鄒亞平

（大慶鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江 大慶 163413）

大慶油田水平井技術(shù)推廣應(yīng)用以來(lái)，取得了明顯的效果，但隨著勘探開(kāi)發(fā)的進(jìn)一步深入，對(duì)水平井鉆完井技術(shù)提出了更高的要求。中淺層有效砂巖厚度薄（0.5～2m），層數(shù)多（3～7層），導(dǎo)致水平段定向進(jìn)尺多，控制難度大，機(jī)械鉆速慢；井下動(dòng)力鉆具及鉆頭使用壽命短，行程鉆速低；不同的鉆具結(jié)構(gòu)適應(yīng)的區(qū)塊有所不同，鉆進(jìn)效果較好的鉆具結(jié)合，在其他區(qū)塊不一定適應(yīng)，需要優(yōu)化鉆具結(jié)構(gòu)。Z41-P2井是一口中淺層開(kāi)發(fā)水平井，在平臺(tái)井鉆井過(guò)程中，下部地層存在造斜率低、鉆速慢、油層薄等難點(diǎn)。通過(guò)優(yōu)快鉆井技術(shù)在該井的應(yīng)用，使得該井提速效果明顯，不僅取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，也為后期該區(qū)塊深層水平井施工提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

1 基本概況

Z41-P2 井為典型的鼻狀構(gòu)造，總體呈東南高、西北低的單斜構(gòu)造特征，受走向近南北向、近東西向斷層控制，總體面貌呈斷階式地塹、地壘相間的構(gòu)造形態(tài)。該井設(shè)計(jì)井深1920m，完鉆井深1920m。目的層為姚一段，本井二層套管井身結(jié)構(gòu)，二開(kāi)215.9mm 井眼造斜。因此安全、高效施工，是鉆井施工攻關(guān)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。Z41-P2井井身結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 Z41-P2井井身結(jié)構(gòu)

2 施工難點(diǎn)

中淺層水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)研究與應(yīng)用能夠提高機(jī)械鉆速，縮短建井周期，降低鉆井成本，應(yīng)用前景廣闊。Z41-P2 井一開(kāi)是直井段施工，和常規(guī)井施工相同，優(yōu)快鉆井技術(shù)研究與應(yīng)用的難點(diǎn)主要體現(xiàn)在二開(kāi)階段，涉及到造斜段施工和水平段施工。

（1）LWD隨鉆儀器測(cè)點(diǎn)滯后。中淺層水平井施工時(shí)主要應(yīng)用LWD 隨鉆儀器，但是LWD 隨鉆儀器內(nèi)部的傳感器距離鉆頭位置較遠(yuǎn)，井斜測(cè)距一般在14～17m，伽馬和電阻率測(cè)距一般在10～13m。測(cè)量數(shù)據(jù)的相對(duì)滯后對(duì)地層和軌跡的預(yù)測(cè)調(diào)整帶來(lái)困難，一定程度上降低了鉆井速度，增加了鉆井周期。

（2）油層薄連續(xù)性差。由于受沉積相帶的控制，Z41區(qū)塊砂巖厚度由西北向東南逐漸變薄，北部單砂層厚度、單井累計(jì)砂巖厚度較南部大，砂巖層數(shù)北部較南部多，具有南北砂巖層數(shù)變化大、單層厚度薄、層間差異大、平面連續(xù)性差的特點(diǎn)。油層單砂層厚度一般0.8～2.0m。

（3）斷層多影響鉆井周期。區(qū)塊內(nèi)斷裂發(fā)育，共落實(shí)斷層113條，以正斷層為主，發(fā)育2條近南北向和4條近東西向主斷層，斷層延伸長(zhǎng)度0.5～2.5km，斷距一般10m，斷層傾角40°～60°。

（4）平臺(tái)井施工涉及防碰。由于Z41-P2井是三口平臺(tái)井中的一口，施工時(shí)涉及到臨井防碰，需要嚴(yán)格控制井眼軌跡。直井段一定要打直，定向段按照設(shè)計(jì)施工。

（5）臨井造斜率低。由于地層軟鉆速快，造斜率相對(duì)較低。施工臨井時(shí)出現(xiàn)造斜率不足現(xiàn)象，本井設(shè)計(jì)最高造斜率6.4°/30m。

（6）軌跡控制難度大。為了縮短鉆井周期提高鉆井速度，降低成本，用優(yōu)快鉆井技術(shù)勢(shì)在必行。油田中淺儲(chǔ)層更薄、地層更復(fù)雜，控制難度大。不同的鉆具結(jié)構(gòu)適應(yīng)的區(qū)塊有所不同，鉆進(jìn)效果較好的鉆具結(jié)合，在其他區(qū)塊不一定適應(yīng)，需要優(yōu)化鉆具結(jié)構(gòu)。

