致密砂岩水平井安HF1井钻完井技术

程 波 （中石化河南油田分公司石油工程技术研究院，河南南阳473132）

李朝辉 （中石化胜利石油管理局西南石油工程管理中心，四川德阳618000）

河南油田致密砂岩油气资源丰富，预计泌阳凹陷安棚深层系致密砂岩油气资源量5064×104t，常规定向井无法实现致密砂岩油藏的有效勘探开发，而长水平段水平井可以大幅度提高难动用储量的勘探开发效果。为此，河南油田在泌阳凹陷安棚深层系部署了第一口致密砂岩长水平段水平井——安HF1井，目的层为核桃园组核三段Ⅸ油组14小层，埋深3400～3600m，钻探目的是评价落实14小层含油气与产能情况。

安HF1井自上而下钻遇平原组、凤凰镇组、廖庄组、核桃园组核一段、核二段、核三段。该井目的层主要为地层核三段Ⅸ油组14小层，岩性为浅灰色细砂岩、浅灰色砾状砂岩。

1 钻完井技术难点

（1）水平段长，钻柱的摩阻、扭矩大，井眼轨迹控制难度大。水平段长达1200m，在导向滑动钻进中，钻具躺在下井壁，钻具与井壁的接触面积大，致使钻井施工过程中摩阻升高、扭矩增大；起钻负荷大，下钻阻力大；滑动钻进时加不上钻压，钻速低，井眼轨迹控制困难。

（2）水平段井眼尺寸小、斜井段、水平段长，岩屑携带困难。安HF1井三开水平段井眼尺寸∅152．4mm，岩屑在自重作用下下沉，很容易在水平段下井壁形成岩屑床，且岩屑上返路程长，井眼清洁困难。

（3）安HF1井油藏为带凝析气顶挥发油藏，为防止后期生产过程中发生气窜，要求技术套管固井时水泥浆返至地面。由于技术套管固井时封固段长达3560m，井底和地面温差高达120℃，存在高温水泥浆体系低温下超期缓凝及低密度水泥浆减轻剂高压易破碎难题。

（4）完井管柱外径最大达∅147．828mm，完井管柱与三开∅152．4mm井眼间隙小，仅2．286mm，完井管柱刚性大，下入难度大。

2 井身剖面和井身结构设计

1）井身剖面设计 现场常用的井身剖面类型为双增剖面 “直-增-稳-增-平”，该剖面有以下优点：在两段增斜段之间设计了一段较短的稳斜调整段，以调整由于工具造斜率的误差，同时能满足采油挂泵要求。

在设计双增剖面时，主要是优化造斜点和造斜率，使所设计的剖面应具有最小的钻具摩阻扭矩，以降低施工难度，避免或减少井下复杂情况的发生。安HF1井设计了4套井身剖面方案 （见表1）。从表1可以看出，方案2选取造斜点3020m，第一和第二造斜率为4．9°／30m时，滑动钻进和旋转钻进时摩阻扭矩最小。故安HF1井井身剖面采用方案2，具体设计数据见表2。

表1 4套井身剖面方案的摩阻扭矩对比

表2 安HF1井井身剖面设计数据

2）井身结构设计 安HF1井水平段长达1200m，采用常规螺杆方式钻进，如何有效地传递钻压扭矩，确保水平段的顺利延伸、套管顺利下入是该井的关键。结合地层岩性、压力情况及目前钻井技术水平情况，在井身结构设计时以降低摩阻、扭矩为主要目标，套管程序的选择为各开次安全钻进相对留有余地，以保证钻探目的的实现。安HF1井设计采用三开井身结构：一开采用采用∅444．5mm钻头钻至井深401m，下入339．7mm表层套管，水泥浆返至地面。封隔地表胶结松散易漏层，并为井口控制和后期测井创造条件；二开采用采用241．3mm钻头从井深3020m处开始造斜，进行斜井段施工。钻至A靶（井深3562m），下入177．8mm技术套管，固井水泥浆返至地面；三开水平段采用152．4mm钻头钻至完钻井深4808m完钻，114．3mm尾管下入井深2970～4773m，悬挂器位置2970m。

3 长水平段井眼轨迹控制技术

水平段井眼轨迹控制的关键是保证井眼轨迹的圆滑，避免大幅度调整，钻进过程中严格控制井眼轨迹，坚持少滑动、多旋转、微调勤调等原则［2-3］。主要技术措施有：

（1）优选小尺寸单弯动力钻具的单弯单稳柔性倒装钻具组合：∅152．4mm PDC钻头＋1．15°螺杆＋∅101．6mm无磁承压钻杆＋MWD＋∅101．6mm钻杆＋随钻震击器＋∅101．6mm加重钻杆＋∅101．6mm钻杆。

