李偉峰，于小龍.

(1.延長(zhǎng)油田股份有限公司研究中心，陜西延安 716001;2.延長(zhǎng)石油(集團(tuán))公司研究院，陜西西安 710075)

延長(zhǎng)東部超淺層大位移水平井鉆井技術(shù)難點(diǎn)與對(duì)策

李偉峰1，于小龍2.

針對(duì)延長(zhǎng)東部低滲超低滲儲(chǔ)層埋深淺、超淺層大位移水平井水平段鉆進(jìn)加壓困難及套管下入風(fēng)險(xiǎn)高的難題，開(kāi)展水平井鉆完井配套技術(shù)研究。采用單圓弧加穩(wěn)斜探頂?shù)能壍涝O(shè)計(jì)方法，降低施工摩阻的同時(shí)，保障了油層位置不確定時(shí)的井眼軌跡調(diào)整余地；創(chuàng)新應(yīng)用加強(qiáng)型倒裝鉆具，保障了水平段鉆進(jìn)的破巖效率；采用漂浮下套管技術(shù)，配合漂浮接箍安裝位置優(yōu)化分析，實(shí)現(xiàn)了七平8井二開(kāi)井身模式。延長(zhǎng)油田首口超淺層大位移水平井二開(kāi)長(zhǎng)裸眼低成本成功建井，證明所選對(duì)策具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

超淺層大位移；水平井；軌道設(shè)計(jì)；鉆井加壓技術(shù)；漂浮下套管技術(shù)

延長(zhǎng)東部油區(qū)屬典型的低滲超低滲巖性油藏，主要油氣儲(chǔ)層為長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6，油氣分布主要受儲(chǔ)層巖性和物性控制。油藏主要發(fā)育于三角洲平原和三角洲前緣水下分流河道沉積，在平面上呈帶狀分布，儲(chǔ)層物性差，油水分異不明顯，油水混儲(chǔ)，無(wú)明顯的油水界面，原始地層壓力低，缺乏邊、底水，為典型的彈性—溶解氣驅(qū)巖性油藏[1]。

油藏埋深一般介于240～650 m，平均埋深不足500 m，儲(chǔ)層埋深淺，地層壓力低，常規(guī)井開(kāi)發(fā)井多、低產(chǎn)、低效問(wèn)題日益突出。且常規(guī)定向井位移延伸能力小，遺留了大量無(wú)法動(dòng)用的地面受限資源[2-3]。在此類油藏實(shí)現(xiàn)淺層大位移水平井開(kāi)發(fā)，充分發(fā)揮利用水平井的資源控制優(yōu)勢(shì)，是有效解決常規(guī)井低產(chǎn)、低效問(wèn)題的重要手段，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1超淺層大位移水平井的技術(shù)難點(diǎn)

目前，行業(yè)內(nèi)對(duì)于淺層、超淺層大位移水平井的定義和分類尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這是個(gè)發(fā)展的概念[4-6]。當(dāng)前普遍接受的認(rèn)識(shí)是，油藏垂深小于400 m，且水平井位垂比不低于2.0，即為超淺層大位移水平井。

七平8井水平段平均垂深382.8 m，靶前距296.5 m，水平總位移1074.6 m，水平段為三靶點(diǎn)“U”形設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)位垂比2.89，是典型的超淺層大位移水平井。七平8井的靶點(diǎn)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1：

表1 七平8井靶點(diǎn)設(shè)計(jì)參數(shù)

該井的施工難點(diǎn)主要有：

(1)水平段鉆進(jìn)施加鉆壓困難。油藏埋深過(guò)淺，直井段鉆柱懸重輕，井眼曲率大，鉆頭在水平段鉆進(jìn)時(shí)，破巖形式以表面破碎和疲勞破碎為主，鉆速低甚至無(wú)法鉆進(jìn)。

(2)套管下入風(fēng)險(xiǎn)高。臨界阻力角以上井段過(guò)短，套管無(wú)法依靠自重下至井底。

2 軌道和井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)超淺層大位移水平井施加鉆壓困難、套管下入風(fēng)險(xiǎn)高的難題。井身剖面設(shè)計(jì)以最大程度降低施工摩阻，保障完井需求為導(dǎo)向，主要設(shè)計(jì)思想是：

