肖明國(guó)，孫紅波，袁魁，張軍浪，郭明

（北京大地高科地質(zhì)勘查有限公司，北京 100000）

0 引言

和常規(guī)鉆井項(xiàng)目相比，大位移鉆井能更有效地操作和控制含有面積、提高油氣資源現(xiàn)實(shí)采收效率、降低油田工程開發(fā)成本等諸多優(yōu)勢(shì)。鉆井施工技術(shù)應(yīng)用情況直接影響大位移鉆井項(xiàng)目的成敗及經(jīng)濟(jì)效益的高低[1]。

LS01-UG井一開Φ444.50 mm井眼鉆井，二開Φ311.10 mm井眼直井與造斜段和三開Φ215.90 mm井眼水平段由北京大地T200-1井隊(duì)負(fù)責(zé)施工，定向?qū)蛴杀本┐蟮馗呖频刭|(zhì)勘查有限公司負(fù)責(zé)。鉆機(jī)補(bǔ)心高2.40 m；三開煤層段起始井深為381.00 m[1]。為建設(shè)該項(xiàng)高水垂比大位移鉆井工程，在技術(shù)方面要從如下幾方面進(jìn)行攻關(guān)：一是目的煤層3#煤層埋深淺，地層承壓能力不足，大位移鉆井裸眼延展難度高；二是在彎曲及斜度較大的井段內(nèi)套管磨損嚴(yán)重；三是大尺寸井眼側(cè)鉆造斜率偏高，增加了定向性施工難度。

1 鉆井裸眼延伸極限預(yù)測(cè)與控制

假定大位移鉆井的測(cè)深、垂深以及水平位移分別是DM、DV、DH、可以利用公式（1）表示鉆井的“測(cè)垂比k”與“水垂比λ”[2]：

K、λ兩者的關(guān)系可以用公式（3）表示[2]：

參照公式（1）和（2），可以利用k(或λ)的極限值kL(或λL)去表示大位移鉆井的延伸極限，且在特定的限制條件下，客觀存在著kL(或λL)。結(jié)合測(cè)深與水平位移對(duì)應(yīng)的概念，有DM>DH，由公式（3）決定了k>λ恒成立，那么這就意味著對(duì)于同個(gè)大位移井而言，其水垂比恒小于測(cè)垂比。那么對(duì)于鉆進(jìn)到特定目標(biāo)層的某口大位移井來(lái)說(shuō)，伴隨DM、DH數(shù)值的增加，但有λL恒小于kL。

站在井眼壓力平衡的視角出發(fā)，將鉆井延展至裸眼井底被壓破時(shí)的井深(或測(cè)深)設(shè)定為該鉆井裸眼延伸極限測(cè)垂比(kL)，據(jù)此可以建設(shè)出大位移鉆井地層破裂壓力梯度、鉆井液密度和鉆井環(huán)空流體壓耗當(dāng)量密度（ρdp）三者相關(guān)性的等式[3]。

本井目的煤層為山西組3號(hào)煤層，根據(jù)地質(zhì)導(dǎo)向與錄井成果顯示，三開水平段381.00～1 400.00 m，進(jìn)尺1 019.00 m，解釋煤層厚度3.50～6.00 m，煤層鉆遇率要求大于90.00%。實(shí)際施工煤層鉆遇率96.66%。對(duì)于特定的目標(biāo)層與鉆井設(shè)計(jì)方案，垂深、鉆井液密度及地層壓力均是固定值，若利用壓力過(guò)平衡鉆井及特定的鉆井環(huán)空流體壓耗控制技術(shù)，那么鉆井裸眼延伸極限將會(huì)伴隨的ρdp增加而呈現(xiàn)非線性減少趨勢(shì)。這也就意味著環(huán)空流體壓耗是控制鉆井裸眼延伸極限的一種重要可控因素，當(dāng)其他因素確定時(shí)，通過(guò)降低環(huán)空流體壓耗，方有助于拓展大位移鉆井的裸眼延伸極限與套管柱的下入深度[3]。故而，在對(duì)大位移鉆井項(xiàng)目的大斜度延伸井段進(jìn)行鉆進(jìn)施工時(shí)，相關(guān)人員可以通過(guò)輔助使用隨鉆擴(kuò)眼等綜合技術(shù)方法去減少環(huán)空流體壓耗，從而有效拓展鉆井項(xiàng)目的裸眼延伸極限允許范圍，規(guī)避被動(dòng)增加鉆井套管層次，也能規(guī)避鉆遇地層階段出現(xiàn)井漏等危險(xiǎn)事故。

2 以計(jì)算機(jī)為導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)鉆進(jìn)

已知LS01-UG井的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下：一開Φ311.15 mm井眼鉆井，二開Φ215.90 mm井眼直井與造斜段和三開Φ215.90 mm井眼；鉆機(jī)補(bǔ)心高2.40 m；三開煤層段起始井深為381.00 m。

