李 杉，常 雷，王洪英，楊麗晶，趙英楠，張仲智

（大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院，黑龍江大慶163453）

1 概述

葡北油田三斷塊位于松遼盆地中央凹陷大慶長垣二級(jí)構(gòu)造帶南部的三級(jí)構(gòu)造帶葡萄花構(gòu)造中部。葡北油田三斷塊經(jīng)過三十多年的注水開發(fā)，目前雖已進(jìn)入特高含水開發(fā)階段，但該區(qū)仍存在大量的剩余油，其中斷層邊部一個(gè)井距內(nèi)剩余油儲(chǔ)量占該區(qū)剩余油總儲(chǔ)量的14.66%。為了最大限度挖掘斷層邊部剩余油，根據(jù)精細(xì)地質(zhì)和剩余油研究成果，在斷層邊部設(shè)計(jì)了大斜度平行斷層定向井，定向井在斷層邊部以一定的井斜角度平行斷層面，井軌跡從上到下貫穿整個(gè)葡萄花油層，預(yù)測(cè)平均單井鉆遇視砂巖厚度116.4m，有效厚度94.8m，對(duì)應(yīng)垂直砂巖厚度12.0m，有效厚度9.5m。由于設(shè)計(jì)井平行于斷層邊部且入靶井斜角較大，最大達(dá)到86.86°，將該類井定義為大斜度平行斷層近水平井。

2 大斜度平行斷層近水平井鉆井難點(diǎn)分析

大斜度平行斷層井近水平井鉆井設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工不同于常規(guī)定向井鉆井技術(shù)，存在井眼軌道設(shè)計(jì)優(yōu)化難度大、扭矩和摩阻大以及井眼易垮塌等技術(shù)難點(diǎn)。

2.1 井眼軌道設(shè)計(jì)優(yōu)化難度大

為了實(shí)現(xiàn)葡北油田平行斷層的大斜度高效井的地質(zhì)目的，既要平行于斷層又要達(dá)到多穿層及指定目標(biāo)靶點(diǎn)，設(shè)計(jì)難度非常大；由于井斜角較大，最大達(dá)到86.86°，用常規(guī)定向井模型很難實(shí)現(xiàn)，也無法同時(shí)通過接近水平的各個(gè)目標(biāo)靶點(diǎn)；根據(jù)開發(fā)需要兼顧上部油層，既要實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目的，又要滿足現(xiàn)場(chǎng)鉆井工程的施工要求；為了平行斷層，設(shè)計(jì)井井眼軌道必須在目的層中扭方位，目的層扭方位最大達(dá)到16.15°，給施工帶來困難。

2.2 扭矩和摩阻大

大斜度井井下工具在重力作用下依附于井壁下沿，隨著井深的增加會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的摩擦問題，出現(xiàn)大的扭矩和阻力。

通過對(duì)常規(guī)定向井（井斜角30°）與大斜度井（井斜角70°）摩阻扭矩分析，得出井斜角70°時(shí)起鉆摩阻是井斜角30°時(shí)的3.07倍，下鉆2.20倍，滑動(dòng)鉆進(jìn)2.58倍；井斜角70°時(shí)旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆壓5t時(shí)是井斜角30°時(shí)地面扭矩的1.94倍，10t時(shí)是1.75倍。所以大斜度井的摩阻扭矩與常規(guī)定向井相比均大幅度增長，施工難度加大。大斜度平行斷層近水平井井眼軌道更加復(fù)雜，井眼摩阻扭矩大幅增大。見表1。

2.3 井眼易垮塌

大斜度井斜井段較長，施工周期較長，要求鉆井液對(duì)泥巖抑制性好；防止井眼縮徑、剝落、坍塌；攜巖能力好并滿足長時(shí)間浸泡要求，所以要求高性能的鉆井液體系。另外平行斷層井，井眼軌跡距離斷層較近，易發(fā)生井漏。

表1 常規(guī)定向井與大斜度井不同工況下摩阻扭矩分析

2.4 易形成巖屑床，增加卡鉆風(fēng)險(xiǎn)