(1)最大程度保留直井段，保障倒裝鉆具的加壓能力；

(2)優(yōu)化造斜段軌道，降低施工摩阻；

(3)保證油層變化時(shí)的軌跡調(diào)整余地。

相比常規(guī)雙增、懸鏈等軌道設(shè)計(jì)方法，單圓弧方法具有造斜率小、施工摩阻低的優(yōu)點(diǎn)，但施工效率不足，對(duì)定向技術(shù)人員的水平要求較高。因此，該井采用單圓弧加大井斜穩(wěn)斜探頂?shù)脑O(shè)計(jì)方法。從井深90米開(kāi)始造斜，采用6°/30m的造斜率增斜至85.44°，穩(wěn)斜15m左右探油頂，探到油層后增斜入窗。相比常規(guī)雙增設(shè)計(jì)，造斜點(diǎn)降低了70m，可安裝加重鉆具的井段更長(zhǎng)。同時(shí)，穩(wěn)斜探頂井段也保障了油層變化后的軌跡調(diào)整余地。七平8井的軌道設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2，設(shè)計(jì)示意圖如圖1所示。

表2 七平8井軌道設(shè)計(jì)參數(shù)

圖1 七平8井軌道設(shè)計(jì)示意圖Fig.1 Seven draws and 8 well trajectory design schematic

目前，國(guó)內(nèi)外超淺層水平井普遍采用的井身結(jié)構(gòu)為三開(kāi)結(jié)構(gòu)。相比二開(kāi)結(jié)構(gòu)，三開(kāi)結(jié)構(gòu)雖可明顯降低二開(kāi)長(zhǎng)裸眼鉆井過(guò)程的鉆井風(fēng)險(xiǎn)，大大降低隨鉆摩阻，但成本較高，比二開(kāi)結(jié)構(gòu)平均高出16.2%的鉆井投資[7]。因此采取更為簡(jiǎn)化的二開(kāi)結(jié)構(gòu)，更加符合當(dāng)前油價(jià)低迷的外部環(huán)境。

七平8井優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)為：Φ311 mm×Φ244.5 mm+Φ222.3/215.9 mm×Φ139.7 mm。

一開(kāi)設(shè)計(jì)井深90 m，鉆穿第四系黃土層40 m后，下入Φ244.5 mm的油層套管。

二開(kāi)設(shè)計(jì)井深1363.33 m，直井段、斜井段采用Φ222.3 mm的PDC或牙輪鉆頭，水平段采用Φ215.9 mm的PDC鉆頭，直至完鉆。上部井段鉆頭直徑略大于水平段，可降低上部地層縮頸、摩阻帶來(lái)的后期鉆井和起下鉆困難。

3 鉆井加壓技術(shù)

鉆壓是鉆頭破巖的動(dòng)力，相比常規(guī)水平井，淺層大位移水平井由于垂直井段短，上部鉆具重量不足，造成水平段底部鉆具無(wú)法施加鉆壓，破巖效率極低。

表3 鉆柱重量表

七平8井直井段僅有90 m，若采用常規(guī)鉆具組合，則鉆壓為負(fù)，無(wú)法鉆進(jìn)。若采用常規(guī)倒裝鉆具組合，則即使直井段全部采用加重鉆桿，剩余鉆壓也僅有1.2 t，鉆至水平段趾端，鉆頭破巖效率無(wú)法保證。因此，在常規(guī)倒裝鉆具的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新采用加強(qiáng)型“倒裝”鉆具，最上部直井段使用鉆鋌加壓，井深90 m至井斜25°的120 m井段，采用加重鉆桿。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，加重效果明顯提升，鉆至井底，仍可保證7.5 t左右的鉆壓，有效提升了機(jī)械鉆速。不同加重方式鉆壓結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表4。

4 漂浮下套管技術(shù)

水平井下套管作業(yè)，只有在臨界阻力角以內(nèi)，套管單元才可以依靠自身重力克服摩阻；當(dāng)套管下深超過(guò)臨界阻力角后，摩阻不斷增大，管柱向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)不斷降低。臨界阻力角一般在井斜55°左右，在臨界阻力角位置，套管懸重達(dá)到峰值，但套管單元受力平衡。隨著井斜進(jìn)一步增大，臨界阻力角以后的任意一個(gè)套管單元，都是借助上部管柱重力或井口壓力作用繼續(xù)下入[9-10]。