LS01-UG井Φ215.90 mm水平井眼的鉆進(jìn)，定向使用了1.5°單彎螺桿和EM進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄。在鉆進(jìn)過(guò)程，儀器測(cè)量的原始信號(hào)、鉆井參數(shù)和三條伽瑪曲線的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)從井下傳送到地面接收器[4]。

計(jì)算機(jī)上配合工作的應(yīng)用程序?yàn)殡S鉆地質(zhì)導(dǎo)向程序，所有記錄的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)被輸入給隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向程序，通過(guò)該程序，這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)被記錄并與已鉆模型進(jìn)行對(duì)比分析，不斷修正對(duì)構(gòu)造變化的認(rèn)識(shí)，并通過(guò)對(duì)構(gòu)造認(rèn)識(shí)的不斷修正，設(shè)計(jì)鉆頭將要走的軌跡路線，同時(shí)通知定向井工程師。通過(guò)反復(fù)不斷地重復(fù)該過(guò)程，保持主井眼絕大部分在3#煤層中運(yùn)行，最終實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端連通[5]。

深鉆過(guò)程中涉及到很多參數(shù)，且其類型也是極為繁雜的，故而計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)對(duì)其進(jìn)行全面規(guī)劃。其中深鉆數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，其是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心。這里所提及的數(shù)據(jù)大體上可以被細(xì)化成兩種類型：一是深鉆應(yīng)用數(shù)據(jù)，二是深鉆管理數(shù)據(jù)。應(yīng)用數(shù)據(jù)主要由實(shí)際數(shù)據(jù)與理想數(shù)據(jù)構(gòu)成，實(shí)際數(shù)據(jù)是將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集進(jìn)庫(kù)的相關(guān)數(shù)據(jù)，理想數(shù)據(jù)是基于理論公式測(cè)算得出的相關(guān)數(shù)據(jù)。而后面創(chuàng)設(shè)的科學(xué)深鉆工程仿真子系統(tǒng)內(nèi)采用的及獲得的數(shù)據(jù)均被安放在該處。鉆進(jìn)階段計(jì)算機(jī)能有效應(yīng)用以上數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工過(guò)程。

3 井眼下套管減阻技術(shù)

通過(guò)研究管柱力學(xué)原理，探究大位移鉆井井眼下套管磨阻預(yù)測(cè)流程，據(jù)此能夠仿真模擬不同工況下的下套管方式，比如常規(guī)、常規(guī)掏空、全掏空及聯(lián)合使用漂浮接箍的下套管等。除了需要提供公共數(shù)據(jù)之外，還需要科學(xué)設(shè)定定套管和井眼之間的摩阻系數(shù)。若面對(duì)的是常規(guī)掏空下套管，還需要科學(xué)設(shè)定掏空具體部位（實(shí)質(zhì)上就是下套管工序結(jié)束后鉆井液液面所處位置的井深）[6]。針對(duì)不同下套管操作方式進(jìn)行模擬，能夠明確大鉤載荷與下深兩者的相關(guān)性，掌握套管柱軸向載荷順沿鉆井深度的改變規(guī)律等，并設(shè)計(jì)出漂浮下套管施工階段漂浮接箍最佳方位對(duì)應(yīng)的計(jì)算方法，開發(fā)了相配套的計(jì)算軟件，積極采用綜合手段去削弱下套管操作阻力。比如，在某油田內(nèi)，如果把φ244.5 mm套管下深增加至5 000 m之上，那么施工方可以嘗試把φ339.6 mm套管下深從最初的1 060 m增至2 300 m井深，并于該套管中配合應(yīng)用滾輪扶正器，接觸方法把套管井眼摩阻系數(shù)從裸眼的0.5降到0.1。

