針對致密油水平井井眼軌跡控制難點(diǎn)分析及對策研究

陳東陽

摘要：致密油位于生油層系致密儲層，不存在大規(guī)模長距離運(yùn)移構(gòu)成石油聚集。與生油層緊密相鄰或共生呈大面積連續(xù)分布的石油資源，致密油覆壓機(jī)制滲透率平均在0.1mD-0.2mD。致密油層存儲位置相對較深，并且油層薄厚分布不均并且變化幅度大，使用常規(guī)的鉆井技術(shù)開采致密油具有較大的入窗難度，同時存在井眼軌跡不光滑、局部造斜段全角變化率偏大等情況。常規(guī)鉆井技術(shù)進(jìn)入致密油長水平段以后容易導(dǎo)致鉆具螺旋屈曲，由此造成鉆具發(fā)生自鎖、托壓、定向困難，導(dǎo)致鉆井速度與效率得不到本質(zhì)提升。

為了提升致密油開采效率，需要對井身結(jié)構(gòu)、井眼軌跡進(jìn)行全面優(yōu)化，同時結(jié)合造斜段、水平段選擇使用不同的鉆具組合與近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向工具，從而根本上提升致密油水平井延伸長度與鉆進(jìn)速度。

關(guān)鍵詞：致密油;水平井;井眼軌跡;鉆具

引言

隨著常規(guī)油的減產(chǎn)趨勢加劇，現(xiàn)階段對于致密油開采的力度不斷加大。通常致密油田處于地質(zhì)惡劣的環(huán)境，除層平面分布極為不穩(wěn)定，并且物性度普遍偏差孔隙度≤10%，覆壓機(jī)制滲透率平均在0.1mD-0.2mD，平均滲透率0.001-1mD，長水平段水平井與大規(guī)模壓裂成為開采致密油的唯一方式。

使用常規(guī)鉆井技術(shù)開采致密油入窗難度大、井眼軌跡粗糙、局部造斜段全角變化率大，導(dǎo)致鉆具進(jìn)入到長水平段以后容易因?yàn)槁菪葘?dǎo)致鉆具自鎖、托壓、定向困難。

為了提升致密油開采效率，需要完善水平井井眼軌跡、井身結(jié)構(gòu)控制，近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向工具等技術(shù)可以有效提升致密油水平井延伸長度與鉆進(jìn)速度，從根本上降低致密油水平段復(fù)雜度。

1.控制難點(diǎn)

致密油埋藏位置深，同時儲層物性差，長水平段水平井施工存在一系列難點(diǎn)：

1.1井眼軌跡控制難度大

致密油儲層深度通常達(dá)到1800-2000m，水平段長度≥1000m，水平度：垂直度≈1：2。致密油埋深變化幅度大，且儲層厚度不均勻，油層鉆遇率提升難度大。斜井80°使用五段制井眼軌跡會存在局部穩(wěn)斜段，并且目的層的提前會導(dǎo)致下部造斜段調(diào)整幅度過大，從而造成全角變化率偏大，致使頻繁調(diào)整井眼軌跡，加大控制難度。

1.2井眼軌跡粗糙

井眼軌跡水平段長度大，局部全角變化率偏大，導(dǎo)致實(shí)際鉆進(jìn)過程中許多鉆具與下井壁緊貼，無論是起鉆、下鉆都具有相對較大的摩擦阻力。結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，對于>1000m的水平段，后續(xù)的起鉆、下鉆摩擦阻力≥30t。

1.3井壁難穩(wěn)定

個別致密油層與礦層交匯，對于這部分致密油的開采需要在鉆進(jìn)時穿過礦區(qū)，不過礦層地質(zhì)遇水極易水化分散，容易出現(xiàn)井壁剝落、掉塊、坍塌現(xiàn)象。與此同時長水平段井具有相對更長的施工周期，在長期的浸泡時間下，因?yàn)榈V層坍塌容易造成致密油層井壁失穩(wěn)。[1]

1.4井眼難以清潔

致密油水平井井眼局部存在全角變化率大的情況，如果出現(xiàn)井壁剝落、坍塌就導(dǎo)致井眼尺寸過大。因?yàn)樗骄圮壽E水平段長，所以掉落的巖屑更容易停留在水平段，從而使鉆具與井壁的摩擦阻力進(jìn)一步增加。使用的泵如果排量、壓力過小難以清除巖屑，排量、壓力過大又會使井壁失穩(wěn)的情況加重。

1.5鉆壓傳遞困難

水平井井眼軌跡的長度相對較長，且水平段控制點(diǎn)相對較多，由此導(dǎo)致井眼軌跡相對復(fù)雜，致使在后期的鉆井作業(yè)過程中造斜段-直井段鉆具極易發(fā)生螺旋屈曲，使直井段側(cè)應(yīng)力增加，分散力上部鉆具傳遞下來的力，這些力大部分作用在井壁上，導(dǎo)致鉆壓無法有效傳遞，鉆具自鎖，水平段無法有效延伸鉆進(jìn)。

2.水平井井眼軌跡控制措施

2.1轉(zhuǎn)盤鉆為主的水平井井眼軌跡

水平井眼軌跡轉(zhuǎn)盤鉆具有高度的安全性，首先可以有效確保施工人員的人身安全，不過需要消耗大量的經(jīng)濟(jì)成本。為了最大限度上減少經(jīng)濟(jì)成本，需要將原本的雙層套管轉(zhuǎn)盤鉆井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，即將單一增斜井段改用為單一的經(jīng)驗(yàn)尺寸。