大斜度井鉆井中非常容易產(chǎn)生巖屑床，特別是在45°～60°井段。巖屑床一旦產(chǎn)生，嚴(yán)重影響大斜度井鉆井施工，所以要通過加大洗井液排量、保持均勻環(huán)空流速等措施高質(zhì)量洗井，起鉆前要對(duì)鉆井液進(jìn)行多次循環(huán)，并短程起下鉆和分段循環(huán)，保證井眼清潔。

3 大斜度井軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

在大斜度近水平井井眼軌道設(shè)計(jì)中，采用合理軌道參數(shù)和剖面類型可有效評(píng)價(jià)不同工況下鉆具延伸能力，利于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，能為鉆機(jī)選型、鉆井液類型、鉆井方式以及下套管方式選擇等提供參考。

3.1 基本要求

（1）軌跡設(shè)計(jì)必須滿足地質(zhì)靶點(diǎn)、中靶方位以及現(xiàn)場(chǎng)施工條件（如鉆機(jī)型號(hào)、定向儀器等）要求。

（2）井眼軌跡幾何形狀最優(yōu)化：首先須滿足常規(guī)導(dǎo)向鉆具組合造斜率的要求；其次要求設(shè)計(jì)井眼軌道最短，管柱的摩擦阻力相對(duì)最??；再次要求軌跡光滑過渡和井眼曲率均勻。

3.2 應(yīng)用實(shí)例及效果分析

葡北油田P82-S742大斜度平行斷層近水平井設(shè)計(jì)參數(shù)如下：靶點(diǎn)垂深、靶點(diǎn)閉合距、閉合方位、距斷層距離等參數(shù)見表2。

表2 P82-S742井軌道參數(shù)設(shè)計(jì)表

圖1 P82-S742井軌跡剖面圖和平面圖示意圖

從表2及圖1可以看出，為了實(shí)現(xiàn)葡北油田的大斜度平行斷層近水平井的地質(zhì)開發(fā)目的，設(shè)計(jì)軌道既要達(dá)到多穿層及指定目標(biāo)靶點(diǎn)，又要平行于斷層在目的層井段需要扭方位，設(shè)計(jì)難度非常大。

3.2.1 軌道設(shè)計(jì)方法對(duì)比分析

根據(jù)地質(zhì)地層特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)施工要求選擇3種不同剖面軌道設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)果見表3。

分別對(duì)3種不同剖面設(shè)計(jì)軌道進(jìn)行了摩阻扭矩分析，3種不同剖面設(shè)計(jì)軌道摩阻扭矩對(duì)比分析結(jié)果見表4。

表3 3種不同剖面設(shè)計(jì)軌道分段數(shù)據(jù)結(jié)果表

表4 不同剖面設(shè)計(jì)軌道摩阻扭矩對(duì)比結(jié)果

從表3可以看出，水平井增穩(wěn)增增模型設(shè)計(jì)井眼軌道最短，單圓弧次之，二維三段制模型設(shè)計(jì)軌道最長；從表4可以看出，3種不同軌道各項(xiàng)摩擦阻力值：二維三段制模型＞水平井增穩(wěn)增增模型≈單圓弧模型，水平井增穩(wěn)增增模型和單圓弧模型摩擦阻力值均較小且相差不大。將設(shè)計(jì)軌道調(diào)入砂體模型進(jìn)行反演擬合，水平井增穩(wěn)增增模型很好地中靶和鉆遇砂體，同時(shí)結(jié)合葡北油田大斜度井開發(fā)特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)定向施工及安全快速找準(zhǔn)目的層，宜采取水平井增穩(wěn)增增模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。

經(jīng)過反復(fù)設(shè)計(jì)，完成了葡北油田P82-S742、P83-S742、P74-S772三口大斜度近水平井設(shè)計(jì)，為地質(zhì)合理中靶和大斜度井鉆井順利施工奠定了基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

（1）根據(jù)葡北油田大斜度井地質(zhì)參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際鉆井特點(diǎn)，通過對(duì)軌道關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)、軌道剖面類型進(jìn)行優(yōu)化，形成了該地區(qū)大斜度近水平井軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)。

（2）軌道優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用于葡北油田多口井的設(shè)計(jì)當(dāng)中，取得了良好的設(shè)計(jì)效果。