新沙21-27H長(zhǎng)水平段水平井鉆井實(shí)踐

胥豪 ，唐洪林 ，張曉明 ，房海濤

（1.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 荊州 434023；2.中國(guó)石化集團(tuán)勝利石油管理局鉆井工藝研究院，山東 東營(yíng) 257017；3.中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司第五鉆井分公司，河北 滄州 062450）

1 油藏地質(zhì)概況

新沙21-27H是部署在川西坳陷新場(chǎng)構(gòu)造北翼的一口長(zhǎng)水平段開發(fā)水平井。新場(chǎng)構(gòu)造總體呈西高東低、南陡北緩的不對(duì)稱分布，目的層為上沙溪廟組，埋深2 100～2 300 m，儲(chǔ)層以中—細(xì)粒長(zhǎng)石巖屑、巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，部分井段夾少量薄層棕紅色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖及粉砂質(zhì)泥巖；孔隙度平均9%，為中—低孔儲(chǔ)層，滲透率平均 0.13×10－3μm2，屬典型致密氣藏。該氣藏采用常規(guī)方式開發(fā)的效果不佳，隨著長(zhǎng)水平段水平井和大型加砂壓裂技術(shù)的應(yīng)用，其開發(fā)價(jià)值得到顯著提升。

2 井身結(jié)構(gòu)和井眼軌道設(shè)計(jì)

新場(chǎng)氣田以往水平井多采用三開井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，二開采用φ311.2 mm鉆頭鉆進(jìn)，φ244.5 mm技術(shù)套管下至A靶點(diǎn)，三開采用φ215.9 mm鉆頭鉆至完鉆井深。由于二開鉆頭尺寸較大，機(jī)械鉆速普遍較低，再加上中完作業(yè)時(shí)間，施工周期普遍較長(zhǎng)。為了縮短鉆井周期，節(jié)約鉆井成本，新沙21-27H井采用二開井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（見表1），有利于機(jī)械鉆速的提高。

為了增大氣層裸露面積，提高單井產(chǎn)量，配合大型加砂壓裂技術(shù)，新沙21-27H井設(shè)計(jì)為長(zhǎng)水平段水平井，采用“增—穩(wěn)—增”剖面類型，中間設(shè)計(jì)18.19 m調(diào)整段，一方面考慮水平井目的層垂深可能與設(shè)計(jì)存在偏差［1］，另一方面考慮造斜率異常，增加調(diào)整段有利于井眼軌跡控制，井眼軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)如表2所示。

表1 新沙21-27H井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

表2 新沙21-27H井井眼軌道設(shè)計(jì)

3 施工難點(diǎn)

1）施工周期長(zhǎng)。由于地層抗壓強(qiáng)度大，可鉆性差，鉆頭進(jìn)尺少，起下鉆頻繁，在高密度、高摩阻、高扭矩情況下易發(fā)生井下復(fù)雜情況或事故（如斷鉆具、井漏、卡鉆等），導(dǎo)致施工周期長(zhǎng)。

2）井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獨(dú)特。二開裸眼段長(zhǎng)2 888.64 m，且水平段長(zhǎng)達(dá)1 038.67 m，摩阻、扭矩極大，使得井眼軌跡控制困難，水平段后期容易出現(xiàn)滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)效低，甚至無(wú)法再進(jìn)行滑動(dòng)鉆進(jìn)的情況［2-5］。

3）鉆井液性能要求高。造斜段及水平段設(shè)計(jì)鉆井液密度為1.60～1.90 g/cm3，區(qū)塊鄰井水平段鉆井液密度為1.80～2.10 g/cm3，高密度下鉆井液潤(rùn)滑防卡、降摩減扭、防漏堵漏、穩(wěn)定井壁的難度加大，還容易導(dǎo)致MWD 信號(hào)傳遞困難，降低鉆井效率［6-9］。

4）井身質(zhì)量要求高。新沙21-27H井場(chǎng)規(guī)劃部署3口水平井，井間距4.00 m，因此直井段的防斜打直非常重要，以避免同平臺(tái)井在直井段相碰造成事故。另外，本井水平段靶框要求上下2.00 m，左右15.00 m，過高的靶框要求會(huì)增加現(xiàn)場(chǎng)控制難度。

5）井眼清潔困難。隨著水平段的延伸，攜巖越來越困難，容易在井眼低邊形成巖屑床，使得井眼不通暢，井內(nèi)摩阻、扭矩變大，鉆進(jìn)更加困難［10］；加之井眼環(huán)空小，若砂體疏松，鉆時(shí)較快，巖屑不能及時(shí)帶離井底，還容易造成卡鉆事故。

