水平井鉆井參數(shù)設(shè)計(jì)與工藝技術(shù)優(yōu)化分析

袁紅光

摘要：在當(dāng)前油氣資源勘探開發(fā)中，稠油、頁巖油、淺薄層油藏等非常規(guī)油藏開發(fā)程度加深，成為油田增儲(chǔ)上產(chǎn)的潛力所在。而油藏開發(fā)程度加深，是以鉆井技術(shù)的進(jìn)步作為支撐的，特別是水平井鉆井的應(yīng)用和普及。但隨著應(yīng)用范圍和領(lǐng)域拓展，對水平井鉆井要求也逐步提高。因此，有必要結(jié)合水平井鉆井應(yīng)用情況，對鉆井參數(shù)和工藝應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化分析，提升水平井鉆井應(yīng)用成效。

關(guān)鍵詞：水平井；鉆井參數(shù)；鉆井工藝

水平井井身軌跡的控制、井下安全、水平井成本控制等都與鉆井參數(shù)有關(guān)。水平井鉆井參數(shù)合理選擇在水平井施工中起十分重要的作用。所謂鉆井參數(shù)的合理選擇，指在依據(jù)固定鉆進(jìn)參數(shù)基礎(chǔ)上，優(yōu)選鉆壓、轉(zhuǎn)數(shù)、水力參數(shù)及鉆井液完井液參數(shù)，實(shí)現(xiàn)這些參數(shù)的合理匹配，以達(dá)到鉆井安全、快速、低成本的目的。眾所周知，水平井鉆井參數(shù)的選擇既不能套用常規(guī)鉆井參數(shù)優(yōu)選的方法，也很難采用通用模式。因此，結(jié)合江蘇油田水平井的特點(diǎn)，分別就單項(xiàng)鉆井參數(shù)的選擇進(jìn)行研究，并在選擇時(shí)考慮其它因素的影響。本文結(jié)合當(dāng)前油氣資源開發(fā)對水平井鉆井技術(shù)應(yīng)用要求提高的發(fā)展趨勢，對鉆井參數(shù)優(yōu)化和工藝應(yīng)用優(yōu)化進(jìn)行了探究。

1.水平井鉆井設(shè)計(jì)的基本流程

常規(guī)直井是井身軌跡垂直向下延伸，在鉆遇儲(chǔ)層后井筒在儲(chǔ)層中泄油面積較小，開發(fā)成效較差，特別是對儲(chǔ)層上部不適宜布置井場等區(qū)塊開發(fā)難以進(jìn)行。水平井鉆井技術(shù)較好的解決了這些問題，該類油氣井一般包含直井段、斜井段和水平段等部分，井斜角接近或達(dá)到90°，可在油藏儲(chǔ)層中延伸一定距離，提升了油氣采收率，特別適用于淺薄層油藏、裂縫性油藏和稠油油藏開發(fā)[1]。根據(jù)鉆井設(shè)計(jì)深度以及井筒垂直段到水平段的曲率半徑，可以分為長中短等不同類型油井，鉆井難度隨著深度的增加而逐步加大。

水平井鉆井技術(shù)是在定向井技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展的，但比定向井鉆井難度更高，涉及更多因素，存在井身軌跡難以控制、鉆井控制精度要求高、井下管柱受理狀況復(fù)雜、鉆井液性能要求較高、鉆井摩阻大等作業(yè)困難，需要對鉆井參數(shù)和工藝應(yīng)用不斷優(yōu)化。在具體鉆井中，常規(guī)情況下可依次進(jìn)行地面井場搭建、井下鉆具設(shè)備和套管等輔助設(shè)備準(zhǔn)備、井眼曲率半徑精確計(jì)算、完井作業(yè)和儲(chǔ)層施工等工序，設(shè)計(jì)過程反序進(jìn)行。鉆井設(shè)計(jì)主要包括完井、水平段、造斜段和垂直段等階段，完井設(shè)計(jì)要突出工具設(shè)備的性能要求，確保在以適宜井眼尺寸開鉆、各項(xiàng)作業(yè)程序完善[2]。水平段設(shè)計(jì)重點(diǎn)是優(yōu)選鉆井液、鉆具組合和鉆頭，并結(jié)合地層狀況確定水力參數(shù)。造斜段要綜合上述工作，根據(jù)鉆井中靶要求科學(xué)確定增斜率和造斜點(diǎn)。直井段要確保與前述三個(gè)環(huán)節(jié)的延續(xù)性，并為儲(chǔ)層施工提供準(zhǔn)備。

