劉少劍

摘要：目前主要使用斜井鉆機(jī)和常規(guī)直井鉆機(jī)施工淺層稠油水平井，實(shí)際應(yīng)用表明斜井鉆機(jī)作業(yè)費(fèi)用昂貴，使用的斜采油樹(shù)、斜抽油機(jī)和斜修井機(jī)給采油和修井增加了困難，增大了成本，無(wú)法實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā);直井鉆機(jī)存在拖壓嚴(yán)重、管柱下入困難、井眼控制精度要求高等技術(shù)難題。應(yīng)用液壓鉆機(jī)鉆成完鉆井深1245.67m、垂深164.28m、水平位移1139.06m、水平段長(zhǎng)959.67m、水平位移與垂深比（簡(jiǎn)稱水垂比）為6.93：1的目前國(guó)內(nèi)最大水垂比的超淺層大位移水平井-JX2井。開(kāi)展了表層定向、淺層松散地層中曲率井眼軌跡控制、中曲率井眼的入井管柱加壓、鉆井液體系優(yōu)化等施工工藝研究。它的試驗(yàn)成功為其他同類油田的開(kāi)發(fā)提供了經(jīng)驗(yàn)。

淺層稠油資源豐富，部分區(qū)塊淺層油藏埋深150-300m，使用水平井開(kāi)采稠油，能增大油層裸露面積，擴(kuò)大蒸汽熱驅(qū)效果，提高采收率。使用斜井鉆機(jī)施工斜直水平井，初始井斜角30°左右，實(shí)際應(yīng)用表明斜井鉆機(jī)鉆成的淺層稠油斜直水平井存在一些明顯不足：斜井鉆機(jī)作業(yè)費(fèi)用昂貴;由于斜井鉆機(jī)本身的設(shè)計(jì)問(wèn)題，使得444.5mm鉆頭和扶正器的連接下入困難，同時(shí)339.7mm表層套管和244.5mm技術(shù)套管的井口絲扣連接作業(yè)困難;需應(yīng)用斜采油樹(shù)、斜抽油機(jī)及斜修井機(jī)，給采油和修井帶來(lái)諸多不便，而且大大增加了采油和修井的成本，后期管理困難[1]。

因?yàn)榫诰嚯x目的層垂直井段短，鉆具懸重輕，直井鉆機(jī)施工水平段長(zhǎng)受限，新疆油田HWTxx SAGD井組，完鉆井深864.51m，完鉆垂深174.8m，水平位移752.61m，水垂比4.3：1。使用液壓鉆機(jī)能有效克服以上難點(diǎn)，鉆成一口超淺層大位移水平井，完鉆井深1245.67m、垂深164.28m、水平位移1139.06m、水平段長(zhǎng)959.67m、水垂比6.93：1，該井的試驗(yàn)成功，對(duì)同類型淺層大位移水平井施工具有重要的指導(dǎo)意義。

1、施工技術(shù)難點(diǎn)

由于垂深淺，造斜段、水平段鉆柱及完井套管柱的有效延伸難度大，給鉆完井施工帶來(lái)了很大難度，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

地層可鉆性好，導(dǎo)致造斜率低。目的層垂深為164m，地層疏松、膠結(jié)差，提高了對(duì)工具造斜能力的要求。

地層膠結(jié)差，導(dǎo)致井壁穩(wěn)定性低。由于欠壓實(shí)，泥巖、砂巖之間膠結(jié)程度低，井壁容易失穩(wěn)，導(dǎo)致坍塌。

垂直段短，垂直段的鉆柱懸重輕，在大斜度井段和水平段鉆進(jìn)、下套管時(shí)，鉆具平躺在下井壁，鉆具與井壁的接觸面積大，施工過(guò)程中摩阻高、扭矩大，下鉆阻力大，造成施工中工具面擺放困難，鉆進(jìn)中托壓嚴(yán)重，導(dǎo)致鉆進(jìn)時(shí)加不上壓，鉆速低[2]。

2、施工設(shè)計(jì)

2.1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)綜合考慮了以下幾個(gè)方面的因素：上部地層膠結(jié)差，以黃土、砂礫巖、泥質(zhì)粉砂巖等為主;表層套管主要封隔地表水層和易漏疏松層，下入最小垂深55～65米;技術(shù)套管下至A點(diǎn)，水泥返至地面，以利于三開(kāi)下部地層安全鉆進(jìn)和完井作業(yè);水平段懸掛177.8mm尾管加篩管完井，懸掛于技術(shù)套管內(nèi)。井身結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

