劉仕銀

（中石化西北油田分公司石油工程監(jiān)督中心，新疆輪臺(tái)841600）

順北1-4H井是西北油田分公司部署在順托果勒低隆北緣的一口超深小井眼短半徑水平井，設(shè)計(jì)完鉆井深8049.63m，實(shí)際完鉆井深8049.50m。該井以海相一間房組為目的層，造斜點(diǎn)井深7475m，靶點(diǎn)垂深7561.96m，水平位移481.43m。平均造斜率19.69°/30m，最大造斜率30.83°/30m，該井創(chuàng)?120.6mm小井眼斜深最深紀(jì)錄（井身結(jié)構(gòu)見(jiàn)表1）。

1 主要技術(shù)難點(diǎn)

表1 順北1-4H井井身結(jié)構(gòu)

1.1 工具失效概率高

井底靜止溫度達(dá)到160℃以上，對(duì)MWD隨鉆測(cè)斜儀工作環(huán)境影響嚴(yán)重，導(dǎo)致定向儀器提前失效，儀器故障率顯著增加。同時(shí)普通螺桿耐高溫能力差，使用一段時(shí)間后，螺桿定子膠皮就開(kāi)始老化脫膠，易造成井下螺桿故障[1]。

1.2 鉆具安全系數(shù)低

受井身結(jié)構(gòu)影響，技術(shù)套管井眼尺寸小，四開(kāi)定向段采用88.9mm+101.6mm鉆具組合，S135鋼級(jí)101.6mm一級(jí)鉆桿最大抗拉強(qiáng)度1848kN，鉆具強(qiáng)度低，復(fù)雜情況下處理能力相對(duì)較弱。

1.3 井眼軌跡控制難度大

（1）小尺寸鉆具超過(guò)7400m，鉆桿柔性相對(duì)較大，定向鉆具工作狀態(tài)可控性差，工具面擺放或長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定較困難。

（2）設(shè)計(jì)增斜段增斜率為23.98°/30m,增斜段調(diào)控余地小,同時(shí)造斜率高、狗腿度大，導(dǎo)致鉆具與井壁之間的摩阻大，存在“托壓”的情況，滑動(dòng)鉆進(jìn)鉆壓傳遞困難,巖屑床也不易清除[2-3]。

（3）區(qū)域地層均質(zhì)性差，可能存在硅質(zhì)團(tuán)塊等，95mm小螺桿鉆具使用率不高，造斜規(guī)律不易掌握。

（4）無(wú)線測(cè)量數(shù)據(jù)傳至地面信號(hào)衰減快，地面解碼難度大，加之隨鉆測(cè)斜測(cè)量數(shù)據(jù)存在滯后問(wèn)題，井下實(shí)際造斜規(guī)律難以實(shí)時(shí)掌握，要求技術(shù)人員必須具有較高的預(yù)見(jiàn)性[1-4]。

1.4 鉆井液性能要求高

鉆井液高溫穩(wěn)定性、流變性、潤(rùn)滑性、攜巖要求高，維護(hù)難度大。同時(shí)深部地層定向段、水平段水嘴巖屑床的形成，泵排量小的影響，井眼凈化難度大[3-4]。

2 鉆井工具校核及優(yōu)選

2.1 鉆具強(qiáng)度校核

2.1.1 鉆具性能對(duì)比

采用120.65mm鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，若選用API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿，只能選用73.03mm鉆桿，工區(qū)對(duì)常規(guī)88.9mm鉆桿進(jìn)行了改進(jìn)（見(jiàn)表2）。

2.1.2 非標(biāo)小鉆具強(qiáng)度校核

表2 小尺寸鉆桿性能對(duì)比表

（1）鉆具組合：120.65mmBit+95mm單彎螺桿+105mm無(wú)磁鉆鋌（1根）+f105mm MWD短節(jié)+105mm無(wú)磁鉆鋌（1根）+88.9mmDP（接箍外徑108mm）+88.9mm加重鉆桿×45根+88.9mm鉆桿+101.6mm鉆桿（接箍外徑127mm）。

（2）摩阻、扭矩分析條件：鉆頭扭矩2000N·m；復(fù)合鉆進(jìn)鉆壓30kN；滑動(dòng)鉆進(jìn)鉆壓20kN；鉆井液密度1.30g/cm3；鉆井液塑性粘度 20m Pa·s；鉆井液動(dòng)切力8Pa；套管內(nèi)摩擦系數(shù)0.25，裸眼段摩擦系數(shù)0.30。

