全液壓頂驅車載鉆機在淺層頁巖油水平井施工中的應用

賀曉強 郭文祥 雷云龍 安彥鋒

(陜西煤田地質油氣鉆采有限公司，陜西 710054)

鄂爾多斯盆地不僅頁巖油資源豐富,而且開發條件優越,具有廣闊的開發利用前景,對解決我國油氣常規能源供需矛盾突出的問題非常有利。全液壓頂驅車載鉆機可適用多種工藝鉆進技術，為了更好發揮車載鉆機的性能和優勢，破解在淺層頁巖油水平井施工中遇到的垂深淺、曲率半徑大、水平段長、下套管靠自重下不到位等問題，我們在陜北地區淺層頁巖油水平井項目施工中進行了實踐探索。

1 項目概述

鄂爾多斯盆地是西北地區有關油頁巖記錄最多的地區,頁巖油分布層位包括侏羅系延安組、安定組,三疊系延長組、二疊系山西組及石炭系太原組。其中,三疊系延長組、侏羅系安定組油頁巖全部分布在陜西境內渭河以北地區,侏羅系延安組油頁巖也主要分布在陜西北部,總分布面積將近18×104km2。本項目前期布設兩口淺層頁巖油水平井，5002平1井鉆井深度1695m，水平段長712m，8007平2井鉆井深度1329m，水平段長535m。

本項目施工采用全液壓頂驅動力頭車載鉆機，該鉆機主要采用升縮桅桿、頂驅、全液壓等技術，提升力、轉速、扭矩是通過控制面板的閥門調節液壓來控制旋轉馬達的參數。設備動力頭凈行程15.24m、提升力90.72t、下壓力14.54t。鉆機全液壓頂驅動力頭鉆進，使操作中提升、下行、旋轉平穩，便于定向操作，避免了其他鉆機卷揚鋼絲繩操作中，存在的加壓、提升不平穩的問題。占用場地小，安裝便捷；下套管緊扣均勻，下放平緩，遇阻可以旋轉，開泵循環，避免由于操作不當，造成的頓鉆及施工中由于提升力不均勻造成的鍵槽卡鉆等事故；在遇到開孔層位為基巖時，可解決施工中加不上壓的問題。

2 井身結構

在該區域施工的兩口淺層頁巖油水平井，分別為5002平1井和8007平2井，屬于某油田公司的兩口技術試驗井，根據工程設計，井身結構分別如圖1、圖2所示。

圖1 5002平1井井身結構圖

圖2 8007平2井井身結構圖

3 鉆遇地層

兩口井鉆遇地層深度不同，5002平1井目的層為長7，8007平2井目的層為長21，分別見表1、表2。

表1 5002平1井地質分層

表2 8007平2井地質分層

4 主要施工設備及鉆具組合

根據井斜控制、鉆頭工作穩定性及眼軌跡控制要求，在可能條件下組合應盡量簡化，確定本項目兩口井一、二開及斜井段、水平段鉆具組合。

4.1 5002平1井主要施工設備及鉆具組合

車載全液壓鉆機一臺；蘭石1000型泥漿泵一臺(缸徑170mm、排量28L/s、泵壓8MPa)；12V190柴油機一臺(810kW/1300轉)；固控系統一套。5002平1井鉆具組合見表3。

表3 5002平1井鉆具組合

4.2 8007平2井主要施工設備及鉆具組合

車載全液壓鉆機一臺；青州1300型泥漿泵一臺(缸徑170mm、排量35L/s、泵壓12～13MPa)；12V190柴油機一臺(810kW/1300轉)；固控系統一套。8007平2井鉆具組合見表4。

表4 8007平2井鉆具組合

5 施工過程

5.1 5002平1井施工過程

本井完鉆井深1695.00m，水平段長712.12m，建井周期48d。一開鉆進3d，完鉆井深246.09m，鉆壓5～10t(下壓力3～5t)，泵壓1.2～2.5MPa,扭矩4000N·m，提升力12t，采用清水鉆進；二開鉆進，直井段鉆進用時4d，鉆至510m，復合鉆壓2～4t，泵壓5MPa，扭矩5600N.m，提升力19t，采用低固相聚合物鉆井液鉆進，比重1.07，粘度39s，失水量5mL/30min，pH9；斜井段鉆進10d，鉆至982.88m，復合鉆進鉆具加壓4-6t，泵壓7MPa，扭矩12300N·m，提升力24.8t，定向鉆具加壓10～12t，采用低固相聚合物鉆井液鉆進，比重1.07，粘度40s，失水量5mL/30min，pH9；水平段鉆進用時14d，鉆至1400m時，由于泥漿泵排量、泵壓皆達不到定向和鉆進要求，需要動力頭配合下壓增加鉆壓(動力頭加壓10t、鉆具加壓25t)，致使孔內扭矩高達22490N·m，已接近鉆機極限，無法繼續施工。后更換泥漿泵，由原來的蘭石1000型泥漿泵更換為青州1300型泥漿泵，鉆機各項參數恢復正常，復合鉆壓13～15t，泵壓12MPa,扭矩完鉆時為21.8000N·m，提升力36t，定向動力頭加壓8～10t，采用低固相聚合物鉆井液，比重1.07，粘度40s，失水量5mL/30min，pH9。

本井隨著孔深不斷增加，定向時依靠動力頭下壓力和鉆具自身加壓使鉆具與下孔壁接觸充分，在孔內(50°～60°)與孔壁摩擦力增大，致使孔內扭矩增大，造成定向方位難于控制，鉆具托壓嚴重，表現為提鉆時有彈跳現象，定向時間較長；鉆至1400多m，扭矩基本達到最大值，泵壓達不到螺桿正常工作需求，致使進尺較慢。

5.2 8007平2井施工過程

本井完鉆井深1329m，水平段長535m，建井周期24d。一開鉆進，歷時1d，復合鉆壓4～6t(下壓力2t)，泵壓5～7MPa,扭矩4000N·m，提升力13t，采用清水鉆進；二開鉆進，直井段鉆進用時2d，鉆至380m，復合鉆壓4t，泵壓7.5MPa，扭矩4000N·m,提升力17t，采用低固相聚合物鉆井液鉆進，比重1.07，粘度39s，失水量5mL/30min，pH9；斜井段鉆進6d，鉆至794m，復合鉆壓4～8t，泵壓10MPa，排量35L/s，扭矩9600N·m，提升力22.5t，定向鉆具加壓8～10t，采用低固相聚合物鉆井液鉆進，比重1.07，粘度39s，失水量5mL/30min，pH9；水平段鉆進用時7d，鉆至完井1329m，復合鉆壓8～12t，泵壓13MPa,扭矩11900N·m，提升力28.5t，定向鉆具加壓15～20t，采用低固相聚合物鉆井液鉆進，比重1.07，粘度40s，失水量5mL/30min，pH9。

本井由于更換大排量泥漿泵，使用加重鉆桿，減少了鉆具與孔壁的摩擦力影響，扭矩減小，解決了在定向中鉆具托壓的現象，使得定向時方位易于控制，定向時間縮短，復合鉆進時間增多，鉆井效率大幅提高。