葡北油田三維大斜度平行斷層近水平井軌道優(yōu)化設(shè)計技術(shù)研究

李 杉，常 雷，王洪英，楊麗晶，趙英楠，張仲智

（大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院，黑龍江大慶163453）

1 概述

葡北油田三斷塊位于松遼盆地中央凹陷大慶長垣二級構(gòu)造帶南部的三級構(gòu)造帶葡萄花構(gòu)造中部。葡北油田三斷塊經(jīng)過三十多年的注水開發(fā)，目前雖已進入特高含水開發(fā)階段，但該區(qū)仍存在大量的剩余油，其中斷層邊部一個井距內(nèi)剩余油儲量占該區(qū)剩余油總儲量的14.66%。為了最大限度挖掘斷層邊部剩余油，根據(jù)精細地質(zhì)和剩余油研究成果，在斷層邊部設(shè)計了大斜度平行斷層定向井，定向井在斷層邊部以一定的井斜角度平行斷層面，井軌跡從上到下貫穿整個葡萄花油層，預(yù)測平均單井鉆遇視砂巖厚度116.4m，有效厚度94.8m，對應(yīng)垂直砂巖厚度12.0m，有效厚度9.5m。由于設(shè)計井平行于斷層邊部且入靶井斜角較大，最大達到86.86°，將該類井定義為大斜度平行斷層近水平井。

2 大斜度平行斷層近水平井鉆井難點分析

大斜度平行斷層井近水平井鉆井設(shè)計和現(xiàn)場施工不同于常規(guī)定向井鉆井技術(shù)，存在井眼軌道設(shè)計優(yōu)化難度大、扭矩和摩阻大以及井眼易垮塌等技術(shù)難點。

2.1 井眼軌道設(shè)計優(yōu)化難度大

為了實現(xiàn)葡北油田平行斷層的大斜度高效井的地質(zhì)目的，既要平行于斷層又要達到多穿層及指定目標靶點，設(shè)計難度非常大；由于井斜角較大，最大達到86.86°，用常規(guī)定向井模型很難實現(xiàn)，也無法同時通過接近水平的各個目標靶點；根據(jù)開發(fā)需要兼顧上部油層，既要實現(xiàn)地質(zhì)目的，又要滿足現(xiàn)場鉆井工程的施工要求；為了平行斷層，設(shè)計井井眼軌道必須在目的層中扭方位，目的層扭方位最大達到16.15°，給施工帶來困難。

2.2 扭矩和摩阻大

大斜度井井下工具在重力作用下依附于井壁下沿，隨著井深的增加會出現(xiàn)嚴重的摩擦問題，出現(xiàn)大的扭矩和阻力。

通過對常規(guī)定向井（井斜角30°）與大斜度井（井斜角70°）摩阻扭矩分析，得出井斜角70°時起鉆摩阻是井斜角30°時的3.07倍，下鉆2.20倍，滑動鉆進2.58倍；井斜角70°時旋轉(zhuǎn)鉆進鉆壓5t時是井斜角30°時地面扭矩的1.94倍，10t時是1.75倍。所以大斜度井的摩阻扭矩與常規(guī)定向井相比均大幅度增長，施工難度加大。大斜度平行斷層近水平井井眼軌道更加復(fù)雜，井眼摩阻扭矩大幅增大。見表1。

2.3 井眼易垮塌

大斜度井斜井段較長，施工周期較長，要求鉆井液對泥巖抑制性好；防止井眼縮徑、剝落、坍塌；攜巖能力好并滿足長時間浸泡要求，所以要求高性能的鉆井液體系。另外平行斷層井，井眼軌跡距離斷層較近，易發(fā)生井漏。

