李 博

（大慶鉆探工程公司，黑龍江大慶163453）

1 基本情況

1.1 標(biāo)準(zhǔn)井身結(jié)構(gòu)

一開(kāi)：?444.5mm鉆頭鉆至井深200m，下入?339.7mm×J55×7.09mm表層套管，固井水泥返至地面。

二開(kāi)：?311.2mm鉆頭鉆至姚家組2100m，下入?244.5mm×N80×10.03mm技術(shù)套管，固井水泥返至地面。

三開(kāi)：?215.9mm鉆頭鉆至完鉆井深4300m，下入?139.7mm×P110×10.54mm油層套管×完鉆井深，固井水泥返至地面。井身結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 示范區(qū)三開(kāi)井身結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 使用鉆井裝備

水平井根據(jù)油藏埋深和最大載荷計(jì)算分析，垂深3000m以?xún)?nèi)且水平段長(zhǎng)1500m（斜深小于4500m）的水平井選用ZJ50D電動(dòng)鉆機(jī)，其余均選用ZJ70D電動(dòng)鉆機(jī)。為實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)快速平移，配套快移裝置。為滿(mǎn)足“三大兩高”強(qiáng)化參數(shù)，ZJ50及以上鉆機(jī)，配頂驅(qū)、35MPa及以上管匯、高壓泥漿泵（配備3個(gè)，一個(gè)備用），四級(jí)固控系統(tǒng)。

1.3 鉆具組合

直井段一開(kāi)采用塔式，二開(kāi)采用鐘擺鉆具組合。造斜段和水平段采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向+地質(zhì)導(dǎo)向或LWD+螺桿配套工藝。

1.4 鉆頭及鉆井參數(shù)

噴嘴尺寸根據(jù)泥漿性能及鉆頭情況調(diào)整，保證達(dá)到設(shè)計(jì)排量與立管壓力，以提高清巖和水力破巖效果。詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表1。

2 施工風(fēng)險(xiǎn)及保障措施

表1 三開(kāi)井身結(jié)構(gòu)鉆頭及鉆井參數(shù)設(shè)計(jì)表

（1）配套油基鉆井液體系：古龍地區(qū)安全密度窗口窄，頁(yè)巖地層粘土礦物含量高，頁(yè)理/裂縫發(fā)育，為穩(wěn)定水平井井壁，選用配套地層的強(qiáng)封堵防塌油基鉆井液體系，提高鉆井液切力，增加井眼清潔能力，同時(shí)強(qiáng)化油基鉆井液封堵防塌性能，優(yōu)選合理的鉆井參數(shù)，有效降低水平井鉆井復(fù)雜時(shí)率，實(shí)現(xiàn)鉆井綜合時(shí)速。

（2）井眼軌跡優(yōu)化：水平段泥頁(yè)巖雜質(zhì)含量高、井斜變化規(guī)律不等，導(dǎo)致軌跡波動(dòng)大、不平滑，摩阻大，容易發(fā)生扭矩高、阻卡嚴(yán)重等復(fù)雜。特別是地層各項(xiàng)異性強(qiáng)，軌跡易飄移，導(dǎo)致波動(dòng)。需要通過(guò)完善地質(zhì)導(dǎo)向和軌跡精細(xì)控制，優(yōu)選隨鉆儀器和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向，采用鉆柱扭擺滑動(dòng)鉆井系統(tǒng)降摩減阻技術(shù)，使用清砂鉆桿接頭及時(shí)破壞井底巖屑床，強(qiáng)化固化鉆井參數(shù)，提高水平井鉆井速度和效率，從而實(shí)現(xiàn)“鉆達(dá)目標(biāo)靶層、降低摩阻扭矩”的目標(biāo)。