4 技術(shù)措施

4.1 井眼軌跡控制

長(zhǎng)水平段水平井與一般的定向井、水平井不同，減少摩阻、扭矩是關(guān)鍵技術(shù)之一。實(shí)鉆過程中應(yīng)盡量控制好造斜率，避免因造斜率過高使得摩阻、扭矩增大，增加后期施工難度［11-12］。在水平段應(yīng)通過鉆具組合和鉆進(jìn)參數(shù)的調(diào)整達(dá)到穩(wěn)斜效果，避免過多調(diào)整井眼軌跡，從而提高鉆井效率。根據(jù)井眼特點(diǎn)和軌跡控制的需要，新沙21-27H井先后采用了“單彎動(dòng)力鉆具+無(wú)線隨鉆測(cè)量”及“單彎動(dòng)力鉆具+欠尺寸穩(wěn)定器+無(wú)線隨鉆測(cè)量”的單彎雙穩(wěn)鉆具結(jié)構(gòu)，前者主要用于造斜段，后者主要用于水平段；同時(shí)配合負(fù)脈沖無(wú)線隨鉆系統(tǒng)進(jìn)行井眼軌跡測(cè)量，取得了良好效果。

4.1.1 直井段

新沙21-27H井為三井同臺(tái)，且上部屬易斜地層，直井段防斜打直非常重要。一開采用“φ311.2 mm鉆頭+φ203.2 mm 鉆鋌+φ177.8 mm 鉆鋌+φ165.1 mm 鉆鋌”的塔式鉆具組合，二開采用“φ215.9 mm鉆頭+φ203.2 mm 鉆鋌+φ214 mm 穩(wěn)定器+φ177.8 mm 鉆鋌+φ165.1 mm鉆鋌”的塔式加鐘擺鉆具組合，取得了良好的防斜效果，直井段最大井斜僅1.68°，而區(qū)塊鄰井直井段井斜多在 3～5°。

4.1.2 增斜段

增斜段采用“φ215.9 mm鉆頭+φ172 mm 1.5°單彎鉆具+無(wú)線隨鉆測(cè)量”的鉆具組合，滑動(dòng)鉆進(jìn)與復(fù)合鉆進(jìn)交替進(jìn)行，使得實(shí)鉆軌跡貼近設(shè)計(jì)軌道［13-15］；施工過程中控制井斜和垂深稍微提前設(shè)計(jì)軌道，從而降低入靶造斜率，做到精確中靶。實(shí)鉆斜井段軌跡滿足設(shè)計(jì)要求，且軌跡圓滑，最高造斜率僅27.17（°）/hm。

4.1.3 水平段

水平段采用“φ215.9 mm 鉆頭+φ172 mm 1.25°單彎鉆具+欠尺寸穩(wěn)定器+無(wú)線隨鉆測(cè)量”的單彎雙穩(wěn)鉆具組合。φ172 mm單彎鉆具自帶φ212 mm螺旋扶正塊，根據(jù)同類型鉆具組合施工經(jīng)驗(yàn)優(yōu)選φ212 mm欠尺寸穩(wěn)定器，并選擇扶正塊長(zhǎng)度在200～300 mm，避免扶正塊過長(zhǎng)增大摩阻和扭矩，增加井下不安全因素。通過調(diào)整鉆壓來調(diào)整鉆具組合的穩(wěn)斜效果；水平段鉆井液排量29～32 L/s，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速120 r/min，通過大排量、高轉(zhuǎn)速并間斷短起下鉆清除巖屑床，提高攜巖效果。實(shí)鉆水平段長(zhǎng)度1 039.21 m，機(jī)械鉆速8.25 m/h，滑動(dòng)進(jìn)尺54 m，比例僅為5.2%，取得了良好的控制效果。

4.2 摩阻、扭矩跟蹤分析控制

摩阻、扭矩是長(zhǎng)水平段水平井最突出的問題，隨著位移增加，摩阻和扭矩相應(yīng)增加。如何對(duì)實(shí)鉆摩阻、扭矩水平進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估，以采取相應(yīng)的技術(shù)措施，從而達(dá)到安全快速鉆進(jìn)的目的是施工重點(diǎn)［16-21］。新沙21-27H井利用Wellplan軟件對(duì)上提、下放摩阻及扭矩進(jìn)行跟蹤（見圖1、圖2），并通過數(shù)據(jù)反算摩阻系數(shù)（見圖3），從而指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤情況，井深2 500 m以下摩阻呈現(xiàn)較快增加趨勢(shì)，實(shí)測(cè)扭矩與預(yù)測(cè)扭矩出現(xiàn)較大背離，摩阻系數(shù)達(dá)到0.4～0.5，定向鉆進(jìn)比較困難，效率低下；因此現(xiàn)場(chǎng)加強(qiáng)鉆井液處理措施，增加潤(rùn)滑劑含量，確保摩阻系數(shù)不再繼續(xù)增加。鉆進(jìn)到3 090 m后進(jìn)行短起下鉆作業(yè)，暢通井眼，并加大鉆井液排量，確保攜巖，改善了摩阻和扭矩水平，從而順利鉆達(dá)完鉆井深。

