西江24-3-A22大位移水平井鉆井技術(shù)研究

王 瑜，黃守國 (長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

西江24-3-A22大位移水平井鉆井技術(shù)研究

王 瑜，黃守國 (長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

西江24-3-A22井采用的是康菲南海組織的大位移水平井鉆井技術(shù)，借鑒了北海英國石油公司大位移水平井的成功經(jīng)驗，結(jié)合西江油田自身的特點，形成并發(fā)展了適合于西江油田的大位移水平井鉆井技術(shù)，同時也為整個南海的后續(xù)開發(fā)大位移水平井積累了寶貴的經(jīng)驗。研究和總結(jié)了西江24-3-A22大位移水平井鉆井關(guān)鍵技術(shù)，為后續(xù)的大位移井作業(yè)提供了經(jīng)驗和參考，也為我國海上和陸上油田成功應(yīng)用大位移水平井鉆井技術(shù)提供了必要的依據(jù)和借鑒。

西江24-3-A22；大位移水平井；鉆井技術(shù)；深海鉆井

大位移水平井鉆井技術(shù)在邊際油田的開發(fā)特別是海洋石油開發(fā)中，具有非常重要的地位。有效地利用海上現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備、裝置，充分運用大位移水平井鉆井技術(shù)，可以十分有效地對周邊油田實施開發(fā)，可以節(jié)省昂貴的海上油田開發(fā)費用，同時為有效地開發(fā)一些小的斷塊油田、邊際油田開辟了一條嶄新的道路，具有極為廣闊的應(yīng)用前景[1-3]。

西江24-3油田是1個衛(wèi)星油田，位于南中國海海域西江24-1的合同區(qū)塊。該地區(qū)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的形成是中生代裂谷作用和南海海底擴張的結(jié)果。在斷裂階段形成了一系列地壘和地塹，隨后的張性運動形成了珠江口盆地。其中的珠一坳陷是珠江口盆地3個坳陷之一。盆地由后期的古新世、始新世及早漸新世的河流及湖泊相沉積物充填，隨后的三角洲沖積及海相沉積物的快速充填，使得該盆地包括有河流平原、濱海相、淺水相、三角洲及半深海沉積物等多相沉積。

西江24-3-A22井鉆遇地層以砂泥巖為主，砂泥巖互層多，井壁坍塌主要發(fā)生在泥巖井段。并且由于砂巖地層孔隙度高，若鉆井液性能不好，容易在砂巖井段形成虛泥餅，造成起下鉆阻卡。

西江24-3-A22井完鉆垂深為2830m，完鉆井深為9268m，水平段井斜角92°，采用三層井身結(jié)構(gòu)：一開，?444.5mm鉆頭鉆探1700.00m，?339.7mm套管下深1247.00m；二開，?311.1mm鉆頭鉆探6500.00m，?244.5mm套管下深6495.00m；三開，?215.9mm鉆頭鉆探9268.00m，?177.8mm套管下深9265.00m。

1 鉆井技術(shù)難點

1.1井眼凈化及井壁穩(wěn)定性

鉆井過程中，鉆柱受力狀況易導(dǎo)致井眼呈橢圓形狀，井眼軌跡控制難度較大，淺層巖性疏松，易形成不規(guī)則井段和“葫蘆”井眼以及“巖屑床”[4]。由于攜砂需要，泥漿的粘度較高，井壁也將會有較厚的泥餅，在固井中難于清除，井眼的凈化比普通井困難得多。儲層裸露段長，孔隙度大、滲透率高，并且由于大井斜、長井段下突出的重力效應(yīng)，鉆桿偏心嚴(yán)重，巖屑極易在大斜度井段和水平井段形成巖屑沉積床，造成井壁不穩(wěn)定，形成鍵槽、粘附卡鉆事故等。

1.2摩阻與扭矩

由于穩(wěn)斜段長、井斜角大，重力效應(yīng)突出，上提、下放鉆具的阻力增加，鉆進(jìn)加壓困難，鉆柱摩擦阻力大、扭矩大，下部鉆具易屈曲，傳遞扭矩困難。另外由于鉆具的滑動和轉(zhuǎn)動，巖屑被反復(fù)碾碎，顆粒變細(xì)，造成鉆井液固相含量升高，從而導(dǎo)致鉆速下降，起下鉆抽吸壓力升高，也會導(dǎo)致摩阻、扭矩的急劇增加。

