劉俊彥，林家昱，劉海龍，竇 蓬

(1. 中海油田服務股份有限公司天津分公司 天津300459；2. 中海石油(中國)有限公司 天津 300459)

隨著渤海油田增儲上產，大位移井日益增多，部分區(qū)塊最大水垂比已達到3.0，為定向鉆井帶來很大困難，導致鉆井過程摩阻扭矩增大、鉆具易疲勞破壞、井眼清潔困難、井底ECD大、井壁失穩(wěn)、下套管及電測困難等問題。傳統(tǒng)解決大位移井問題主要通過研究鉆井液及井壁穩(wěn)定、井眼清潔及鉆具摩阻扭矩三方面入手，未涉及瘦身井井身結構、可循環(huán)利用環(huán)保型鉆井液體系等內容[1-3]。為了解決大位移定向鉆井的難點問題，本文通過井身結構優(yōu)化、減少井身結構開次、使用瘦身井井身結構等方式，在不同井段把作業(yè)風險進行分化，從而降低下部井段作業(yè)風險，實現(xiàn)縮短工期、降低鉆井成本；為降低整體鉆具摩阻優(yōu)選鉆具組合及導向工具，提出了采用中海油服的國產化工具“D+W”(Drilog+Wellleader)技術，能準確識別油層并及時調整井眼軌跡[4]。針對超長穩(wěn)斜段的大位移井，提出采用倒裝鉆具，可有效給下部鉆具加壓，以達到順利下鉆的目的。對于要求全回收的區(qū)域，可采用環(huán)保型BIODRILL A鉆井液體系，通過撬裝絮凝壓濾一體機實現(xiàn)廢棄鉆井液的可循環(huán)利用，同時對于存在地層阻卡、倒劃眼時間長及固井循環(huán)返出軟泥巖情況的地層，進行了安全鉆井泥漿密度窗口與井壁穩(wěn)定周期研究。此外，合理使用巖屑床破壞器、水力振蕩器等降摩減阻工具，也能減少鉆柱整體摩阻扭矩，預防井下復雜情況，提高機械鉆速。

1 大位移井整體設計思路

大位移軌道設計是實施定向井鉆井作業(yè)的基礎，合理的井身剖面及井身結構有利于降低鉆具摩阻扭矩，提高井眼清潔，預防井下復雜情況。

①造斜段狗腿設計盡量小，2°～3°/30 m最合適，扭方位設計盡量低于2°/30 m。

②井身剖面設計越簡單越好，一般三段式剖面、懸鏈線形設計較為適合。

③穩(wěn)斜段設計低于86°以下較好。

④造斜段的套管柱設計盡量選用厚壁型。

⑤鉆具組合盡量簡化，以利于電機正常工作。

⑥鉆柱的三軸應力、屈曲、側向力校核，選擇合適的鉆井參數，確保管柱安全。

⑦加重鉆桿盡量少放，過多的加重鉆桿會增加底部鉆具質量，增加無用的摩擦扭拒，增加泵壓，增大鉆具粘卡的可能性，嚴重時，可使電機失去作用，甚至損壞。

⑧考慮作業(yè)難度最大的工況。

2 定向鉆井關鍵技術

2.1 創(chuàng)新井身結構優(yōu)化設計

基于渤海油田的地質特點，創(chuàng)造性地優(yōu)化針對渤海油田大位移井井身結構，將表層套管下至第一造斜結束點，在17-1/2″(注：1″＝25.4 mm，下同)井段開始造斜，12-1/4″井段穩(wěn)斜鉆進，各井段承擔不同任務，分化作業(yè)風險，降低下一開次井段作業(yè)風險。

