井身結(jié)構(gòu)和井眼軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)。

 

  前期勘探采用四開井身結(jié)構(gòu)，根據(jù)地層壓力剖面和臨井鉆井事故與復(fù)雜情況分析，井身結(jié)構(gòu)從能滿足水平段多級壓裂管柱的要求，技術(shù)套管封固復(fù)雜井段，降低定向繞障、長水平段鉆井風(fēng)險(xiǎn)，為提高鉆井效率提供可靠的鉆完井工藝措施等方面進(jìn)行了優(yōu)化。技術(shù)套管下入到盧草溝組儲(chǔ)層 40~50 m，為長水平段鉆井提供條件，井身結(jié)構(gòu)如圖 1。

 

  圖 1 優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)采用該井身結(jié)構(gòu)，有效封隔梧桐溝組以上復(fù)雜地層，二開采用 ?241 mm 井眼鉆至造斜點(diǎn)，造斜段采用 ?216 mm 井眼，解決了上部 1 000 m 膏泥巖段和復(fù)雜地層井壁不穩(wěn)定對同尺寸鉆頭造斜彎螺桿下入的影響；依據(jù)致密油儲(chǔ)層壓力和地層巖性特征，降低鉆井液密度的使用，對長水平段緩解高泵壓、提速起到重要作用。

 

  通過確定井身結(jié)構(gòu)對井眼軌道進(jìn)行了優(yōu)化，采用“直—增—穩(wěn)—扭—增—水平”三維剖面設(shè)計(jì)，對不同造斜率、方位變化率、扭方位位置的井眼軌跡和摩阻進(jìn)行對比分析，降低了井眼軌跡控制難度，形成了 115 m、265 m 繞障井，分別在 ?216 mm 井眼造斜段完成扭方位控制，確保軌跡圓滑，安全下入多級壓裂管柱。

 

  直井段防斜打快鉆井技術(shù)。

 

  叢式水平井組直井段平均段長達(dá) 2 900 m，直井段防碰是叢式井組施工的重點(diǎn)之一。經(jīng)臨井鉆井實(shí)際和地質(zhì)分析，該井段防斜打直是防碰的最佳方式，采用塔式加鐘擺鉆具組合，個(gè)性化 PDC 鉆頭設(shè)計(jì)，在鉆頭部齒使用 16 mm 和 19 mm 復(fù)合片切削齒合理布置，小角度切地層削角提高鉆頭攻擊性能，提高復(fù)合片抗研磨性和穿夾層能力方面進(jìn)行了針對性設(shè)計(jì)；鉆井參數(shù)采取鉆壓 10~30 kN，鉆井排量 55~60L/s，轉(zhuǎn)速 120~150 r/min 實(shí)施防斜打快，在地質(zhì)地層劃分的交界面井段每鉆進(jìn) 100~150 m 進(jìn)行加密測斜，預(yù)測井眼間距，實(shí)現(xiàn)直井段井斜控制小于 2°。在JHW019 井使用一只鉆頭 5.58 d 時(shí)間完成二開 2 350m 直井段，平均鉆速達(dá) 24.5 m/h。

 

  三疊系、二疊系鉆頭優(yōu)選。

 

  通過鉆頭適應(yīng)性和對井壁穩(wěn)定性分析，造斜段優(yōu)選短保徑 5 刀翼 PDC 鉆頭，?16 mm 切削齒和高攻擊性切削角，在復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)扭矩小切削能力強(qiáng)，提高三疊系韭菜園組、二疊系梧桐溝組的鉆速；針對井壁易跨特征，增加鉆頭水眼，由 4 個(gè)噴嘴增加到 7個(gè)噴嘴，減少射流對不穩(wěn)定井壁的破壞；通過試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了 1 只牙輪造斜 +1 只 PDC 完成繞障，平均機(jī)械鉆速 3.59 m/h；使用 1 只 PDC 鉆頭一趟鉆完成常規(guī)造斜井段，進(jìn)尺 413 m，機(jī)械鉆速 3.10 m/h。造斜段平均機(jī)械鉆速同比提高 79.5%。

 

