冀东油田水平井钻井技术

冀东油田水平井钻井技术

摘要 本文针对冀东油田水平井钻井难点：井眼轨道的预测和控制难度大，钻具事故多，井眼的净化和携砂难度大，对钻井液性能要求高等特点，提出优化钻具组合、摩阻和扭矩受力分析、优选钻头、优化钻井液体系、井眼轨迹预测和控制技术，现场应用取得了显著效果。

主题词 水平井 井眼轨迹控制 钻井液 冀东油田

冀东油田水平井的钻井难点：(1)区块复杂，井眼轨道的预测和控制难度大，容易发生传压困难，不易调整井眼轨道的井斜、方位；(2) 井眼的净化和携砂难度大，导致钻进时扭矩大，钻具事故发生几率高；(3)要求钻井液有很强的润滑性、悬浮能力和携砂能力，并能保持井眼稳定；(4)对防喷、防漏和保护油气层、固井质量、完井技术的要求高；(6)井下恶劣条件与随钻测量仪器和动力钻具使用的矛盾十分突出。随着石油堪探开发的不断深入，水平井的数量、难度，在逐年提高。加大对水平井技术的研究，提高水平井钻井技术意义非常重大。

1水平井概况

一般采用三开井身结构，G104-5P83井井身结构和井眼轨迹见表1和表2。

表1 G104-5P83井井身结构

套管层次 表层套管 技术套管 油层套管 钻头尺寸×井深 444.5mm×353.0m 241.3mm×2464.0m 152.4mm×2789.0m 套管尺寸×下深 339.7mm×352m 177.8mm×2462.69m 挂101.6mm(2461-2786m) 水泥返高 地面 1400m 表2 G104-5P83井眼轨迹数据

项目 靶点 A靶 B靶 C靶 井深 (m) 2463.59 2593.82 2753.69 垂深 (m) 1876.60 1873.60 1877.60 井斜 (度) 91.32 91.32 88.20 闭合方位(度) 347.9 349.3 350.6 位移 (m) 992.8 1120.2 1277.8 横距 (m) ≤1 ≤1 ≤1 纵距 (m) ≤5 ≤5 ≤10 2 水平井快速钻进技术

水平井的快速钻进在排除了地层可钻性差异后，前期准备工作的好坏对快速钻进起着不可忽视的作用。对需要入井的所有仪器和钻具进行全面、细致的检查，对钻具要掌握全部外形尺寸及连接扣型，全部入井

工具要进行探伤。根据直井段的测斜情况及时对设计井眼轨道做必要的修改，修改后的井眼轨道要有利于快速钻进。

2.1 合理的钻具组合设计

通过分析冀东油田资料，总结了几套适合于水平井的钻具组合,其共性是：优选钻具，倒装钻具，简化钻具，尽量避免刚度和外径有较大差别的钻具组合在一起，保证正常施工的前提下，用刚度小、外径小的钻具。

采用简化导向钻具组合：①φ241.3mm钻头十φ197mm导向马达（1.25°～1.5°）十回压阀+φ178mmNDC×1根十φ127mmNDp×1根十φ127mm钻杆×45根十φ127mmHWDP×21根+158.8mm随钻震击器+φ127mmHWDP×6根十φ127mm钻杆。②215．9mm钻头+172mm导向马达(1．5°)+165mm无磁钻铤(或127mm无磁抗压缩钻杆)+MWD短节+165mm无磁钻铤(或127mm无磁抗压缩钻杆)+127mm斜坡钻杆+127mm加重钻杆+158mm随钻震击器+127mm加重钻杆+127mm钻杆。

该钻具组合常用于水平井第一靶窗前斜井段的施工，既能实现滑动钻进，又能转盘钻进；通过调整导向马达的角度，变换钻具的不同使用方法实现对井眼轨迹的调整。由于没有欠尺寸稳定器，既有利于钻压的传递，又便于摆放工具面，还可减少井下事故的发生。当井斜角大于40°后使用无磁抗压缩钻杆替代无磁钻铤。

采用地质导向钻具组合。①215．9mm钻头+165mm导向马达(1．5°)+欠尺寸稳定器+LWD+127mm无磁抗压缩钻杆+127mm斜坡钻杆+127mm加重钻杆+158mm随钻震击器+127mm加重钻杆+127mm钻杆。②φ152.4 mm钻头十1.5°φ120mm导向马达十回压阀+欠尺寸扶正器+φ120mmLWD十φ89mmNDp×1根十φ89mm钻杆×60根+φ89mmHWDP×15根十φ89 mmDP

该钻具组合，常用来探油层、钻进水平井段。通过选择导向马达角度的大小和不同弯曲点位置、调整欠尺寸稳定器外径、改变钻进方式等方法，控制造斜率，控制井斜方位的变化。

综上所述滑动方式钻进常用于方位井斜的调整，转盘方式钻进提高了钻进速度，调整井眼环境。增大转盘方式钻进的比例既能修整井壁减轻轴向摩阻，又能有效地提高钻进速度。简化的钻具结构，既有利于传压，又便于调整钻具工具面，更有利于携砂和井下安全。

导向马达配合MWD无线随钻测量仪跟踪监测，有效地提高了钻井速度和井眼轨迹的控制精度，而导向马达配合LWD无线随钻测量仪跟踪监测，配以PDC钻头，能一次完成着陆和水平段油层中的钻进。

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2.2 摩阻、扭矩和钻具组合的受力分析应用

根据摩阻、扭矩和钻具组合的受力分析，确定合理的钻具组合结构，有利于钻具、随钻设备的合理使用，有利于钻压的合理储备。

摩阻和扭矩是制约大位移近水平井施工的关键因素，根本的办法是在实际钻井作业中采取措施降低摩阻和扭矩。如：在油基钻井液中增加油水比例，在水基钻井液中使用润滑剂和玻璃微珠以增加钻井液的润滑性。