3 優(yōu)快鉆井技術(shù)在Z41-P2井應(yīng)用情況

針對(duì)Z41區(qū)塊井身質(zhì)量控制難度大、軌跡調(diào)整頻繁、鉆井周期長(zhǎng)、井下故障多的難點(diǎn)，綜合分析對(duì)比總結(jié)已完井的施工資料，結(jié)合該地區(qū)的地層特點(diǎn)，制定針對(duì)性施工方案、固化鉆具組合和鉆頭、現(xiàn)場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)和專(zhuān)家駐井、精細(xì)控制等技術(shù)措施，形成相應(yīng)的優(yōu)快鉆井技術(shù)?？茖W(xué)合理的優(yōu)選鉆頭、優(yōu)化鉆具組合、優(yōu)選鉆井參數(shù)、推廣“一趟鉆”技術(shù)，延長(zhǎng)了鉆頭的使用壽命和使用效率，遏制了井下事故復(fù)雜，提高了鉆井速度，縮短了鉆井周期。

3.1 控制井身質(zhì)量，確保安全施工

（1）直井段控制。Z41 區(qū)塊的地層傾角達(dá)一般在0.30°～2.00°左右，根據(jù)自然造斜規(guī)律來(lái)控制井深質(zhì)量，施工中每鉆進(jìn)200m 測(cè)斜一次。如果發(fā)現(xiàn)井斜增加趨勢(shì)變大，則調(diào)整轉(zhuǎn)數(shù)和鉆壓參數(shù)控制井斜變化。通過(guò)這些措施，既保證了井深質(zhì)量，又提高了機(jī)械鉆速。

（2）定向段控制。定向段施工前，要從工藝和工程兩個(gè)方面出發(fā)，根據(jù)實(shí)際井下數(shù)據(jù)優(yōu)化待鉆井眼軌跡，及時(shí)分析研究提前制定施工方案。施工時(shí)，應(yīng)用LWD隨鉆儀器隨時(shí)監(jiān)測(cè)井下數(shù)據(jù)，復(fù)合與定向相結(jié)合的鉆井方式，嚴(yán)格控制井眼曲率，保持軌跡平滑，滿(mǎn)足工程和地質(zhì)要求，減少井下復(fù)雜，確保后續(xù)施工安全順利。

3.2 優(yōu)選高效鉆頭，提高機(jī)械鉆速

鉆井作業(yè)的實(shí)施是通過(guò)鉆頭直接破碎地層巖石而得以實(shí)現(xiàn)的，降低鉆井成本最直接、有效的措施就是提高鉆頭進(jìn)尺、加快鉆井速度，通過(guò)合理地選擇鉆頭類(lèi)型，提高鉆頭本身的性能是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的有效途徑。面對(duì)眾多的鉆頭，如何經(jīng)濟(jì)、高效地選用合適的鉆頭已成為提高鉆井經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。

根據(jù)Z41區(qū)塊的地質(zhì)特點(diǎn)，結(jié)合巖性特征發(fā)現(xiàn)，巖性主要以泥巖、砂巖互層為主，上部井段巖石膠結(jié)疏松，宜選擇能獲得較高機(jī)械鉆速的PDC 鉆頭，Z41-P2井優(yōu)選四川川克JKP-5 型號(hào)的鉆頭，獲得較高的機(jī)械鉆速，定向段施工進(jìn)尺1063m，平均機(jī)械鉆速15.41m/h，超過(guò)同區(qū)塊施工井速度。

3.3 優(yōu)化鉆具組合，確保井眼軌跡圓滑

正確匹配好鉆具組合，減少起下鉆次數(shù)，提高鉆井時(shí)效，實(shí)現(xiàn)科學(xué)提速。本井主要應(yīng)用PDC 鉆頭+螺桿鉆具組合，在低鉆壓、高轉(zhuǎn)速的情況下，利用螺桿鉆具的高轉(zhuǎn)速和PDC鉆頭的高破碎的特點(diǎn)，達(dá)到提高機(jī)械鉆速，減少鉆具事故。水平段復(fù)合鉆進(jìn)進(jìn)尺比例占83.37%。

造斜段鉆具組合：?215.9mm鉆頭+?172.0mm單彎螺桿（1.5°）+?172.0mm 鉆具浮閥+?172.0mm LWD+?139.7mm 無(wú)磁加重鉆桿×9m+ ?139.7mm18°斜坡鉆桿+?139.7mm加重鉆桿×223.2m+?139.7mm加重鉆桿×334.8m+?139.7mm鉆桿。

