陳超

摘要：本文在研究中以油田頁巖氣水平井鉆井關(guān)鍵技術(shù)為核心，列舉工程案例，分析油田頁巖氣水平井鉆井關(guān)鍵技術(shù)，明確該技術(shù)的應(yīng)用效果，鉆井效率高、成本低，值得被廣泛應(yīng)用，并為相關(guān)研究人員提供一定的借鑒和幫助。

關(guān)鍵詞：油田頁巖氣;水平井;鉆井技術(shù)

一、工程概況

某油田頁巖氣水平井鉆進(jìn)施工中，基于導(dǎo)眼井實(shí)施水平井側(cè)鉆，以“導(dǎo)管+四開制”為主進(jìn)行布設(shè)，完工后井深為5179m，施工周期為45.38天，機(jī)械鉆進(jìn)均速為7.19m/h。如圖1為井身結(jié)構(gòu)。導(dǎo)眼井屬于直井型，以“導(dǎo)管+三開制”為主進(jìn)行布設(shè)，運(yùn)用導(dǎo)管鉆進(jìn)，完工后井深為3433m，施工周期為74.33天，機(jī)械鉆進(jìn)均速為4.59m/h。

二、油田頁巖氣水平井鉆進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)

（一）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)

當(dāng)前，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)應(yīng)用中，具有較大的應(yīng)用優(yōu)勢，技術(shù)水平比較先進(jìn)，大多應(yīng)用在特殊油藏的高難度定向井、大位移井、水平井、超深井以及水平分支井。在實(shí)際應(yīng)用中，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)主要通過遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)界面輸入工具參數(shù)值，由脈沖傳至井底儀器，優(yōu)化工具面角，以實(shí)現(xiàn)井眼軌跡的控制。相比于傳統(tǒng)螺桿導(dǎo)向鉆井方式而言，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)具有極強(qiáng)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)軌跡控制的最大精度，保證導(dǎo)向鉆井中的持續(xù)性旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)摩阻扭矩的控制。

（二）固井技術(shù)

通過對本油田頁巖氣水平井鉆進(jìn)難點(diǎn)的分析，參考國內(nèi)外固井技術(shù)，選擇雙凝雙密度水泥漿，配置比例為1.38：1.88=低密度緩凝水泥漿：髙膠結(jié)彈性防氣竄水泥漿，二者配合使用，不僅可以降低水泥漿液柱壓力，還可以提高下部產(chǎn)層固井質(zhì)量，避免固井中出現(xiàn)水泥漿泄露問題。且由于髙膠結(jié)彈性防氣竄水泥漿具有極強(qiáng)的膠結(jié)能力與防氣竄能力，便于后續(xù)壓裂施工，提高固井綜合質(zhì)量。

（三）激進(jìn)式鉆井技術(shù)

為了環(huán)節(jié)環(huán)空壓耗較高的問題，本鉆進(jìn)工程中選擇激進(jìn)式鉆井技術(shù)，在設(shè)置鉆井水力參數(shù)中，將鉆井參數(shù)和水力參數(shù)的實(shí)際值都超出其設(shè)計(jì)值。與此同時(shí)，必須對現(xiàn)有鉆井設(shè)備進(jìn)行升級，把原有35MPa地面高壓管提高到52MPa，根據(jù)井深大于5000m的水平井應(yīng)用大功率F-2200型鉆井泵，符合激進(jìn)式水力參數(shù)要求。選擇Landmark軟件進(jìn)行巖屑床厚度和井斜角關(guān)系進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)若井斜角高于50°，則巖屑床厚度激增后提高了井眼清潔程度要求，必須優(yōu)化鉆井液排量與鉆具轉(zhuǎn)速，進(jìn)而保證鉆進(jìn)效率和水平井質(zhì)量。

1.鉆具轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)

設(shè)井斜角65°下，鉆井液排量達(dá)到40L/s，其機(jī)械轉(zhuǎn)速設(shè)定5.2m/h，通過Landmark軟件模擬，獲得巖屑床厚度和鉆具轉(zhuǎn)速間的關(guān)系，如圖1。

