。

根據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)提供壓力系數(shù)及鄰井實(shí)鉆使用鉆井液密度，合理有效調(diào)整泥漿密度，確保斜井段井壁穩(wěn)定，克拉瑪依組參考密度1.30～1.31g/cm3，百口泉組參考密度1.31g/cm3左右，滴178井區(qū)進(jìn)入梧桐溝組前30m建議將密度提至1.35g/cm3，進(jìn)入梧桐溝組上氣層前30m逐步提至1.38～1.41g/cm3，參考完鉆密度1.38～1.42g/cm3。滴18井區(qū)，地層壓力偏低，進(jìn)入梧桐溝組前30m建議將密度提至1.32g/cm3，參考完鉆密度1.32～1.35g/cm3。鉆井過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理調(diào)整。

另外，泥漿泵排量在滿足隨鉆測(cè)量?jī)x器正常工作的情況下盡量使用較低值，造斜段排量22L/s左右，水平段排量15L/s左右。

4 提速建議

（1）造斜段使用型號(hào)為MD517X的牙輪鉆頭，能提供機(jī)械鉆速大于1.0m/h，根據(jù)實(shí)際情況單只鉆頭純鉆時(shí)間控制在70～120h。水平段試用不同型號(hào)PDC鉆頭進(jìn)行優(yōu)選。

（2）造斜段選擇7LZ?172mm×1.5°螺桿。水平段選擇合適的螺桿以獲得較低的自然增斜率，減少水平段滑動(dòng)鉆進(jìn)，既提高機(jī)械鉆速，又提高軌跡平滑度，對(duì)后期作業(yè)有較大幫助；不建議使用1.25°帶?147mm穩(wěn)定塊的螺桿，其復(fù)合鉆進(jìn)自然增斜率達(dá)3°/30m；建議使用1°或1.25°無(wú)穩(wěn)定塊光螺桿，穩(wěn)斜效果較理想。

（3）優(yōu)選鉆進(jìn)參數(shù)，既利于降低井漏風(fēng)險(xiǎn)，又利于控制井眼軌跡：以DXHW1784井為例，為降低井漏風(fēng)險(xiǎn)，泥漿泵排量在滿足儀器信號(hào)情況下盡量使用較低值，造斜段排量22L/s，水平段15 L/s；水平段復(fù)合鉆進(jìn)過(guò)程中，較高的轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速，方位較穩(wěn)。

（4）為降低井漏風(fēng)險(xiǎn)，在保證井內(nèi)壓力平衡的前提下，盡量使用泥漿密度的較低值，重點(diǎn)做好一次井控。鉆開(kāi)氣層后，提鉆前試提鉆檢測(cè)油氣上竄速度，滿足要求方可正式提鉆。坐崗及時(shí)發(fā)現(xiàn)井漏，停鉆堵漏，防止“漏噴轉(zhuǎn)換”，發(fā)現(xiàn)溢流立即關(guān)井、疑似溢流關(guān)井檢查。

圖4 上沖程時(shí)抽油桿扶正器應(yīng)力分布

5 結(jié)論

（1）運(yùn)用ANSYS Workbench分析抽油桿扶正器在設(shè)計(jì)上有一定缺陷，特別是在軸肩處存在應(yīng)力集中；

（2）基于有限元分析結(jié)果，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的扶正器應(yīng)力分布更為合理，優(yōu)化后的扶正器疲勞壽命得到顯著提高；

（3）改進(jìn)后的水平井抽油桿扶正器剪斷現(xiàn)象大幅下降，增長(zhǎng)了檢泵周期，降低了采油成本；

（4）將ANSYS Workbench軟件的疲勞壽命分析應(yīng)用于水平井抽油桿扶正器，為設(shè)計(jì)高性能抽油桿扶正器提供了理論依據(jù)和方法。

[1]楊敏嘉，趙洪激，劉玉泉.斜直井抽油桿扶正器的使用[J].石油機(jī)械，1991，19（6）：24-25.

[2]董世民，李寶生.水平井有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1996.

[3]趙洪激，彭高華，張德春.水平井抽油桿載荷計(jì)算[J].石油機(jī)械，1995，23（7）：39-43.

[4]O.Rivas，A.Newsky，M.Cedeno，P.Rivera.Sucker Rod Centraliz?ers for Directional Wells[J].Proceedings of the SPE Latin Amer?ican Petroleum Engineering Conference，Rio de Janeire,Oct 14-19，1990.（SPE21131）.

[5]許明財(cái).Workbench簡(jiǎn)介—ANSYS協(xié)同仿真環(huán)境[M].

TE24

B

1004-5716(2016)12-0032-04

2016-02-27

2016-03-01

付仕（1986-），男（漢族），新疆克拉瑪依人，工程師，現(xiàn)從事定向井水平井技術(shù)服務(wù)工作。