順北區塊超深120mm小井眼定向技術難點及對策

董小虎，商 森

（西北油田分公司，新疆輪臺841600）

塔河油田順托果勒低隆北緣順北井區主力油氣藏構造奧陶系一間房組黃灰色泥晶灰巖含硅質團塊，同時儲層均位于斷裂帶附近，儲層縫洞發育見圖1，儲層物性較好，適于采用水平井技術開發。2016年順北地區部署完成的5口水平井都是以一間房組為目的層，造斜點井深均超過7270m，造斜點至B點垂差小于90m，全角變化率高達22°/30m，完鉆井深最深達到8049.5m，5口井目的層鉆進過程發生了不同程度的漏失，鉆遇好的儲集體。該地區定向鉆井過程中遇到了一些技術難題,嚴重影響了鉆井周期,在順北區塊縮短四開周期存在較大空間、總結相關技術要點，破解技術難題，找到適合順北地區的優快定向鉆井技術,有很大的現實意義。

1 技術難點

（1）井底預計靜止最高溫度可能達到160℃，對定向儀器和工具提出了較苛刻的要求，易導致定向儀器和工具的提前失效。普通螺桿鉆具在高溫條件下橡膠定子老化加速，使得螺桿工作壽命大幅縮短，增加起下鉆次數，不利于提速。國產隨鉆測量儀器的工作溫度不及國外的產品[1]，同時脈沖信號在長距離傳輸也使得信號衰減嚴重，儀器故障率顯著增加。

（2）設計造斜點選擇在地層巖性穩定的奧陶系一間房組，埋深超過7400m，同時一間房組也是地質預計儲層發育段。造斜率高，造斜點深、地層硬度高含硅質團塊，定向工具面難以擺到位，鉆壓不能有效傳遞到鉆頭上。順北1-2井設計造斜點7447m，井眼尺寸120.65mm，造斜點與B點垂身85m，井斜從0°增至88°，全角變化率21.9°/30m，扭矩大、摩阻大，井身結構見圖1。

（3）小井眼95mm螺桿工作穩定性差，壽命短，且小井眼88.9mm鉆桿剛性弱，定向過程造斜率波動大，實鉆過程中可能多次調整軌跡。小井眼螺桿彎度選擇難度大，短半徑水平井要求造斜率高且滿足設計的井眼軌跡，實鉆過程因造斜率、軌跡、螺桿壽命、儀器信號等原因需起鉆，增加了定向施工周期。

（4）高溫條件下鉆井液高溫穩定性、流變性、潤滑性、井眼凈化能力等調控難度大。

2 措施及實施

2.1 優選儀器及螺桿

根據對比選擇，斯倫貝謝SLMPULSEG5和美國APS隨鉆測量儀器，抗高溫穩定性滿足要求。儀器相關參數見表1。

其中5口井選用了螺桿使用95mm直徑的抗高溫的高效定向彎螺桿（見表2），廠家及螺桿型號有天津立林5LZ95×7.0-ⅧSF、德州聯合5LZ95×7.0-DG、北京石油機械廠5LZ95×7.0-DG。小螺桿在純鉆時間、安全性能等方面較低，?95mm螺桿平均純鉆時間49.5h，另外對于定向接頭工具的性能要求高，鉆具故障預防也是超深短半徑水平的重點工作之一。

實踐數據，立林和德州的螺桿穩定性好，安全使用時間50h，北石螺桿安全使用時間80h，但是螺桿功率高，振動劇烈，導致儀器故障多，順北1-4H使用北石廠家螺桿期間發生3次儀器故障。

圖1 順北區塊井身結構圖

表1 隨鉆測量儀器參數對比

表2 螺桿使用情況統計表

2.2 軌跡控制優化，引用雙增剖面

針對井超深、短半徑水平段的特點，四開造斜段采用復合鉆具組合，及時監測軌跡變化，確保井眼軌跡平滑、井眼質量好，降低鉆具摩阻和扭矩，保證鉆壓有效傳遞。

鉆具組合：?120.65mmPDC（百施特M0864）+?95mm螺桿+單流閥+?88.9mm無磁鉆鋌+MWD懸掛短節+接頭+?88.9mm非標鉆桿×16根+旁通閥+?88.9mm非標鉆桿×114根+?88.9mm加重鉆桿×45根+?101.6mm鉆桿，選用?88.9mm非標鉆桿的主要原因，技術尾管為?139.7mm套管，內徑?124.3mm，標準?88.9mm鉆桿無法通過。選用?88.9mm非標鉆桿可以使環空間隙滿足攜砂要求，并較少環空阻力。

