ZS19-P1井眼軌跡控制技術(shù)研究與應(yīng)用

鄒亞平，王迪，王能

（大慶鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163413）

大慶地區(qū)深井分布于松遼盆地北部，集中在徐家圍子、安達(dá)等斷陷。深層天然氣勘探開發(fā)目的層為登婁庫(kù)、營(yíng)城組、沙河子等，埋深在3800~5000m，登婁庫(kù)組主要巖性為灰色、灰綠色砂泥巖互層，夾雜色泥巖；營(yíng)城組為安山巖、角礫巖、凝灰?guī)r、流紋巖、礫巖；沙河子組為砂質(zhì)礫巖、礫巖、泥巖夾凝灰?guī)r及煤層。大慶的深層天然氣，屬火山巖氣藏，勘探開發(fā)難度之大，堪稱世界級(jí)難題。ZS19-P1井是松遼盆地東南斷陷區(qū)徐家圍子斷陷徐西斜坡帶一口深層開發(fā)水平井，在鉆井過程中，下部地層存在可鉆性差、鉆速慢、井底溫度高等難點(diǎn)。通過對(duì)井眼軌跡控制技術(shù)研究與應(yīng)用，使得該井提速效果明顯，不僅取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，也為后期該區(qū)塊深層水平井施工提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

1 基本概況

ZS19-P1井位于松遼盆地北部深層構(gòu)造單元東南斷陷區(qū)徐家圍子斷陷徐西斜坡帶中部，為典型的鼻狀構(gòu)造，西側(cè)為古中央隆起帶，東側(cè)緊鄰徐西深洼帶。該井設(shè)計(jì)井深4300m，完鉆井深4700m。目的層為營(yíng)一段，本井三層套管井身結(jié)構(gòu)（表1），三開215.9mm井眼造斜。因此安全、高效施工，是鉆井施工攻關(guān)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

表1 ZS19-P1井井身結(jié)構(gòu)

2 施工難點(diǎn)

水平井井眼軌跡控制施工方案的優(yōu)化是保證水平井順利完成的關(guān)鍵，針對(duì)不同的井身剖面和地層剖面類型，選擇不同的井眼軌跡控制方案。ZS19-P1井一開和二開是直井段施工，和常規(guī)井施工相同，軌跡控制的難點(diǎn)主要體現(xiàn)在三開階段，涉及到造斜段施工和水平段施工。

（1）隨鉆儀器測(cè)量信息滯后。實(shí)鉆地質(zhì)情況復(fù)雜多變，目的層深度與設(shè)計(jì)變化較大，井眼軌跡需要隨地質(zhì)情況變化進(jìn)行調(diào)整。隨鉆測(cè)斜儀器內(nèi)監(jiān)測(cè)地層的傳感器與定向傳感器離鉆頭距離較遠(yuǎn)，鉆進(jìn)過程中需要鉆頭處的各種參數(shù)做決策，尤其是在著陸段更難控制。測(cè)量數(shù)據(jù)的相對(duì)滯后對(duì)地質(zhì)導(dǎo)向和井眼軌跡的預(yù)測(cè)和調(diào)整帶來困難，給后續(xù)施工增加一定的難度。

（2）井下易出現(xiàn)復(fù)雜。深層水平井目的層多樣化、天然裂縫及破碎帶發(fā)育，易發(fā)生井漏、井塌等復(fù)雜。該井上部地層成巖性差，膠結(jié)疏松，鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)做好鉆井液維護(hù)和處理工作，防止井塌和井漏的發(fā)生。設(shè)計(jì)井水平段裂縫發(fā)育，鉆井過程中注意防井漏及漏后誘發(fā)井噴。在鉆井過程中鄰井發(fā)生掉鉆具和井漏等井下復(fù)雜。

（3）地溫梯度高。該井地溫梯度為4.66℃/100m，鉆進(jìn)時(shí)由于高溫高壓，嚴(yán)重影響各種工具的使用壽命，增加了井下施工風(fēng)險(xiǎn)。

（4）地層可鉆性差、研磨性強(qiáng)、鉆井速度慢。大慶深層井巖性多變，區(qū)域橫向差異大，火成巖研磨性高、可鉆性差。營(yíng)一段火山巖分為火山熔巖和火山碎屑巖兩大類，主要發(fā)育的巖石類型有流紋巖、凝灰?guī)r、火山角礫巖。地層對(duì)鉆頭磨損比較嚴(yán)重，鉆頭使用時(shí)間較短。