（3）提高固井優(yōu)質(zhì)率：復(fù)雜井眼條件下，長(zhǎng)水平段水平井一次性封固固井質(zhì)量保障難度較大，特別是提高水平段優(yōu)質(zhì)井段比例方面滿(mǎn)足大規(guī)模壓裂。通過(guò)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，以仿真數(shù)值模擬分析為基礎(chǔ)，對(duì)影響水平井固井質(zhì)量的因素進(jìn)行定量分析，解決包括套管居中度、井眼軌跡和復(fù)雜的井眼幾何形狀、流體特性、注替排量和頂替效率低等問(wèn)題，并使用完善的漂浮接箍工具降低套管下入風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)化單井固井施工方案。

3 鉆井提速措施

3.1 完善地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，提高定向效率

開(kāi)展泥頁(yè)巖裸眼快速識(shí)別和測(cè)井響應(yīng)特征研究，利用實(shí)鉆錄井資料與垂向剖面對(duì)比，建立地質(zhì)精細(xì)控制模型，形成“定測(cè)錄導(dǎo)”工程地質(zhì)一體化技術(shù)，實(shí)時(shí)調(diào)整導(dǎo)向模型，提高儲(chǔ)層識(shí)別能力和效率，確定軌跡處于油藏的空間位置，為提速提效釋放空間。

3.2 優(yōu)選PDC鉆頭鉆具提速

優(yōu)選高效旋沖螺桿及其配合使用的強(qiáng)攻擊性PDC鉆頭，預(yù)計(jì)水平段機(jī)械鉆速由6.5m/h提高到10m/h以上。根據(jù)已鉆井地層及巖性、鉆頭適應(yīng)性和井壁的穩(wěn)定性分析，優(yōu)選適合的PDC鉆頭。技套井段優(yōu)選5刀翼混合齒19mm復(fù)合片大水眼PDC鉆頭，適合三大兩高激進(jìn)式鉆井；造斜段優(yōu)選五刀翼、淺內(nèi)錐、雙排齒設(shè)計(jì)、?16mm切削齒PDC，滿(mǎn)足定向鉆進(jìn)時(shí)工具面穩(wěn)定、造斜能力強(qiáng)。水平段優(yōu)選五刀翼、尖圓齒、高攻擊性切削角、單排齒設(shè)計(jì)，切削能力強(qiáng)。同時(shí)造斜段和水平段均可配合高效的旋沖螺桿，提高機(jī)械鉆速。

3.3 強(qiáng)化施工工藝，優(yōu)化井眼軌跡控制技術(shù)

?215.9mm井眼推行“三趟鉆”工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)軌跡控制。直井段+定向段一趟鉆，采取1.5°螺桿+LWD；前1000m水平段一趟鉆，采取1°螺桿+LWD；1000～1500m后水平段一趟鉆，采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向儀器；明確了水平段軌跡調(diào)整原則，按照水平段實(shí)鉆最大曲率不超過(guò)3.5°/30m，連續(xù)三點(diǎn)不大于3.0°/30m，最大井斜角不超過(guò)92°，在保證鉆遇率的同時(shí)，保持實(shí)鉆軌跡相對(duì)平滑；優(yōu)選LWD、近鉆頭、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向儀器，提升儀器穩(wěn)定性；優(yōu)選高效鉆頭，低轉(zhuǎn)速高扭矩、等壁厚等高使用壽命螺桿，清砂鉆桿等工具，提高施工效率、減少系統(tǒng)摩阻和扭矩；強(qiáng)化參數(shù)：鉆壓50～100kN，轉(zhuǎn)速80～120r/min，排量35L/s以上，泵壓25～35MPa；嚴(yán)格落實(shí)技術(shù)措施，改進(jìn)鉆井液體系，提高抑制性、潤(rùn)滑性和攜砂能力，提高鉆井液性能，力爭(zhēng)事故復(fù)雜時(shí)率降低20%。

3.4 減摩降阻技術(shù)