2水平井鉆井參數(shù)和工藝應(yīng)用的優(yōu)化

2.1水平井鉆井參數(shù)的優(yōu)化

水平井鉆井參數(shù)的優(yōu)化，一是明確油藏類型和特點(diǎn)。要針對水平井適宜應(yīng)用的油藏類型，在前期地質(zhì)勘探基礎(chǔ)上，根據(jù)具體油藏類型和地質(zhì)特點(diǎn)，突出不同的水平井設(shè)計(jì)要點(diǎn)，對層析較多的油藏要盡量在滿足開發(fā)要求的基礎(chǔ)上，一個(gè)井筒盡量鉆穿更多儲(chǔ)層；對具備垂直裂縫的裂縫性油藏，要確保水平井井身要與垂直裂縫呈現(xiàn)正交，同樣需要盡可能的鉆遇更多地裂縫；對底水油藏和氣頂油藏，要考慮鉆井和采油中的水錐、氣錐等問題，盡量使井筒與油水交界面隔離[3]。二是完善井身剖面設(shè)計(jì)。井身剖面是否符合地層特點(diǎn)和鉆井要求，直接關(guān)系到鉆井質(zhì)量，在具體設(shè)計(jì)中要突出滿足地質(zhì)特點(diǎn)、規(guī)避復(fù)雜地層、簡化優(yōu)化增斜率曲線、確保井眼軌跡平滑和井眼清潔、降低鉆井摩阻和扭矩。要根據(jù)開發(fā)需要和地層特點(diǎn)優(yōu)選長中短不同半徑，明確不同剖面類型摩阻、扭矩等參數(shù)差異。在各方面條件允許時(shí)，要優(yōu)選長中型半徑確保鉆井摩阻和扭矩較小。同時(shí)，對厚儲(chǔ)層要采用小水平位移型剖面，通過直井段、造斜點(diǎn)和水平段的簡單結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層開發(fā)；對淺薄層油藏或常用中長半徑水平井，要選擇大水平位移型井身剖面，增加造斜段次數(shù)，確保更好地實(shí)現(xiàn)鉆井中靶目標(biāo)。三是優(yōu)選鉆具和優(yōu)化鉆具組合。造斜和水平段鉆進(jìn)是水平井鉆井關(guān)鍵，可采用彎接頭配合動(dòng)力鉆進(jìn)行造斜鉆具組合，根據(jù)造斜需要，造斜率越高則采用彎曲角更大、剛性更強(qiáng)的彎接頭，一般彎接頭彎曲角度多在1°-2.5°范圍內(nèi)，動(dòng)力鉆則要根據(jù)井眼尺寸選擇。增斜鉆具需要配套雙穩(wěn)定器，通過杠桿原理進(jìn)行鉆進(jìn)，但要根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整好下部鉆具規(guī)格和雙穩(wěn)定器間距。降斜鉆進(jìn)多采用鐘擺鉆具組合，并根據(jù)井眼尺寸要求確定合理鉆壓[4]。四是優(yōu)選鉆井液。要結(jié)合鉆井工程情況、地質(zhì)狀況，合理選擇應(yīng)用聚合物鉆井液、正電膠鉆井液或清潔鹽水鉆井液。五是合理確定水平段長度。水平段要根據(jù)實(shí)際需要確定最佳長度，確保最經(jīng)濟(jì)情況下最佳采油效果，具體要結(jié)合儲(chǔ)層構(gòu)造、產(chǎn)能狀況、鉆井設(shè)備和工作人員狀況、井下鉆井扭矩和摩阻狀況等確定。六是優(yōu)化鉆柱設(shè)計(jì)。合理的鉆具設(shè)計(jì)可以降低鉆井中的摩阻和扭矩，要根據(jù)采用設(shè)備性能，在滿足鉆井需要的基礎(chǔ)上，盡量降低鉆柱的重量、確定好構(gòu)件安裝位置，并確保井壁與接頭接觸力安全可控、摩阻和扭矩應(yīng)力值和在管柱承受極限范圍內(nèi)。

