順北區(qū)塊超深120mm小井眼定向技術(shù)難點及對策

董小虎，商 森

（西北油田分公司，新疆輪臺841600）

塔河油田順托果勒低隆北緣順北井區(qū)主力油氣藏構(gòu)造奧陶系一間房組黃灰色泥晶灰?guī)r含硅質(zhì)團塊，同時儲層均位于斷裂帶附近，儲層縫洞發(fā)育見圖1，儲層物性較好，適于采用水平井技術(shù)開發(fā)。2016年順北地區(qū)部署完成的5口水平井都是以一間房組為目的層，造斜點井深均超過7270m，造斜點至B點垂差小于90m，全角變化率高達22°/30m，完鉆井深最深達到8049.5m，5口井目的層鉆進過程發(fā)生了不同程度的漏失，鉆遇好的儲集體。該地區(qū)定向鉆井過程中遇到了一些技術(shù)難題,嚴重影響了鉆井周期,在順北區(qū)塊縮短四開周期存在較大空間、總結(jié)相關(guān)技術(shù)要點，破解技術(shù)難題，找到適合順北地區(qū)的優(yōu)快定向鉆井技術(shù),有很大的現(xiàn)實意義。

1 技術(shù)難點

（1）井底預(yù)計靜止最高溫度可能達到160℃，對定向儀器和工具提出了較苛刻的要求，易導致定向儀器和工具的提前失效。普通螺桿鉆具在高溫條件下橡膠定子老化加速，使得螺桿工作壽命大幅縮短，增加起下鉆次數(shù)，不利于提速。國產(chǎn)隨鉆測量儀器的工作溫度不及國外的產(chǎn)品[1]，同時脈沖信號在長距離傳輸也使得信號衰減嚴重，儀器故障率顯著增加。

（2）設(shè)計造斜點選擇在地層巖性穩(wěn)定的奧陶系一間房組，埋深超過7400m，同時一間房組也是地質(zhì)預(yù)計儲層發(fā)育段。造斜率高，造斜點深、地層硬度高含硅質(zhì)團塊，定向工具面難以擺到位，鉆壓不能有效傳遞到鉆頭上。順北1-2井設(shè)計造斜點7447m，井眼尺寸120.65mm，造斜點與B點垂身85m，井斜從0°增至88°，全角變化率21.9°/30m，扭矩大、摩阻大，井身結(jié)構(gòu)見圖1。

（3）小井眼95mm螺桿工作穩(wěn)定性差，壽命短，且小井眼88.9mm鉆桿剛性弱，定向過程造斜率波動大，實鉆過程中可能多次調(diào)整軌跡。小井眼螺桿彎度選擇難度大，短半徑水平井要求造斜率高且滿足設(shè)計的井眼軌跡，實鉆過程因造斜率、軌跡、螺桿壽命、儀器信號等原因需起鉆，增加了定向施工周期。

（4）高溫條件下鉆井液高溫穩(wěn)定性、流變性、潤滑性、井眼凈化能力等調(diào)控難度大。

2 措施及實施

2.1 優(yōu)選儀器及螺桿

根據(jù)對比選擇，斯倫貝謝SLMPULSEG5和美國APS隨鉆測量儀器，抗高溫穩(wěn)定性滿足要求。儀器相關(guān)參數(shù)見表1。

其中5口井選用了螺桿使用95mm直徑的抗高溫的高效定向彎螺桿（見表2），廠家及螺桿型號有天津立林5LZ95×7.0-ⅧSF、德州聯(lián)合5LZ95×7.0-DG、北京石油機械廠5LZ95×7.0-DG。小螺桿在純鉆時間、安全性能等方面較低，?95mm螺桿平均純鉆時間49.5h，另外對于定向接頭工具的性能要求高，鉆具故障預(yù)防也是超深短半徑水平的重點工作之一。

實踐數(shù)據(jù)，立林和德州的螺桿穩(wěn)定性好，安全使用時間50h，北石螺桿安全使用時間80h，但是螺桿功率高，振動劇烈，導致儀器故障多，順北1-4H使用北石廠家螺桿期間發(fā)生3次儀器故障。

圖1 順北區(qū)塊井身結(jié)構(gòu)圖

表1 隨鉆測量儀器參數(shù)對比

表2 螺桿使用情況統(tǒng)計表

2.2 軌跡控制優(yōu)化，引用雙增剖面

針對井超深、短半徑水平段的特點，四開造斜段采用復合鉆具組合，及時監(jiān)測軌跡變化，確保井眼軌跡平滑、井眼質(zhì)量好，降低鉆具摩阻和扭矩，保證鉆壓有效傳遞。

鉆具組合：?120.65mmPDC（百施特M0864）+?95mm螺桿+單流閥+?88.9mm無磁鉆鋌+MWD懸掛短節(jié)+接頭+?88.9mm非標鉆桿×16根+旁通閥+?88.9mm非標鉆桿×114根+?88.9mm加重鉆桿×45根+?101.6mm鉆桿，選用?88.9mm非標鉆桿的主要原因，技術(shù)尾管為?139.7mm套管，內(nèi)徑?124.3mm，標準?88.9mm鉆桿無法通過。選用?88.9mm非標鉆桿可以使環(huán)空間隙滿足攜砂要求，并較少環(huán)空阻力。