（1）采用隨鉆井壁修整工具，縮短技套通井時(shí)間。針對(duì)水平井中上部姚家組等地層易縮徑，導(dǎo)致技套起鉆阻卡、測(cè)固井前需多次往復(fù)通井的問(wèn)題（損失時(shí)間2～5d）。設(shè)計(jì)隨鉆井壁修整工具，該工具采用四直棱扶正結(jié)構(gòu)，直棱上設(shè)計(jì)有切削齒，采用特殊結(jié)構(gòu)的布齒設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)隨鉆對(duì)不規(guī)則井壁進(jìn)行修復(fù)。

（2）采用清砂鉆桿接頭，破壞巖屑床，防止沉砂卡鉆。針對(duì)水平井井壁易失穩(wěn)，大斜度段、水平段易形成巖屑床的問(wèn)題，研制清砂鉆桿接頭，該接頭設(shè)計(jì)有V型槽（采用漏斗式設(shè)計(jì)，入口尺寸大于出口尺寸，懸浮巖屑進(jìn)入V型槽后流速急劇增大，提高巖屑運(yùn)移速度），上返鉆井液流經(jīng)V型槽形成紊流，可將低邊巖屑懸浮井筒中，利于巖屑的清除和攜帶。

（3）采用鉆柱扭擺滑動(dòng)鉆井系統(tǒng)，變靜摩擦為動(dòng)摩擦，實(shí)現(xiàn)減摩降阻。水平井采用鉆柱扭擺滑動(dòng)鉆井系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)與頂驅(qū)司鉆箱相連的控制系統(tǒng)，控制頂驅(qū)帶動(dòng)鉆具順時(shí)針、逆時(shí)針按設(shè)計(jì)參數(shù)反復(fù)連續(xù)擺動(dòng)，以保持上部鉆柱一直處于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而克服滑動(dòng)鉆井過(guò)程中，因?yàn)殂@柱不旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的摩阻大、“托壓”鉆速慢、巖屑床等多種問(wèn)題。同時(shí)通過(guò)改變扭擺扭矩、角度設(shè)置等多種工具面調(diào)整模式，快速調(diào)整和穩(wěn)定滑動(dòng)鉆井工具面（擺工具面由30min縮短至5min）。

3.5 優(yōu)選隨鉆儀器，實(shí)現(xiàn)軌跡精細(xì)控制

采用近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)或旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)，提高儲(chǔ)層鉆遇率。一是及時(shí)掌握地層巖性變化信息，二是及時(shí)根據(jù)井斜和方位漂移狀況，合理優(yōu)選、調(diào)整施工參數(shù)，避免預(yù)判誤差造成軌跡不平滑。三是通過(guò)方位伽馬和電阻率判斷出層方向，提高決策準(zhǔn)確率，并且減少?zèng)Q策等停時(shí)間，提高油層鉆遇率。

