牛守民

（大慶鉆探工程公司鉆井二公司，黑龍江大慶163413）

水平井能夠有效提升薄差油層、邊際油層的產(chǎn)能,因此，目前國內(nèi)外各大油田水平井施工任務(wù)相對飽滿。為了提高開采效益薄差儲層、邊際油層水平井的施工目的層一般均在兩個以上，多者甚至在5個以上，井眼軌跡成多階梯形分布，提高了現(xiàn)場施工的難度，因此，開展多靶點水平井鉆井施工技術(shù)研究，對此類型井的施工有重要指導意義。

1 多靶點水平井施工難點

（1）淺部地層成巖性差，膠結(jié)疏松，鉆井過程中注意防塌、防漏。

（2）N 二段發(fā)育大段泥巖，易吸水剝落造漿性強，鉆井中預(yù)防井塌、鉆具泥包及卡鉆。

（3）井眼軌跡中靶難度大。主要是由于位移大，靶區(qū)半徑小，要求井眼實鉆軌跡和設(shè)計軌跡必高度吻合，加大了中靶難度；另一面，井眼軌跡階梯式分布，井眼軌跡控制很大。

（4）鉆井時效受到嚴重制約。常規(guī)水平井的井眼軌跡控制方法難滿足多靶點水平井對軌跡控制的要求，易出現(xiàn)機械鉆速低、復雜風險大等問題，造成鉆井周期增長，導致鉆井成本升高。

（5）井下安全風險大。一是由于多靶點水平井自身結(jié)構(gòu)特點，巖屑在自重作用下極易在井眼的下井壁堆積形成“砂床”不易被鉆井液帶出,嚴重時會造成“砂床”卡鉆;二是由于位移大、階梯井眼的特點，大段的鉆具與下井壁接觸,極易發(fā)生壓差卡鉆,因此,該類型井對鉆井液的攜砂能力和潤滑性要求較高。

2 多靶點水平井工程優(yōu)化設(shè)計

為了高效施工多靶點水平井，對原有的水平井施工技術(shù)進行了優(yōu)化，通過鉆具組合、軌跡控制、防碰方案等方面的優(yōu)化，降低了多靶點水平井施工的阻力、施工風險，達到了高效施工多靶點水平井的目的。

2.1 鉆具組合設(shè)計優(yōu)化

鉆具組合結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)控制軌跡的工具，因此，如何優(yōu)選鉆具組合是實現(xiàn)軌跡控制優(yōu)化的重要一部分。通過優(yōu)化鉆具組合結(jié)構(gòu)，優(yōu)選和調(diào)整鉆進施工的參數(shù)，使實鉆井眼軌跡按設(shè)計的軌跡前行，最終鉆達開發(fā)層位，實現(xiàn)中靶。但是在中靶施工過程中，為保證施工順利，需要平滑的井眼軌跡保證。

根據(jù)鉆具組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計目的或作用效果的不同，可分為以下三類：即增斜、降斜和穩(wěn)斜。為實現(xiàn)鉆進過程中的高效時效，對直井段、造斜段、水平段施工的鉆具組合進行了優(yōu)化：

（1）直井段鉆具組合。

①鉆具組合結(jié)構(gòu)：?220.5mm鉆頭+?177.8mm鉆鋌+?211.5mm穩(wěn)定器+?177.8mm鉆鋌+?211.5mm穩(wěn)定器+?165.5mm 鉆鋌+?127.0mm 加重鉆桿+?127.0mm鉆桿。

②鉆井施工參數(shù)：轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)180～220r/min，鉆壓30～50kN，排量38～40L/s，鉆井液密度1.25～1.30g/cm3，粘度45～60s。

該套鉆具組合和施工參數(shù)，能夠在保證鉆井施工時效的前提下，防止井斜偏移，為造斜段、水平段順利施工打下良好基礎(chǔ)。

（2）造斜段（穩(wěn)斜段）鉆具組合。

①鉆具組合結(jié)構(gòu)：?220.5mm 鉆頭+?172.0mm單螺扶螺桿（1.25°）+?167.0mmLWD+?167.5mm 無磁鉆鋌+?167.5mm 鉆鋌+?127.0mm 斜坡鉆桿+?127.0mm加重鉆桿+?127.0mm鉆桿。

②鉆井施工參數(shù)：轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)40～70r/min，鉆壓30～50kN，排量34～38L/s，鉆井液密度1.25～1.30g/cm3，粘度50～60s。

該套鉆具組合結(jié)構(gòu)，使用了單螺扶螺桿，能夠有效保證造斜井段造斜率、工具面穩(wěn)定，最大限度地降低滑動鉆進的段長，增加復合鉆進的時間，保證井眼軌跡更加平滑。大排量、低鉆壓的鉆井參數(shù)，既可以防斜，又可以保證鉆井時效。

（3）水平段鉆具組合。

①鉆具組合結(jié)構(gòu)：?215mm 鉆頭+鉆具浮閥+旋轉(zhuǎn)導向工具+?127.0mm 無磁加重鉆桿+?127.0mm斜坡鉆桿+?127.0mm加重鉆桿+?127.0mm鉆桿。

② 鉆井施工參數(shù)：轉(zhuǎn)數(shù)30～60r/min，鉆壓30～50kN，排量34～38L/s，鉆井液密度1.55～1.65g/cm3，粘度50～70s。

該套鉆具組合具有穩(wěn)斜效果好、工具面穩(wěn)定、降阻減摩效果好等特點，旋轉(zhuǎn)導向工具避免了滑動鉆進，大大降低了鉆進阻力，可以大幅度提高鉆速；鉆井施工參數(shù)能夠有效保證水平井段井眼的凈化能力。