2.3 钻头的优选和使用

由于冀东油田地层可钻性较好，上部采用廉价的四或五刀翼PDC钻头，如正益SMP114 等钻头，即可获得较高的机械钻速，价钱又便宜。对于馆陶组的砾岩可采用高效的硬质合金轴承的高速钻头，可大幅度地减少起下钻时间。冀东油田使用HJ517．HJ517L、HJT517L均取得了理想的效果。穿过砾岩后，油层水平段仍可采用SMP114 等廉价钻头。

2.4 优化钻井液体系

水平井钻井液必须满足水平井对井眼稳定、井底清洁净化、降低摩阻和保护油气层的要求。冀东油田二开水平井二开井段一般采用聚硅氟钻井液；三开井二开井段采用聚合物钻井液，三开水平段采用无固相甲酸盐聚合醇钻井液。在钻进到大斜度井段和水平井段时，由于各种原因，岩屑会沉降在下井壁形成岩屑床，可通过改善钻井液的流变性、增大钻井液排量，以较高的钻井液悬浮力，降低钻屑沉降速度；也可以通过使用加长喷嘴钻头以及采用定时间、定井段短程起下钻、分段循环、增加导向转盘钻进等机械的方法，清除岩屑。为清除大斜度井段和水平井段岩屑床提供有力的保证，保证了井眼清洁和钻进安全快速。

2.5 精确的井眼轨迹预测

完钻井眼轨迹和设计井眼轨迹总是存在差异的，在实际施工中，由于具体条件的变化(如钻具组合，钻井参数，地层、岩性的变化等)，经常造成已完成的井眼轨道偏离设计轨道，因此需要及时地对下部井段进行预测，进行二次剖面设计，选择最佳的施工方案。 3 井眼轨迹控制技术

G104-5P83井是一口高难度三靶水平井，最大水平位移1315m，垂深1878m，最大井斜角92°。根据导向马达的使用特性和钻井要求，确保马达的排量和使用要求。根据井斜的变化情况，合理确定加重钻杆的

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位置，尽量放在40-50°井斜位置，以利于所加钻压能够传递给钻头，加快导向钻井速度，有效防止钻压加不到钻头上的情况。按照马达的水力推力和钻压平衡图，选择最优的钻压，以确保马达在平衡状态下工作，从而使上、下推力轴承的磨损量最小，在满足快速钻进的前提下，延长井下动力马达的使用寿命。选用高质量螺杆，提高其使用寿命，减少因螺杆质量原因而造成不必要的起下钻时间，保证单弯螺杆在复合钻井时能够安全使用，以便于造斜时，随时通过导向与复合钻井相结合来控制井斜的变化。

(1)在钻进过程中，通过随时注意观察扭矩、泵压的变化，发现问题及时分析、解决变换钻压，调整钻具受力情况；每钻进完单根划眼2～3次，以保证井眼平滑；及时清除井底岩屑；定期进行短起下钻等措施，保证了各井段的顺利钻进。在井斜0～40°区间，岩屑清除方式和效果与直井相似，井斜40～60°区间，岩屑极易堆集到井眼低边形成岩屑床，岩屑易向下滑移；井斜60～90°区间，一般都存在不同厚度岩屑床，岩屑向下滑动能力较弱，岩屑床趋于稳定。井眼净化关键是控制和消除岩屑床，在钻井液方面 调整钻井液流变性，控制其流型，提高携砂能力。根据冀东油田的地层岩性特点，低粘低切有利于井眼净化和减缓砂床的形成；平时加强短起下或倒划眼作业，破坏岩屑床 ；必要时把螺杆、LWD仪器起出来，下常规钻具结构，增大循环排量或配制“稀－稠”段塞携砂一周。

(2) 短起下清砂前要循环一周以上，确保泥浆中的砂子循环出来，坚决杜绝短起下前盲目节约时间，采用少循环，直接短起下，反正下到底后还得循环的错误思想，给井队行政干部讲清起下前不循环或少循环的害处，不循环或少循环环空中的砂子造成钻具内外泥浆的密度不一样，导致起钻反喷泥浆，耽误时间。环空中的砂子不循环出来，在起钻过程中砂子下沉，当下钻到底开泵循环时环空的砂子下沉，井底的砂子上行，两部分的砂子易形成砂桥堵塞泥浆通道，造成井底压力过大，遇到脆弱地层发生井漏影响生产时效。因此短起下清砂前要大排量循环泥浆。为了节约时间，每次短起下的井段要长短结合，并起到安全井段。

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(3)水平井在井斜角达到60左右时经常出现托压问题，通过调整钻井液性能、调整钻井参数和钻进方式，加强短起下作业钻进情况可以得到改善。

(4)及时测斜、准确计算、跟踪作图，保证井身轨迹的优质。使用精度高、适应性强，传输速度快、操作简单的无线随钻测斜仪(MWD或LWD)，能够及时准确掌握井身轨迹的变化趋势，以此为依据及时准确地制定合理的施工方案，配合以导向钻具组合，确保了井眼轨迹地控制和快速钻进，提高了剖面符合率及中靶精度。

(5)全井使用柔性钻具组合，用无磁抗压缩钻杆替代无磁钻铤，用加重钻杆替代钻铤，用斜坡钻杆替代普通钻杆，在大斜度井段采用了倒装钻具组合，使钻具与井壁的接触面积减少，避免了大斜度井段易出现的粘附及键槽卡钻的井下事故。

3.1轨迹控制措施

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