工廠化水平井鉆井關(guān)鍵技術(shù)研究

馬春芳

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶 163413）

水平井鉆井是一種高效的油氣開(kāi)采技術(shù)手段，雖然水平井的施工成本是直井的1.5～2.5倍，但其產(chǎn)量通?？梢赃_(dá)到直井的4～6倍[1-2]。大慶外圍區(qū)塊具有較好的已探明油氣儲(chǔ)量，但該類區(qū)塊儲(chǔ)層物性較差，用常規(guī)水平井技術(shù)進(jìn)行開(kāi)采，其開(kāi)采成本仍然相對(duì)較高。工廠化水平井通過(guò)對(duì)施工流程和平臺(tái)部署的優(yōu)化，可以在同一井場(chǎng)實(shí)現(xiàn)水平井的批量鉆井作業(yè)施工，進(jìn)一步節(jié)約鉆井施工成本和土地占用成本，從而提高了難采區(qū)塊的開(kāi)采經(jīng)濟(jì)效益。此外，通過(guò)對(duì)鉆井液的高效回收利用在降低成本的同時(shí)還降低了對(duì)環(huán)境的污染。

1 工廠化水平井的國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀

21 世紀(jì)初，美國(guó)為了進(jìn)一步降低非常規(guī)油氣資源的開(kāi)發(fā)成本，最早開(kāi)始了工廠化水平井的作業(yè)模式，大幅度提高了開(kāi)采效益降低了作業(yè)時(shí)間，目前已成為非常規(guī)油氣儲(chǔ)層開(kāi)采的主要技術(shù)手段之一。該類水平井通常采用三層井身結(jié)構(gòu)；水平段長(zhǎng)度通常在1200m 以上；為了減少鉆井空白區(qū)域的出現(xiàn)，通常采用小曲率的井眼軌道設(shè)計(jì)方案；根據(jù)實(shí)際情況選用裸眼篩管完井方式或者套管完井方式[3-4]。

根據(jù)施工情況同一施工平臺(tái)少則部署6口井，多則部署十幾口井，最高可實(shí)現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)36口井的連續(xù)化施工作業(yè)，部分鉆機(jī)具有整體移動(dòng)功能，鉆機(jī)自動(dòng)化程度相對(duì)較高，大部分已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化操作。

國(guó)內(nèi)的工廠化水平井施工開(kāi)展的相對(duì)較晚，相關(guān)配套設(shè)備尚未完全成熟，施工經(jīng)驗(yàn)相對(duì)較少，距離國(guó)外先進(jìn)油服公司的技術(shù)水平仍有差距。

2 工廠化水平井鉆井技術(shù)難點(diǎn)分析

采用工廠化水平井的鉆井模式進(jìn)行鉆井施工，需要從全盤考慮鉆井、完井、壓裂、試采和后期管網(wǎng)建設(shè)，相關(guān)的影響因素較多，需要多部門協(xié)同工作。進(jìn)行工廠化水平井施工需要重點(diǎn)考慮如下情況：

（1）井口布置和井眼軌跡。在同一平臺(tái)上，如果井間距設(shè)計(jì)較大則不利于鉆機(jī)在完鉆后的搬遷作業(yè)，但如果設(shè)計(jì)的井間距過(guò)小，則井下防碰撞問(wèn)題較為突出。

（2）滿足后續(xù)壓裂施工。使用工廠化水平井的施工方案，相關(guān)配套設(shè)備較多，占地面積較大，為了減少場(chǎng)地占用和節(jié)省資金，應(yīng)該在進(jìn)行場(chǎng)地布局設(shè)計(jì)時(shí)考慮為后期壓裂施工留下相應(yīng)的壓裂場(chǎng)地。

（3）增大與儲(chǔ)層接觸面積，減少“死油區(qū)”。由于工廠化水平井的防碰撞要求，會(huì)產(chǎn)生一定的“死油區(qū)”，因此在進(jìn)行鉆井設(shè)計(jì)和井場(chǎng)布局時(shí)，要充分考慮減少這些鉆井空白區(qū)域的出現(xiàn)，通常采用小曲率的井眼軌道設(shè)計(jì)方案。

3 工廠化水平井鉆井關(guān)鍵技術(shù)

3.1 平臺(tái)部署與作業(yè)優(yōu)化

平臺(tái)部署過(guò)程中重點(diǎn)考慮鉆機(jī)的移動(dòng)方式、鉆井管網(wǎng)的配套、基礎(chǔ)建設(shè)施工量、壓裂場(chǎng)地共用。在提高鉆井施工效率和鉆井液利用率的情況下實(shí)現(xiàn)整體施工的降本增效。

作業(yè)過(guò)程中采用批量施工流程，先統(tǒng)一進(jìn)行一開(kāi)和二開(kāi)鉆井施工，最后統(tǒng)一進(jìn)行三開(kāi)鉆井施工。一開(kāi)和二開(kāi)共用鉆井液和鉆具組合，三開(kāi)共用一套鉆井液體系和鉆具組合，這樣可以減少鉆具組合的變更和拆甩，節(jié)約鉆井液的配制量和維護(hù)費(fèi)用，在降低施工成本的同時(shí)還降低了作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.2 鉆機(jī)配套改造

