冀东油田水平井钻井技术.doc

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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1G104-5P83井井身结构

套管层次

钻头尺寸×井深

套管尺寸×下深

水泥返高

表层套管

444.5mm×353.0m

339.7mm×352m

地面

技术套管

241.3mm×2464.0m

177.8mm×2462.69m

1400m

油层套管

152.4mm×2789.0m

挂101.6mm（2461-2786m）

表2G104-5P83井眼轨迹数据

项目

靶点

井深

（m）

垂深

（m）

井斜

（度）

闭合方位（度）

位移

（m）

横距

（m）

纵距

（m）

A靶

2463.59

1876.60

91.32

347.9

992.8

≤1

≤5

B靶

2593.82

1873.60

91.32

349.3

1120.2

≤1

≤5

C靶

2753.69

1877.60

88.20

350.6

1277.8

≤1

≤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。

②φ152.4mm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φ89mmDP

   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。

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。

（3）水平井在井斜角达到60O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

（1）造斜段长，要选用侧切能力强、高速旋转性能好的钻头和扭矩大、寿命长的导向马达。

（2）滑动钻进每钻进一单根应大幅活动钻具一次，清除井壁上的岩屑，防止粘卡。

（3）上部地层要注意控制好钻速，搞好短起下，井斜达到30°以后，每钻进一立柱要充分循环清洗井眼，每钻进150—200m左右短起下钻一次，使新井眼得到修整，保证井壁稳定和井眼规则。

（4）在造斜率满足设计要求的前提下，尽量采用转盘钻进，减少岩屑床的形成。

（5）随时注意监测钻柱悬重和扭矩，根据悬重和扭矩变化判断井下情况。

钻进中如发现扭矩悬重等钻井参数有变化时，要立即停钻及时处理。

如扭矩突然增大，要立即采取措施降低扭矩，防止断钻具事故发生。

根据上部井眼监测到的扭矩，分析计算井眼的摩阻系数，为制定下部井眼钻进措施提供依据。

（6）打水平段前投测多点。

（7）钻进中如发现井斜和方位有较大变化，应立即调整钻井参数或钻具结构，使用导向钻具组合微增斜钻具探油顶，减少伽玛信息滞后性。

时刻观察伽玛显示情况，并随时捞取砂样，一旦发现油层立即停止钻进。

（8）发现油层后确定油层垂深，计算着陆剩余垂深所需工具造斜率。

用短螺杆组成强力增斜钻具着陆，减少垂深损失，为准确在油层内着陆和水平段施工打下良好基础。

3.2井眼清洁

（1）使用大排量循环，排量应达到和尽力大于设计要求，必要时降低泵压来满足排量要求，以满足井眼净化和携岩所需的环空返速。

（2）充分利用固控设备，清除钻井液中的有害固相，降低含沙量，含沙小于0.3%，使钻井液保持良好的性能。

（3）提高钻井液携岩能力。

钻井液保持适当的粘度和切力（初切大于5Pa、终切大于10Pa、屈服值大于15Pa），以利于岩屑的携带：

241.3mm、152.4mm井段每钻进150-200m泵入10m3左右的稀浆，然后再泵入15m3左右的稠浆循环一周，通过前面的稀浆扰动，破坏岩屑床，然后通过稠浆托举提升作用携带岩屑，提高井眼的清洁程度。

（4）每钻进一单根划眼1-2次，接单根做到晚停泵早开泵，大幅度活动钻具。

（5）尽量采用复合钻进，在设备能力允许的前提下，使用高转速钻进，搅动岩屑，阻止岩屑床的形成。

（6）坚持短起下钻破坏岩屑床。

根据井口返出岩屑情况，确定短起下钻的井段长度，随着井深的增加，缩短短起下钻井段的长度。

（7）起钻前充分循环钻井液，采取分段循环、划眼和常规钻具下钻通井、控制钻井速度等办法清楚岩屑床。

3.3井眼稳定

（1）认真做好压力预测和监测，及时调整钻井液密度，以保证井壁稳定所需的液柱压力。

（2）维护好钻井液性能，使用优质钻井液材料，加入足量的强抑制剂、防塌剂，改善泥饼质量，控制失水，二开中压失水小于4ml，三开中压失水小于6ml，保持井眼化学稳定。

进入易塌井段，钻井液性能要保持相对稳定，避免大起大落。

（3）大排量循环，及时将塌块带出地面。

（4）裸眼段，特别是易塌井段，要控制起下钻速度，以防压力机动导致井塌。

（5）禁止长时间在一个位置、特别是在易塌易漏井段大排量循环。

3.4降低摩阻和扭矩

钻井液中必须加入足量的润滑材料、原油，提高泥饼质量，降低摩阻，使摩阻系数小于0.08。

满足钻进参数和井眼轨迹控制的条件下，简化井下钻具结构。

减少钻铤数量，增加加重钻杆数量。

（1）搞好井眼轨迹控制，使井眼轨迹圆滑，以降低摩阻和扭矩。

（2）使用高强度大尺寸钻杆和大功率转盘来克服井下阻力。

（3）搞好井眼净化和钻井液清洁工作，减少有害固相所增加的摩擦阻力。

（4）三开后加入降摩减阻接头。

通过上述技术的实施，G104-5P83井直井段井斜角控制在1°以内，钻进至造斜点前50m采用吊打钻进的方式,保证造斜点井眼基本垂直，为下步定向作业打下良好基础。

钻井参数:

钻压60-120kN，转速60-120r/min，排量40L/s泵压8-17MPa钻完本井段后测多点，为下部钻进提供准确的井眼轨迹数据。

施工一直按照预计的井眼轨迹进行，准确中靶。

4钻井液的配置和维护处理

4.1上部直井段钻井夜维护处理

①在MBT为20~25g/l的膨润土浆中加入0.3~0.4%PMHA和0.5~1.0%NPAN后开钻，钻进中用PMHA、NPAN维护，保持钻井液的低粘度和低切力（粘度30~35s），适当失水量（5~8ml），使用好四级净化设备，使泥浆密度控制在1.12g/cm3以下。

②深水平井钻入玄武岩地层前加入GT-981.0%，并在钻进中逐步增至2.0%，加入YL-10.5%。

③钻至造斜点前，控制钻井液中的固相含量和膨润土含量分别低于8%和45g/1。

4.2斜井段钻井夜维护处理

1、钻至造斜点起钻前，将钻井液转型为聚磺硅氟乳化原油钻井液体系，方法为：

起钻前50~100m，先用离心机降低固相含量和膨润土含量，控制MBT≤45g/l，通过小型试验在钻进中均匀加入JGWJ、JGYJ、GXJ各1.0~1.5%、0.7~1.0%和0.7~1.0%；使用PMHA（或KPAM）、NPAN、GT-98、KJ-1、QSAM-K等配成胶液维护钻井液，根据性能变化不断调整配比；钻进过程中将JGWJ、JGYJ、GXJ的有效含量逐步增加至1.0~2.0%、1~1.5%和0.5~1.0%，钻入水平井段前将YL-1的有效含量增至1.5~2.0%，使钻井液具有较强的抑制性、优质的泥饼、尽量低的失水量。

2、施工中可添加0.1~0.3%MMH，也可加入少量的生物聚合物改善钻井液的流变性，满足井眼清洁的需要。

3、当井斜达30O前加入原油5~7%，当井斜达45O以上时将原油的有效含量增加至8~10%，并用0.1%乳化剂使原油充分乳化，维持其含量到完钻。

随井斜角的增加，逐步增大液体润滑剂（中深井采用极压润滑剂）和石墨类润滑剂的用量，进一步提高泥浆的润滑性，降低摩阻系数至0.04~0.07，确保施工顺利。

4.3水平段钻井夜维护处理

①放掉地面全部钻井液并清洗循环罐,然后用清水提出井筒内泥浆放掉,通过漏斗依次加入NaOH、PAC141、PAC-HV，抗盐抗高温降滤失剂、SAS、腐钾、原油、乳化剂，用甲酸盐调整密度，达到三开设计密度后开钻，着陆前加入1.5%极压润滑剂；各种主要处理剂的含量，在着陆前必须达到配方要求，着陆后严格控制API失水≤5ml，HTHP失水≤12ml，动塑比值控制在0.4~0.7，初终切比值控制在1:

3~1:

5，n值控制在0.5以上，循环排量达到18l/s，使泥浆具有较强抑制性悬浮携砂能力，避免水平段井塌岩屑床的形成。

②水平井段易发生漏失，故进入水平段起下钻、短程起下钻或下套管时，先用1个凡尔小排量开泵再逐步增大排量，适当延长循环时间；控制起下钻和下套管速度，避免压力激动；钻井液的粘切不宜过高，一般粘度不超过50s，终切不大于9Pa。

5结论与认识

（1）直井段严格控制，避免产生较大位移，能够为井身轨迹的控制、提高剖面符合率奠定良好的基础。

（2）适当选择高造斜率的动力钻具（实际造斜率大于设计造斜率15％～20％），导向钻井系统采用以转盘钻配合滑动钻的钻进方式，即能大幅度地提高钻井速度，又能有效地预防井下事故和复杂情况的发生，是实现安全、高效钻井的重要手段。

（3）采用适用于水平井的PDC钻头，减少了起下钻的次数，增加了有效钻井时间,提高钻井速度。

（12）优质的钻井液、优良的净化设备是井下安全的必要保障，摩阻小于0.04，上提拉力不超过300kN，下放阻力不超过lOOkN。

（4）使用LWD随钻测井系统，应用于监测油层，能够及时确定油顶位置，判明井眼是否在油层中钻进，对薄油藏，断区块油藏大位移近水平井的轨迹控制具有重要意义。

作者简介：

栗广科，1966生，钻井高级工程师，1987年毕业于重庆石油学校钻井工程专业，1994年毕业于石油大学钻井工程系，在国家级刊物发表论文50余篇，现在中原油田分公司天然气产销厂从事工程监督工作。

联系电话：

13707674716。

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