  小井眼水平段，根據(jù)區(qū)塊地層特征和前期 PDC鉆頭使用，進(jìn)行適應(yīng)性分析，優(yōu)選 6 刀翼，高強(qiáng)度耐磨 ?16 mm 切削齒鉆頭，滿足定向鉆進(jìn)時(shí)工具面穩(wěn)定，扭矩小，造斜能力強(qiáng)。實(shí)現(xiàn)了 1 只 PDC 鉆頭 2次更換螺桿，進(jìn)尺 1 310 m，鉆速 4.77 m/h，機(jī)械鉆速同比提高 62.12%。

 

  造斜、水平段軌跡控制。

 

  造斜點(diǎn)相互錯(cuò)開是叢式井防碰的主要措施之一，根據(jù)繞障軌跡優(yōu)化方案，為消減因直井段位移導(dǎo)致定向段造斜率、扭方位繞障難度增大問題，提前上調(diào)造斜點(diǎn)，可極大緩解定向段軌跡控制壓力，在致密油叢式井水平井施工中，按軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)各井造斜點(diǎn)直井段垂深相差在 35~100 m。鉆完直井段后，根據(jù)直井段井斜情況及時(shí)做好二次剖面設(shè)計(jì)及施工預(yù)案，優(yōu)選螺桿度數(shù)，在造斜初期因造斜率偏低，選用度數(shù) 1.5°單彎螺桿，采用軌跡監(jiān)控軟件隨鉆作圖并預(yù)測，不斷與當(dāng)前井底的實(shí)際造斜率進(jìn)行對比分析，在定向初始盡快使各井井眼分離，以取得防碰成功。

 

  繞障在很多情況下是在磁干擾條件下進(jìn)行，由于施工中受各種因素的影響，井眼方位難免出現(xiàn)超出一定范圍的方位偏離。實(shí)施中造斜段扭方位在井眼方位的調(diào)整控制過程中，進(jìn)行了綜合考慮，一是盡量減少井眼的狗腿嚴(yán)重度；二是方位控制選在下技術(shù)套管之前，將井眼方位調(diào)整到合適的范圍內(nèi)；三是減輕給后續(xù)長水平段施工造成困難。因此調(diào)方位井段選擇在井斜角增至 40°以后，采用大單彎中高速螺桿度數(shù)，采取一邊增斜、一邊稍扭方位的措施。

 

  經(jīng)過實(shí)踐 115 m 繞障井，扭方位在二開段調(diào)整完成；265 m 繞障井，方位調(diào)整至增斜入靶的最佳井斜和方位，從而大幅降低扭方位作業(yè)施工難度，提高機(jī)械鉆速。

 

  水平段優(yōu)選鉆具組合，采用 ?101.6 mm 鉆桿降低循環(huán)壓耗，增強(qiáng)鉆具抗扭強(qiáng)度，使用 ?127 mm 單彎螺桿柔性鉆具增斜入靶后，復(fù)合與滑動(dòng)鉆進(jìn)交替進(jìn)行，為了減少調(diào)整井斜的次數(shù)，提高機(jī)械鉆速，定向時(shí)將井眼軌跡控制在下靶區(qū)，而后依靠復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)井斜自然增加的規(guī)律使井身軌跡逐漸靠近設(shè)計(jì)軌道。當(dāng)井斜增到一定程度后，采用滑動(dòng)鉆進(jìn)與復(fù)合鉆進(jìn)相結(jié)合的方式隨時(shí)校正井眼軌道，保證實(shí)際井眼按設(shè)計(jì)軌道施工。隨著水平段的延伸大角度螺桿施工摩阻扭矩增大，采用 1.25°螺桿完成 1 300 m 水平段施工。4 口 1 300 m 水平段井復(fù)合鉆進(jìn)進(jìn)尺占62.8%，復(fù)合機(jī)械鉆速是滑動(dòng)鉆進(jìn)的 2~2.5 倍，取得了好的提速效果。

 

  使用水力振蕩器工具，提高水平段的鉆井速度。

 

  水力振蕩器通過水力作用產(chǎn)生沿鉆具軸線方向上振動(dòng)，利用振動(dòng)將靜態(tài)的摩阻轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)摩阻，把單純的機(jī)械式加壓改為機(jī)械與液力相結(jié)合的加壓方式來提高鉆進(jìn)過程中鉆壓傳遞的有效性和減少鉆具與井眼之間的摩阻，減少扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，提高機(jī)械鉆速；通過減少鉆進(jìn)過程中的摩阻和扭矩，使得鉆壓易于傳遞、工具面易于控制，提高水平段的鉆井效率。

