路志平

中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院 山東東營 257017

1 問題分析

順北油田位于塔里木盆地中西部，是中國石化在碳酸鹽巖海相石油勘探的新發(fā)現(xiàn)，資源量達(dá)到17 億噸，該區(qū)儲層埋藏深（＞7500m），區(qū)域發(fā)育二疊系火成巖和桑塔木火成巖侵入體等復(fù)雜地層[1]。受井身結(jié)構(gòu)和儲層垂厚限制，需采用中短半徑水平井開發(fā)。

順北一區(qū)目前已施工四口φ120mm 中短半徑水平井，其井眼軌道設(shè)計概況如下表：

表1 順北油田一區(qū)已施工井統(tǒng)計表

表2 單增井眼軌道設(shè)計

由上表可知，該區(qū)塊靶前垂厚83-98m，設(shè)計最大設(shè)計造斜率（21.3°-25.5°）/30m，屬于中短半徑水平井。中短半徑水平井施工過程中一個重要的特點就是所使用的高彎度螺桿鉆具（＞1.75°）受結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和鉆進(jìn)扭矩限制無法進(jìn)行復(fù)合鉆進(jìn)，所以無法通過“滑動—復(fù)合”相結(jié)合的鉆進(jìn)方式調(diào)整實鉆造斜率，造成實鉆軌跡可控度較低，當(dāng)實鉆造斜率與設(shè)計值相差較大時，僅能通過起鉆更換螺桿鉆具彎度實現(xiàn)對造斜率的控制，施工中常出現(xiàn)由于首趟鉆螺桿鉆具彎度選擇不當(dāng)而導(dǎo)致頻繁起鉆更換的現(xiàn)象，對現(xiàn)場工程師優(yōu)選螺桿鉆具的能力要求高。統(tǒng)計的4 口水平井分別進(jìn)行了2-5趟鉆完成造斜井段施工，鉆次較多的井主要原因正是由于選擇的螺桿鉆具實鉆造斜率與設(shè)計造斜率差別較大，導(dǎo)致頻繁起鉆更換螺桿鉆具彎度，影響鉆井效率。

2 井眼軌道優(yōu)化設(shè)計

為減少頻繁起鉆現(xiàn)象，本文通過井眼軌道優(yōu)化設(shè)計，提高與現(xiàn)場施工的貼合度，降低現(xiàn)場工程師工作難度。

2.1 軌道優(yōu)化方法

軌道優(yōu)化的思路：通過“高+低”雙增軌道設(shè)計，合理調(diào)整兩段造斜率值和井段進(jìn)尺，實現(xiàn)一趟鉆完成“高造斜率井段”并利用可復(fù)合鉆進(jìn)的螺桿彎度施工“低造斜率井段”，通過低造斜率井段“滑動-復(fù)合”鉆進(jìn)方式的調(diào)整增加軌跡貼合度并實現(xiàn)造斜段與水平段的平穩(wěn)過度，達(dá)到安全高效鉆進(jìn)的目標(biāo)。

軌道設(shè)計優(yōu)化步驟：

（1）根據(jù)目標(biāo)區(qū)塊鉆井及完井管柱通過能力確定高造斜率上限值；

（2）根據(jù)目標(biāo)區(qū)塊水平井單增軌道設(shè)計確定高造斜率下限值；

⑥系統(tǒng)以壓縮干凈空氣作為起升驅(qū)動，橡膠氣袋可達(dá)到食品級，沒有任何油污，沒有排放物，不會造成河水和環(huán)境的污染。

（3）根據(jù)鉆井第一趟鉆進(jìn)尺能力確定高造斜率段長；

（4）根據(jù)目標(biāo)區(qū)塊1.5°單彎螺桿造斜能力確定低造斜率值；

（5）根據(jù)高、低造斜率值及高造斜率井段的確定，形成“高+低”復(fù)合造斜率軌道設(shè)計。

2.2 順北油田中短半徑水平井軌跡優(yōu)化

以順北油田一區(qū)目標(biāo)層位為例，對軌道優(yōu)化過程進(jìn)行模擬，假設(shè)模型垂厚81m，水平位移500m，穩(wěn)斜角89°。

