ZS19-P1井眼軌跡控制技術研究與應用

鄒亞平，王迪，王能

（大慶鉆井工程技術研究院，黑龍江大慶163413）

大慶地區深井分布于松遼盆地北部，集中在徐家圍子、安達等斷陷。深層天然氣勘探開發目的層為登婁庫、營城組、沙河子等，埋深在3800~5000m，登婁庫組主要巖性為灰色、灰綠色砂泥巖互層，夾雜色泥巖；營城組為安山巖、角礫巖、凝灰巖、流紋巖、礫巖；沙河子組為砂質礫巖、礫巖、泥巖夾凝灰巖及煤層。大慶的深層天然氣，屬火山巖氣藏，勘探開發難度之大，堪稱世界級難題。ZS19-P1井是松遼盆地東南斷陷區徐家圍子斷陷徐西斜坡帶一口深層開發水平井，在鉆井過程中，下部地層存在可鉆性差、鉆速慢、井底溫度高等難點。通過對井眼軌跡控制技術研究與應用，使得該井提速效果明顯，不僅取得了較好的經濟效益，也為后期該區塊深層水平井施工提供了寶貴經驗。

1 基本概況

ZS19-P1井位于松遼盆地北部深層構造單元東南斷陷區徐家圍子斷陷徐西斜坡帶中部，為典型的鼻狀構造，西側為古中央隆起帶，東側緊鄰徐西深洼帶。該井設計井深4300m，完鉆井深4700m。目的層為營一段，本井三層套管井身結構（表1），三開215.9mm井眼造斜。因此安全、高效施工，是鉆井施工攻關的重點和難點。

表1 ZS19-P1井井身結構

2 施工難點

水平井井眼軌跡控制施工方案的優化是保證水平井順利完成的關鍵，針對不同的井身剖面和地層剖面類型，選擇不同的井眼軌跡控制方案。ZS19-P1井一開和二開是直井段施工，和常規井施工相同，軌跡控制的難點主要體現在三開階段，涉及到造斜段施工和水平段施工。

（1）隨鉆儀器測量信息滯后。實鉆地質情況復雜多變，目的層深度與設計變化較大，井眼軌跡需要隨地質情況變化進行調整。隨鉆測斜儀器內監測地層的傳感器與定向傳感器離鉆頭距離較遠，鉆進過程中需要鉆頭處的各種參數做決策，尤其是在著陸段更難控制。測量數據的相對滯后對地質導向和井眼軌跡的預測和調整帶來困難，給后續施工增加一定的難度。

（2）井下易出現復雜。深層水平井目的層多樣化、天然裂縫及破碎帶發育，易發生井漏、井塌等復雜。該井上部地層成巖性差，膠結疏松，鉆進時應做好鉆井液維護和處理工作，防止井塌和井漏的發生。設計井水平段裂縫發育，鉆井過程中注意防井漏及漏后誘發井噴。在鉆井過程中鄰井發生掉鉆具和井漏等井下復雜。

（3）地溫梯度高。該井地溫梯度為4.66℃/100m，鉆進時由于高溫高壓，嚴重影響各種工具的使用壽命，增加了井下施工風險。

（4）地層可鉆性差、研磨性強、鉆井速度慢。大慶深層井巖性多變，區域橫向差異大，火成巖研磨性高、可鉆性差。營一段火山巖分為火山熔巖和火山碎屑巖兩大類，主要發育的巖石類型有流紋巖、凝灰巖、火山角礫巖。地層對鉆頭磨損比較嚴重，鉆頭使用時間較短。

（5）深層水平井井眼軌跡難以控制。不同區塊造斜能力和地層對井眼軌跡的影響不同，由于工具使用時間的限制，定向鉆進時起下鉆頻繁造斜率不穩定，軌跡不容易控制，必須選擇好造斜工具，根據造斜工具能力設計出最優的待鉆軌跡設計，才能滿足施工條件，確保一次定向成功率。

3 技術措施

施工前及時收集全部基礎信息和直井段數據，根據了解的地層情況，設計優化出施工前的最優的待鉆設計，保證設計出來的軌跡具有最小的井斜變化率、方位角變化率、最短的井深長度、最小的扭矩和摩阻力等特點的井眼軌跡。施工時考慮到不同地層對應不同造斜率，控制好造斜率準確預測井斜，依據地質設計及鄰井測井數據落實上部巖性，做好入窗前的準備，在保證軌跡質量前提下實現快速鉆井。做到邊施工邊優化，保證最優的待鉆設計，提高鉆井速度，縮短鉆井周期，保證一次定向成功率。