（3）88.9mm非標(biāo)鉆桿使用期間最大的疲勞因數(shù)為0.62，鉆具出現(xiàn)疲勞斷裂的風(fēng)險(xiǎn)較?。ㄒ?jiàn)圖1）。

圖1 88.9mm與73.03mm鉆桿疲勞因子對(duì)比

2.1.3 排量泵壓計(jì)算

在鉆頭水眼12.7mm×4的條件下，考慮到螺桿和MWD的壓降，在排量9L/s時(shí)，循環(huán)壓耗達(dá)到19.98MPa（見(jiàn)圖2），根據(jù)計(jì)算排量達(dá)到9.3L/s即可滿(mǎn)足井眼清潔要求（見(jiàn)圖3）。

圖2 88.9mm鉆具組合下的排量、泵壓

圖3 最小排量與井斜關(guān)系

2.2 鉆頭優(yōu)選

奧陶系灰?guī)r地層巖性均一，抗壓強(qiáng)度70～180MPa，可鉆性級(jí)值5～7。結(jié)合塔河油田同尺寸小井眼側(cè)鉆水平井的經(jīng)驗(yàn)（見(jiàn)表3），優(yōu)選百斯特生產(chǎn)的M 0864鉆頭，該鉆頭針對(duì)高抗壓強(qiáng)度中硬地層設(shè)計(jì)，采用弧線形6刀翼，長(zhǎng)拋物線型，低摩阻長(zhǎng)保徑能有效防止鉆頭回旋，提高了定向時(shí)工具面的穩(wěn)定性，有利于井眼軌跡控制。鉆頭采用8mm齒，有利于低鉆壓下切入地層，并且有利于鉆進(jìn)時(shí)的穩(wěn)定性，降低粘滑效應(yīng)。

2.3 定向儀器選擇

表3 120.65mm PDC鉆頭機(jī)械鉆速統(tǒng)對(duì)比表

定向儀器選擇主要考慮儀器抗溫、抗壓及配合鉆鋌尺寸能否滿(mǎn)足施工要求。無(wú)磁懸掛短節(jié)外徑不能大于105mm，抗溫必須滿(mǎn)足175℃，抗壓必須大于100MPa。結(jié)合工區(qū)據(jù)工區(qū)備貨情況，優(yōu)選斯倫貝謝SLIMPULSEG5和APS公司的MWD（見(jiàn)表4）。

2.4 螺桿優(yōu)選

表4 小井眼高溫儀器參數(shù)表

120.65mm井眼使用95mm螺桿單邊間隙為12.83mm，能夠有效降低鉆進(jìn)復(fù)雜風(fēng)險(xiǎn)。立林、德州及北石螺桿能夠滿(mǎn)足PDC鉆頭定向鉆進(jìn)需要（見(jiàn)表5）?？箿芈輻U為150℃及180℃兩種規(guī)格，螺桿選擇需注意抗溫匹配問(wèn)題，避免高溫螺桿橡膠未及時(shí)膨脹導(dǎo)致動(dòng)力不足。

表5 國(guó)內(nèi)主要廠家95mm螺桿基本參數(shù)表

3 井眼軌跡設(shè)計(jì)及優(yōu)化

3.1 井身剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)

井身剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)必須注意3方面問(wèn)題：

（1）設(shè)計(jì)軌跡必須滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工條件的限制。

（2）設(shè)計(jì)軌跡應(yīng)當(dāng)是滿(mǎn)足各種設(shè)計(jì)要求下的最短軌跡。

（3）設(shè)計(jì)軌跡的鉆柱扭矩和摩阻力應(yīng)當(dāng)相對(duì)最小[5]。

圖4 超深小井眼定向水平井井身剖面優(yōu)選

由于定向造斜垂距小于95m，為降低初始造斜難度和滿(mǎn)足軌跡控制要求，優(yōu)選雙增剖面（圖4）。同時(shí)鉆具組合在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)造斜率前提下，加大滑動(dòng)井段和復(fù)合井段的交錯(cuò)施工的連續(xù)性，避免長(zhǎng)井段的滑動(dòng)，以降低井眼軌跡所帶來(lái)的摩阻問(wèn)題。

3.2 井眼軌跡控制要點(diǎn)