1.3下套管及固井

套管居中難，頂替效率不高，并且水泥漿在膠結(jié)過程中析出自由水，自由水極易聚集在井眼上側(cè)形成連續(xù)的水槽或水帶，影響固井質(zhì)量。由于這口井水泥封固段長，使用的是油基鉆井液，固井時需大量的水泥漿來充填環(huán)空，對混漿設(shè)備提出了高要求，另外油基鉆井液對水泥膠結(jié)強度影響較大，這就要求水泥漿要具有優(yōu)良的性能。

2 實鉆過程中的主要技術(shù)措施

2.1水力分析及井眼凈化

增加鉆桿轉(zhuǎn)數(shù)，環(huán)空巖屑床高度明顯降低，計算表明，轉(zhuǎn)速從0r/min增加到150r/min，環(huán)空巖屑床高度約降低一半，因此，鉆桿轉(zhuǎn)速是井眼凈化的有效和主要控制手段，應(yīng)盡可能旋轉(zhuǎn)鉆桿，破壞巖屑床。

另外一種方法就是采取一定的措施控制環(huán)空井眼凈化程度，也就是控制環(huán)空巖屑床高度。倒劃眼、短起下鉆和使用清掃液等洗井措施根據(jù)其操作程度大小可以視為不同程度的洗井操作[5]。

根據(jù)現(xiàn)有泵的能力，而且為了控制當(dāng)量循環(huán)密度(ECD)，在保證巖屑有最小的環(huán)空返速基礎(chǔ)上，排量不能太高。增加鉆桿轉(zhuǎn)數(shù)，經(jīng)常保持在130r/min以上，以提高井眼凈化能力。另外，在實際作業(yè)中，加強洗井時間。每鉆完一柱，以鉆井時的排量和轉(zhuǎn)數(shù)劃眼和倒劃眼2次，鉆完600～800m，就充分循環(huán)井眼，一般循環(huán)2周時間。

表井段水力參數(shù)

二開井段從1700m鉆到6500m，井斜角82.82°，穩(wěn)斜段很長，是這口井的難點，表1是二開井段各段的鉆井參數(shù)。

另外使用鋁合金鉆桿，井眼凈化效果很好。鋁合金鉆桿比普通鋼鉆桿輕2倍，減小了鉆柱和裸眼井壁之間的摩擦力，從而減小了扭矩和摩擦力，抗疲勞和腐蝕。使用鋁合金鉆桿后，ECD可以降低0.12g/cm3，提高了井眼凈化能力。

2.2井壁穩(wěn)定性分析

井壁穩(wěn)定性并非完全由井內(nèi)受力和變形所主導(dǎo)，西江油田區(qū)塊地層以泥頁巖為主，泥頁巖吸水膨脹后會影響巖石的強度和泊松比，從而影響井壁的穩(wěn)定性。西江24-3-A22井采用的是油基泥漿鉆井液，有效地抑制了泥頁巖的水化，而且和水基鉆井液相比，摩阻和扭矩都能得到有效地減小。

西江24-3-A22井井段長，無論是下放鉆具和上提鉆具，波動壓力都隨鉆具運動速度增加而增加，同時，泥漿靜切力帶來的波動壓力仍然很大，增加約0.045g/cm3，尤其在下套管時波動壓力很大，因此下套管前必須首先破壞泥漿靜切力，然后嚴(yán)格控制下套管速度，或者采取有效措施減小波動壓力，以避免井壁不穩(wěn)定問題。

2.3摩阻與扭矩控制

1)優(yōu)選井身剖面 采用擬懸鏈線設(shè)計的井眼軌跡，能夠有效地減少摩阻扭矩，改善鉆柱的受力情況。擬懸鏈線軌跡的增斜段是井眼曲率逐漸變化的漸進(jìn)線，而常軌的穩(wěn)斜段是固定的井眼曲率。但在實際鉆井過程中要精確控制軌跡，對工具的要求比較高，還有地層的影響，要隨時調(diào)整導(dǎo)向工具的參數(shù)。