水平段鉆具組合：?215.9mm鉆頭+?172.0mm單彎螺桿（1.0°）+?172.0mm鉆具浮閥+?165.1mm無(wú)磁鉆鋌×9m+?139.7mm 加重鉆桿 ×27.0m+?139.7mm鉆 桿 ×1377.0m +?139.7mm 加 重 鉆 桿 ×270m+?139.7mm鉆桿。

3.4 優(yōu)化鉆井參數(shù)，提高鉆井速度

在鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆壓、轉(zhuǎn)速和水力參數(shù)在井底的破巖、清巖作用同時(shí)發(fā)生鉆井過(guò)程中存在破巖、清巖的交互作用，要求根據(jù)地區(qū)的水力指數(shù)優(yōu)選泵壓和水力參數(shù)，綜合鉆井井眼凈化、穩(wěn)定和巖屑濃度三個(gè)約束條件，優(yōu)選鉆井液流變參數(shù)。在不同地層、井段，采用不同的鉆壓，保持水功率、轉(zhuǎn)速等參數(shù)不變的情況下，比水功率值可采用實(shí)測(cè)法來(lái)合理優(yōu)選。施工時(shí)采用大鉆壓、大排量、大扭矩、高泵壓、高轉(zhuǎn)速“三大兩高”技術(shù)措施，強(qiáng)化鉆井參數(shù)，提高鉆井速度，縮短鉆井周期。

造斜段鉆井參數(shù)：鉆壓20～60kN，轉(zhuǎn)速60r/min，排量32～36L/s，泵壓14～17MPa。

水平段鉆井參數(shù)：鉆壓40～80kN，轉(zhuǎn)速60r/min，排量32～36L/s，泵壓16～19MPa。

3.5 待鉆軌跡優(yōu)化，保證井眼軌跡質(zhì)量

在水平井鉆井中，由于諸多因素影響實(shí)鉆井眼軌跡偏離設(shè)計(jì)井眼軌跡。為了保證準(zhǔn)確地鉆達(dá)靶區(qū)，當(dāng)實(shí)鉆井眼偏離設(shè)計(jì)井眼軌跡時(shí)，如不及時(shí)調(diào)整施工方案及措施，就有脫靶的危險(xiǎn)。隨鉆修正設(shè)計(jì)的目的就是為這種調(diào)整軌道施工提供理論依據(jù)，沿著這條新的設(shè)計(jì)理論軌道鉆進(jìn)才能鉆達(dá)預(yù)計(jì)的靶區(qū)。因此在鉆進(jìn)中進(jìn)行軌道的修正設(shè)計(jì)是很有必要的。利用landmark軟件進(jìn)行理論軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)，并進(jìn)行摩阻扭矩計(jì)算，優(yōu)選出最優(yōu)的井眼軌道，減少井眼軌跡控制的難度和工作量，從而實(shí)現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井。

Z41-P2井綜合考慮到后期施工安全，提前優(yōu)化軌跡剖面。將設(shè)計(jì)造斜點(diǎn)上移，優(yōu)化后下部造斜率降低，達(dá)到減少定向進(jìn)尺增加復(fù)合進(jìn)尺效果。經(jīng)過(guò)軌跡優(yōu)化后，實(shí)鉆最大曲率 7.1°/30m，比設(shè)計(jì)曲率 6.4°/30m 高9.9%，井眼軌跡平滑通暢。

3.6 推廣實(shí)行“一趟鉆”技術(shù)，縮短鉆井周期

降本增效是工程技術(shù)服務(wù)公司的始終追求目標(biāo)，更是當(dāng)前低油價(jià)的首要選擇。水平井降本增效潛力特別大，其中一種技術(shù)就是“一趟鉆”?！耙惶算@”是指用一只鉆頭和一套井下鉆具組合，一次入井鉆完一個(gè)開(kāi)次或一個(gè)井段全部進(jìn)尺的鉆井技術(shù)，具有提高機(jī)械鉆速、縮短鉆井周期、降低鉆井成本、減少或避免井下復(fù)雜情況等優(yōu)點(diǎn)，有效促進(jìn)了北美地區(qū)非常規(guī)油氣資源的高效開(kāi)發(fā)。

Z41-P2井造斜段使用LWD+1.5°螺桿一趟鉆至著陸點(diǎn)，著陸后倒換1.0°螺桿，使用LWD+1.0°螺桿一趟鉆完成水平段施工。實(shí)現(xiàn)造斜段一趟鉆完成，水平段一趟鉆完成。實(shí)現(xiàn)定向周期6.82d，比設(shè)計(jì)定向周期10d縮短31.8%。