優(yōu)化后的鉆具組合使用效果對比情況如表1所示。

表1 N區(qū)塊優(yōu)化前后鉆具組合使用效果對比情況表

由表1 可以看出，與常規(guī)鉆具組合相比較，優(yōu)化后的降摩減阻鉆具組合在同區(qū)塊的多靶點水平井施工中，井深相同的情況下，鉆井時效明顯提升。

2.2 鉆井軌跡優(yōu)化設(shè)計

目前多靶點水平井定向多采用直—增—增—穩(wěn)剖面設(shè)計，鉆具組合較為復雜，不適合目前的水平井施工。通過優(yōu)選采用直—增—穩(wěn)三段制這種更為簡單的剖面類型，優(yōu)化鉆具結(jié)構(gòu)，達到直段快打、斜段快增、平段穩(wěn)斜的目的。優(yōu)化后的設(shè)計，可以增加復合鉆進的井段長度，保證井斜、方位角變化平穩(wěn)。

表2 多靶點井不同設(shè)計剖面不同井深鉆柱鉆具分析計算結(jié)果

由表2可以看出，剖面1采用直—增—增—穩(wěn)剖面設(shè)計，用1.5°螺桿造斜，然后采用增斜鉆具組合進行增斜,達到著陸井斜角,換水平段鉆具直到各個靶點目的層。剖面2采用直—增—穩(wěn)三段制設(shè)計，采用1.25°螺桿造斜達到著陸井斜角，然后旋轉(zhuǎn)導向鉆進，直至各個靶點目的層。通過對兩種剖面進行鉆具力學分析計算的結(jié)果可知，在剖面2中的鉆具在上提、下放、定向鉆井、旋轉(zhuǎn)鉆井的情況下，受到的摩阻力略小于剖面1中鉆具所受到的摩阻力。因此，在多靶點水平井施工中采用直—增—穩(wěn)三段制能夠保證施工更為安全、快速、可靠。

2.3 鉆具力學分析

目前定向鉆井技術(shù)發(fā)展過程中,越來越重視鉆具力學分析,在鉆進過程中,鉆柱與井壁、鉆柱與套管的接觸而產(chǎn)生的摩擦阻力和扭矩對正常鉆進起到阻礙。鉆具力學分析可以幫助我們對井眼軌跡、鉆具組合進行分析，從而得出較為優(yōu)化設(shè)計。

井眼軌跡對鉆進的扭矩和摩擦阻力有著重要的影響。如果實際鉆進井眼軌跡偏離了按照最優(yōu)化軌道設(shè)計所要求的目標值，那么直接影響到鉆柱與井壁的接觸狀態(tài)和摩擦阻力的增大。

常規(guī)鉆具組合中全尺寸穩(wěn)定器多、鉆鋌多，使鉆井與井壁的接觸面積大，正壓力大，故而扭矩和摩阻力也增大。斜井段為數(shù)過多的鉆鋌和剛度小鉆具組合會加劇這種影響，因此，合理的鉆柱結(jié)構(gòu)設(shè)計及減阻措施提高鉆進效率和改善受力狀態(tài)的必然。

多靶點水平井穩(wěn)斜段占很長一段，鉆具在進入穩(wěn)斜段后受到摩阻力增大，優(yōu)化前后穩(wěn)斜段鉆具組合結(jié)構(gòu)受摩阻力分析，優(yōu)化的摩阻力大大降低，有力地保證井下安全。

3 井眼凈化及防卡技術(shù)研究

3.1 鉆井液體系優(yōu)選

多靶點水平井具有水平位移大、水平段階梯式井眼等特點。因此，在該類型水平井施工中對鉆井液的井眼凈化力、井壁穩(wěn)定性、潤滑防卡等方面提出了更高的要求。為了保證多靶點水平井的順利施工，現(xiàn)場采用了抑制能力更強、性能更穩(wěn)定、攜巖性更強、潤滑性和防塌效果更好的高性能水基鉆井液。

3.2 現(xiàn)場防卡技術(shù)措施

（1）嚴格執(zhí)行“兩短一長”短起下鉆技術(shù)措施，有效破壞巖屑床。在施工規(guī)定，井斜小于30°時每鉆進300m、大于30°每鉆進150m要短起下鉆1次，短起下井段要超過起鉆前所鉆井段長。

（2）多靶點水平井施工中，由于井身結(jié)構(gòu)自身特點的原因，鉆具與下井壁接觸面積大，極易發(fā)生壓差卡鉆，因此，該類井的鉆井液既要具備強的攜砂能力，又要具有很好的潤滑性?，F(xiàn)場施工過程中，鉆井液中要加入足夠的潤滑材料。

4 現(xiàn)場實鉆應(yīng)用情況

2019年多靶點水平井鉆井技術(shù)在D油田3個不同區(qū)塊，現(xiàn)場應(yīng)用10口井，其主要鉆井指標見表3。

表3 2019年與2018年多靶點水平井鉆井速度對比情況

由表3 可知，2019 年鉆井速度比2018 年平均提高40.3%。

5 結(jié)論

（1）旋轉(zhuǎn)導向鉆具組合在多靶點水平井水平段穩(wěn)斜鉆進過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)全過程旋轉(zhuǎn)復合鉆進，井眼軌跡更加平滑，鉆具結(jié)構(gòu)更簡化，井下安全得到有效保證。

（2）多靶點水平井鉆井技術(shù)能夠有效提升該類型水平井的鉆井時效。

（3）多靶點水平井鉆井技術(shù)為以后高效施工多靶點水平井提供了技術(shù)保障。