3.6 管理提速

一是成立組織機(jī)構(gòu)，成立了領(lǐng)導(dǎo)小組，下設(shè)生產(chǎn)保障、技術(shù)支撐和科研攻關(guān)3個(gè)工作推進(jìn)小組，明確了職責(zé)及分工，積極落實(shí)雙盯工作法，統(tǒng)籌推進(jìn)提速、提質(zhì)、降本增效工作；二是對(duì)存在的主要影響施工效率問(wèn)題，逐項(xiàng)分析落實(shí)，制定相應(yīng)技術(shù)措施，形成了整體提速提質(zhì)提效施工模板；每口井施工前，利用學(xué)習(xí)曲線，制定詳細(xì)的“紙上鉆井”實(shí)施方案，工作安排和工序銜接時(shí)間控制到小時(shí)，加強(qiáng)分析實(shí)鉆與方案存在差異，及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，修正下步工作技術(shù)措施，確保提速效果。三是安排責(zé)任工程師及以上專(zhuān)家，實(shí)施“井長(zhǎng)”包井制；充分利用RTOC遠(yuǎn)程技術(shù)支持系統(tǒng)，確保工程技術(shù)措施落實(shí)到位，實(shí)現(xiàn)提速提效目標(biāo)。四是堅(jiān)持“四個(gè)超前”工作原則，推行“1343”管理模式，細(xì)化鉆井、固井、錄井各專(zhuān)業(yè)的工作流程，強(qiáng)化節(jié)點(diǎn)控制，做到各道工序“無(wú)縫銜接”，實(shí)現(xiàn)管理提速提效。五是強(qiáng)化裝備物資保障，以滿(mǎn)足“三大兩高”強(qiáng)化參數(shù)、實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)快速平移、鉆井液體系快速轉(zhuǎn)換和工序無(wú)縫銜接等原則，加強(qiáng)高壓泵、高壓地面管線、鉆機(jī)平移裝置、固控設(shè)備、頂驅(qū)等裝備更新配套和保障，減少設(shè)備修理時(shí)間，確保施工高效。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）攻關(guān)試驗(yàn)強(qiáng)攻擊性PDC鉆頭。大慶水平井施工井段是以泥巖為主，夾雜紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖及粉砂巖等巖的青山口組和泉頭組，改原有雙排齒，5刀翼為主的PDC鉆頭，為了解決紫紅色泥巖地層吃入難問(wèn)題，對(duì)PDC鉆頭設(shè)計(jì)選型上做了較大的調(diào)整：①由5刀雙排改為5刀單排設(shè)計(jì)，同時(shí)能確保鉆頭的穩(wěn)定性；②減少了布齒密度，攻擊力加強(qiáng)；③調(diào)整齒的后角提高攻擊性，同時(shí)保證單齒受力均衡性；④為提高泥巖的吃入性，選配尖圓齒和玫瑰齒等切削齒。

（2）坍塌頁(yè)巖安全鉆進(jìn)。依托井壁穩(wěn)定機(jī)理分析，通過(guò)分析巖石力學(xué)性能與測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立三維壓力預(yù)測(cè)模型，優(yōu)化鉆井液密度和性能，匹配最佳參數(shù)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工保障安全鉆進(jìn)。在配合工程施工措施、清砂工具和鉆井參數(shù)的強(qiáng)化，最終形成古龍地區(qū)頁(yè)巖地層安全鉆進(jìn)施工配套工藝。

（3）精準(zhǔn)軌跡控制、減摩降阻。定向繞障前，必須測(cè)得上部井段可靠的井斜方位數(shù)據(jù)，測(cè)量間距不大于30m；在防碰井段要加密測(cè)量；二開(kāi)完鉆后起鉆前必須投測(cè)電子多點(diǎn)，三開(kāi)定向前由現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員根據(jù)上部井段情況適時(shí)投測(cè)多點(diǎn)；明確了水平段軌跡調(diào)整原則，按照水平段實(shí)鉆最大曲率不超過(guò)3.5°/30m，連續(xù)三點(diǎn)不大于3.0°/30m，最大井斜角不超過(guò)92°，在保證鉆遇率的同時(shí)，保持實(shí)鉆軌跡相對(duì)平滑；采用隨鉆井壁修整工具，縮短技套通井時(shí)間。針對(duì)水平井中上部姚家組等地層易縮徑，導(dǎo)致技套起鉆阻卡、測(cè)固井前需多次往復(fù)通井的問(wèn)題（損失時(shí)間2～5d）。設(shè)計(jì)隨鉆井壁修整工具，該工具采用四直棱扶正結(jié)構(gòu)，直棱上設(shè)計(jì)有切削齒，采用特殊結(jié)構(gòu)的布齒設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)隨鉆對(duì)不規(guī)則井壁進(jìn)行修復(fù)。

（4）集成配套。通過(guò)持續(xù)開(kāi)展理論研究和技術(shù)攻關(guān)，并應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)示范，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)新理論、新技術(shù)、新產(chǎn)品、新產(chǎn)業(yè)，探索高效勘探開(kāi)發(fā)方法，預(yù)計(jì)可形成鉆井平臺(tái)化施工工藝配套技術(shù)，提升水平井施工效率。