柯 學，王吉文，朱 楊，胡新興，周紅敏

(1．中國石油西部鉆探鉆井工程技術(shù)研究院，新疆克拉瑪依834000;2．中國石油西部鉆探阿克套項目部，新疆烏魯木齊830000)

1 概述

2012年熱德拜油田初步進入水平井鉆井開發(fā)階段，因?qū)Φ貙訋r石特性認識不清楚，鉆頭選型、鉆具組合、鉆井參數(shù)的不合理以及井眼軌跡控制、鉆井液性能維護、固井工藝等配套技術(shù)的不完善制約了鉆井速度的提高。2013年為加快水平井鉆井開發(fā)步伐，通過研究該地區(qū)巖石力學特性、巖石理化特性，結(jié)合水平井鉆井特點，從井身結(jié)構(gòu)、鉆頭選型、鉆具組合、固完井工藝等方面開展技術(shù)攻關(guān)和現(xiàn)場試驗，取得了顯著效果，形成了一套成熟的鉆井技術(shù)路線和優(yōu)快鉆井配套技術(shù)。

2 熱德拜油田簡況

2．1 鉆遇地質(zhì)分層及巖性描述

油田自下而上分為石炭系、三疊系、侏羅系、白堊系、老第三系和新第三系。主要產(chǎn)層集中在中侏羅統(tǒng)沉積巖里，巖性為顆粒大小不等的砂巖，含少量礫巖和粉砂狀泥巖夾層。地層分層及巖性見表1。

2．2 地層壓力情況

根據(jù)熱德拜已鉆井直井測井資料，通過反演計算地層的坍塌壓力和破裂壓力。整體上地層坍塌壓力隨井深增加呈減小趨勢，白堊系上部地層坍塌壓力系數(shù)0.9～1.15，中部最低0.25～0.8，下部0.6～0.9;侏羅系上部 0.5～1.15，中部 0.7～0.9，下部0.6～0.8。破裂壓力隨著井深增加緩慢減小，白堊系地層1.6～1.8，侏羅系地層1.5～1.7，井越深地層破裂壓力越低(參見圖1)。

2．3 主要鉆井技術(shù)難點

(1)1300～1400 m存在致密灰?guī)r段，可鉆性較差;

(2)砂巖、泥巖頻繁互層，存在硬夾層;

圖1 地層壓力剖面圖

(3)水平段(目的層)砂巖含量高，地層研磨性較強;

(4)油層段承壓能力低，且發(fā)育多套煤線，易發(fā)生井漏;

(5)侏羅系上部地層泥巖含量較高，易吸水膨脹造成縮徑或垮塌。

3 水平井優(yōu)快鉆井配套技術(shù)

3．1 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化(見圖2)

優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)，將原來的三開井身結(jié)構(gòu)直接簡化為二開井身結(jié)構(gòu)，215.9 mm井眼直接完鉆，大尺寸井眼有利于鉆井速度的提高;減少中完測井、固井、倒換鉆具等作業(yè)時間;168．3 mm大尺寸篩管完井，增大了油層泄流面積，有利于提高單井產(chǎn)量。

3．2 井眼軌道控制技術(shù)

3．2．1 鉆具組合(見表2)

圖2 井身結(jié)構(gòu)示意圖

表2 水平井鉆具組合及鉆進參數(shù)

直井段地層巖性主要以泥巖、砂巖為主，優(yōu)選PDC+螺桿鉆具復合鉆進技術(shù)，增加鉆頭動力，增強PDC鉆頭的破巖效率，在提高機械鉆速的前提下減少起下鉆的次數(shù)，從而提高水平井的鉆井效率。

3．2．2 軌跡控制技術(shù)

(1)直井段防斜打快是重點，鉆井過程中保證直井段井身質(zhì)量，為定向造斜提供良好的條件。每200～250 m測單點一次，當井斜有增大的趨勢時，加密測量單點(100～80 m一測)，根據(jù)井斜的趨勢及時調(diào)整鉆井參數(shù)，將井斜盡量控制在1.5°以內(nèi)，保證井底水平位移在20 m內(nèi)。

(2)采用MWD+伽馬進行隨鉆伽馬測量，實時跟蹤監(jiān)測井眼軌跡，依據(jù)井眼測量數(shù)據(jù)，做好數(shù)據(jù)的計算分析和待鉆軌跡的預測，判斷實際地層變化情況并及時調(diào)整井眼軌跡。

(3)采用“直－增－穩(wěn)－增－平”五段制剖面，造斜段滑動鉆進井斜增值設計初始井斜角后，采用40～60 kN鉆壓復合鉆進，以滑動鉆進和復合鉆進相結(jié)合的方式控制井眼軌跡。

(4)在大斜度井段容易形成巖屑床，鉆井施工中在井壁穩(wěn)定、井下正常的前提下，適當增大排量和增加短提次數(shù)，鉆井液要保持良好的流變性和懸浮性，以及時攜帶出鉆屑。

(5)水平段采用1.25°螺桿鉆具，主要以復合鉆進為主，盡可能保證井眼平滑，減少摩阻。

3．3 PDC 鉆頭優(yōu)選

由巖石力學特性剖面(見圖3、表3)可以看出，總體上該區(qū)域地層巖性相對單一，自上而下主要以細砂巖和砂質(zhì)泥巖為主，且?guī)r石硬度不高，屬于軟～中硬地層，可鉆性較強。直井段優(yōu)選四刀翼、19 mm復合片、雙排齒PDC鉆頭，優(yōu)化切削齒的角度、調(diào)整切削齒的徑向分布、增加后排切削齒，提高切削效率、增強穩(wěn)定性、耐磨性和抗沖擊性，同時提高鉆頭的使用壽命。