由圖中可得，在鉆具鉆速不斷增加后，巖屑床厚度與懸浮巖屑濃度呈逐漸下降趨勢，基本判定當(dāng)前增加鉆具鉆速可以促進(jìn)井眼清潔度的提升，結(jié)合井壁穩(wěn)定性，確定鉆具鉆速要從60-80r/min增加到80-100r/min。

2.排量設(shè)計(jì)

設(shè)井斜角65°下，鉆井液排量達(dá)到40L/s，其機(jī)械轉(zhuǎn)速設(shè)定5.2m/h，通過Landmark軟件模擬，獲得巖屑床厚度和鉆井液排量間的關(guān)系，如圖2。

由圖中可以得到，隨著鉆井液排量不斷增加后，巖屑床厚度呈現(xiàn)持續(xù)下降的趨勢，基本判定鉆井液排量可以促進(jìn)井眼清潔程度的提高。按照水平井鉆井要求，將鉆井液排量由原來的30L/s，增加到32L/s，在水平段鉆進(jìn)過程中要增加到3532L/s，進(jìn)而有效控制巖屑沉降，達(dá)到最佳的井眼清潔情況。

三、油田頁巖氣水平井鉆進(jìn)施工中的注意事項(xiàng)

（一）使用油基鉆井液

考慮到本油田頁巖氣水平井施工難度，選擇高性能油基鉆井液，這是因?yàn)轫搸r具有親水性特征，吸水后迅速膨脹，造成井壁掉塊脫落的情況，降低井壁的穩(wěn)定性，鉆進(jìn)中必須使用高性能的鉆井液，而高性能油基鉆井液在高溫高壓環(huán)境下30分鐘的慮失量達(dá)到1.8ml，大大提高了井壁穩(wěn)定性。與此同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，油基鉆井液主要以柴油為基礎(chǔ)油，以脂肪酸和共聚物為原材料，對傳統(tǒng)油基鉆井液進(jìn)行了改進(jìn)，取替有機(jī)膨潤土，將固相含量控制在5%-9%之間，有效提升了泥餅質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)摩阻扭矩的控制。除此之外，油基鉆井液的凝膠強(qiáng)度高，有效預(yù)防井漏問題。

（二）合理選擇鉆具組合

由于本水平井的水平段長，且井眼軌跡控制難度大，需要配備斜坡鉆桿進(jìn)行同步鉆進(jìn)，通過倒裝鉆具組合，可以保證井身質(zhì)量，控制摩阻扭矩，進(jìn)而提高鉆進(jìn)效率。水平段鉆具組合設(shè)計(jì)中，設(shè)置：鉆頭+“旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向+MWD”組合+加重鉆桿×1根。

（三）選擇適宜的鉆頭

由于該區(qū)域地層可鉆性不高，在鉆進(jìn)過程中，必須要合理選擇適宜的鉆頭，使得鉆頭符合地層巖性特征，配備相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，保證鉆進(jìn)施工中的機(jī)械轉(zhuǎn)速為6.54m/h，值得注意的是，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具要和PDC鉆頭共同使用，使用在鉆進(jìn)井段中，保證機(jī)械鉆進(jìn)速度為7.52m/h。綜合考量油田頁巖氣水平井目的層鉆頭使用情況，由于PDC鉆頭的適用性更優(yōu)于牙輪鉆頭，在本次鉆進(jìn)施工中選擇WH-MGE951-3型PDC鉆頭。

結(jié)束語：

綜上所述，在油田頁巖氣水平井鉆進(jìn)過程中，要不斷優(yōu)化鉆井關(guān)鍵技術(shù)，改變原有的鉆進(jìn)方式，綜合分析水平井軌跡控制、摩阻扭矩以及固井質(zhì)量等方面因素，確定機(jī)械鉆進(jìn)速度，將摩阻扭矩控制在合理范圍內(nèi)，配合旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)，實(shí)現(xiàn)油田頁巖氣水平井可以成功鉆進(jìn)，提高施工質(zhì)量，保證施工進(jìn)度，進(jìn)而達(dá)到最佳的應(yīng)用效益。