表1 常規(guī)定向井與大斜度井不同工況下摩阻扭矩分析

2.4 易形成巖屑床，增加卡鉆風(fēng)險

大斜度井鉆井中非常容易產(chǎn)生巖屑床，特別是在45°～60°井段。巖屑床一旦產(chǎn)生，嚴重影響大斜度井鉆井施工，所以要通過加大洗井液排量、保持均勻環(huán)空流速等措施高質(zhì)量洗井，起鉆前要對鉆井液進行多次循環(huán)，并短程起下鉆和分段循環(huán)，保證井眼清潔。

3 大斜度井軌道優(yōu)化設(shè)計技術(shù)

在大斜度近水平井井眼軌道設(shè)計中，采用合理軌道參數(shù)和剖面類型可有效評價不同工況下鉆具延伸能力，利于指導(dǎo)現(xiàn)場施工，能為鉆機選型、鉆井液類型、鉆井方式以及下套管方式選擇等提供參考。

3.1 基本要求

（1）軌跡設(shè)計必須滿足地質(zhì)靶點、中靶方位以及現(xiàn)場施工條件（如鉆機型號、定向儀器等）要求。

（2）井眼軌跡幾何形狀最優(yōu)化：首先須滿足常規(guī)導(dǎo)向鉆具組合造斜率的要求；其次要求設(shè)計井眼軌道最短，管柱的摩擦阻力相對最??；再次要求軌跡光滑過渡和井眼曲率均勻。

3.2 應(yīng)用實例及效果分析

葡北油田P82-S742大斜度平行斷層近水平井設(shè)計參數(shù)如下：靶點垂深、靶點閉合距、閉合方位、距斷層距離等參數(shù)見表2。

表2 P82-S742井軌道參數(shù)設(shè)計表

圖1 P82-S742井軌跡剖面圖和平面圖示意圖

從表2及圖1可以看出，為了實現(xiàn)葡北油田的大斜度平行斷層近水平井的地質(zhì)開發(fā)目的，設(shè)計軌道既要達到多穿層及指定目標靶點，又要平行于斷層在目的層井段需要扭方位，設(shè)計難度非常大。

3.2.1 軌道設(shè)計方法對比分析

根據(jù)地質(zhì)地層特點及現(xiàn)場施工要求選擇3種不同剖面軌道設(shè)計，設(shè)計結(jié)果見表3。

分別對3種不同剖面設(shè)計軌道進行了摩阻扭矩分析，3種不同剖面設(shè)計軌道摩阻扭矩對比分析結(jié)果見表4。

表3 3種不同剖面設(shè)計軌道分段數(shù)據(jù)結(jié)果表

表4 不同剖面設(shè)計軌道摩阻扭矩對比結(jié)果

從表3可以看出，水平井增穩(wěn)增增模型設(shè)計井眼軌道最短，單圓弧次之，二維三段制模型設(shè)計軌道最長；從表4可以看出，3種不同軌道各項摩擦阻力值：二維三段制模型＞水平井增穩(wěn)增增模型≈單圓弧模型，水平井增穩(wěn)增增模型和單圓弧模型摩擦阻力值均較小且相差不大。將設(shè)計軌道調(diào)入砂體模型進行反演擬合，水平井增穩(wěn)增增模型很好地中靶和鉆遇砂體，同時結(jié)合葡北油田大斜度井開發(fā)特點，為實現(xiàn)現(xiàn)場定向施工及安全快速找準目的層，宜采取水平井增穩(wěn)增增模型進行設(shè)計。

經(jīng)過反復(fù)設(shè)計，完成了葡北油田P82-S742、P83-S742、P74-S772三口大斜度近水平井設(shè)計，為地質(zhì)合理中靶和大斜度井鉆井順利施工奠定了基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

（1）根據(jù)葡北油田大斜度井地質(zhì)參數(shù)和現(xiàn)場實際鉆井特點，通過對軌道關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)、軌道剖面類型進行優(yōu)化，形成了該地區(qū)大斜度近水平井軌道優(yōu)化設(shè)計技術(shù)。

（2）軌道優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用于葡北油田多口井的設(shè)計當(dāng)中，取得了良好的設(shè)計效果。