水平井钻井工程提速认识

李 博

（大庆钻探工程公司，黑龙江大庆163453）

1 基本情况

1.1 标准井身结构

一开：Ø444.5mm钻头钻至井深200m，下入Ø339.7mm×J55×7.09mm表层套管，固井水泥返至地面。

二开：Ø311.2mm钻头钻至姚家组2100m，下入Ø244.5mm×N80×10.03mm技术套管，固井水泥返至地面。

三开：Ø215.9mm钻头钻至完钻井深4300m，下入Ø139.7mm×P110×10.54mm油层套管×完钻井深，固井水泥返至地面。井身结构如图1所示。

图1 示范区三开井身结构示意图

1.2 使用钻井装备

水平井根据油藏埋深和最大载荷计算分析，垂深3000m以内且水平段长1500m（斜深小于4500m）的水平井选用ZJ50D电动钻机，其余均选用ZJ70D电动钻机。为实现钻机快速平移，配套快移装置。为满足“三大两高”强化参数，ZJ50及以上钻机，配顶驱、35MPa及以上管汇、高压泥浆泵（配备3个，一个备用），四级固控系统。

1.3 钻具组合

直井段一开采用塔式，二开采用钟摆钻具组合。造斜段和水平段采用旋转导向+地质导向或LWD+螺杆配套工艺。

1.4 钻头及钻井参数

喷嘴尺寸根据泥浆性能及钻头情况调整，保证达到设计排量与立管压力，以提高清岩和水力破岩效果。详细参数见表1。

2 施工风险及保障措施

表1 三开井身结构钻头及钻井参数设计表

（1）配套油基钻井液体系：古龙地区安全密度窗口窄，页岩地层粘土矿物含量高，页理/裂缝发育，为稳定水平井井壁，选用配套地层的强封堵防塌油基钻井液体系，提高钻井液切力，增加井眼清洁能力，同时强化油基钻井液封堵防塌性能，优选合理的钻井参数，有效降低水平井钻井复杂时率，实现钻井综合时速。

（2）井眼轨迹优化：水平段泥页岩杂质含量高、井斜变化规律不等，导致轨迹波动大、不平滑，摩阻大，容易发生扭矩高、阻卡严重等复杂。特别是地层各项异性强，轨迹易飘移，导致波动。需要通过完善地质导向和轨迹精细控制，优选随钻仪器和旋转导向，采用钻柱扭摆滑动钻井系统降摩减阻技术，使用清砂钻杆接头及时破坏井底岩屑床，强化固化钻井参数，提高水平井钻井速度和效率，从而实现“钻达目标靶层、降低摩阻扭矩”的目标。

（3）提高固井优质率：复杂井眼条件下，长水平段水平井一次性封固固井质量保障难度较大，特别是提高水平段优质井段比例方面满足大规模压裂。通过结合现场实际，以仿真数值模拟分析为基础，对影响水平井固井质量的因素进行定量分析，解决包括套管居中度、井眼轨迹和复杂的井眼几何形状、流体特性、注替排量和顶替效率低等问题，并使用完善的漂浮接箍工具降低套管下入风险，优化单井固井施工方案。

3 钻井提速措施

3.1 完善地质导向技术，提高定向效率

开展泥页岩裸眼快速识别和测井响应特征研究，利用实钻录井资料与垂向剖面对比，建立地质精细控制模型，形成“定测录导”工程地质一体化技术，实时调整导向模型，提高储层识别能力和效率，确定轨迹处于油藏的空间位置，为提速提效释放空间。

3.2 优选PDC钻头钻具提速

优选高效旋冲螺杆及其配合使用的强攻击性PDC钻头，预计水平段机械钻速由6.5m/h提高到10m/h以上。根据已钻井地层及岩性、钻头适应性和井壁的稳定性分析，优选适合的PDC钻头。技套井段优选5刀翼混合齿19mm复合片大水眼PDC钻头，适合三大两高激进式钻井；造斜段优选五刀翼、浅内锥、双排齿设计、Ø16mm切削齿PDC，满足定向钻进时工具面稳定、造斜能力强。水平段优选五刀翼、尖圆齿、高攻击性切削角、单排齿设计，切削能力强。同时造斜段和水平段均可配合高效的旋冲螺杆，提高机械钻速。

3.3 强化施工工艺，优化井眼轨迹控制技术

Ø215.9mm井眼推行“三趟钻”工艺技术，实现精准轨迹控制。直井段+定向段一趟钻，采取1.5°螺杆+LWD；前1000m水平段一趟钻，采取1°螺杆+LWD；1000～1500m后水平段一趟钻，采用旋转导向仪器；明确了水平段轨迹调整原则，按照水平段实钻最大曲率不超过3.5°/30m，连续三点不大于3.0°/30m，最大井斜角不超过92°，在保证钻遇率的同时，保持实钻轨迹相对平滑；优选LWD、近钻头、旋转导向仪器，提升仪器稳定性；优选高效钻头，低转速高扭矩、等壁厚等高使用寿命螺杆，清砂钻杆等工具，提高施工效率、减少系统摩阻和扭矩；强化参数：钻压50～100kN，转速80～120r/min，排量35L/s以上，泵压25～35MPa；严格落实技术措施，改进钻井液体系，提高抑制性、润滑性和携砂能力，提高钻井液性能，力争事故复杂时率降低20%。