表4 不同加重方式鉆壓對(duì)比

Wcosθc=μWsinθc

(1)

θc=tan-1(1/μ)

(2)

式中W——管柱自重，N；θc——臨界阻力角，°；μ——套管與井壁摩擦系數(shù)，無(wú)量綱。

七平8井油藏垂深只有383 m，完鉆井深1266 m，實(shí)鉆總位移達(dá)到了1067 m。在水平段趾部，套管上部自重?zé)o法克服水平段摩阻。如采用常規(guī)下套管作業(yè)時(shí)，鉤載變化計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

從圖2可見(jiàn)，當(dāng)套管下入井深1040 m時(shí)，井口鉤載為0，套管上部重力與套管摩阻完鉆抵消，套管無(wú)法下至井底。漂浮下套管可大大降低漂浮井段套管與裸眼之間的接觸力，進(jìn)而提升套管下入深度[7]。漂浮接箍安裝位置放在臨界阻力角之后，當(dāng)鉤載下降到可接受的最低值時(shí)，此為安裝漂浮接箍的最佳位置，可實(shí)現(xiàn)漂浮接箍以下套管最大下深。

七平8井實(shí)際下套管過(guò)程時(shí)，井口的大鉤載荷隨井深的變化趨勢(shì)如圖3所示。

圖2 常規(guī)下套管作業(yè)鉤載變化情況Fig.2 Conventional casing operation hook load changes

圖3 漂浮下套管鉤載變化計(jì)算Fig.3 Calculation of Hook Displacement of Casing under Floating

(1)在井斜56°以內(nèi)，套管單元的自重沿井眼軸線方向分量高于裸眼與套管的反向摩阻。隨著套管不斷下入，鉤載不斷增大，載荷上升速度趨于緩慢，井深450 m處接近臨界阻力角時(shí)，達(dá)到峰值。

(2)隨著套管繼續(xù)下入，井眼所帶來(lái)的摩阻將使井口載荷持續(xù)減小。此時(shí)套管下入變得越來(lái)越困難，在套管下至井深800 m時(shí)，鉤載達(dá)到1.5 t。在此位置如不安放漂浮接箍，后續(xù)套管下入風(fēng)險(xiǎn)將不可控;在此位置安裝漂浮接箍后，井口開(kāi)始灌漿，由于漂浮接箍以上泥漿的重力作用，井口載荷逐漸增大。

(3)隨著套管繼續(xù)下入，套管與井壁接觸段越來(lái)越長(zhǎng)，尤其水平段的摩阻不斷增大，單位長(zhǎng)度套管所灌入泥漿的重力會(huì)慢慢趨于接近單位長(zhǎng)度套管所受到的摩阻，鉤載上升趨勢(shì)不斷降低，在井深1140 m左右，達(dá)到峰值3.3 t。

(4)在1140 m以后井段，鉤載繼續(xù)降低；套管下至井深1266 m時(shí)，井口載荷降為2.5 t左右，套管下入完畢。

從圖2與圖3的對(duì)比可以明顯看出，常規(guī)下套管作業(yè)方式，鉤載呈現(xiàn)緩慢上升再緩慢下降的變化過(guò)程，當(dāng)鉤載降為0時(shí)的井深即為常規(guī)下套管的最大下深。采用漂浮下套管的方式將比常規(guī)作業(yè)多出一個(gè)鉤載上升并緩慢下降的階段，正是由于此階段的作用，使得漂浮下套管比常規(guī)作業(yè)方式能夠?qū)崿F(xiàn)更大位移的下入。

5 結(jié)論

(1)單圓弧加大井斜穩(wěn)斜探頂?shù)能壍涝O(shè)計(jì)方法，能夠在降低施工摩阻的前提下，保證足夠的直井段長(zhǎng)度，為倒裝鉆具加壓提供了基礎(chǔ)，同時(shí)穩(wěn)斜探頂井段保障了油層變化后的軌跡調(diào)整余地。