渤海油田大部分大儲層位于明化鎮(zhèn)組淺層大位移井水平井，采用三層井身結構，17-1/2″井眼下13-3/8″套管封固平原組，12-1/4″井眼下9-5/8〞套管至儲層頂部，8-1/2″井眼鉆水平段裸眼；在實際作業(yè)過程中，如遇到井漏、井塌等情況，各層套管下深應根據實鉆情況進行調整。如部分井深超過3 600 m的大位移井采用基本設計階段備用的四開井身結構方案：在三開井身結構的基礎上，8-1/2″井眼著陸，下7″尾管，6″井眼完鉆[5]。目前渤海少數淺層大位移井采用瘦身井井身結構12-1/4″井眼內下10-3/4″套管，然后打9-1/2″井眼，下入7-5/8″套管，再打6-1/2″井眼完井，通過持續(xù)優(yōu)化井身結構，減少井身結構開次，甚至使用瘦身井井身結構，可縮短工期、降低鉆井成本。

2.2 鉆具組合設計

通常已鉆大位移井12-1/4″井段井深小于3 000 m井使用電機鉆進，井深大于3 000 m的井，上部井段采用電機鉆具組合鉆進，下部井段采用旋轉導向鉆具組合鉆進，配合使用巖屑床破壞器以提高井眼清潔的效果；8-1/2″井段基本采用旋轉導向鉆具組合鉆進。對于12-1/4〞上部井段通常采用海水搬土漿用電機鉆進，常用鉆具組合為：12-1/4″PDC-Bit+9-5/8″PDM(1.15°)+8″F/V+STB+8″NMDC+MWD+8″S NMDC+8″(F/J+JAR)，當鉆進速度較慢時起鉆將馬達換為旋轉導向繼續(xù)鉆進。

2.3 國產化旋轉導向工具研發(fā)及應用

渤海油田常用的12-1/4"井眼旋轉導向隨鉆測井鉆具組合為：12-1/4"PDC-Bit+旋轉導向+8"F/V+8"LWD+8"MWD+8"NMDC+8"(F/J+JAR)、旋轉導向工具渤海油田通常采用的有4種，分別是：Baker Hughes公司生產的AutoTrak、中海油服的Wellleader、Schlumberger的PowerDrive/Xceed、Hallburton的Geopilot[6]。

隨著我國自主研發(fā)實力的不斷增強，中海油田技術服務公司的“D+W”技術已得到較為廣泛的應用[7]。其基本組合為Welleader(包含渦輪發(fā)電機)+Drilog+MWD，其中Welleader為最初的儀器，儀器串組合為導向短節(jié)+柔性短節(jié)+渦發(fā)短節(jié)，導向單元由渦輪供電，MWD包括探管和脈沖發(fā)生器(圖1)。旋轉導向渦輪發(fā)電機可穩(wěn)定提供300 W電能，供旋轉導向使用，同時部分渦輪發(fā)電機拓展了向上供電功能，可為Drilog系統(tǒng)提供測量用電，在沒有外部供電情況下，部分儀器由中控鋰電池供電。

采用“D+W”技術配合MWD與實時LWD可實現(xiàn)井眼軌跡控制，選用合理的鉆井參數、適度的電機彎角及合適的上扶正器尺寸，保證軌跡控制效果。目前該技術已在渤海多油田展開應用，通過LWD的伽瑪和電阻率測量值可及時掌握地層信息，為準確識別油層、及時調整井眼軌跡，提供了可靠的依據。

2.4 采用倒裝鉆具

大位移井超長穩(wěn)斜段大斜度導致井眼清潔困難，起下鉆及下尾管摩阻較大，為此現(xiàn)場在直井段或井斜較小井段采用鐘擺鉆具組合，倒裝加重鉆桿為下部鉆具加壓，實現(xiàn)順利下鉆、鉆進或下套管目的(圖2)。

2.5 鉆井液優(yōu)選與井壁穩(wěn)定研究

目前渤海常規(guī)淺層大位移井常溫常壓體系鉆明化鎮(zhèn)組泥漿密度范圍一般為1.07～1.18 g/cm3，所用泥漿類型由海水膨潤土漿過渡為聚合物體系再轉為改進型PEC鉆井液，或者直接由海水膨潤土漿轉為改進型PEC鉆井液。對于斑海豹保護區(qū)、生態(tài)紅線區(qū)等要求全回收的區(qū)域，多采用BIODRILL A環(huán)保型鉆井液體系，并通過撬裝絮凝壓濾一體機實現(xiàn)廢棄鉆井液的可循環(huán)利用。