定向鉆進(jìn)時(shí)利用WMD測(cè)斜儀器加密測(cè)斜，及時(shí)對(duì)軌跡進(jìn)行監(jiān)控。實(shí)鉆中應(yīng)充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)施工中地層巖性的不確定性，造斜段前期造斜率走設(shè)計(jì)上線，為施工留有余量。應(yīng)根據(jù)不同施工段的目的、結(jié)合地層特點(diǎn)，選擇不同角度的動(dòng)力鉆具[6]。

3.3 各井段鉆具組合及參數(shù)優(yōu)化

3.3.1 增斜段

?120.65mm PDC+95mm 螺桿（2.25°）+231×DS310+單流閥+OA接頭+88.9mm無(wú)磁鉆鋌+懸掛短節(jié)+OA接頭+88.9mm非標(biāo)鉆桿×15根+旁通閥+211×DS310+88.9mm非標(biāo)鉆桿×84根+DS311×310+88.9mm加重鉆桿×27根+88.9mm鉆桿×393根+311×ST 390+101.6mm非標(biāo)鉆桿。該井段采用控時(shí)定向鉆進(jìn)，鉆壓控制在5～20kN。

3.3.2 穩(wěn)斜段

?120.65mmPDC+95mm螺桿（1.5°）+單流閥+OA接頭+88.9mm無(wú)磁鉆鋌+懸掛短節(jié)+OA接頭+88.9mm非標(biāo)鉆桿×55根+旁通閥+211×DS310+88.9mm非標(biāo)鉆桿×132根+DS311×310+88.9mm加重鉆桿×27根+88.9mm鉆桿×393根+311×ST 390+101.6mm非標(biāo)鉆桿×105根+ST 391×HT 400+101.6mm非標(biāo)鉆桿。該井段以復(fù)合鉆進(jìn)為主，滑動(dòng)鉆進(jìn)為輔，鉆壓控制在20～40kN。

4 鉆井液技術(shù)

一間房地層以灰?guī)r為主，井壁相對(duì)穩(wěn)定，鉆井液重點(diǎn)工作為如何防止定向鉆進(jìn)過(guò)程中托壓的發(fā)生，保證鉆井液潤(rùn)滑性能是該井段的重點(diǎn)工作。在實(shí)際操作過(guò)程中，采用聚磺混油鉆井液體系。在鉆井液中一次性混入6%的原油提高鉆井液潤(rùn)滑性，后期根據(jù)定向情況及時(shí)補(bǔ)充原油，原油量可達(dá)到8%～10%，減少托壓情況發(fā)生，保證定向施工連續(xù)性。鉆井液性能：密度1.27g/cm3，粘度47～50s，API失水3.8m L，HTHP12m L/160℃，原油6%～10%。膠液維護(hù)配方：3.5%坂土+0.4%NaOH+0.3%KPAM+1.5%～2%SMP-2+1.5%～2%SPR。

5 順北1-4H實(shí)鉆情況

順北1-4H井2016年6月5日16：35從7475m開(kāi)始定向施工，至2016年7月4日6：40復(fù)合鉆至井深8049.5m發(fā)生失返性漏失完鉆。定向井段共計(jì)8趟鉆，其中定向第二趟鉆因地層含硅質(zhì)鉆頭提前破壞，定向第三趟及第五趟工具面波動(dòng)幅度及振動(dòng)數(shù)值均較高儀器損壞。在井深超過(guò)7900m以后，定向工具面調(diào)整難度逐漸增大。順北1-4H井按設(shè)計(jì)要求全角變化率、水平位移、井眼軌跡基本符合設(shè)計(jì)要求（圖5）。

6 結(jié)論及建議

圖5 順北1-4H井井身軌跡跟蹤圖

（1）超深小井眼短半徑水平井定向施工工具選擇配套及軌跡控制要求高，要合理地選擇井身剖面，在施工中應(yīng)及時(shí)、合理調(diào)整，確保軌跡圓滑，狗腿度滿(mǎn)足要求，為下步施工提供良好的井身?xiàng)l件。

（2）隨著水平位移和井深的增加，定向鉆井摩阻增加，井深較小時(shí)未發(fā)生曲屈，實(shí)鉆過(guò)程無(wú)巖屑床，優(yōu)化泥漿性能及時(shí)將井下巖屑返出。

（3）為提高小井眼定向鉆井鉆具安全和位移延伸，建議井口配套G105×114.3mm×12.7mm鉆桿，極限深度可增加至8450m，水平位移延伸至880m。