2)使用油基鉆井液 油基泥漿相對于水基，金屬對金屬的摩擦系數(shù)可以降低20%～40%。高油水比的油基鉆井液，金屬對金屬的摩擦系數(shù)和金屬對砂巖的摩擦系數(shù)比低油水比的鉆井液要低。另外油基泥漿能有效地抑制泥巖的水化，保證了井壁穩(wěn)定。

圖1 LoTAD減阻工具

3)應(yīng)用減阻工具 減阻工具主要是通過減少金屬與金屬的接觸面積，把滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，來達(dá)到減少摩阻和扭矩的目的。圖1為Weatherford公司的減少摩阻扭矩工具(LoTAD)，由本體、滾珠、軸承套組成，可直接接在鉆桿上，是一種不依賴于鉆井液的機械摩擦減少系統(tǒng)，靠上面的滾珠接觸套管壁，減小摩擦面。LoTAD主要用于大位移水平井，減少扭矩、摩阻、套管磨損、工具接頭磨損和壓差卡鉆，同時也提高定向控制、機械鉆速和井眼凈化。

4)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng) 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井方式相比滑動鉆井，使鉆柱與套管或井壁之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，減小了摩阻系數(shù)，降低了摩阻和扭矩。表2是西江24-3 -A22井的鉆具組合。

表2 西江24-3 -A22井常規(guī)的井下鉆具組合

2.4減少套管磨損

總結(jié)已鉆井的經(jīng)驗，盡量控制好井眼軌跡和最大限度地減少井下復(fù)雜事故與故障，控制好井眼凈化程度，使套管段的摩阻系數(shù)保持在較低水平，這將會使套管的磨損狀況大為改善。雖然油基鉆井液能較大的改善套管磨損，如果能控制好鉆井液中的含砂量，使含砂量保持在較小的范圍內(nèi)，套管的磨損還會有所改善；通過實驗或現(xiàn)場實踐選取并在油基鉆井液中加入適量的潤滑劑，且使之保持在一定的濃度，這可以降低鉆井液的摩阻系數(shù)，從而減少鉆具與套管間滑動摩阻系數(shù)，減輕套管的磨損。

2.5套管漂浮技術(shù)

3 新工具的應(yīng)用

E-CD是意大利國家石油公司Eni推出的泥漿連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)(E-CD:Eni Circulating Device)，當(dāng)接鉆桿或起鉆時維持鉆井液的不間斷循環(huán)，可實現(xiàn)控制壓力鉆井技術(shù)。主要優(yōu)點有：提高井眼凈化；減少卡鉆事故；防止鼓脹效應(yīng)；加強井控；可以鉆“比較困難”地層； 能夠在窄孔隙/破裂壓力梯度窗口鉆進(jìn)；在高溫高壓、欠平衡鉆井中成為可能；改善ECD管理。

Eni擁有自己的控制壓力鉆井技術(shù)，稱為近平衡鉆井(ENBD：Eni Near Balance Drilling)。ENBD是創(chuàng)新的鉆井工藝，當(dāng)循環(huán)時任何時候都可以保持不變的井底環(huán)空壓力，管理環(huán)空的動態(tài)壓力剖面。ENBD通過E-CD系統(tǒng)確保工藝的連續(xù)性，不需要停止泥漿循環(huán)，可以減少大量的非生產(chǎn)時間。

[1]李克向. 我國灘海地區(qū)應(yīng)加快發(fā)展大位移井鉆井技術(shù)[J]. 石油鉆采工藝，1998，20(3)：1-9.

[2] 蔣世全. 大位移井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及啟示[J]. 石油鉆采工藝，1999，21(2)：1-8.

[3] 李克向. 國外大位移井鉆井技術(shù)[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，1998.

[4] 秦永和. 大港油田大位移井鉆井實踐和技術(shù)最新進(jìn)展[J]. 石油鉆探技術(shù)，2006，34(4)：30-33.

[5] Aadnoy B S. Construction of Ultralong Wells Using a Catenary Well Profile[J]. IADC/SPE 98890，2006.

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409.2011.07.015

TE256

A

1673-1409(2011)07-0041-03

2011-05-10

王瑜，女，碩士生，現(xiàn)主要從事鉆井技術(shù)管理方面的研究工作。