4.3 鉆頭優(yōu)選

根據(jù)該區(qū)塊地層特點(diǎn)，結(jié)合PDC鉆頭適用性分析，增斜段和水平段采用“PDC鉆頭+單彎螺桿”的優(yōu)快鉆具組合。定向鉆進(jìn)時(shí)選用短保徑PDC鉆頭，工具面穩(wěn)定，側(cè)向能力強(qiáng)；復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)則切削能力強(qiáng)，扭矩小，鉆速高。新沙21-27H井二開全井段采用5刀翼ABS1605F型PDC鉆頭，單只鉆頭進(jìn)尺1 104.20 m，完鉆起出后保徑齒良好，端部切削齒輕微磨損，證明PDC鉆頭應(yīng)用效果好，大大減少了起下鉆輔助時(shí)間，提高了鉆井效率。

圖1 上提、下放鉆具實(shí)測(cè)摩阻水平

圖2 預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)扭矩對(duì)比

圖3 實(shí)鉆摩阻系數(shù)校正

4.4 鉆井液技術(shù)措施

二開采用正電膠聚磺鉆井液體系，在直井段遂寧組地層，確保鉆井液具有較強(qiáng)的潤(rùn)滑性和防塌抑制性。進(jìn)入造斜段后逐步加入足量潤(rùn)滑劑，增強(qiáng)鉆井液的潤(rùn)滑防卡性能，基本配方為“上部基漿+（2%～4%）磺化酚醛樹脂+（2%～4%）無(wú)鉻磺化褐煤+（1%～2%）磺化丹寧+（3%～4%）瀝青類防塌劑+（3%～5%）液體潤(rùn)滑劑+（1%～2%）極壓潤(rùn)滑劑+（0.1%～0.2%）乳化劑”。進(jìn)入水平段后鉆井液配方為“上部基漿+（4%～6%）液體潤(rùn)滑劑+（1%～2%）聚合醇+（1%～2%）極壓潤(rùn)滑劑+（0.1%～0.2%）乳化劑”，使鉆井液具備很強(qiáng)的抑制性、封堵性和潤(rùn)滑性，并加強(qiáng)維護(hù)，確保鉆井液性能穩(wěn)定。水平段鉆井液性能為：密度 1.89～1.95 g/cm3，漏斗黏度 50 s，失水 3 mL，泥餅厚度0.5mm，pH值9，含砂量0.2%，塑性黏度32mPa·s，動(dòng)切力 14.5 Pa，切力 5/12 Pa，固相體積分?jǐn)?shù) 34%，膨潤(rùn)土質(zhì)量濃度28.6 g/L，油相體積分?jǐn)?shù)5.6%。在摩阻、扭矩較大井段和定向鉆進(jìn)困難井段，加入CC40，RH220，RH102等潤(rùn)滑材料，提高鉆井液潤(rùn)滑性；在鉆井液循環(huán)系統(tǒng)方面采用4級(jí)凈化系統(tǒng)，并采取短起下鉆、大幅度活動(dòng)鉆具、大排量循環(huán)鉆井液等工程措施，確保攜巖，避免巖屑床的形成和堆積。

5 實(shí)鉆效果

新沙21-27H井完鉆井深3 407.00 m，水平位移1 336.70 m，水平段長(zhǎng)度1 039.21 m，實(shí)鉆周期39.96 d，比設(shè)計(jì)周期提前27.04 d，水平段單趟鉆最高進(jìn)尺788.20 m，單只鉆頭最高進(jìn)尺1 104.20 m，水平段平均機(jī)械鉆速8.25 m/h，水平段滑動(dòng)進(jìn)尺占5.2%，氣層鉆遇率99.23%，取得多項(xiàng)良好指標(biāo)；全井平均機(jī)械鉆速6.63 m/h，臺(tái)月效率2 561.65 m，創(chuàng)川西地區(qū)3 001～3 500 m水平井平均機(jī)械鉆速最高、臺(tái)月效率最高2項(xiàng)紀(jì)錄。

6 結(jié)論

1）采用合適的鉆具結(jié)構(gòu)、鉆進(jìn)參數(shù)以及旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)配合滑動(dòng)鉆進(jìn)的鉆井方式，能有效控制井眼軌跡，提高鉆井速度，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)水平段水平井安全、優(yōu)質(zhì)、高效鉆井。

2）通過摩阻、扭矩預(yù)測(cè)技術(shù)，對(duì)實(shí)鉆摩阻系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并通過調(diào)整鉆井液性能以及配合工程措施，降低長(zhǎng)水平段水平井摩阻、扭矩水平，效果良好。

3）根據(jù)區(qū)塊地質(zhì)條件，結(jié)合PDC鉆頭適用性分析，優(yōu)選切削能力強(qiáng)、扭矩小、鉆速高的PDC鉆頭，對(duì)于提高長(zhǎng)水平段水平井鉆井效率具有重要的意義。

4）研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，提高井眼軌跡控制精度和井身質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)水平段水平井的安全高效鉆探，為致密砂巖油氣藏的高效開發(fā)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

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