（5）深層水平井井眼軌跡難以控制。不同區(qū)塊造斜能力和地層對(duì)井眼軌跡的影響不同，由于工具使用時(shí)間的限制，定向鉆進(jìn)時(shí)起下鉆頻繁造斜率不穩(wěn)定，軌跡不容易控制，必須選擇好造斜工具，根據(jù)造斜工具能力設(shè)計(jì)出最優(yōu)的待鉆軌跡設(shè)計(jì)，才能滿足施工條件，確保一次定向成功率。

3 技術(shù)措施

施工前及時(shí)收集全部基礎(chǔ)信息和直井段數(shù)據(jù)，根據(jù)了解的地層情況，設(shè)計(jì)優(yōu)化出施工前的最優(yōu)的待鉆設(shè)計(jì)，保證設(shè)計(jì)出來的軌跡具有最小的井斜變化率、方位角變化率、最短的井深長(zhǎng)度、最小的扭矩和摩阻力等特點(diǎn)的井眼軌跡。施工時(shí)考慮到不同地層對(duì)應(yīng)不同造斜率，控制好造斜率準(zhǔn)確預(yù)測(cè)井斜，依據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)及鄰井測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)落實(shí)上部巖性，做好入窗前的準(zhǔn)備，在保證軌跡質(zhì)量前提下實(shí)現(xiàn)快速鉆井。做到邊施工邊優(yōu)化，保證最優(yōu)的待鉆設(shè)計(jì)，提高鉆井速度，縮短鉆井周期，保證一次定向成功率。

（1）井眼軌跡優(yōu)化，提高定向成功率。合理的井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)要達(dá)到設(shè)計(jì)要求的同時(shí)也要滿足機(jī)械鉆速的提高，進(jìn)而達(dá)到降本增效的目的。由于該井直井段施工時(shí)出現(xiàn)負(fù)位移40m，導(dǎo)致造斜段造斜率由5°/30m升高至5.4°/30m，綜合考慮到后期施工安全，提前優(yōu)化軌跡剖面。將設(shè)計(jì)造斜點(diǎn)上移30m，優(yōu)化后下部造斜率降低7%~10%，達(dá)到減少定向進(jìn)尺增加復(fù)合進(jìn)尺效果。

（2）合理選擇鉆頭螺桿。由于大慶地區(qū)進(jìn)入營(yíng)城組后巖性變化較大，所以鉆頭螺桿選型非常關(guān)鍵，必須合理匹配鉆頭螺桿才能減少起下鉆次數(shù)，提高鉆井效率。本井結(jié)合臨井資料綜合分析，選用進(jìn)口的復(fù)合鉆頭匹配高轉(zhuǎn)速抗高溫螺桿。并且在鉆頭螺桿使用時(shí)，嚴(yán)格按照規(guī)定參數(shù)施工，密切關(guān)注各種參數(shù)的變化，避免了井下復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)科學(xué)提速。

（3）施工時(shí)精細(xì)控制，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)。施工時(shí)考慮到不同地層對(duì)應(yīng)不同造斜率，邊施工邊預(yù)測(cè)井底軌跡數(shù)據(jù)，控制好造斜率準(zhǔn)確預(yù)測(cè)井斜，依據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)及鄰井測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)落實(shí)上部巖性，降低著陸前造斜率，留足探層段長(zhǎng)度，避免因造斜率不足或者造斜率過大增加施工難度，做好入窗前的準(zhǔn)備，提高定向效率，在保證軌跡質(zhì)量前提下實(shí)現(xiàn)快速鉆井。

水平段施工時(shí)，由于地層研磨性強(qiáng)，可鉆性差，對(duì)于鉆頭和螺桿磨損較為嚴(yán)重，到達(dá)鉆頭螺桿使用后期時(shí)，定向效果較差，對(duì)軌跡控制有一定影響。施工時(shí)根據(jù)井斜變化規(guī)律，及時(shí)調(diào)整鉆井參數(shù)和鉆具組合，保證井眼平滑的情況下控制好造斜率，充分利用地層自然造斜規(guī)律，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)井底，保證軌跡沿著目的層鉆進(jìn)，實(shí)現(xiàn)多復(fù)合少定向，以此提高鉆井效率。

（4）合理優(yōu)化鉆具組合。施工時(shí)根據(jù)井下實(shí)際情況合理優(yōu)化鉆具組合，造斜段前期使用提速工具旋沖螺桿，造斜段后期使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，水平段使用抗高溫的LWD和螺桿，正確匹配好鉆具組合，減少起下鉆次數(shù)，提高鉆井時(shí)效，實(shí)現(xiàn)科學(xué)提速。