2.2 井身軌跡設(shè)計(jì)

考慮到稠油熱采的工藝要求：電潛泵下至技術(shù)套管鞋上方15～20m處，因此對(duì)軌跡提出了明確要求，電潛泵工作位置的井眼狗腿度小于3°/30米。在井眼軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，能夠有效減少局部增斜以及降斜井段，以此來(lái)縮小鉆柱與井壁之間的接觸面積，而且能夠在這個(gè)基礎(chǔ)上，降低全井摩阻和扭矩[3]。結(jié)合目前鉆井技術(shù)、設(shè)備和工具性能，設(shè)計(jì)采用“直-增-穩(wěn)-增-穩(wěn)”二維五段制井眼剖面，設(shè)計(jì)造斜段造斜率是15.5°/30m，設(shè)計(jì)方位角是296.5°。該井設(shè)計(jì)井眼軌跡數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

2.3鉆井液設(shè)計(jì)

一開(kāi)鉆井液采用普通水基般土鉆井液，二開(kāi)采用粘彈性高性能水基鉆井液體系，配方：井漿+ 0.5%-1%聚胺抑制劑 + 0.3%-0.6%NH4-HPAN + 1%-2%抗降濾失劑NFC-1 + 1%-2%改性淀粉+ 0.2%-0.3%PAC-HV + 0.8%-1.2%PAC-LV +0.2%-0.3%XC + 0.3%-0.5%聚胺 + 0.5%-1%聚合醇 + 2%乳化瀝青 + 2%超細(xì)碳酸鈣+ 1%石灰石（40目） + 1%石灰石（80目）+1%石灰石（200目）+ 2%超低無(wú)滲透 + 1.5%承壓堵漏劑 + 潤(rùn)滑劑 + 燒堿。具體性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

該體系優(yōu)點(diǎn)在于能夠通過(guò)提高泥餅粘彈性，進(jìn)一步降低鉆井液及泥餅產(chǎn)生的摩阻，形成致密且具有足夠韌性的薄泥餅，有效降低鉆井液中自由水向地層中的滲透作用，提高鉆井液井壁穩(wěn)定性。通過(guò)加大淀粉類處理劑的使用量（1.5%-2%），控制水平段失水4-5ml，更好的形成粘彈性泥餅，用來(lái)穩(wěn)定井壁;形成致密泥餅降低定進(jìn)過(guò)程摩阻;提高護(hù)膠類材料的配伍含量，提高鉆井液穩(wěn)定性。加入聚胺抑制劑，升級(jí)體系規(guī)格，保證鉆井液的抑制能力，提高鉆井液穩(wěn)定性，有利于順利施工。

3、施工工藝及效果

3.1液壓鉆機(jī)

由于垂直段短，井眼曲率大，水平段長(zhǎng)，管柱的懸重輕，管柱緊貼井壁，摩阻大，井深達(dá)到一定深度后下壓力降為0，無(wú)法保證繼續(xù)施工。因此必須借助外力為管柱下行提供動(dòng)力，確保管柱順利下入。改進(jìn)使用液壓鉆機(jī)，該鉆機(jī)最大提升力為1200KN，最大加壓力為260KN，114mm鉆桿具備施工3000m井深的能力。

實(shí)際下套管懸重及負(fù)壓變化情況：從0至320m為40-90KN，320m至410m為0-60KN，410m開(kāi)始出現(xiàn)負(fù)壓，410m至520m為0至負(fù)壓80KN，隨后負(fù)壓逐漸增大至160KN。下至井深983m時(shí)負(fù)壓130-160KN，下至設(shè)計(jì)深度，負(fù)壓達(dá)到200KN。

3.2軌跡控制

一開(kāi)：鉆具組合：444.5mm三牙輪鉆頭+1.75°螺桿+1°彎接頭 +定位接頭+177.8mm無(wú)磁鉆鋌+127mm加重鉆桿。為確保造斜效果，控制水力沖擊，控制施工排量在1-1.2m3/min，采用連續(xù)定進(jìn)，避免劃眼和定點(diǎn)循環(huán)，直接接單根測(cè)斜。