部分大位移井明化鎮(zhèn)組及館陶組上部地層阻卡情況嚴重，尤其在井深較深時處理阻卡的時間占比更大，且三開固井循環(huán)返出黏軟泥餅及部分細碎巖屑，說明存在砂泥巖地層的坍塌、縮徑等井壁失穩(wěn)問題，BIODRILL A鉆井液用包被抑制劑高分子胺基聚合物PF-BIOCAP，通過胺基的強吸附和插層抑制作用，有效吸附在黏土晶層間，抑制黏土和頁巖水；通過對井壁穩(wěn)定、管柱力學、鉆井水力學等方面開展深入的綜合研究，進一步精確預測安全鉆井泥漿密度窗口與井壁穩(wěn)定周期，建立更加符合本油田實際工程條件的水力攜巖模型、管柱摩阻扭矩和延伸極限預測模型，指導鉆井方案設計，提高長裸眼段井壁穩(wěn)定性。

2.6 降摩減阻工藝

在保持井徑規(guī)則，減少縮徑、垮塌及掉塊等情況下，合理使用巖屑床破壞器、水力振蕩器等降摩減阻工具，也能有效減少鉆柱摩阻扭矩，預防井下復雜情況的發(fā)生[8-10]。

2.6.1 巖屑床破壞器

大位移井鉆井過程中，由于井眼較長，井斜角過大(40°～65°)，導致井底巖屑攜帶困難，形成巖屑床，直接影響鉆井、下套管及電測等作業(yè)，嚴重時造成井下事故。巖屑床破壞器工具長度、扣型與鉆桿一致，直接安放于鉆具之中且不會造成額外扭矩，能有效減少蹩泵、蹩扭現(xiàn)象，提高起下鉆作業(yè)效率，保證作業(yè)的連續(xù)性，同時有效清除井眼底邊的巖屑床，提高巖屑返出量。保證井眼清潔能夠降低循環(huán)當量密度，輔助提高機械鉆速，其工具的設計性能遠優(yōu)于常規(guī)鉆桿，能夠保證井下作業(yè)安全性(圖3)。

2.6.2 水力振蕩器

水力振蕩器通過軸向振蕩克服鉆柱與井壁之間的摩阻，適用于復合鉆進作業(yè)，主要解決托壓問題，能夠對付粘附卡鉆以及幫助鉆具解卡。大位移井中電機配合水力振蕩器使用在渤海油田越來越多的井中，能夠有效減少定向托壓，提高機械鉆速，減少鉆井成本，同時具有良好的軌跡控制效果。渤海油田旅大區(qū)塊的一口井在8-1/2″井眼鉆進中，使用水力振蕩器后，托壓減小，鉆速提高，和未使用水力振蕩器鉆進的設計參數對比，三段地層平均機械鉆速分別提高了340.6%、285.2%和324.2%(圖4)。

3 結 論

為了解決大位移定向鉆井的難點問題，從大位移井設計源頭出發(fā)，通過將表層套管下至第一造斜結束點、減少井身結構開次和采用瘦身井井身結構等方式，降低了下部井眼段作業(yè)風險，有利于縮短施工工期、降低鉆井成本。

通過優(yōu)選鉆具組合及導向工具，采用中海油服的國產化“D+W”工具，可實現(xiàn)準確的識別油層并及時進行井眼軌跡調整。

對于要求全回收的鉆井作業(yè)區(qū)域，可采用環(huán)保型BIODRILL A鉆井液體系，通過撬裝絮凝壓濾一體機實現(xiàn)廢棄鉆井液的可循環(huán)利用，并對井壁失穩(wěn)地層提出了安全鉆井泥漿密度窗口與井壁穩(wěn)定周期研究。大位移井鉆井作業(yè)中合理使用巖屑床破壞器、水力振蕩器等降摩減阻工具，能有效降低摩阻扭矩，保障井下作業(yè)安全性，提高機械鉆速。■