3.7 井下事故預(yù)防，保障井下安全施工

（1）短起下鉆作業(yè)規(guī)范，二開(kāi)短起下鉆作業(yè)需考慮以下因素：每100m 實(shí)際返砂量低于理論返砂量0.5～1.0m3；返出巖屑研磨嚴(yán)重，鉆頭切削痕跡不明顯；摩阻、扭矩波動(dòng)幅度大；進(jìn)尺變慢，拖壓現(xiàn)象明顯；泵壓升高環(huán)空有憋壓現(xiàn)象；上提超拉10t，下放有遇阻現(xiàn)象；旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向粘滑系數(shù)頻繁超過(guò)安全臨界值或者環(huán)空當(dāng)量密度超過(guò)階梯增加值。

（2）短起下鉆或者長(zhǎng)起鉆開(kāi)泵循環(huán)操作要求：下鉆至出技套前100m、進(jìn)入水平段100m以及每400m或者試遇阻情況，分別循環(huán)1.5～2 周，確保井眼清潔；開(kāi)泵以階梯排量為原則，逐次提高。首先以排量5L/s頂通，循環(huán)10～20min，視井深及分段循環(huán)情況而定；每2～3min 梯次增加排量5 沖，達(dá)到排量14L/s 后循環(huán)15min，以5r/min開(kāi)頂驅(qū)，根據(jù)扭矩情況進(jìn)行劃眼，若無(wú)異常，將排量梯次提至24L/s 循環(huán)15min，直至達(dá)到正常施工排量?；顒?dòng)鉆具期間出現(xiàn)泵壓快速升高憋壓現(xiàn)象，應(yīng)立即停泵，活動(dòng)鉆具使泵壓緩慢歸零后，在自由段嘗試重新遵照上述方式開(kāi)泵循環(huán)，逐步達(dá)到施工排量；下鉆探底后起出1柱鉆桿，第二柱上下活動(dòng)無(wú)異常，待巖屑返凈后方可進(jìn)行下步施工。

（3）水平段掉塊卡鉆處置措施：上提或者劃眼過(guò)程中發(fā)生卡鉆，應(yīng)第一時(shí)間下壓鉆具至頂驅(qū)加游車(chē)懸重，嚴(yán)禁通過(guò)上提方式解卡。下放過(guò)程中發(fā)生卡鉆，應(yīng)以上提活動(dòng)鉆具為主；卡鉆發(fā)生初期在不憋壓的情況下逐步提排量至鉆進(jìn)排量循環(huán)，采取加扭和釋放扭矩交替方式，間斷活動(dòng)鉆具，可加扭30～40kN·m,試卡鉆情況可考慮泵入稀漿和稠漿攜砂；如活動(dòng)4h未解卡，由啟動(dòng)震擊器。

4 Z41-P2井取得的效果

Z41-P2 井通過(guò)針對(duì)該井油層薄、造斜率低、水平段傾角變化大等，制定詳細(xì)的施工方案，應(yīng)用優(yōu)快鉆井技術(shù)實(shí)現(xiàn)該井科學(xué)提速。該井施工段長(zhǎng)1063m，周期6.82d，造斜段與水平段分別一趟鉆完成，平均機(jī)械鉆速15.41m/h，為該區(qū)塊平均機(jī)械鉆速最快井。比同區(qū)塊井平均機(jī)械鉆速提高45.38%，比設(shè)計(jì)定向周期10d縮短31.8%，全井最大曲率7.1°/30m比設(shè)計(jì)曲率6.4°/30m高9.9%，水平段復(fù)合鉆進(jìn)進(jìn)尺比例占83.37%。

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）開(kāi)展水平井優(yōu)快鉆完井技術(shù)研究，可以進(jìn)一步提高鉆井速度，縮短鉆井周期，降低鉆井成本；

（2）通過(guò)個(gè)性化鉆頭的研選及應(yīng)用，形成了適應(yīng)于不同區(qū)塊的鉆頭型號(hào)，進(jìn)一步提高了鉆井速度；

（3）針對(duì)不同區(qū)塊制定個(gè)性化的井身結(jié)構(gòu)及軌道設(shè)計(jì)，形成一套“一趟鉆”快捷鉆井技術(shù)；

（4）PDC+螺桿鉆具鉆井方式既可以大幅度提高機(jī)械鉆速，又可以減低成本，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益；

（5）嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)規(guī)范措施，可以有效降低井下復(fù)雜；

（6）井眼軌跡控制時(shí)必須合理優(yōu)化井眼軌跡與鉆具組合。