ZP24-P2長水平段水平井鉆井施工技術

許興鋒 申子臣

摘要：Z22區塊的主力油層F油層屬于低孔、特低滲儲層，直井和普通水平井開發經濟效益低，因此部署了9靶點、水平段長度超過2500.00m的ZP24-P2長水平段水平井。在進行鉆井工程設計時對井身結構和靶前距、造斜率等井眼軌道設計參數進行了優化，施工中選用合理的井眼軌跡控制方式保證了井眼軌跡精確控制，優化鉆井排量和頂驅轉速、強化井眼清潔措施保證了井眼清潔，監測施工摩阻和旋轉扭矩，實現了水平段最大化延伸。該井完鉆井深4670.00m，水平段長2522.00m，全井無事故復雜，創造了大慶油田應用水基鉆井液施工水平段最長記錄。

關鍵詞：設計優化;軌跡控制，井眼清潔;摩阻監控;ZP24-P2長水平段

大慶油田的Z22區塊的主力油層為F油層，該油層含油層段為FⅠ、FⅡ組，沉積時期主要受南部沉積體系控制，儲層主要為分流河道砂、水下分流河道砂和決口扇砂。砂體多呈北東-南西展布，平均單砂層厚度一般在1.2m～5.2m，常規巖心分析孔隙度一般為9.0%～12.9%，平均為10.5%，滲透率一般為0.10×10-3μm2～1.47×10-3μm2，平均為1.04×10-3μm2，屬低孔、特低滲儲層，因此部署了長水平段水平井ZP24-P2井進行開發，在該井的實際施工中克服了井眼凈化困難、摩阻/扭矩大、井眼軌跡控制難度大等施工難題，成功完成了9靶點致密油水平井，實現完鉆井深4670.00m，垂深1941.94m，最大井斜角91.88°，閉合方位角359.33°，水平位移長2934.12m，水平段長2522.00m，對該區塊高效開發具有重要意義。

1設計優化

1.1井身結構優化

在進行井身結構優化設計的時候，按照有利于安全鉆井、降低長水平段施工摩阻與扭矩的總體要求，主要對技術套管的下深進行了優化，最后選用三層套管的井身結構。技術套管封固青山口以上的大段易坍塌的泥巖地層，同時在技術套管內進行造斜施工，技術套管施工完成后的井斜角達到85°，最大限度降低三開長水平段施工的摩阻與扭矩，為水平段的有效延伸創造條件。

1.2井眼軌道優化

在ZP24-P2井井眼軌道設計中選擇的是“直—增—穩—增—水平”的變曲率多圓弧剖面類型，該剖面特點是軌道比較圓滑，能夠最大限度降低施工摩阻與扭矩。

1.2.1靶前位移優化

在井眼軌道設計中，利用軟件以水平段長度為2500m，套管內的摩阻系數0.2，裸眼井段的摩阻系數0.3為模擬條件，分別對靶前位移300.00m、400.00m、500.00m、600.00m、700.00m的施工摩阻與旋轉扭矩進行了模擬，結果見圖1所示。從圖1我們可以看成，當在靶前位移為400.00m左右的時候施工摩阻最小，此時的旋轉扭矩也比較小，因此ZP24-P2井設計的靶前位移最終確定為400.00m左右最為合適。

1.2.2造斜率優化

選取靶前位移為400.00m，分別對造斜率為3°/30m、4°/30m、5°/30m、6°/30m、7°/30m和8°/30m的施工摩阻和旋轉扭矩情況進行模擬，結果見圖2所示。從圖2我們可以看出，當造斜率在4～5°/30m的時候施工摩阻最小，而此時的旋轉扭矩也相對較小，因此在該井的軌道設計中造斜率應該在4～5°/30m之間。

