大港油田大位移定向井鉆井提效增速關鍵技術研究

王英博

摘 要：針對大港油田大位移定向井存在的摩阻和扭矩大、軌跡控制難度大、井壁穩定難度大、長裸眼段下套管難度大、井眼凈化要求高等技術難點，研究制定了一套大位移水平井鉆、完井技術。論述了大位移水平井實施中的井眼軌跡設計技術、導向鉆井技術、漂浮下套管技術、高潤滑強抑制的優質鉆井液技術、摩阻扭矩預測及監測技術等，并經實踐證明該套技 術在大港油田能有效提高鉆井效率。

關鍵詞：大位移井;軌跡控制;摩阻扭矩;漂浮下套管;大港油田

前言

大位移井是指所鉆井的水平位移與垂深之比等于或大于2的定向井，大位移井技術在大港油田地面條件受到限制的地區應用比較廣泛。通過對大位移定向鉆井技術難點的分析和對關鍵技術進行研究和探索，取得了寶貴的經驗。

1大位移井鉆完井技術難點

通過軌跡優化、水力學與井眼凈化、管柱力學分析與套管下入等前期研究和分析，大位移井的主要技術難點有以下幾個方面。

1.1井眼軌跡優選

大位移井突出特點是水平位移大、井斜角大，導致鉆柱和套管在井眼內摩阻和扭矩大，大位移井井眼軌跡優化是減少摩阻和扭矩的主要途徑之一。

1.2 軌跡控制難度大

長穩斜段鉆進，由于鉆具組合和地層的原因會導致井斜角控制難度大，再加之鉆頭旋轉的原因，容易產生方位飄移。同時，電潛泵采油下入段對“狗腿”度要求高，井眼軌跡要求平滑度高，使井眼軌跡控制難度大。

1.3摩阻和扭矩大

摩阻和扭矩是大位移井水平位移延伸程度的主要限制因素，由于穩斜段長、井斜角大，重力效應突出，上提、下放鉆具的阻力增加，鉆進加壓困難;鉆柱摩擦阻力大、扭矩大，下部鉆具易屈曲，傳遞扭矩困難 。

1.4長裸眼段下套管作業難度大

大位移井套管需下入長裸眼段的大斜度井段，深度較大。在正常下入過程中由于摩阻較大， 下部套管段可能會產生屈曲變形，使套管下入難度大，甚至難以下到預定深度。

1.5井壁穩定難度大

部分地區油藏埋藏淺，造斜點淺，地層較軟，所鉆大位移水平井深，鉆井周期長，在大斜度井段易發生井壁失穩，可能導致垮塌。

1.6 井眼凈化要求高

大位移井水平位移大，井眼清潔、攜砂困難，若井眼尺寸較大，鉆井液返速低，造成巖屑沉積，易形成巖屑床，對鉆井液性能及工程參數匹配要求高。

2 大位移水平井定向井鉆井提速技術

2.1井眼軌跡及井身結構優化

大位移水平井的井眼軌跡、井身結構設計需要考慮地質要求、地層巖性、造斜工具的造斜率、完井方式等因素，井眼軌跡和井身結構是大位移井能否成功實施的關鍵。

2.1.1 井眼軌跡優化

目前全球范圍所鉆大位移井所用的剖面形狀主要有常規曲率設計和變曲率設計2種，結合莊大港油田大位移水平井實際情況，同時考慮多點約束問題，采用三維擬懸鏈線剖面設計變曲率剖面設計的比較多。為盡量減少摩阻和扭矩，對不同的變曲率設計剖面進行優化，結合摩阻、扭矩分析結果（懸鏈線剖面摩阻和扭矩相對較低），確定了以初始曲率、曲率變化以及到最大曲率參數最優化的擬懸鏈線剖面。

2.1.3井身結構優化

主要考慮以下 3個方面 ：

（1）表層套管封過“狗腿”度較大的造斜段，防鍵槽卡鉆，保證中間大段穩斜井段的安全鉆進，同時封住上部疏松地層，減少井下復雜;

（2）中間套管封至入窗點，為實現儲層專打創造條件，并為下部篩管完井做好準備;

（3）由層水平段采用篩管完井。

2.2摩阻分析

大港油田部分區塊的大位移井水平位移大、水垂比高，且大部分井段為穩斜井段、井斜在 80°左右，這使得在鉆進、起下鉆和下套管等作業過程中摩阻、扭矩問題非常突出。摩阻、扭矩過大，輕則會增加施工難度，延長鉆井作業時間;重則使鉆井作業無法進行，導致井眼提前完鉆或達不到預計的鉆井深度。

