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浅谈多靶点水平井钻井技术的应用

2021-03-15 414 上传者：管理员

摘要：多靶点水平井主要用于薄差油层、边际油层的开发，近年来钻井任务饱满，但是由于多靶点水平井井身结构的特殊性，钻进过程中对钻具组合、井眼轨迹、钻井液性能等要求更高，易出现中靶难度大、携砂困难、卡钻等问题，通过多靶点水平井工程优化设计、井眼净化和防卡措施，2019年在油田3个不同区块中应用10口井，钻井时效得到了较大的提高，对今后施工多靶点水平井具有指导意义。

关键词：
井眼轨迹优化
多靶点
水平井
油田开采
钻具力学分析
钻具防卡
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水平井能够有效提升薄差油层、边际油层的产能,因此，目前国内外各大油田水平井施工任务相对饱满。为了提高开采效益薄差储层、边际油层水平井的施工目的层一般均在两个以上，多者甚至在5个以上，井眼轨迹成多阶梯形分布，提高了现场施工的难度，因此，开展多靶点水平井钻井施工技术研究，对此类型井的施工有重要指导意义。

1、多靶点水平井施工难点

(1）浅部地层成岩性差，胶结疏松，钻井过程中注意防塌、防漏。

(2) N二段发育大段泥岩，易吸水剥落造浆性强，钻井中预防井塌、钻具泥包及卡钻。

(3）井眼轨迹中靶难度大。主要是由于位移大，靶区半径小，要求井眼实钻轨迹和设计轨迹必高度吻合，加大了中靶难度；另一面，井眼轨迹阶梯式分布，井眼轨迹控制很大。

(4）钻井时效受到严重制约。常规水平井的井眼轨迹控制方法难满足多靶点水平井对轨迹控制的要求，易出现机械钻速低、复杂风险大等问题，造成钻井周期增长，导致钻井成本升高。

(5）井下安全风险大。一是由于多靶点水平井自身结构特点，岩屑在自重作用下极易在井眼的下井壁堆积形成“砂床”不易被钻井液带出,严重时会造成“砂床”卡钻;二是由于位移大、阶梯井眼的特点，大段的钻具与下井壁接触,极易发生压差卡钻,因此,该类型井对钻井液的携砂能力和润滑性要求较高。

2、多靶点水平井工程优化设计

为了高效施工多靶点水平井，对原有的水平井施工技术进行了优化，通过钻具组合、轨迹控制、防碰方案等方面的优化，降低了多靶点水平井施工的阻力、施工风险，达到了高效施工多靶点水平井的目的。

2.1 钻具组合设计优化

钻具组合结构是实现控制轨迹的工具，因此，如何优选钻具组合是实现轨迹控制优化的重要一部分。通过优化钻具组合结构，优选和调整钻进施工的参数，使实钻井眼轨迹按设计的轨迹前行，最终钻达开发层位，实现中靶。但是在中靶施工过程中，为保证施工顺利，需要平滑的井眼轨迹保证。

根据钻具组合结构的设计目的或作用效果的不同，可分为以下三类：即增斜、降斜和稳斜。为实现钻进过程中的高效时效，对直井段、造斜段、水平段施工的钻具组合进行了优化：

2.1.1 直井段钻具组合

(1)钻具组合结构：⌀220.5mm钻头+⌀177.8mm钻铤+⌀211.5mm稳定器+⌀177.8mm钻铤+⌀211.5mm稳定器+⌀165.5mm钻铤+⌀127.0mm加重钻杆+⌀127.0mm钻杆。

(2)钻井施工参数：转盘转数180～220r/min，钻压30～50kN，排量38～40L/s，钻井液密度1.25～1.30g/cm3，粘度45～60s。

该套钻具组合和施工参数，能够在保证钻井施工时效的前提下，防止井斜偏移，为造斜段、水平段顺利施工打下良好基础。

2.1.2 造斜段（稳斜段）钻具组合

(1)钻具组合结构：⌀220.5mm钻头+⌀172.0mm单螺扶螺杆（1.25°）+⌀167.0mmLWD+⌀167.5mm无磁钻铤+⌀167.5mm钻铤+⌀127.0mm斜坡钻杆+⌀127.0mm加重钻杆+⌀127.0mm钻杆。

(2)钻井施工参数：转盘转数40～70r/min，钻压30～50kN，排量34～38L/s，钻井液密度1.25～1.30g/cm3，粘度50～60s。

该套钻具组合结构，使用了单螺扶螺杆，能够有效保证造斜井段造斜率、工具面稳定，最大限度地降低滑动钻进的段长，增加复合钻进的时间，保证井眼轨迹更加平滑。大排量、低钻压的钻井参数，既可以防斜，又可以保证钻井时效。