1.2.3井眼軌道的最終確定

通過靶前位移和造斜率的優化，最后優選造斜點位置為1513.00m，靶前位移為403.00m，最大造斜率為4.80°/30m，最終優化形成的井眼軌道如表1所示。

2鉆井施工技術

2.1井眼軌跡控制技術

2.1.1直井段軌跡控制技術

該井的直井段長度為1513.00m，因此直井段施工以“防斜打直”為主，為增斜段施工創造條件。采用雙扶正器鐘擺鉆具組合，施工中嚴格控制鉆壓，每鉆進120.00m左右進行定點測斜，發現井斜異常及時調整施工參數，至井深1500.00m時井斜角僅為0.47°，水平位移3.2m。

2.1.2造斜段軌跡控制技術

ZP24-P2井的造斜段要在Φ311.2mm井眼中完成，大井眼造斜造斜率具有不確定性，為了有效保證造斜率，按照比設計高20%來選取造斜工具，應用Φ216mm1.5°螺桿鉆具+LWD進行施工，鉆具組合為：Φ311.20mmBIT×0.40m+Φ216.00mmLZ×7.58m+Φ203.00mmJHF×0.59m+Φ203.00mmLWD×6.49m+Φ206.00mmMDC×8.83m+Φ178.00mmDC×55.63m+Φ127.00mmHWDP×56.69m+Φ127.00mmDP×572.98m+Φ127.00mmHWDP×224.22m+Φ127.00mmDP。施工之前根據直井段的井斜角、位移偏差對井眼軌跡進行重新修正設計，施工中首先連續定向4個單根，摸索出該套鉆具組合在該井的實際造斜率，然后通過計算確定合理的滑動鉆進和復合鉆進的最佳進尺，既實現了井眼軌跡的平滑，又保證了井眼軌跡的精確控制。

2.1.3水平段軌跡控制技術

為了能夠實現水平段超過2500.00m的施工目標，并保證砂巖的鉆遇率，因此應用旋轉導向工具進行施工，具體組合為：Φ 215.90mmBIT × 0.36m+ Φ 172.00mmXZDX × 17.41m+ Φ 203.00mmSTB × 1.74m+ Φ 127.00mmMHWDP × 9.18m+ Φ172.00mmJHF × 0.50m+ Φ 127.00mmHWDP × 56.69m+ Φ 127.00mmDP × 3378.82m+ Φ 127.00mmHWDP × 224.22m+ Φ127.00mmDP。由于該井水平段超長，油層砂體發育不連續，因此現場施工建立精確地質模型，結合實鉆的伽馬、電阻率曲線和錄井巖屑、顯示情況修正模型，并隨時調整井斜角和方位角，至完鉆井深4670.00m時實現了水平段砂巖鉆遇率91.5%。

2.2井眼清潔技術

三開水平段施工長度超過2500.00m，有效保證井眼清潔是降低施工的摩阻與扭矩，保證鉆井施工安全和完井套管安全下入的必要條件。

2.2.1優化鉆井參數

鉆井排量和頂驅轉速對鉆井液的攜巖性能有著非常大的影響，因此在ZP24-P2井的施工中對這2個參數進一步優化，以保證井眼清潔。以機械鉆速為6.5m/h，鉆井液密度1.40g/cm3，表觀粘度60s，塑性粘度26mPa.s，動切力12Pa，頂驅轉速80r/min、100r/min為模擬條件，利用軟件對28L/S～32 L/S不同鉆井排量、頂驅轉速下的巖屑床形成厚度進行模擬，結果見圖3a、b所示。從圖3a、圖3b可以看出，在頂驅轉速80 r/min時，隨著鉆井泵排量的增加，巖屑床厚度逐漸減小，當鉆井泵排量達到32L/S的時候，產生的巖屑床厚度為4mm左右。保證相同排量，提高頂驅轉速到100r/min，此時排量32L/S所產生的巖屑床厚度僅為2mm左右，因此在ZP24-P2井的施工中鉆井泵的排量一直未低于32L/S，頂驅轉速一直在100r/min以上，起到了很好的攜巖效果。