 

  長水平段摩阻扭矩大是鉆進(jìn)中突出的問題之一，隨著位移的增加需對實(shí)鉆摩阻和扭矩進(jìn)行監(jiān)測和分析，采取相應(yīng)的措施以實(shí)現(xiàn)長水平段安全快速鉆井。JHW018 井是本區(qū)塊目前水平段最長、位移最大的一口井，利用 LANDMARK 軟件進(jìn)行了摩阻扭矩值模擬和實(shí)鉆跟蹤，從而指導(dǎo)鉆井現(xiàn)場施工。

 

  在 JHW018 井水平段 1 300 m 以后延伸段 4 572~5 325 m，鉆具加入 AG-itator 公司生產(chǎn)的水力振蕩器減摩降阻，工程措施上采取短起下鉆、大幅度活動(dòng)鉆具，滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)，一個(gè)單根最后 2~3 m 可盡可能采用復(fù)合鉆進(jìn)的方式鉆進(jìn)，鉆完 1 個(gè)單根進(jìn)行 1~2 次劃眼，然后下放到底再測斜，這樣有利于攜帶巖屑；在造斜率允許的條件下盡量多采用復(fù)合鉆井的方式鉆進(jìn)，這樣既可改善井眼的平滑性，又可促進(jìn)鉆屑的返出，提高常規(guī)鉆具組合在長水平段的延伸鉆進(jìn)能力，進(jìn)尺 753 m 平均鉆速可達(dá) 4.85 m/h。對比發(fā)現(xiàn)，采用水力振蕩器時(shí)滑動(dòng)鉆進(jìn)機(jī)械鉆速提高 48.16%，復(fù)合鉆進(jìn)機(jī)械鉆速提高 15.28%；取得了非常顯著的效果。

 

  鉀鈣基聚璜有機(jī)鹽鉆井液體系的應(yīng)用。

 

  鉆井過程中井壁失穩(wěn)易造成井壁垮塌、縮徑、漏失、卡鉆等井下復(fù)雜情況和事故。該區(qū)塊已鉆井復(fù)雜統(tǒng)計(jì)表明每口井都有不同程度的縮徑、掉塊、掛卡。致密油井區(qū)鉆井井壁穩(wěn)定問題一種是強(qiáng)水敏性地層（蒙脫石含量高達(dá) 80% 以上 ）及鈣、膏泥巖的水敏性坍塌；另一種是由地應(yīng)力引起的層理發(fā)育的泥頁巖地層的硬脆性坍塌。

 

  針對井壁失穩(wěn)問題優(yōu)選鉀鈣基聚璜有機(jī)鹽鉆井液體系，該鉆井液具有強(qiáng)防塌和抑制能力，適用于該張茂林等區(qū)塊安全、快速鉆井。

 

  直井段地層的膏質(zhì)泥巖強(qiáng)化鉆井液的強(qiáng)抑制性，確保鉆井液封堵防塌能力；鉆至三疊系、二疊系梧桐溝組地層出現(xiàn)嚴(yán)重的硬脆性泥巖掉塊，因此保持鉆井液抑制性、封堵性，提高潤滑性，鉆井液密度提高到 1.48~1.50 g/cm3，保持高液柱壓力物理支撐井壁。在造斜前混入白油 5%，進(jìn)入造斜段后逐步提高到白油含量 10%，增強(qiáng)鉆井液的潤滑防卡性能。水平段施工降低鉆井液密度至 1.42~1.43 g/cm3，配合鉆具組合降低循環(huán)壓耗，提高井眼清潔效率；隨著水平段延伸，鉆進(jìn)過程中補(bǔ)充白油含量逐步提高到 12%~15%，配合使用固體潤滑劑，保持良好的潤滑性；監(jiān)測鉆井液中鈣離子、碳酸氫根、碳酸根濃度變化，及時(shí)處理維護(hù)，鉆井液中保持鈣離子濃度 400~600 mg/L，鉀離子含量 25 000 mg/L，pH 值10~11，提高鉆井液抗污染能力；合理使用固控設(shè)備及時(shí)清除鉆井液中有害固相，控制鉆井液低的固相含量；配合工程措施，各次通井使用超細(xì)纖維洗井液清掃井眼，小井眼井段打封閉漿封閉等措施，保證了水平段安全鉆進(jìn)。