2.2.1鉆具摩阻、扭矩優化研究

（1）311.1mm井眼，井深3367.43m，水平位移2741.43m

①鉆具組合：311.1mm鉆頭+245.0mm導向馬達+298.0mm欠尺寸扶正器+127.0mm非磁抗 壓縮鉆桿1根+165.0mmMWD+139.7mml8°S135鉆桿2600m+127.0mm加重鉆桿21根+139.7 mm 鉆桿若干。②工況參數：鉆井液密度1.20 g/cm3，旋轉鉆進鉆壓60 kN，滑動鉆進鉆壓30kN，起下鉆速度10m/min，鉆頭扭矩7000N·m。

（2）215.9mm井眼，井深4080.00m，水平位移3452.18 m

① 鉆具組合：215.9mm鉆頭+172.0 mm導向馬達+203.0 mm欠尺寸扶正器+127.0mm非磁抗壓縮鉆桿1根+165.0mmMWD +139.7mm18。S135鉆桿3050m+127.0mm加重鉆桿21根+139.7 mm鉆桿若干。②工況參數：鉆井液密度1.15 g/cm3，旋轉鉆進鉆壓60kN，滑動鉆進鉆壓30 kN，起下鉆速度10m/min，鉆頭扭矩4000N？m。

（3）理論分析結果

215.9mm井眼在套管內摩擦系數為0.25、裸眼摩擦系數分別取0.25、0.35時，均未出現任何彎曲現象。311.1mm井眼在套管內摩擦系數0.25、裸眼摩擦系數0.35的情況下，鉆至人窗前調整井段時，滑動鉆進及滑動下鉆均出現了正弦彎曲，說明必須采用旋轉鉆井方式才能順利調整井眼軌跡，并順利下鉆到底;而在套管內摩擦系數0.20、裸眼摩擦系數0.25時，不會出現任何彎曲，說明要降低鉆具摩阻扭矩，實現鉆壓的有效傳遞，只有通過降低摩擦系數才能實現。

2.2.2套管下入摩阻預測

根據井眼軌跡及井身結構確定過程中的分析研究認為，中間套管（244.5mm）的下入難度最大，如何保證套管的順利下入，確保其下入預定深度對大位移井實施至關重要。中間套管將下入一定深度右，井斜角 79.0°-81.8°。根據已鉆大位移井的經驗，下放載荷應大于靜載荷的30%，套管即可順利下入。分析結果：244.5 mm下放載荷小于靜載荷的30%，不能達到套管順利下入的條件，尤其是在裸眼摩擦系數取0.45時，甚至無法下入。為了保證該層套管順利下入，實施過程中應采用漂浮下套管技術，確保其順利下到預定深度 。

2.3鉆井液優選

大位移水平井由于井斜、位移大，井型復雜，裸眼段長且泥巖井段造漿嚴重，隨著固相含量和搬土含量的提高，易造成下部井眼不清潔，摩阻增大。結合該地區地層物性分析，選用強抑制性、潤滑性好的鉆井液，確保井壁穩定，并滿足井下工具 （MWD、LWD、動力馬達等）、 攜巖和儲層保護要求。入窗前井段主要采用無固相鉆井液體系，入窗后實施油層專打，采用優質無固相鉆井液，能有效地保護儲層，滿足水平井段井眼凈化及潤滑的要求。

3.結論

（1）大位移水平井井眼軌跡采用擬懸鏈線剖面設計，有利于降低扭矩。

（2）選用MWD+導向馬達成熟的定向鉆具結構和適當的鉆井參數，通過旋轉鉆進配合滑動鉆進的鉆井方式，能有效控制井眼軌跡，提高鉆井速度，是實現安全、高效鉆井的重要手段。

（3）摩阻、扭矩預測技術、漂浮下套管技術、具有良好潤滑性和抑制性的水基鉆井液體系、 ECD預測與實鉆對比分析技術等先進技術的集成應用是大位移水平井鉆井成功的關鍵 。

（4）準確預測并做好ECD實測分析對及時清理巖屑床、優化鉆具結構和鉆進參數、保證安全鉆井有著重要的意義。

參考文獻：

[1] 周守為，張鈞.大位移井鉆井技術及其在渤海油田的應用[M].北京：石油工業出版社，2002.