（5）加強(qiáng)儀器保障工作，提高儀器穩(wěn)定性。本井后期井下溫度高達(dá)150℃以上，對(duì)儀器各種配件損壞嚴(yán)重，只有加強(qiáng)儀器保障，提高儀器穩(wěn)定性，降低儀器誤工時(shí)間，減少非生產(chǎn)時(shí)間，才能提高鉆井速度。對(duì)入井儀器及時(shí)維護(hù)、保養(yǎng)、標(biāo)定，保證儀器測(cè)量參數(shù)的準(zhǔn)確性及使用的穩(wěn)定性；認(rèn)真檢測(cè)儀器，出具檢驗(yàn)合格證和探傷報(bào)告；入井前提前24h到達(dá)井場(chǎng)待命，做好各項(xiàng)儀器測(cè)試工作；現(xiàn)場(chǎng)儀器做到所有設(shè)備雙配，回避由于儀器故障無替換而帶來的組織停工；由于深層水平井井底溫度相對(duì)較高，對(duì)于儀器各種配件損耗較大，保證出井儀器所有配件每趟鉆及時(shí)更換。

4 ZS19-P1井施工概述

水平井井眼軌跡控制施工方案的優(yōu)化是保證水平井順利完成的關(guān)鍵，針對(duì)不同的井身剖面和地層剖面類型，選擇不同的井眼軌跡控制方案。根據(jù)地質(zhì)情況變化，及時(shí)調(diào)整井眼軌跡；與地質(zhì)人員一起及時(shí)了解分析地層變化，及時(shí)修正井眼軌跡，避免增加困難。施工時(shí)采取針對(duì)性技術(shù)措施，消除傳統(tǒng)施工帶來的弊病。在滿足鉆井目的要求的前提下，盡可能選用形狀簡(jiǎn)單、易于施工的井身剖面，利用landmark軟件進(jìn)行理論軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)，并進(jìn)行摩阻扭矩計(jì)算，優(yōu)選出最優(yōu)的井眼軌道，減少井眼軌跡控制的難度和工作量，從而實(shí)現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井。

4.1 造斜段井眼軌跡控制

（1）直井段控制好井斜，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，避免井斜超標(biāo)增加后續(xù)施工難度。盡早收集直井段數(shù)據(jù)，對(duì)待鉆井眼軌道及靶點(diǎn)垂深進(jìn)行修正；加強(qiáng)與地質(zhì)導(dǎo)向的結(jié)合，更加全面地了解地質(zhì)環(huán)境，確定合理的探油頂井斜角大小，避免在造斜段降斜施工，保證軌跡控制待鉆設(shè)計(jì)更合理、更科學(xué)，更有利于軌跡質(zhì)量控制和快速鉆井，保證井眼軌跡平滑，實(shí)現(xiàn)科學(xué)提速。

結(jié)合地質(zhì)情況科學(xué)合理規(guī)劃好待鉆設(shè)計(jì)。待鉆設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，降低著陸前造斜率，留足探油頂段長(zhǎng)度，避免因造斜率不足或者造斜率過大增加施工難度；施工時(shí)考慮到不同地層對(duì)應(yīng)不同造斜率，控制好造斜率準(zhǔn)確預(yù)測(cè)井斜，依據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)及鄰井測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)落實(shí)上部巖性，做好入窗前的準(zhǔn)備，在保證軌跡質(zhì)量前提下實(shí)現(xiàn)快速鉆井。

（2）造斜段鉆具組合。?215.9mm井眼正確匹配好鉆具組合，減少起下鉆次數(shù)，提高鉆井時(shí)效，實(shí)現(xiàn)科學(xué)提速。

造斜段鉆具組合：?215.9mm鉆頭+?172.0mm單彎螺桿（1.25°）+?172.0mm鉆具浮閥+?172.0mm MWD/LWD+?139.7mm無磁加重鉆桿×9m+?139.7mm 18°斜坡鉆桿+?139.7mm加重鉆桿×223.2m+?139.7mm加重鉆桿×334.8m+?139.7mm鉆桿。

?215.9mm鉆頭+?172.0mm旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向+?172.0mm鉆具浮閥+?165.1mm無磁鉆鋌×9m+?139.7mm加重鉆桿×27.0m+?139.7mm鉆桿×1377.0m+?139.7mm加重鉆桿×270m+?139.7mm鉆桿。

