叢式三維水平井施工難點分析

摘要：中石化華北分公司在東勝氣田由于井場受征地限制，布井時一個井場布置2-3口水平井，井間距一般5米左右，為確保井與井之間水平段距離大于600米，因此需要進行三維軌道設計，為實現三維水平井快速成井，摸索合理可行的三維水平井施工技術及控制方法是關鍵。

關鍵詞：三維水平井;偏移距;偏移比;偏垂比;綜合難度系數

1叢式三維水平井的設計特點

三維水平井指的是井口到入窗點的閉合方位與水平段靶體方位不在同一條直線上的井，叢式三維水平井井組是指井組井數大于等于兩口，且至少有一口井身軌跡為三維設計的水平井的叢式井組。

由于水平井的靶體要求矢量中靶，入靶方位角必須和設計方位一致，而三維水平井由于井口與入窗靶點存在偏移距，這就需要在入靶前提前調整，在合適的井段從三維扭方位段變為目標垂面內的二維軌跡，提高現場軌跡控制的精確性。

2叢式三維水平井的施工難點分析

2.1井間距小（5m左右）

直井段既要考慮與鄰井的防碰，又要考慮三維增斜扭方位井段減小施工難度，防碰壓力大。

2.2直井段控制難度較普通水平井增大

由于三維水平井存在偏移距的特點，并且要考慮與鄰井的防碰，需要從直井段以預定的方位角增井斜產生位移以避開鄰井，若滿足防碰要求的預定方位與設計方位不一致，又會增加下部扭方位的工作量。

2.3井下更易產生復雜情況

三維水平井在施工過程中井內巖屑的攜帶會更加困難，在三維井段，如果狗腿度偏大，在下鉆過程中更易遇阻，若需進行劃眼作業，則更易劃出新井眼，因此在施工過程中也更容易出現井下復雜情況。

2.4巖屑攜帶更困難，容易形成巖屑床

由于三維水平井扭方位段一般設計在井斜30-70度井段，在增斜的同時方位不斷變化，巖屑在井眼內運移更加復雜、困難，導致巖屑比二維水平井攜帶更困難，更容易形成巖屑床。

2.5大井斜井段扭方位工作量大，滑動鉆進井段長，施工效率低

三維井段在增斜的同時要扭方位，矢量中靶的難度增大，想要達到設計要求的增斜率和方位變化率，使用同樣彎度的動力鉆具必須增加滑動鉆進井段，這樣就導致平均機械鉆速慢，鉆井周期增長。杭錦旗區塊施工的三維水平井在扭方位增井斜井段，每單根平均需要滑動6-8米，而普通二維水平井在斜井段每單根只需滑動3-5米即可滿足設計要求。若使用高度數動力鉆具，會造成滑動井段井眼曲率較高，影響加壓、起下鉆及巖屑的攜帶，容易造成井下復雜。

2.6三維井滑動井段長、鉆時高，后期作業困難

由于巖屑攜帶困難、巖屑床難清除、鉆具在三維井眼受力復雜，造成鉆具容易自鎖、鉆壓加不到鉆頭上，導致滑動鉆進困難，滑動鉆時高。在JPH-429井石千峰地層扭方位井段鉆時最慢達到120分鐘/米，JPH-420井鉆時也達到70分鐘/米，JPH-420井扭方位初期設計方位變化率10.5°/30m，使用1.5度單彎螺桿滑動鉆進8米只能調整2度方位，更換1.75度螺桿后仍然需要滑動7米以上才能達到設計要求，施工效率低下。

3三維水平井難度分析

3.1偏移比

偏移距與靶前距的比值，數值越大，消除偏移距的工作量越大，有限的井段需要大幅度扭方位才能確保準確入窗，造成摩阻扭矩增加;

3.2偏垂比

偏移距與有效垂深（靶點垂深-造斜點垂深）的比值，偏垂比大，表明在有限的垂深下既要完成扭方位，又要增井斜確保準確入窗;

3.3綜合難度系數=1+偏移比+偏垂比

在靶前距一定的情況下，三維水平井的偏移距越大，偏移比和偏垂比越大，施工難度也越大。

4采取的技術措施

4.1直井段在考慮鄰井防碰安全、設計允許范圍內，以一定的井斜按設計初始方位打出一定的位移來減小斜井段需要的偏移距，這樣就可以在相對較小的井斜提前扭方位，以減小扭方位施工難度。

4.2選用1.75°低彎點的高效單彎螺桿來完成大斜度井段的增斜扭方位施工，低彎點單彎螺桿由于彎點下移，偏移值比原1.5°單彎螺桿還要小，因此既能滿足增斜扭方位的要求，又可以復合鉆進，且復合鉆進增斜率較高，可以很大程度上減少滑動井段，提高施工效率。

4.3選擇倒裝鉆具組合，可有效解決大斜度井段、水平段鉆進時傳遞鉆壓的困難，提高鉆井效率。

4.4優化鉆井液性能，提高抑制性，穩定井壁;改善流形，保證井眼清潔;增強潤滑性，實現三維扭方位井段安全鉆進。

5幾點建議

5.1根據偏移距的大小，考慮利用直井段長的優勢，選擇合適的造斜點，以小井斜（7-10度）穩斜一定長度的井段減小偏移距。

5.2利用適當長度的穩斜、扭方位井段，在20-40度井斜之前將方位調整到位，將20-40度以后井段由三維變成二維，以降低大井斜井段施工難度，提高施工效率。

5.3利用直井段長的優勢，選擇適當的造斜點以小井斜（10-15度）穩斜井段完全消除偏移距，然后降斜至2度以內，把著陸控制段由三維徹底變成二維。

6結論

6.1可在直井段消除或減小偏移距，降低三維水平井的施工難度，根據收集到的資料，該技術已在長慶蘇里格氣田和涪陵焦石壩等油氣田得到普遍應用。

6.2增斜扭方位井段是三維水平井施工的關鍵井段，且地層多為砂泥巖等厚互層，鉆頭易泥包，滑動鉆時過長容易造成大肚子或糖葫蘆井眼，合理的泥漿性能，良好的攜巖性能和潤滑性，提高泥漿的抑制護壁性能尤其為重要。

6.3強化防碰意識，優化防碰軌跡設計，盡量保證與鄰井防碰掃描分離系數>3，確保防碰施工安全。

6.4引入旋轉導向或高效導向螺桿、水力振蕩器等新工具、新工藝，加強地質認識，優化軌跡控制，減小施工難度，降低施工成本。

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作者簡介：

魏紅利（1966-），男，中石化華北石油工程有限公司五普鉆井分公司，研究方向：鉆井技術研究。