（1）井眼軌跡優化，提高定向成功率。合理的井眼軌跡優化設計要達到設計要求的同時也要滿足機械鉆速的提高，進而達到降本增效的目的。由于該井直井段施工時出現負位移40m，導致造斜段造斜率由5°/30m升高至5.4°/30m，綜合考慮到后期施工安全，提前優化軌跡剖面。將設計造斜點上移30m，優化后下部造斜率降低7%~10%，達到減少定向進尺增加復合進尺效果。

（2）合理選擇鉆頭螺桿。由于大慶地區進入營城組后巖性變化較大，所以鉆頭螺桿選型非常關鍵，必須合理匹配鉆頭螺桿才能減少起下鉆次數，提高鉆井效率。本井結合臨井資料綜合分析，選用進口的復合鉆頭匹配高轉速抗高溫螺桿。并且在鉆頭螺桿使用時，嚴格按照規定參數施工，密切關注各種參數的變化，避免了井下復雜，實現科學提速。

（3）施工時精細控制，實時預測。施工時考慮到不同地層對應不同造斜率，邊施工邊預測井底軌跡數據，控制好造斜率準確預測井斜，依據地質設計及鄰井測井數據落實上部巖性，降低著陸前造斜率，留足探層段長度，避免因造斜率不足或者造斜率過大增加施工難度，做好入窗前的準備，提高定向效率，在保證軌跡質量前提下實現快速鉆井。

水平段施工時，由于地層研磨性強，可鉆性差，對于鉆頭和螺桿磨損較為嚴重，到達鉆頭螺桿使用后期時，定向效果較差，對軌跡控制有一定影響。施工時根據井斜變化規律，及時調整鉆井參數和鉆具組合，保證井眼平滑的情況下控制好造斜率，充分利用地層自然造斜規律，準確預測井底，保證軌跡沿著目的層鉆進，實現多復合少定向，以此提高鉆井效率。

（4）合理優化鉆具組合。施工時根據井下實際情況合理優化鉆具組合，造斜段前期使用提速工具旋沖螺桿，造斜段后期使用旋轉導向工具，水平段使用抗高溫的LWD和螺桿，正確匹配好鉆具組合，減少起下鉆次數，提高鉆井時效，實現科學提速。

（5）加強儀器保障工作，提高儀器穩定性。本井后期井下溫度高達150℃以上，對儀器各種配件損壞嚴重，只有加強儀器保障，提高儀器穩定性，降低儀器誤工時間，減少非生產時間，才能提高鉆井速度。對入井儀器及時維護、保養、標定，保證儀器測量參數的準確性及使用的穩定性；認真檢測儀器，出具檢驗合格證和探傷報告；入井前提前24h到達井場待命，做好各項儀器測試工作；現場儀器做到所有設備雙配，回避由于儀器故障無替換而帶來的組織停工；由于深層水平井井底溫度相對較高，對于儀器各種配件損耗較大，保證出井儀器所有配件每趟鉆及時更換。

4 ZS19-P1井施工概述

水平井井眼軌跡控制施工方案的優化是保證水平井順利完成的關鍵，針對不同的井身剖面和地層剖面類型，選擇不同的井眼軌跡控制方案。根據地質情況變化，及時調整井眼軌跡；與地質人員一起及時了解分析地層變化，及時修正井眼軌跡，避免增加困難。施工時采取針對性技術措施，消除傳統施工帶來的弊病。在滿足鉆井目的要求的前提下，盡可能選用形狀簡單、易于施工的井身剖面，利用landmark軟件進行理論軌道優化設計，并進行摩阻扭矩計算，優選出最優的井眼軌道，減少井眼軌跡控制的難度和工作量，從而實現安全、優質、快速鉆井。

4.1 造斜段井眼軌跡控制

（1）直井段控制好井斜，達到設計要求，避免井斜超標增加后續施工難度。盡早收集直井段數據，對待鉆井眼軌道及靶點垂深進行修正；加強與地質導向的結合，更加全面地了解地質環境，確定合理的探油頂井斜角大小，避免在造斜段降斜施工，保證軌跡控制待鉆設計更合理、更科學，更有利于軌跡質量控制和快速鉆井，保證井眼軌跡平滑，實現科學提速。