圖3 巖石力學特性剖面

針對可鉆性較好的中軟地層，PDC鉆頭采用低鉆壓、高轉(zhuǎn)速，鉆壓控制在40～60 kN，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速60～80 r/min，排量30 L/s，充分清洗井底，快速攜帶巖屑，減少重復破碎對鉆頭的磨損。鉆遇可鉆性較差的致密灰?guī)r過程中，適當降低轉(zhuǎn)速、鉆壓以防止沖擊造成PDC鉆頭切削齒的破壞。

3．4 防漏堵漏鉆井液技術(shù)

3．4．1 鉆井液體系

鉆井液體系:水+4% ～6%膨潤土+0.2% ～0.4%Na2CO3+0.2% ～0.4%NaOH+0.5% ～0.7%FA－367+0.1%～0.3%XY－27+0.5%～1%NH4HPAN+0.3%～0.5%PAC－LV+3%～5%SD－505+1% ～2%ZD－1+1%DF－1。

二開采用聚磺鉆井液體系，在鉆遇泥巖井段加大聚合物處理劑的用量，提高抑制、絮凝能力，保證井壁穩(wěn)定，減少阻卡，在斜井段配伍無熒光液體潤滑劑，保持良好的流變性和潤滑性能，水平段采用屏蔽暫堵技術(shù)，以保護油氣層，提高防漏能力，盡可能減少對油氣層的損害。

3．4．2 防漏、堵漏技術(shù)

為了提高該區(qū)地層的承壓能力，保證后期固井質(zhì)量，在鉆進過程中加入隨鉆堵漏劑ZD－1和細目隨鉆堵漏劑DF－1。上部第三系地層疏松、孔隙度較大易發(fā)生井漏，鉆進過程中適當降低鉆井液密度，提高膨潤土含量。

(1)調(diào)整鉆井液性能，確保鉆井液具有良好的觸變性和足夠的粘切，便于巖屑的攜帶和井眼清潔，降低鉆井液對井壁的沖蝕作用，同時適當提高防漏能力。

(2)鉆遇侏羅系易漏井段適當降低鉆井液密度和排量，提高鉆井液粘度，同時鉆進過程中開泵平穩(wěn)，控制起下鉆速度，避免因壓力“激動”壓漏地層。

(3)加入ZD－1和DF－1隨鉆堵漏劑、瀝青等化工材料增強鉆井液的造壁能力和封堵能力，以保證井壁的穩(wěn)定，防止井塌和井漏的發(fā)生，同時提高地層的承壓能力。

表3 巖石物理－力學特性

(4)接單根、起下鉆過程中控制下放速度，防止壓力“激動”過大，造成井漏。下鉆、下套管過程中需分段循環(huán)洗井，防止憋漏地層。

(5)完鉆后、固井前通過加入橋塞堵漏劑來提高地層承壓能力，防止固井過程中發(fā)生井漏。

3．5 篩管頂部雙級固井技術(shù)

為防止水泥漿一次封固段過長造成固井井漏，提高封固段固井質(zhì)量，采用篩管頂部雙級固井技術(shù)。

主要施工工藝見表4。

表4 篩管頂部雙級固井施工工藝內(nèi)容

該工藝所需特殊工具如圖4所示。

圖4 篩管頂部雙級固井特殊工具

4 水平井實施效果

4．1 機械鉆速明顯提高

2013年采用PDC+螺桿鉆具組合復合鉆井技術(shù)，直井段機械鉆速明顯提高，由2012年的5.8 m/h提高到9.79 m/h，提高了68.79%(見圖5、圖6)。合理的PDC鉆頭選型配合螺桿鉆具復合鉆井技術(shù)對提高整體機械鉆速有很好的效果。

圖5 PDC鉆頭使用效果

圖6 機械鉆速對比

4．2 固井質(zhì)量大幅提高

通過采用篩管頂部雙級固井技術(shù)結(jié)合防漏堵漏工藝，減少了固井井漏風險，固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)率由原來的70.59%提高至91.51%，確保了水泥長封固段的封固效果。

4．3 鉆井周期明顯縮短

2012年水平井平均鉆井周期為42.96天，完井周期53.38天，2013年所鉆水平井的鉆井周期為19.58天，完井周期37天，同比鉆井周期縮短54.4%，完井周期縮短41．1%(見圖7～10)。4453水平井鉆井周期最短為14.71天，完井周期最短23天。其中Z4453井鉆井周期僅為14.71天，Z4439井完井周期僅為23天，分別創(chuàng)造了熱德拜油田水平井鉆井的最短鉆井周期和最短完井周期記錄。

圖7 鉆井周期情況

圖8 鉆井周期對比

圖10 完井周期對比

5 結(jié)論與認識

(1)通過水平井優(yōu)快鉆井配套技術(shù)的研究與應用，熱德拜油田水平井機械鉆速明顯提高，鉆井周期明顯縮短，加快了水平井開發(fā)步伐;

(2)優(yōu)化后的簡單井身結(jié)構(gòu)滿足熱德拜水平井開發(fā)的需求，該井身結(jié)構(gòu)既縮短了鉆井周期，同時168.3 mm大尺寸完井增大了泄油面積，可以提高單井產(chǎn)量;

(3)PDC鉆頭結(jié)合螺桿鉆具復合鉆井技術(shù)適合直井段提速，可減小提下鉆趟數(shù)，可有效縮短鉆井周期;

(4)篩管頂部雙級固井作為一種較為罕見的固完井方式，有效地解決了熱德拜油區(qū)水平井長封固段已漏失的問題，提高了固井質(zhì)量，同時可以供具有類似情況的油區(qū)借鑒。

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