2.1.3 水平段钻具组合

(1)钻具组合结构：⌀215mm钻头+钻具浮阀+旋转导向工具+⌀127.0mm无磁加重钻杆+⌀127.0mm斜坡钻杆+⌀127.0mm加重钻杆+⌀127.0mm钻杆。

(2)钻井施工参数：转数30～60r/min，钻压30～50kN，排量34～38L/s，钻井液密度1.55～1.65g/cm3，粘度50～70s。

该套钻具组合具有稳斜效果好、工具面稳定、降阻减摩效果好等特点，旋转导向工具避免了滑动钻进，大大降低了钻进阻力，可以大幅度提高钻速；钻井施工参数能够有效保证水平井段井眼的净化能力。

优化后的钻具组合使用效果对比情况如表1所示。

由表1可以看出，与常规钻具组合相比较，优化后的降摩减阻钻具组合在同区块的多靶点水平井施工中，井深相同的情况下，钻井时效明显提升。

2.2 钻井轨迹优化设计

目前多靶点水平井定向多采用直—增—增—稳剖面设计，钻具组合较为复杂，不适合目前的水平井施工。通过优选采用直—增—稳三段制这种更为简单的剖面类型，优化钻具结构，达到直段快打、斜段快增、平段稳斜的目的。优化后的设计，可以增加复合钻进的井段长度，保证井斜、方位角变化平稳。

由表2可以看出，剖面1采用直—增—增—稳剖面设计，用1.5°螺杆造斜，然后采用增斜钻具组合进行增斜,达到着陆井斜角,换水平段钻具直到各个靶点目的层。剖面2采用直—增—稳三段制设计，采用1.25°螺杆造斜达到着陆井斜角，然后旋转导向钻进，直至各个靶点目的层。通过对两种剖面进行钻具力学分析计算的结果可知，在剖面2中的钻具在上提、下放、定向钻井、旋转钻井的情况下，受到的摩阻力略小于剖面1中钻具所受到的摩阻力。因此，在多靶点水平井施工中采用直—增—稳三段制能够保证施工更为安全、快速、可靠。

2.3 钻具力学分析

目前定向钻井技术发展过程中,越来越重视钻具力学分析,在钻进过程中,钻柱与井壁、钻柱与套管的接触而产生的摩擦阻力和扭矩对正常钻进起到阻碍。钻具力学分析可以帮助我们对井眼轨迹、钻具组合进行分析，从而得出较为优化设计。

井眼轨迹对钻进的扭矩和摩擦阻力有着重要的影响。如果实际钻进井眼轨迹偏离了按照最优化轨道设计所要求的目标值，那么直接影响到钻柱与井壁的接触状态和摩擦阻力的增大。

常规钻具组合中全尺寸稳定器多、钻铤多，使钻井与井壁的接触面积大，正压力大，故而扭矩和摩阻力也增大。斜井段为数过多的钻铤和刚度小钻具组合会加剧这种影响，因此，合理的钻柱结构设计及减阻措施提高钻进效率和改善受力状态的必然。

多靶点水平井稳斜段占很长一段，钻具在进入稳斜段后受到摩阻力增大，优化前后稳斜段钻具组合结构受摩阻力分析，优化的摩阻力大大降低，有力地保证井下安全。

3、井眼净化及防卡技术研究

3.1 钻井液体系优选

多靶点水平井具有水平位移大、水平段阶梯式井眼等特点。因此，在该类型水平井施工中对钻井液的井眼净化力、井壁稳定性、润滑防卡等方面提出了更高的要求。为了保证多靶点水平井的顺利施工，现场采用了抑制能力更强、性能更稳定、携岩性更强、润滑性和防塌效果更好的高性能水基钻井液。

3.2 现场防卡技术措施

(1）严格执行“两短一长”短起下钻技术措施，有效破坏岩屑床。在施工规定，井斜小于30°时每钻进300m、大于30°每钻进150m要短起下钻1次，短起下井段要超过起钻前所钻井段长。

(2）多靶点水平井施工中，由于井身结构自身特点的原因，钻具与下井壁接触面积大，极易发生压差卡钻，因此，该类井的钻井液既要具备强的携砂能力，又要具有很好的润滑性。现场施工过程中，钻井液中要加入足够的润滑材料。

4、现场实钻应用情况