馮鉛玖(延長油田股份有限公司志丹采油廠，陜西 延安 717500)

1 水平鉆井技術概況

成功的水平井該如何定義分為兩種，短期內達成的目標及長期達成的目標：

短期內達成的目標包含以下：(1)鉆進期間無工安意外、噴井、井塌、卡鉆及順利完井；(2)工程進度符合預期甚至超前；(3)工程款符合預算甚至低于預算；(4)碳氫化合物產量符合預期，且無突發(fā)出水情況。

長期達成的目標包含以下：(1)油田的總產能能維持或提升；(2)延緩水侵；(3)降低單位產量的開發(fā)成本；(4)增加采收率。

水平井的井程預期與實際上可能有發(fā)生的差異，實際上的地層可能受到斷層影響造成油氣層錯動及偏移，因此油氣儲集層可能會被區(qū)分成數(shù)個彼此隔絕區(qū)塊，理想上可依據(jù)水平井串連起來，而探勘階段因距離及缺乏實際數(shù)據(jù)，較難清楚區(qū)分出斷層的位置及隔絕的情形。因此，鉆井過程可依據(jù)MWD及LWD實時修正井程并追蹤油氣儲藏區(qū)，用以最佳化井程以增加接觸目標區(qū)的面積，根據(jù)地層條件可能需要3口直井才能生產，而水平井則有機會鉆1口即可取代。

一般情況鉆鍵、MWD、LWD及鉆頭組合方式如圖1所示，鉆頭銜接定向旋轉工具，而其后的MWD及LWD工具依據(jù)泥漿或鉆桿將量測到的數(shù)據(jù)傳送到地表接收設備上，再由工程師或系統(tǒng)發(fā)送指令給定向旋轉工具，借以控制井程的方向。

圖1 旋轉工具導向工具

2 地質導向

先期井程的決定主要根據(jù)地質資料而定，而地質資料對應到的實際狀況可能不只一種情況。地層中的情況可用圓柱體代表定向旋轉工具且橘色為目標層，交會時會因角度不同而呈現(xiàn)不同的影響，而實時判斷定向旋轉工具的偏移角度則可采用系統(tǒng)自動判斷，但地層過于復雜或是目標層分岔，自動追蹤無法準確判斷，就可能往非預期方向前進，此時則需要借重工程師的專業(yè)判斷[1]。

3 定向旋轉工具功能

不同的鉆頭尺寸所搭配的MWD與LWD也會有所差異，因不同階段需要獲取的地層信息也有所差異。接續(xù)鉆進8又1/2吋的井孔，搭配的LWD設備會更多元化，主要為因應后續(xù)目標層接觸區(qū)的資料搜集、完井位置及后續(xù)可能的液裂工程的考量。LWD設備有MicroScope 、EcoScope及 SonicScope，以下簡述各設備的功能及適用范圍。

MicroScope主要功能有提供鉆頭電阻率、電阻率成像、側向電阻率及方向性，可提供高分辨率電阻率成像，及用來做結構分析、裂縫識別和分析、薄層識別和評估、提高地層導向水平井鉆遇率和決定套管/取巖心位置。

EcoScope主要功能有井徑電測、巖性剖面、方位密度、中子孔隙度、感應電阻率和方向性，可用來做綜合地層評估、最佳化鉆井井程及監(jiān)控環(huán)孔壓力，在部分功能會與其他LWD設備重復，但因分辨率有差異或收集資料方式有差異，Ecoscope是采用PNG脈沖中子發(fā)射器，而一般重復的功能可用來做再次確認。

SonicScope隨鉆聲波主要功能是縱橫波速率比(Vp/Vs)、普松比、橫波時間和縱波時間，可用來計算巖石力學、氣層辨識、孔隙壓力分析、孔隙率計算和地層標定，特點是可儲存所有聲波數(shù)據(jù)，對后續(xù)地層分析會有明顯的幫助。

Underreaming-while-drilling(UWD)隨鉆擴井在中東碳酸鹽層也成功與Rotary steerable system(RSS)定向旋轉裝置結合，擴井工具能提供清除被泥漿污損的泥壁，降低膚表因子(Skin)，進而達到增產的效果，而此工具也成為水平井可搭配的選項之一。

4 水平鉆井合約要點

4.1 設備運輸

合約中須注明租賃時間為設備離開至歸回基地，或是以港口為準，以乙方來說，離井場越近租賃時間越短越有利，而如果有需要中途過夜的情況，乙方需要提供場地，因此貨運時程，建議可直達井場，避免臨時需要提供暫放區(qū)或是衍生的費用。

4.2 人員協(xié)助

人員協(xié)助部分主要分兩種情況，主要的支出為固定每人日薪，在各階段都需要MWD/LWD工程師及定向鉆井工程師，以避免后續(xù)銜接水平鉆進時有問題；另外一種情況是人員每隔固定時間需要做交替，而交替的部分會額外衍生費用。