(2)在水平段鉆進(jìn)時(shí)，采用鉆鋌+加重鉆桿+常規(guī)鉆桿+底部鉆具組合的加強(qiáng)型倒裝鉆具，可明顯提高鉆壓，保證鉆頭破巖效率。

(3)漂浮接箍安裝位置應(yīng)充分考慮臨界阻力角的影響，臨界阻力角以下現(xiàn)場(chǎng)可接受的最低鉤載位置是安裝漂浮接箍的最佳位置。

[1] 李偉峰,王艷,蘇丹丹,等.基于水動(dòng)力能量分析確定有利沉積微相帶分布研究——以下寺灣油田研究區(qū)延9儲(chǔ)層沉積微相劃分為例[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2012，27(1):225-231.

[2] 杜貴超,胡雙全,石立華,等.七里村油田長(zhǎng)6油層組儲(chǔ)層特征及孔隙演化[J].巖性油氣藏,2015，27(1):51-57.

[3] 程妮,席天德,薛金泉.延長(zhǎng)油田東部淺層油藏特征及改善開(kāi)發(fā)效果研究[J].非常規(guī)油氣,2016，3(2):65-69.

[4] 祁東升,李立,孫三軍,等.樓平3井超淺層大位移水平井鉆井技術(shù)[J].石油天然氣學(xué)報(bào),2008，30(3):289-291.

[5] 鄧紅琳,王錦昌.超淺層大位移水平井鉆完井技術(shù)[J].特種油氣藏,2014，21(3):142-144,158.

[6] 薛建國(guó),吳應(yīng)戰(zhàn),王冰暉,等.超淺層大位移水平井樓平2井鉆井技術(shù)[J].石油鉆采工藝,2008，30(3):11-14.

[7] 楊國(guó)彬,楊華,吳萌,等.淺層大位移三維水平井鉆井技術(shù)在超重稠油油田的應(yīng)用[J].鉆采工藝,2016，39(1):26-29,7.

[8] 李維,李黔.大位移水平井下套管漂浮接箍安放位置優(yōu)化分析[J].石油鉆探技術(shù),2009，37(3):53-56.

[9] 劉善禎.大位移水平井下套管受力分析及漂浮接箍設(shè)計(jì)[D].北京:中國(guó)石油大學(xué),2007.

[10] 文湘杰.井樓油田超淺層大位移水平井固井技術(shù)[J].石油天然氣學(xué)報(bào),2009，31(4):119-121,426.

The Ultra-shallow Large Displacement Horizontal Well Drilling Difficulty and Solution in Yan-chang East Oilfield

Li Weifeng1, Yu Xiaolong2

(1.TheResearchCenterofYan-changOilfieldCo.,Ltd.,Yan＇an,Shannxi716000,China; 2.ResearchInstituteofYan-changPetroleum(group)Co.,Ltd.,Xi＇an,Shannxi710075,China)

Aiming at the eastern reservoir in Yan-chang Oilfield has the problem of extending the horizontal pressure and the high risk of casing entry in shallow depth and ultra shallow layer of low permeability and ultra-low permeability reservoirs. The track design method of single arc and stabilizing roofing is adopted to reduce the friction of construction, and at the same time, to ensure the well trajectory adjustment when the position of reservoir is uncertain By the innovative of inversion drilling pipe, the drilling efficiency is achieved. We use the casing floating method plus the optimize of float coupling installing location, the casing is running down successful,To achieve the seven well 8 wells to open the well mode. By that, extended oil field first ultra-shallow layer of large displacement horizontal wells open long open hole low-cost successful construction of wells, so high economic and social benefit was achieved.

ultra-shallow large displacement; horizontal well; track design; drilling pressure technology; floating under casing technology

李偉峰(1983—)，男，碩士，河北趙縣人，畢業(yè)于西安石油大學(xué)油氣田開(kāi)發(fā)工程專業(yè)，就職于延長(zhǎng)油田股份有限公司研究中心，主要研究方向?yàn)閺?fù)雜結(jié)構(gòu)井鉆完井工藝。郵箱:281613901@qq.com.

(1.延長(zhǎng)油田股份有限公司研究中心，陜西延安 716001;2.延長(zhǎng)石油(集團(tuán))公司研究院，陜西西安 710075)

TE257

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