2.2.2其它井眼清潔措施

ZP24-P2井施工中，除了優化鉆井排量和頂驅轉速以外，還采取了以下井眼凈化措施。一是優化鉆井液性能，保證鉆井液動塑比。研究表明鉆井液的動塑比越大攜巖效果越好，因此在該井施工中鉆井液的動塑比一直未低于0.4，有效地保證了鉆井液的攜巖效果;二是強化固控設備的使用，及時清除巖屑。振動篩都更換為200目篩布，做好一級固控，同時應用除砂/除泥一體機和中、高速離心機，使這些設備的使用率不低于90%，有效地清除鉆井液中的有害固相含量。三是根據井下施工的摩阻/扭矩和返砂情況及時進行短起下鉆，下鉆到底后大排量循環2周以上，直到振動篩無砂后方可鉆進。

2.3摩阻/扭矩監測控制技術

隨著水平段的不斷增長，摩阻和旋轉扭矩是影響長水平段水平井施工安全和水平段最大化延伸的障礙，因此采取減小摩阻，降低旋轉扭矩的措施是長水平段水平井成功實施的關鍵。在ZP24-P2井水平段施工中實時測量鉆具上提和下放的摩阻情況，然后根據摩阻反算摩阻系數，再根據反算的摩阻系數計算待鉆井段的摩阻與旋轉扭矩，當發現待鉆井摩阻與扭矩超過施工承受范圍后及時采取在鉆井液中補充潤滑劑、進行短起下鉆、大排量洗井等措施，來降低施工摩阻和扭矩，保障施工安全。實測摩阻數據見圖4、實測扭矩與預測扭矩對比見圖5所示。

2.4鉆井液技術

ZP24-P2井施工的水平段長度超過2500.00m，施工中井眼清潔困難、摩阻與旋轉扭矩大，因此在二開和三開施工中均選用抑制性強、固相含量低、潤滑性能好的KCL鹽水鉆井液體系，配方為：0.1%～0.3%純堿+1%～3%抑制劑+6%～8%氯化鉀+8%-12%氯化鈉+0.1%～0.3%檸檬酸+0.2%～0.5%提粘劑+0.3%～0.8%包被劑+0.3%～0.8%防塌劑+0.5%～1.5%穩定劑+0.5%～1.5%降失水劑+1%～3%聚合醇+1%～3%碳酸鈣+適量消泡劑。施工中除了保證鉆井液的攜帶巖屑和懸浮能力的同時，根據不同的施工階段制定了不同鉆井液維護處理措施，在二開直井段青山口大段泥巖層補足抑制劑和防塌劑，保證鉆井液具有強抑制性能和防塌性能，保證井壁穩定;在二開定向施工段補充液體潤滑劑，使含量不低于3%，降低定向施工的摩阻，提高定向施工效率;三開水平段施工中補充降失水劑，保證低失水，同時補充液體潤滑劑的同時，復配固體石墨潤滑劑，使兩種潤滑劑的總含量不低于5%，提高鉆井液的潤滑效果，降低施工的摩阻和旋轉扭矩，保證水平井段的施工安全。

3施工效果分析

ZP24-P2井完鉆井深4670.00m，垂深1941.94m，最大井斜角91.88°，閉合方位角359.33°，水平位移長2934.12m水平段長2522.00m，平均機械鉆速7.89m/h，與臨井肇平ZP24-P1井相比在井深增加1536.00m，水平段增加1707.00m的情況下，鉆速提高22.52%，實現了9個靶點全部中靶。設計與實鉆數據見表2所示。

4結論與認識

（1）施工之前根據地質設計要求對井身結構和靶前距、造斜率等井眼軌道設計關鍵參數進行優化是保證ZP24-P2井施工安全和順利的關鍵。

（2）在施工中根據井眼軌跡控制不同階段特點選用合理的鉆具組合和工具，保證了井眼軌跡控制的準確性，實現了砂巖鉆遇率的最大化。

（3）通過優化鉆井排量和頂驅轉速，采取合理的井眼凈化技術措施，保證了井眼凈化，減少了巖屑床的形成，實現了井下施工的安全。

（4）實時監測施工的摩阻和旋轉扭矩，計算裸眼井段摩阻系數，從工程技術和鉆井液處理兩個方面采取相關措施降低施工的摩阻和旋轉扭矩，實現了水平段的最大化延伸。

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