（1）確定高造斜率范圍。高造斜率上限：順北油田一區(qū)中短半徑水平井采用φ120.65mm 井眼開發(fā)，裸眼完井[2]，從前期鉆井效果看，鉆具可順利通過34°/30m 造斜率井段。由于34°/30m 實鉆過程中的最高值，按照實鉆與設(shè)計通?？刂频?0%的誤差，設(shè)計最高值設(shè)定為30°/30m。

高造斜率下限：對目標(biāo)層位進(jìn)行單增軌道設(shè)計，造斜率值為23.36°/30m，見表2。

所以，高造斜率合理范圍為（23.36°-30.0°）/30m。

（2）確定高造斜率段長。高造斜率段長由第一趟鉆進(jìn)尺能力確定，順北油田一區(qū)采用φ120.65mm 井眼開發(fā)，鉆具組合為：φ120.65mmPDC 鉆頭+φ95mm 單彎螺桿鉆具+φ88.9mm 無磁鉆鋌+鉆桿，純鉆時間主要限制因素為φ95mm 單彎螺桿鉆具，平均純鉆時間50h，滑動鉆進(jìn)機(jī)械鉆速平均1.6m/h，第一趟鉆進(jìn)尺能力80m。所以，高造斜率段長≤80m。

（3）確定低造斜率值。低造斜率值由最大彎度可復(fù)合鉆進(jìn)螺桿鉆具造斜率確定，順北油田一區(qū)可復(fù)合鉆進(jìn)最大彎度螺桿度數(shù)為1.5°，對該區(qū)塊施工螺桿造斜率進(jìn)行統(tǒng)計，造斜率范圍（10.97°-18.48°）/30m，由于部分井段復(fù)合鉆進(jìn)，單根全部滑動鉆進(jìn)造斜率可達(dá)到（16.0°-18.0°）/30m，為提高軌跡的可操控性，設(shè)計造斜率設(shè)定為（12.0°-15.0°）/30m。

（4）軌道優(yōu)化設(shè)計。根據(jù)高造斜率范圍（23.36°-30.0°）/30m、高造斜率井段長≤80m、低造斜率范圍（12.0°-15.0°）/30m，對不同造斜率施工情況進(jìn)行對比統(tǒng)計，綜合考慮，優(yōu)選造斜率為（26°+12°）/30m 軌道設(shè)計，設(shè)計軌道如表3：

表3 優(yōu)選雙增井眼軌道設(shè)計

表4 不同軌道實鉆偏差處置方案對比

2.3 新型軌道施工優(yōu)勢

現(xiàn)場工程師通過優(yōu)選螺桿鉆具所實現(xiàn)的實鉆造斜率通常與設(shè)計比較誤差在10%之內(nèi)，實鉆過程中，實鉆值偏離設(shè)計≤10%符合質(zhì)量要求[3]，否則需起鉆更換合適彎度的螺桿鉆具，設(shè)定發(fā)生偏離概率符合正態(tài)分布，具體分布狀態(tài)如表4：

通過對比分析，通過適當(dāng)調(diào)整鉆進(jìn)進(jìn)尺，單增軌道設(shè)計僅有40%的概率實現(xiàn)首趟鉆的進(jìn)尺目的，且受鉆具組合進(jìn)尺能力的限制，第二趟鉆仍需使用高度數(shù)（≥1.75°）螺桿鉆具，鉆進(jìn)至水平段再次起鉆更換水平段鉆具組合，影響生產(chǎn)效率；“高+低”造斜率雙增軌道設(shè)計可實現(xiàn)第一趟鉆進(jìn)尺目的的概率為80%，第二趟鉆更換1.5°螺桿鉆具施工，大概率可在兩趟鉆完成造斜井段施工，并繼續(xù)鉆進(jìn)水平段，實現(xiàn)平穩(wěn)過度。

3 結(jié)語

（1）“高+低”造斜率井眼軌道設(shè)計方法使用于中短半徑水平井，可有效降低施工風(fēng)險、減少施工鉆次，大概率可實現(xiàn)兩趟鉆完成造斜井段施工，并與水平段施工高效銜接；

（2）采用“高+低”造斜率優(yōu)化的井身剖面在滑動摩阻、上提摩阻、下放摩阻和鉆進(jìn)扭矩的數(shù)值與單增剖面相差很小，不會造成井身軌跡控工作制的額外風(fēng)險；

（3）本文中短半徑水平井井眼軌道設(shè)計方法適用于多種儲層條件的中短半徑水平井，建議推廣使用。