（3）鉆井參數(shù)。強(qiáng)化鉆井參數(shù)，提高鉆井速度。采用大鉆壓、大排量、大扭矩、高泵壓、高轉(zhuǎn)速等成熟配套技術(shù)提速，縮短鉆井周期。

鉆井參數(shù)：鉆壓40~180kN，轉(zhuǎn)速50~60r/min，排量31~40L/s，泵壓20~25MPa。

4.2 水平段井眼軌跡控制

水平段控制施工時(shí)保證井眼平滑的情況下控制好造斜率，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)井底，保證軌跡沿著地層鉆進(jìn)，利用復(fù)合鉆進(jìn)井斜變化規(guī)律調(diào)整軌跡，實(shí)現(xiàn)多復(fù)合少定向，以此提高鉆井效率。

（1）水平段鉆具組合。水平段正確匹配好鉆具組合，減少起下鉆次數(shù)，提高鉆井時(shí)效，實(shí)現(xiàn)科學(xué)提速。?210mm螺扶與螺桿本體上?212mm螺扶形成雙扶鉆具組合，造斜段利于形成規(guī)整、平滑的井眼，水平段可提高鉆具穩(wěn)平效果，提高了井身質(zhì)量。

水平段鉆進(jìn)時(shí)，調(diào)整斜坡鉆桿長(zhǎng)度，使加重鉆桿處于小于30°的井段中；如果水平段使用螺桿+LWD,可以使用雙扶或者三扶穩(wěn)平鉆具組合,提高穩(wěn)斜效果，增加復(fù)合鉆井比例，提高鉆井時(shí)效。

水平段鉆具組合：?215.9鉆頭+?172.0mm單彎螺桿（1.0°）+?172.0mm鉆具浮閥+?172.0mmLWD+?139.7mm無磁加重鉆桿×9m+?139.7mm18°斜坡鉆桿×9m+?139.7mm18°斜坡鉆桿+?139.7mm加重鉆桿×334.8m+?139.7mm鉆桿。

（2）鉆井參數(shù)。采用大鉆壓、大排量、大扭矩、高泵壓、高轉(zhuǎn)速等成熟配套技術(shù)提速，縮短鉆井周期。

鉆井參數(shù)：鉆壓40~180kN，轉(zhuǎn)速50~60r/min，排量31~40L/s，泵壓20~25MPa。

4.3 取得的效果

ZS19-P1井通過針對(duì)該區(qū)塊地層可鉆性差、研磨性強(qiáng)、鉆井速度慢、地溫梯度高達(dá)4.66℃/100m、井下易出現(xiàn)復(fù)雜等難點(diǎn)，提前制定針對(duì)性施工方案，施工時(shí)采取“區(qū)域性設(shè)計(jì)”和“模板化推進(jìn)”等模式，消除傳統(tǒng)施工帶來的弊病，合理優(yōu)化井眼軌跡保障井眼軌跡平滑、通暢，實(shí)現(xiàn)科學(xué)提速。該井完鉆井深4700m，水平段長(zhǎng)1213m，施工段長(zhǎng)1845m，全井復(fù)合比例76%，平均機(jī)械鉆速2.72m/h，施工周期56d，在加深400m情況下比設(shè)計(jì)定向周期縮短27d，實(shí)現(xiàn)提速32.5%，同比方案施工前鉆速提高112.5%。

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）通過井身剖面優(yōu)化可以降低井眼軌跡控制施工的難度，提高鉆井速度；

（2）施工時(shí)加強(qiáng)井眼軌跡監(jiān)測(cè)，實(shí)施調(diào)整施工方案，有利于水平井順利施工；

（3）施工時(shí)選擇合理的井段使用提速工具可以有效提高機(jī)械鉆速，降低鉆井周期；

（4）鉆進(jìn)時(shí)5-1/2″斜坡鉆桿與5″斜坡鉆桿相比有利于鉆壓的向下傳遞，特別在定向過程中配合恒壓自動(dòng)送鉆能夠提高定向鉆進(jìn)效率；

（5）發(fā)生漏失后如果中途需要測(cè)斜時(shí)，鉆具不應(yīng)放置在井底，防止開泵時(shí)的激動(dòng)壓力過高造成井漏；

（6）井眼軌跡控制時(shí)必須合理優(yōu)化井眼軌跡與鉆具組合，以提高機(jī)械鉆速。