鉆井參數：鉆壓10～20kN；排量8～11L/s；泵壓18.5MPa；轉速螺桿為定向段軌跡平滑，減少造斜段調整軌跡的起下鉆次數，造斜井段通過優化更好地滿足軌跡要求，這樣可縮短因調整軌跡需要而更換不同彎度螺桿的起下鉆頻次，對比圖2、圖3，第一次造斜率越大，后期增斜更為容易。順北1-5H即為雙增剖面，通過下鉆到底后采用2°彎度螺桿增斜鉆至井斜50°，改2.5°螺桿提高造斜率，從50°增斜直90°。水平段鉆進井段1.5°螺桿復合鉆進。

圖2 順北1-2H井定向段設計與實鉆軌跡對比圖

圖3 順北1-5H井定向段設計與實鉆軌跡對比圖

2.3 鉆井液性能優化

為了降低超深短半徑水平井的施工復雜，要求鉆井液具有較好的潤滑性，利于水平段鉆井提速，減少目的層施工周期。因此，一間房灰巖地層選用聚磺混油鉆井液體系，確保井眼清潔、減阻防卡和防硫化氫。

（1）潤滑降阻技術。采用聚磺混油鉆井液體系，3%黃化酚醛樹脂+3%褐煤樹脂提高抗高溫穩定性，2%液體潤滑劑+2%固體潤滑劑提高潤滑性，一次混入乳化好的原油，含油量在6%～8%，提高鉆井液潤滑性能，維持鉆井液極壓潤滑系數在0.06。4%的乳化瀝青提高防塌性，大中小分子量處理劑的合理搭配，形成薄而韌的濾餅。

（2）預防壓差技術。順北區塊一間房地層裂縫發育、地層壓力系數為1.1～1.2g/cm3，實鉆中鉆井液密度控制在1.25～1.32g/cm3，降低壓差卡鉆風險并保證井控安全。

（3）高溫流變性和穩定性。為了保證高溫流變性和沉降穩定性，選用優質的抗高溫材料，3～5kg/cm3聚陰離子纖維素，20kg/cm3高軟化點乳化瀝青，8kg/cm3抗高溫稀釋劑，調整膨潤土含量，防止高溫增稠或高溫稀釋，影響高溫穩定性，鉆井液密度1.32g/cm3，粘度48～52s,塑性粘度16～18mPa·s，動切力6～8Pa，靜切力3/7Pa。

（4）硫化氫防護。pH值調整至9.5以上，并鉆進期間添加除硫劑，每鉆進50m加入200kg處理劑。

順北1-5H鉆井液性能：密度1.32g/cm3；粘度48s；塑粘16mPa·s；動切6Pa；靜切3/7Pa；失水4.6mL；泥餅0.5mm；pH10；含砂 0.1%；固含 13%；坂含 26kg/m3；Kf0.0524；Cl-21000mg/L；Ca2+220mg/L；HTHP 12mL/150℃，含油5%。

3 應用效果

通過要求使用抗高溫的定向儀器和螺桿工具，提高定向軌跡增斜段的可操作性，增強鉆井液抗高溫性、潤滑性，克服了超深120.65mm小井眼短半徑水平井溫度高、鉆具強度低、造斜率高、摩阻大的多項技術難題，安全高效地完成了5口超深短半徑水平井的施工任務，時效和周期見表3。其中順北1-4 H井完鉆斜深8049.5m,順北1-5H完鉆垂深7576m,創國內定向井斜深和垂深記錄。

4 結論及建議

（1）推薦選用的“抗高溫螺桿+MWD”進行順北超深短半徑水平井定向施工，天津立林和德州聯合的95mm螺桿穩定性好，與定向儀器匹配度高，可以作為首選。但進一步縮短定向段周期，需提高螺桿的使用壽命。斯倫貝謝SLMPULSEG5和美國APS儀器，抗高溫穩定性滿足要求，儀器通過自帶充電電池工作，電池的工作時間有待進一步增加。

（2）定向段推薦采用“PDC鉆頭 +2.25°～2.5°彎螺桿+高溫MWD”組合，執行“雙增剖面”的軌跡設計方案，保證軌跡平滑，達到減小摩阻的要求。

（3）水平段定向鉆井參數，鉆壓10～20kN，排量8～11L/s；泵壓18.5MPa可滿足施工要求。

（4）針對順北井區一間房組地質特性，形成了相應的順北超深水平井鉆井液技術，并提出了鉆井液關鍵性能指標。但是針對超深高溫井鉆井液穩定的評價，有待進一步明確評價標準。

表3 順北區塊四開井段時效分析表

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