4.3 操作費用

設備定位時間至搬遷的時間為主，但如果有其他工具，如電測工具，此時可爭取暫停收費，另外有進尺費用，每鉆進深度(測深)的費用及入井次數(shù)所衍生的保養(yǎng)費，此部分較為復雜包含時間、鉆進深度及使用次數(shù)，故此部分費用變量較大，需視實際井況保留彈性空間。

4.4 檢測費用

租賃設備如需做額外的檢驗工作，需要自行負擔檢驗費用，此部分較為單純。

4.5 追加費用

(1)操作環(huán)境條件(高壓、高溫)超乎預期設定的追加費用。

(2)泥漿固相含量較大(如大于15%)或含砂量較大(如大于1%)。

(3)泥漿中的氯離子含量(如大于4萬mg/L)，或是硫酸根含量(如大于1%)導致管材腐蝕。

(4)地震強度、震動次數(shù)(如遇地層變動或是周圍有震動)或是其他天災等超過契約的規(guī)定，造成的設備損害。以上情況如有探勘井或其他資料做地層預測及對比，會較容易預測，而地震部分仍屬于無法預測的天災，建議保留彈性空間[2]。

5 旋轉導向系統(tǒng)新技術

5.1 推位機制方式

推位機制方式，主要使用外部數(shù)個墊片并同時以泥漿閥控制墊片，使部分的墊片壓在井壁上，藉此產生側向壓力，導致鉆頭在相反的一側產生壓力而導致方向改變，其實際位移顯示于設定位移關系圖。綠色線段為使用電測所得的實際位移，棕色線段為藉MWD設備所設定的位移，而使用電測量測所得的位移遠比MWD設備設定的波幅為大，此種情況容易對于井程的平滑度過于樂觀。

5.2 點位機制方式

點位機制方式，主要經由彎曲部分管串，使鉆頭的方向相對于工具的其余部分發(fā)生變化，并需要依據(jù)不旋轉的螺桿以產生偏轉，此法多用于調整大范圍的角度如地層走勢，其實際位移顯示于設定位移關系中。紅色線段為采用電測所得的實際位移，綠色線段為以MWD設備所設定的位移，而點位式也有類似于推位式的情況存在。

某新型態(tài)的導向工具“連續(xù)比例轉向法”，類似推位方式，但將墊片改置于經過減速后的轉軸上，并個別采用獨立的水力控制系統(tǒng)控制墊片，以達到更精確控制的目的；其主要特點為可減少導向產生的急彎(Dog leg)與平均轉向角度的幅度，亦為RSS設備優(yōu)化的目標，其實際位移與設定位移關系。

在急彎、平均扭力與平均轉向角在3種旋轉導向設計下的差異，在優(yōu)化井程的功能下，可減少卡鉆問題，因水平區(qū)段會受到目標地層巖性所影響，而目標地層難以修改，但井2墊鉆管串主要為因應頁巖油氣而開發(fā)的技術，在此技術也看到與前述Baker hughes的連續(xù)比例轉向法相似之處，其設計概念為經由減速轉軸、固態(tài)感應器及獨立電控泥漿閥，以精確控制井程，達到井間的防碰撞設計。相較于連續(xù)比例轉向法都具有減速轉軸及獨立控制閥，差異為泥漿在連續(xù)比例轉向法置換成水；固體感應器為提升定位裝置，對于不需要防碰撞或是井口數(shù)量較少的情況，作為選配或是省略應該是節(jié)省成本的做法，其中墊鉆管串的墊片本身不旋轉，而是靠泥漿閥控制定位(凸出)與井壁產生壓力，進而達到轉向的效果，而泥漿閥為依賴電力與泥漿壓力，并搭配齒輪箱及位置感應器控制墊片位置，所需的泥漿壓差約3.45～4.16 MPa、而電力采用低馬力的馬達[3]。

墊鉆管串的主要設計方向為簡單、可靠，同時減少必要的清潔及維修頻率，4個墊片組的控制系統(tǒng)都是獨立的，兩兩成對并朝向不同方向，在調整方向時可以使用1個或以上的墊片達成。墊鉆管串的降低轉速功能，對LWD電測也會有正向的幫助，降低轉速主要對LWD的量測可以減少震幅與背景值，對判斷上可以更為精確，避免誤判。

6 結語

如地層對比表顯示的目標上方有頁巖層，其質地偏脆且吸水后強度會快速降低，造成破碎的現(xiàn)象，因此設計上會以直井或低角度定向井穿過該頁巖層，再進行增角作業(yè)。因此區(qū)分成兩種方案，其一為直井部分穿過頁巖層后，接續(xù)到相對緊實的砂巖層進行快速增角，到達目標層的砂巖頂部，再轉成水平鉆井，其風險為如果目標地層提早出現(xiàn)則可能會錯過，或是高增角率造成工程難度提升或無法采用較大的套管完井；另一種方案為以低角度定向角穿過頁巖層，提前挑戰(zhàn)危險性較高的頁巖層，但也相對降低錯過目標層及降低第2起斜點的增角率方式。