結合地質情況科學合理規劃好待鉆設計。待鉆設計優化時，降低著陸前造斜率，留足探油頂段長度，避免因造斜率不足或者造斜率過大增加施工難度；施工時考慮到不同地層對應不同造斜率，控制好造斜率準確預測井斜，依據地質設計及鄰井測井數據落實上部巖性，做好入窗前的準備，在保證軌跡質量前提下實現快速鉆井。

（2）造斜段鉆具組合。?215.9mm井眼正確匹配好鉆具組合，減少起下鉆次數，提高鉆井時效，實現科學提速。

造斜段鉆具組合：?215.9mm鉆頭+?172.0mm單彎螺桿（1.25°）+?172.0mm鉆具浮閥+?172.0mm MWD/LWD+?139.7mm無磁加重鉆桿×9m+?139.7mm 18°斜坡鉆桿+?139.7mm加重鉆桿×223.2m+?139.7mm加重鉆桿×334.8m+?139.7mm鉆桿。

?215.9mm鉆頭+?172.0mm旋轉導向+?172.0mm鉆具浮閥+?165.1mm無磁鉆鋌×9m+?139.7mm加重鉆桿×27.0m+?139.7mm鉆桿×1377.0m+?139.7mm加重鉆桿×270m+?139.7mm鉆桿。

（3）鉆井參數。強化鉆井參數，提高鉆井速度。采用大鉆壓、大排量、大扭矩、高泵壓、高轉速等成熟配套技術提速，縮短鉆井周期。

鉆井參數：鉆壓40~180kN，轉速50~60r/min，排量31~40L/s，泵壓20~25MPa。

4.2 水平段井眼軌跡控制

水平段控制施工時保證井眼平滑的情況下控制好造斜率，準確預測井底，保證軌跡沿著地層鉆進，利用復合鉆進井斜變化規律調整軌跡，實現多復合少定向，以此提高鉆井效率。

（1）水平段鉆具組合。水平段正確匹配好鉆具組合，減少起下鉆次數，提高鉆井時效，實現科學提速。?210mm螺扶與螺桿本體上?212mm螺扶形成雙扶鉆具組合，造斜段利于形成規整、平滑的井眼，水平段可提高鉆具穩平效果，提高了井身質量。

水平段鉆進時，調整斜坡鉆桿長度，使加重鉆桿處于小于30°的井段中；如果水平段使用螺桿+LWD,可以使用雙扶或者三扶穩平鉆具組合,提高穩斜效果，增加復合鉆井比例，提高鉆井時效。

水平段鉆具組合：?215.9鉆頭+?172.0mm單彎螺桿（1.0°）+?172.0mm鉆具浮閥+?172.0mmLWD+?139.7mm無磁加重鉆桿×9m+?139.7mm18°斜坡鉆桿×9m+?139.7mm18°斜坡鉆桿+?139.7mm加重鉆桿×334.8m+?139.7mm鉆桿。

（2）鉆井參數。采用大鉆壓、大排量、大扭矩、高泵壓、高轉速等成熟配套技術提速，縮短鉆井周期。

鉆井參數：鉆壓40~180kN，轉速50~60r/min，排量31~40L/s，泵壓20~25MPa。

4.3 取得的效果

ZS19-P1井通過針對該區塊地層可鉆性差、研磨性強、鉆井速度慢、地溫梯度高達4.66℃/100m、井下易出現復雜等難點，提前制定針對性施工方案，施工時采取“區域性設計”和“模板化推進”等模式，消除傳統施工帶來的弊病，合理優化井眼軌跡保障井眼軌跡平滑、通暢，實現科學提速。該井完鉆井深4700m，水平段長1213m，施工段長1845m，全井復合比例76%，平均機械鉆速2.72m/h，施工周期56d，在加深400m情況下比設計定向周期縮短27d，實現提速32.5%，同比方案施工前鉆速提高112.5%。

5 結論與認識

（1）通過井身剖面優化可以降低井眼軌跡控制施工的難度，提高鉆井速度；

（2）施工時加強井眼軌跡監測，實施調整施工方案，有利于水平井順利施工；

（3）施工時選擇合理的井段使用提速工具可以有效提高機械鉆速，降低鉆井周期；

（4）鉆進時5-1/2″斜坡鉆桿與5″斜坡鉆桿相比有利于鉆壓的向下傳遞，特別在定向過程中配合恒壓自動送鉆能夠提高定向鉆進效率；

（5）發生漏失后如果中途需要測斜時，鉆具不應放置在井底，防止開泵時的激動壓力過高造成井漏；

（6）井眼軌跡控制時必須合理優化井眼軌跡與鉆具組合，以提高機械鉆速。