3.4 减摩降阻技术

（1）采用随钻井壁修整工具，缩短技套通井时间。针对水平井中上部姚家组等地层易缩径，导致技套起钻阻卡、测固井前需多次往复通井的问题（损失时间2～5d）。设计随钻井壁修整工具，该工具采用四直棱扶正结构，直棱上设计有切削齿，采用特殊结构的布齿设计，实现随钻对不规则井壁进行修复。

（2）采用清砂钻杆接头，破坏岩屑床，防止沉砂卡钻。针对水平井井壁易失稳，大斜度段、水平段易形成岩屑床的问题，研制清砂钻杆接头，该接头设计有V型槽（采用漏斗式设计，入口尺寸大于出口尺寸，悬浮岩屑进入V型槽后流速急剧增大，提高岩屑运移速度），上返钻井液流经V型槽形成紊流，可将低边岩屑悬浮井筒中，利于岩屑的清除和携带。

（3）采用钻柱扭摆滑动钻井系统，变静摩擦为动摩擦，实现减摩降阻。水平井采用钻柱扭摆滑动钻井系统通过一个与顶驱司钻箱相连的控制系统，控制顶驱带动钻具顺时针、逆时针按设计参数反复连续摆动，以保持上部钻柱一直处于旋转运动状态，从而克服滑动钻井过程中，因为钻柱不旋转导致的摩阻大、“托压”钻速慢、岩屑床等多种问题。同时通过改变扭摆扭矩、角度设置等多种工具面调整模式，快速调整和稳定滑动钻井工具面（摆工具面由30min缩短至5min）。

3.5 优选随钻仪器，实现轨迹精细控制

采用近钻头地质导向技术或旋转导向技术，提高储层钻遇率。一是及时掌握地层岩性变化信息，二是及时根据井斜和方位漂移状况，合理优选、调整施工参数，避免预判误差造成轨迹不平滑。三是通过方位伽马和电阻率判断出层方向，提高决策准确率，并且减少决策等停时间，提高油层钻遇率。

3.6 管理提速

一是成立组织机构，成立了领导小组，下设生产保障、技术支撑和科研攻关3个工作推进小组，明确了职责及分工，积极落实双盯工作法，统筹推进提速、提质、降本增效工作；二是对存在的主要影响施工效率问题，逐项分析落实，制定相应技术措施，形成了整体提速提质提效施工模板；每口井施工前，利用学习曲线，制定详细的“纸上钻井”实施方案，工作安排和工序衔接时间控制到小时，加强分析实钻与方案存在差异，及时总结经验和教训，修正下步工作技术措施，确保提速效果。三是安排责任工程师及以上专家，实施“井长”包井制；充分利用RTOC远程技术支持系统，确保工程技术措施落实到位，实现提速提效目标。四是坚持“四个超前”工作原则，推行“1343”管理模式，细化钻井、固井、录井各专业的工作流程，强化节点控制，做到各道工序“无缝衔接”，实现管理提速提效。五是强化装备物资保障，以满足“三大两高”强化参数、实现钻机快速平移、钻井液体系快速转换和工序无缝衔接等原则，加强高压泵、高压地面管线、钻机平移装置、固控设备、顶驱等装备更新配套和保障，减少设备修理时间，确保施工高效。

4 结论与认识

（1）攻关试验强攻击性PDC钻头。大庆水平井施工井段是以泥岩为主，夹杂紫红色泥岩、粉砂质泥岩及粉砂岩等岩的青山口组和泉头组，改原有双排齿，5刀翼为主的PDC钻头，为了解决紫红色泥岩地层吃入难问题，对PDC钻头设计选型上做了较大的调整：①由5刀双排改为5刀单排设计，同时能确保钻头的稳定性；②减少了布齿密度，攻击力加强；③调整齿的后角提高攻击性，同时保证单齿受力均衡性；④为提高泥岩的吃入性，选配尖圆齿和玫瑰齿等切削齿。

（2）坍塌页岩安全钻进。依托井壁稳定机理分析，通过分析岩石力学性能与测井数据对应关系，建立三维压力预测模型，优化钻井液密度和性能，匹配最佳参数，指导现场施工保障安全钻进。在配合工程施工措施、清砂工具和钻井参数的强化，最终形成古龙地区页岩地层安全钻进施工配套工艺。

（3）精准轨迹控制、减摩降阻。定向绕障前，必须测得上部井段可靠的井斜方位数据，测量间距不大于30m；在防碰井段要加密测量；二开完钻后起钻前必须投测电子多点，三开定向前由现场技术人员根据上部井段情况适时投测多点；明确了水平段轨迹调整原则，按照水平段实钻最大曲率不超过3.5°/30m，连续三点不大于3.0°/30m，最大井斜角不超过92°，在保证钻遇率的同时，保持实钻轨迹相对平滑；采用随钻井壁修整工具，缩短技套通井时间。针对水平井中上部姚家组等地层易缩径，导致技套起钻阻卡、测固井前需多次往复通井的问题（损失时间2～5d）。设计随钻井壁修整工具，该工具采用四直棱扶正结构，直棱上设计有切削齿，采用特殊结构的布齿设计，实现随钻对不规则井壁进行修复。

（4）集成配套。通过持续开展理论研究和技术攻关，并应用于现场示范，形成具有自主知识产权新理论、新技术、新产品、新产业，探索高效勘探开发方法，预计可形成钻井平台化施工工艺配套技术，提升水平井施工效率。