二開(kāi)：第一個(gè)井眼采用311mm三牙輪鉆頭+2°螺桿+1.8°彎接頭，定鉆進(jìn)至185.51m，井斜：33.4°，方位：304.9°，最大造斜率12.98°/30m，未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。第二個(gè)井眼采用領(lǐng)眼鉆進(jìn)的方式，215.9mm三牙輪鉆頭+1.75°特制螺桿+2°彎接頭，68-89m井段平均造斜率20.31°/30m，89-108m井段平均造斜率13.34°/30m，108-166m井段通過(guò)控制鉆壓和劃眼頻率，控制平均曲率在18.3°/30m，達(dá)到設(shè)計(jì)要求?？紤]后期曲率太大，大彎度螺桿+彎接頭復(fù)合鉆進(jìn)井下風(fēng)險(xiǎn)較大，起鉆甩彎接接頭。領(lǐng)眼鉆進(jìn)至193.6m，181.35m測(cè)得井斜77°，預(yù)測(cè)井底井斜85°，垂深148m，在垂深150m可以進(jìn)入水平段，起鉆先進(jìn)行擴(kuò)孔施工。

三開(kāi)：鉆具組合：215.9mm三牙輪鉆頭+1.25°螺桿+定位接頭+無(wú)磁鉆鋌+倒裝鉆具組合。在572m-1160m井段施工過(guò)程中更換1.25°螺桿進(jìn)行定向，單根造斜率最大5.4°/30m，復(fù)合鉆進(jìn)降斜率4.57°/30m，較1.5°螺桿情況有所改善。此段基本采用滑動(dòng)鉆進(jìn)4m+復(fù)合鉆進(jìn)5m或略微調(diào)整的方式配合，能達(dá)到穩(wěn)斜效果。在1160m-1245.67m井段，由于鉆具組合中無(wú)大直徑工具，地層巖性變化，水平段長(zhǎng)，增斜無(wú)支撐點(diǎn)，出現(xiàn)持續(xù)降斜的現(xiàn)象。

3.3鉆井液

為了能夠合理造斜，采取低排量（最小環(huán)空返速0.18m/s）的方式進(jìn)行定進(jìn)，無(wú)法充分的攜巖造壁。通過(guò)提高鉆井液膨潤(rùn)土含量，提高鉆井液動(dòng)切力和懸浮能力，保證鉆井液稠度系數(shù)K≥500mPa.sn，終切力不得低于10Pa，進(jìn)一步提高對(duì)巖屑的懸浮能力，實(shí)現(xiàn)層流良好攜沙的目的，同時(shí)降低大井斜段巖屑床的形成，避免了局部摩阻大，劃出新井眼的可能，保證了起下鉆作業(yè)的通暢。

3.4完井

本井215.9mm鉆頭，下177.8mm套管，環(huán)空間隙小，套管剛性大，套管下入困難。接箍上下45°倒角，減少套管下入摩阻。水平段套管下入摩阻持續(xù)增加，最大負(fù)壓200KN，按照本井液壓鉆機(jī)加壓能力260KN計(jì)算，還剩60KN加壓余量?？梢詾楦L(zhǎng)水平段套管下入提供保證。

根據(jù)新型液壓鉆機(jī)的施工能力，按照額定下壓力260KN計(jì)算，通過(guò)對(duì)JX2井下尾管施工過(guò)程分析。通過(guò)10根7寸鉆鋌增加配重，尾管送入懸重可以增加14T，最大下壓力可以增加至57.85T，套管最大下深1857m，水平位移1752m，水垂比：10.66。

4、結(jié)論及認(rèn)識(shí)

1、應(yīng)用液壓鉆機(jī)鉆成垂深僅164.28m、水平位移1139.06m、水平段長(zhǎng)959.67m、水垂比6.93：1的超淺層稠油大位移水平井，在國(guó)內(nèi)屬于首次，該井的成功實(shí)施表明使用液壓鉆機(jī)鉆超淺層大位移水平井是可行的。

2、應(yīng)用液壓鉆機(jī)可以有效解決鉆具拖壓、管柱下入困難等技術(shù)難題，同時(shí)，采用加重鉆桿配重輸送尾管，尾管坐掛在上一級(jí)套管內(nèi)，有效解決長(zhǎng)水平段管柱下入困難的問(wèn)題。

3、使用特制螺桿配合彎接頭，控制鉆壓和劃眼頻率，可以控制平均曲率達(dá)到18.3°/30m，符合設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]王新，宋朝暉，林晶，魚(yú)永云.直井鉆機(jī)鉆超淺層稠油大位移水平井鉆井完井技術(shù).石油鉆探技術(shù)，2006，31（1）：20-23.

[2] 薛愛(ài)信，劉燕娥，寧振堂，等.大位移井完井及采油工藝技術(shù).特種油氣藏，2005，12（6）：74-77.

[3] 王偉.淺層大位移水平井軌跡控制技術(shù).鉆采工藝，2013（01）.