根據(jù)實(shí)際情況，給鉆機(jī)配套軌道式或步進(jìn)式的滑軌式整體快速移動(dòng)裝置，從而簡(jiǎn)化鉆機(jī)搬遷流程，節(jié)約鉆機(jī)搬遷時(shí)間；給施工用鉆機(jī)配套相應(yīng)型號(hào)的頂驅(qū)裝置，提高鉆井施工效率。

3.3 鉆具保障措施

根據(jù)地層不同情況和施工的井段，進(jìn)行相應(yīng)的鉆頭優(yōu)選，在上部可鉆性較好的地層主要使用PDC鉆頭來(lái)提高機(jī)械鉆速。

在水平井段的后半段施工過(guò)程中，可以考慮使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具來(lái)提高機(jī)械鉆速降低綜合使用成本。經(jīng)推算，當(dāng)使用LWD+馬達(dá)+螺桿的鉆具組合的實(shí)際機(jī)械鉆速低于使用使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的60%時(shí)，其總體費(fèi)用已經(jīng)不具備經(jīng)濟(jì)性。

在水平段施工過(guò)程時(shí)，在鉆具組合中加入可以減小摩阻和扭矩的水力振蕩器，從而減少鉆具組合和井壁之間的摩擦和靜態(tài)接觸時(shí)間，使鉆壓可以更好地傳遞到鉆頭，提高機(jī)械鉆速并延長(zhǎng)鉆頭的使用壽命[5-6]。水力振蕩器的使用效果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 水力振蕩器的使用效果統(tǒng)計(jì)

從表1 數(shù)據(jù)可以得知，使用水里振蕩器后，平均摩阻可將降低20kN 左右，與同區(qū)塊的臨井相比，提速效果明顯，最高提速可以達(dá)到30%以上，而且水力振蕩器的使用成本相對(duì)較低、后期維護(hù)也相對(duì)簡(jiǎn)單，適宜進(jìn)行全區(qū)塊的推廣應(yīng)用。

3.4 鉆井液設(shè)計(jì)優(yōu)化

早期在進(jìn)行水平井的工廠化施工過(guò)程中為了提高機(jī)械鉆速、減小井下復(fù)雜情況的發(fā)生，三開(kāi)井段通常使用油基鉆井液，并且通過(guò)優(yōu)化利用，油基鉆井液的重復(fù)利用率達(dá)到了90%以上。隨著工廠化施工工藝的逐步成熟，三開(kāi)井段主要使用水基高性能鉆井液，并且為了更好地滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需要，對(duì)已有的高性能鉆井液進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，目前該套體系的各項(xiàng)性能已經(jīng)與油基鉆井液類似，并且達(dá)到了國(guó)內(nèi)外同類鉆井液的水平。表2 為優(yōu)化后的水基高性能鉆井液和國(guó)外同類鉆井液的基礎(chǔ)性能對(duì)比；表3為優(yōu)化后的水基高性能鉆井液和國(guó)外同類鉆井液的抑制性對(duì)比；表4為優(yōu)化后的水基高性能鉆井液和國(guó)外同類鉆井液的潤(rùn)滑性對(duì)比。

表2 高性能鉆井液與國(guó)外同類鉆井液流變性能對(duì)比表

表3 高性能鉆井液與國(guó)外同類鉆井液抑制性能對(duì)比表

從表2數(shù)據(jù)可知，大慶油田使用的高性能鉆井液體系具有較好的動(dòng)塑比，API 失水和高溫高壓失水均較低，流變性能和國(guó)外的貝克休斯等公司相近。

從表3數(shù)據(jù)可知，大慶油田使用的高性能鉆井液體系具有較好的抑制性，滾動(dòng)回收率已經(jīng)接近油基鉆井液，和國(guó)外公司相近。

從表4數(shù)據(jù)可知，大慶油田使用的高性能鉆井液體系具有較好的潤(rùn)滑性，和國(guó)外公司相近。

表4 高性能鉆井液與國(guó)外同類鉆井液潤(rùn)滑性能對(duì)比表

4 結(jié)論和建議

（1）工廠化水平井通過(guò)平臺(tái)統(tǒng)一部署和施工作業(yè)優(yōu)化，可以在同一井場(chǎng)實(shí)現(xiàn)水平井的批量鉆井作業(yè)施工，進(jìn)一步節(jié)約了鉆井施工成本和土地占用成本，從而提高了難采區(qū)塊的開(kāi)采經(jīng)濟(jì)效益。

（2）通過(guò)鉆頭優(yōu)選、水力振蕩器使用和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的分井段使用，可以進(jìn)一步提高鉆井施工效率，降低作業(yè)成本。

（3）鉆井液性能的好壞和成本的高低對(duì)工廠化水平井的綜合推廣效益有著重要的影響，經(jīng)優(yōu)化改進(jìn)后的高性能鉆井液具有良好的性能，可以滿足工廠化水平井的施工需求。