4 LS01-UG井的鉆進(jìn)措施方法總結(jié)

一開井段的主要任務(wù)是第四系松散層，鉆進(jìn)階段的難點(diǎn)主要有怎樣防控防塌、防漏及防斜打直，保證井壁穩(wěn)定和快速鉆進(jìn)。在鉆進(jìn)過(guò)程中嚴(yán)控鉆壓、轉(zhuǎn)速以及排量，防止井斜、井漏，保證井眼垂直、下套管順利。二開導(dǎo)眼段的主要任務(wù)是為二開造斜和水平段施工獲取地層基礎(chǔ)參數(shù)，導(dǎo)眼鉆進(jìn)施工時(shí)主要是對(duì)每單根測(cè)斜，確保造斜率達(dá)到設(shè)計(jì)要求；關(guān)注返砂情況，特殊工況下需要大排量循環(huán)，以防出現(xiàn)沖出大肚子及劃出新井眼的情況；鉆進(jìn)過(guò)程中一定要加強(qiáng)對(duì)井身質(zhì)量的監(jiān)測(cè)力度，尤其是是全角變化率的監(jiān)控；做好取芯工具及相關(guān)操作人員的準(zhǔn)備，確保取芯收獲率滿足規(guī)程的要求[7]。二開井段中要做好加強(qiáng)鉆井液和凈化設(shè)備管理工作，開鉆后鉆井液走小循環(huán)，減少鉆井液外排對(duì)環(huán)境的污染；二開首只鉆頭開始鉆進(jìn)時(shí)必須領(lǐng)好眼，輕壓慢鉆；在定向段鉆進(jìn)時(shí)要維持好泥漿性能，井斜較大時(shí)要注意巖屑的攜帶能力，防止巖屑床的形成，以減小托壓的可能性；二開直接下入MWD隨鉆測(cè)斜儀，直井段測(cè)斜間距不超過(guò)10 m，確保井身質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求；每次下鉆到底后，要緩慢開泵，防止井內(nèi)壓力激動(dòng)，蹩漏地層。嚴(yán)禁在疏松段定點(diǎn)循環(huán)，以免沖垮井壁，造成井下復(fù)雜；每鉆進(jìn)一個(gè)單根測(cè)斜一次，保證著陸位置安全準(zhǔn)確。三開井段的鉆進(jìn)過(guò)程中使用好固控設(shè)備，保證泥漿性能滿足鉆井的要求，做好防漏工作；應(yīng)加足防塌封固劑，先期做好防漏工作；認(rèn)真做好井眼的地質(zhì)導(dǎo)向工作，防止井斜的突增突降。同時(shí)盡量合理應(yīng)用復(fù)合鉆進(jìn)的自然增斜作用，力爭(zhēng)將滑動(dòng)鉆進(jìn)減少到最低，促進(jìn)機(jī)械鉆速提升過(guò)程。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隨鉆測(cè)井曲線與井眼軌跡，保持井眼在目的煤層中的最佳位置鉆進(jìn)，盡量避免鉆頭鉆出該范圍，保持井眼在該范圍內(nèi)的穩(wěn)定部位穿行；雪姆T200鉆機(jī)，通過(guò)頂驅(qū)額外增加150 KN的下壓力，有效增加鉆機(jī)的施工能力，為向前鉆進(jìn)提供更大的施工能力，使用加重鉆桿，通過(guò)鉆具產(chǎn)生更大懸重來(lái)增加鉆具在施工過(guò)程中可增加的鉆壓，使得井眼順利鉆進(jìn)；連通過(guò)程中，盡量在確保連通情況下兼顧導(dǎo)向并控制井眼曲率在適當(dāng)范圍內(nèi)，同時(shí)還要經(jīng)常對(duì)于軌跡進(jìn)行計(jì)算、優(yōu)化。全井共使用鉆頭8只，其中，Φ215.90 mm PDC鉆頭4只，Φ444.50 mm三牙輪鉆頭、Φ311.15 mm三牙輪鉆頭、Φ215.90 mm取芯鉆頭、Φ114.00 mm三牙輪鉆頭各1只。在施工中針對(duì)不同地層選用不同的鉆井液，第四系清水做為循環(huán)介質(zhì)，上石盒子組、下石盒子組與山西組采用聚合物鉆井液，使用HV-CMC，F(xiàn)T-342、SDL-11以及NaOH進(jìn)行鉆進(jìn)中鉆井液的維護(hù)，二開鉆井液密度1.01～1.03 g/cm3，粘度28～31 s，三開鉆井液密度1.04～1.06 g/cm3，粘度40～45 s。筆者對(duì)鉆井液施工作出如下歸納：為了滿足鉆井和井下安全的需要，鉆井液的性能保證潤(rùn)滑、攜砂、井壁穩(wěn)定、提高鉆時(shí)等，在整個(gè)施工過(guò)程中保證了鉆井液保持低密度，增強(qiáng)護(hù)壁性、防滲、防漏，確保了施工的順利進(jìn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

鉆井環(huán)空流體壓耗控制情況是影響大位移鉆井裸眼延伸極限測(cè)垂比高低的主要因素之一，也是規(guī)劃設(shè)計(jì)大位移鉆井項(xiàng)目施工方案與測(cè)評(píng)風(fēng)險(xiǎn)的主要因素，順沿水平最大應(yīng)力方向鉆進(jìn)存在較高風(fēng)險(xiǎn)，若施工方能配合使用循環(huán)式鉆進(jìn)、隨鉆擴(kuò)眼等綜合技術(shù)方法，能明顯提升鉆井裸眼延伸極限，進(jìn)而減少工程風(fēng)險(xiǎn)誘發(fā)因素，確保鉆進(jìn)施工活動(dòng)有序、安全推進(jìn)。另外，通過(guò)適度增加套管的下深數(shù)值，則能減少后續(xù)作業(yè)的阻力，有助于鉆進(jìn)井眼時(shí)實(shí)現(xiàn)防磨減扭，降低大位移鉆井施工成本，創(chuàng)造除更大經(jīng)濟(jì)效益。