2.2水平井鉆井工藝技術(shù)的優(yōu)化

一是注意控制好鉆井中的應(yīng)力。水平井的水平段和斜井段，鉆具在鉆進(jìn)中可能會(huì)由于自身重力等原因與井壁下沿接觸，因?yàn)橹亓π?yīng)等造成鉆具和管柱的上提、下放和鉆進(jìn)中可能存在較大的扭矩、摩阻等應(yīng)力[5]。主要工藝控制措施是結(jié)合前文所述的合理確定鉆井參數(shù)，對井身剖面、井眼彎曲率等參數(shù)進(jìn)行控制的基礎(chǔ)上，不斷改進(jìn)工藝技術(shù)，選擇配套的鉆井泥漿、潤滑劑等輔助試劑進(jìn)行鉆進(jìn)，將摩阻、扭矩等非有利應(yīng)力控制在規(guī)范要求范圍內(nèi)。二是注意保持井眼的情節(jié)性。水平井鉆井中易產(chǎn)生巖屑堆積問題，特別是在水平段和彎曲度較大的井段易產(chǎn)生巖屑床，造成鉆具井下遇卡等事故，在井斜角45°-60°的井段產(chǎn)生巖屑卡鉆的可能性較高。因此，工藝應(yīng)用優(yōu)化重點(diǎn)是根據(jù)鉆井進(jìn)程實(shí)時(shí)進(jìn)行井眼清潔，在井眼清潔作業(yè)中通過大排量循環(huán)和保持適當(dāng)?shù)沫h(huán)空空間及流速，確保將巖屑盡可能多的返排出井筒。在起鉆作業(yè)前，要輔助鉆井液進(jìn)行多次反復(fù)循環(huán)，通過短程起下鉆和井筒分段清洗的接力循環(huán)方式，確保井壁光滑、井眼清潔。三是維護(hù)井壁穩(wěn)定性[6]。水平井鉆井重要安全隱患是井壁失穩(wěn)坍塌問題，特別是在地層表面暴露較大的情況下，因此，要在鉆井中注意做好平衡地層應(yīng)力等工作，根據(jù)待鉆地層選擇適宜的鉆井液類型和比重，對井壁的浸泡時(shí)間和地層與鉆井液反應(yīng)進(jìn)行控制，確保井壁穩(wěn)定。

3.結(jié)論與認(rèn)識(shí)

水平井鉆井技術(shù)適用范圍廣、油井產(chǎn)量大，目前已成為國內(nèi)外開發(fā)油氣能源使用的主要技術(shù)手段。水平井鉆井技術(shù)應(yīng)用范圍和領(lǐng)域不斷拓展，對技術(shù)發(fā)展水平也提出了更高要求，要結(jié)合當(dāng)前水平井技術(shù)應(yīng)用中存在的問題，積極采取措施改進(jìn)鉆井參數(shù)和工藝舉措，提升技術(shù)應(yīng)用水平。在油氣田開發(fā)中，水平井可以增加裸露出油面積，提高油氣產(chǎn)量和采收率，降低綜合成本。

參考文獻(xiàn)：

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[4]羅偉；付建紅；宋科熊；許超；大位移井水平井極限延伸長度預(yù)測研究[J]；科學(xué)技術(shù)與工程；2013年35期

[5]郭宗祿；高德利；張輝；單彎雙穩(wěn)導(dǎo)向鉆具組合復(fù)合鉆進(jìn)穩(wěn)斜能力分析與優(yōu)化[J]；石油鉆探技術(shù)；2013年06期

[6]王波；二維階梯形水平井段設(shè)計(jì)方法研究[J]；中外能源；2013年07期