為了確保鉛直避免偏斜，通常使用高壓直噴技術(shù)或?qū)I(yè)防斜打直技術(shù)，即在每一段發(fā)生偏移之前會存在一個水平井段與一個被標(biāo)記的造斜點(diǎn)，在造斜點(diǎn)之前依照相關(guān)規(guī)定在允許范圍內(nèi)進(jìn)行水平打直，由此確保井段質(zhì)量。[2]

使用專業(yè)的防斜打直工具最大限度上將傾斜度控制在合理范圍內(nèi)，動力鉆、彎接頭、彎套動力鉆具均是常用的防斜打直工具，在規(guī)定角度（10-15°）范圍內(nèi)改用轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)，以此來最大限度上確保造斜段相關(guān)系數(shù)的穩(wěn)定性。

對增斜率進(jìn)行設(shè)計(jì)時建議結(jié)合實(shí)際情況選擇合適的鉆具組合，并且提前對相應(yīng)的井段參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保實(shí)際鉆井?dāng)?shù)據(jù)與計(jì)算設(shè)計(jì)數(shù)值盡量接近。

2.2轉(zhuǎn)盤鉆增斜井段井眼軌跡控制

轉(zhuǎn)盤鉆增斜井段井眼軌跡控制可以完成普通定向井所無法完成的工作，二者在標(biāo)準(zhǔn)的情況下，鉆井效果幾乎一致，不過在長半徑水平井鉆進(jìn)，甚至長半徑水平井增斜井段的斜度≥70時使用普通定向井就無法達(dá)到預(yù)期要求。

結(jié)合實(shí)際情況，以轉(zhuǎn)盤鉆為主選擇合適的鉆具組合可以有效提升鉆進(jìn)效率。這一過程中要求各崗位人員實(shí)現(xiàn)密切配合，確保井下頻繁發(fā)生的參數(shù)變化對鉆具組合進(jìn)行及時調(diào)整，并且這也是致密油水平井井眼軌跡的控制難點(diǎn)。

3.水平井井眼軌道控制方案

3.1造斜能力分析與井眼軌跡預(yù)測

確定合適的鉆具組合以后，結(jié)合實(shí)際的鉆具組合受力情況對鉆具組合的造斜能力進(jìn)行分析，隨后結(jié)合實(shí)際造斜率計(jì)算數(shù)據(jù)明確鉆頭位置，確保鉆遇層位精確性。實(shí)際鉆進(jìn)過程中結(jié)合造斜率方程對導(dǎo)向工具的剛性、變形條件下的通過能力進(jìn)行全面分析。[3]實(shí)鉆螺桿角度需要大于設(shè)計(jì)角度1.5倍，以此追求大限度上適應(yīng)鉆井需求，防止因?yàn)轭l繁更換螺桿帶來不必要的麻煩。

實(shí)際鉆進(jìn)過程中鉆頭與隨鉆進(jìn)測量儀二者之間依然存在一定距離，對井眼軌跡進(jìn)行預(yù)測對于明確實(shí)際底層位置有所幫助。不過預(yù)測井眼軌跡是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，預(yù)測過程中需要結(jié)合鉆具組合、地質(zhì)特點(diǎn)、鉆井參數(shù)等多方面進(jìn)行，截至目前為止自然參數(shù)法構(gòu)建模型對井眼軌跡進(jìn)行預(yù)測并結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)修正是較為常用的方法。

3.2直井糾斜打直

深層水平井造斜點(diǎn)位置較深，為了確保后續(xù)施工的正常進(jìn)行，需要控制直井段較小的井斜角與水平位移。[4]在選擇合適的鉆具組合、鉆井參數(shù)基礎(chǔ)上，對單點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測進(jìn)而得到實(shí)際井眼軌跡。

3.3鉆具組合

結(jié)合致密油鉆進(jìn)平均數(shù)據(jù)，最終確定一套實(shí)用度較高的鉆具組合：

造斜段：5刀翼PDC鉆頭代替牙輪鉆頭，鉆具組合：?215.9mmPDC 鉆頭+?172mm單彎螺桿（1.5°）+?172mm浮閥+?172mmLWD+?165mm無磁鉆鋌×1 根+?165mm螺旋鉆鋌根+?127mm 加重鉆桿×6 根+?127mm 鉆桿×45 根+?127mm 加重鉆桿×24 根+?127mm 鉆桿。

結(jié) 論

通過明確合適的鉆具組合、明確致密油水平井的實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)對井眼軌跡的有效控制是提升致密油水平井井眼軌跡效果的關(guān)鍵。在正式鉆進(jìn)之前需要對井眼軌跡情況進(jìn)行預(yù)測，將轉(zhuǎn)盤鉆作為鉆具組合的主要部分，確保水平井井眼軌跡數(shù)據(jù)與計(jì)算設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)相匹配。

參考文獻(xiàn)

[1]張政.Y142-FP1井井眼軌跡控制實(shí)踐與認(rèn)識[J].西部探礦工程，2021，33（06）：83-84+91.

[2]郭盛堂，孟祥波，陳嘉玉.Y142-FP6井井眼軌跡控制技術(shù)[J].石油和化工設(shè)備，2020，23（12）：123-125.

[3]劉桂君.杭錦旗區(qū)塊水平井井眼軌跡控制技術(shù)[J].西部探礦工程，2020，32（06）：43-46+51.

[4]操延輝，余露，孫意博.勘探水平井地質(zhì)導(dǎo)向難點(diǎn)及對策分析[J].石油地質(zhì)與工程，2020，34（03）：92-94.