鉆井參數(shù)：鉆壓10～20kN；排量8～11L/s；泵壓18.5MPa；轉(zhuǎn)速螺桿為定向段軌跡平滑，減少造斜段調(diào)整軌跡的起下鉆次數(shù)，造斜井段通過優(yōu)化更好地滿足軌跡要求，這樣可縮短因調(diào)整軌跡需要而更換不同彎度螺桿的起下鉆頻次，對比圖2、圖3，第一次造斜率越大，后期增斜更為容易。順北1-5H即為雙增剖面，通過下鉆到底后采用2°彎度螺桿增斜鉆至井斜50°，改2.5°螺桿提高造斜率，從50°增斜直90°。水平段鉆進井段1.5°螺桿復合鉆進。

圖2 順北1-2H井定向段設(shè)計與實鉆軌跡對比圖

圖3 順北1-5H井定向段設(shè)計與實鉆軌跡對比圖

2.3 鉆井液性能優(yōu)化

為了降低超深短半徑水平井的施工復雜，要求鉆井液具有較好的潤滑性，利于水平段鉆井提速，減少目的層施工周期。因此，一間房灰?guī)r地層選用聚磺混油鉆井液體系，確保井眼清潔、減阻防卡和防硫化氫。

（1）潤滑降阻技術(shù)。采用聚磺混油鉆井液體系，3%黃化酚醛樹脂+3%褐煤樹脂提高抗高溫穩(wěn)定性，2%液體潤滑劑+2%固體潤滑劑提高潤滑性，一次混入乳化好的原油，含油量在6%～8%，提高鉆井液潤滑性能，維持鉆井液極壓潤滑系數(shù)在0.06。4%的乳化瀝青提高防塌性，大中小分子量處理劑的合理搭配，形成薄而韌的濾餅。

（2）預(yù)防壓差技術(shù)。順北區(qū)塊一間房地層裂縫發(fā)育、地層壓力系數(shù)為1.1～1.2g/cm3，實鉆中鉆井液密度控制在1.25～1.32g/cm3，降低壓差卡鉆風險并保證井控安全。

（3）高溫流變性和穩(wěn)定性。為了保證高溫流變性和沉降穩(wěn)定性，選用優(yōu)質(zhì)的抗高溫材料，3～5kg/cm3聚陰離子纖維素，20kg/cm3高軟化點乳化瀝青，8kg/cm3抗高溫稀釋劑，調(diào)整膨潤土含量，防止高溫增稠或高溫稀釋，影響高溫穩(wěn)定性，鉆井液密度1.32g/cm3，粘度48～52s,塑性粘度16～18mPa·s，動切力6～8Pa，靜切力3/7Pa。

（4）硫化氫防護。pH值調(diào)整至9.5以上，并鉆進期間添加除硫劑，每鉆進50m加入200kg處理劑。

順北1-5H鉆井液性能：密度1.32g/cm3；粘度48s；塑粘16mPa·s；動切6Pa；靜切3/7Pa；失水4.6mL；泥餅0.5mm；pH10；含砂 0.1%；固含 13%；坂含 26kg/m3；Kf0.0524；Cl-21000mg/L；Ca2+220mg/L；HTHP 12mL/150℃，含油5%。

3 應(yīng)用效果

通過要求使用抗高溫的定向儀器和螺桿工具，提高定向軌跡增斜段的可操作性，增強鉆井液抗高溫性、潤滑性，克服了超深120.65mm小井眼短半徑水平井溫度高、鉆具強度低、造斜率高、摩阻大的多項技術(shù)難題，安全高效地完成了5口超深短半徑水平井的施工任務(wù)，時效和周期見表3。其中順北1-4 H井完鉆斜深8049.5m,順北1-5H完鉆垂深7576m,創(chuàng)國內(nèi)定向井斜深和垂深記錄。

4 結(jié)論及建議

（1）推薦選用的“抗高溫螺桿+MWD”進行順北超深短半徑水平井定向施工，天津立林和德州聯(lián)合的95mm螺桿穩(wěn)定性好，與定向儀器匹配度高，可以作為首選。但進一步縮短定向段周期，需提高螺桿的使用壽命。斯倫貝謝SLMPULSEG5和美國APS儀器，抗高溫穩(wěn)定性滿足要求，儀器通過自帶充電電池工作，電池的工作時間有待進一步增加。

（2）定向段推薦采用“PDC鉆頭 +2.25°～2.5°彎螺桿+高溫MWD”組合，執(zhí)行“雙增剖面”的軌跡設(shè)計方案，保證軌跡平滑，達到減小摩阻的要求。

（3）水平段定向鉆井參數(shù)，鉆壓10～20kN，排量8～11L/s；泵壓18.5MPa可滿足施工要求。

（4）針對順北井區(qū)一間房組地質(zhì)特性，形成了相應(yīng)的順北超深水平井鉆井液技術(shù)，并提出了鉆井液關(guān)鍵性能指標。但是針對超深高溫井鉆井液穩(wěn)定的評價，有待進一步明確評價標準。

表3 順北區(qū)塊四開井段時效分析表

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