（2）应用MWD技术测量伽马、电阻率、井斜、方位、工具面等地质工程数据，评价地层岩性，为井眼轨迹的实时调整控制提供数据。

（3）根据钻柱摩阻扭矩分析结果，优化钻铤钻杆位置和数量，解决长水平段钻压传递困难、工具面难摆的问题，满足井眼轨迹控制的需要。

（4）采用∅101．6mm非标钻杆，增加钻具刚性，相比∅88．6mm钻杆，降低循环压耗4MPa以上。配备∅120．65mm随钻震击器，满足井下安全需要。

（5）为保证水平段的有效延伸，在钻井液中加入白油、ZRH-2和RT-1，提高润滑性，将摩阻系数控制在0．08以下，降低摩阻系数，确保钻井液具有良好的稳定性和润滑性。

4 钻井液技术

安HF1井斜井段、水平段长，井眼清洁困难，通过采用合理的钻井液体系，并根据井下实际情况及时调整钻井液性能，确保钻井液具有良好的封堵防塌性能、良好的润滑性、流变性和悬浮携带能力，有效的维护了井壁的稳定，降低了摩阻系数，保证了井眼清洁。

（1）一开使用防漏性好的膨润土聚合物钻井液体系。加入8%膨润土，保持适当高的粘切，确保钻井液护壁性和清岩效果好。

（2）二开采用两性离子聚合物混油防塌钻井液体系。在体系中加入白油、ZRH-2和RT-1提高钻井液润滑性，将摩阻系数控制在0．1以下。维持适当的Gel、YP和YP／PV，保证岩屑悬浮和携带。为提高井眼净化能力，起钻前可用加有正电胶MSF的高粘切钻井液清扫井眼。

（3）三开采用强封堵聚磺润滑钻井液体系。在体系中加入SFT、FT-1、SL-1、CY-1，以有效封堵微裂缝、降低HTHP滤失量，稳定井壁。加入白油、ZRH-2和RT-1，提高润滑性，将摩阻系数控制在0．08以下，降低钻进过程中钻柱的摩阻扭矩。调整钻井液性能，保证岩屑悬浮和携带，确保井眼清洁。

5 长封固段大温差固井技术

针对安HF1井固井的特点，研究和优选了适合长封固段大温差固井的综合性能好且对温度敏感性低的缓凝剂，有效的保证大温差条件下的水泥浆性能。优选了破碎率低、抗高压性能好的漂珠，有效降低水泥浆密度以及水泥浆液柱压力，防止固井时发生井漏。在此基础上形成了低失水、低敏感性及稳定性好的大温差双密度水泥浆体系。在技术套管固井过程中，通过配套施工技术措施，有效的保证了固井质量。

（1）技术套管固井前测量钻井液出口温度，按照实际温度、使用该井固井用水泥、水、外加剂等进行水泥浆配方复核试验，保证使用检验合格的水泥和水泥外加剂，水泥浆性能满足固井设计。

（2）采用大泵紊流顶替钻井液，排量不低于钻进排量，达不到紊流时，应注入足量的前导低密度水泥浆，保证紊流接触时间达到7min。

（3）碰压后，按设计要求用水泥车清水顶压，稳压2～3min后泄压，如回压阀密封好，则敞压候凝；否则，套管内控制压力候凝，其值为管内外静液柱压差附加2～3MPa。

6 水平段通井技术

为保证完井管柱的顺利下入，在安HF1井完钻后，采用不同通井管串分4趟进行通井，水平段通井钻具组合如下：第1趟，∅152．4mmPDC钻头＋∅145mm扶正器＋加重钻杆＋普通钻杆；第2趟，∅152．4mmPDC钻头＋∅145mm西瓜磨鞋＋加重钻杆＋普通钻杆；第3趟，∅152．4mmPDC钻头＋1根钻杆＋∅152mm西瓜磨鞋＋加重钻杆＋普通钻杆；第4趟，∅152．4mmPDC钻头＋1根钻杆＋∅152mm西瓜磨鞋＋1根钻杆＋∅145mm西瓜磨鞋＋加重钻杆＋普通钻杆。通过增加通井管串中西瓜磨鞋的尺寸和刚性，在通井下钻过程中有效地清除岩屑床和遇阻点，保障井眼畅通。

7 现场应用情况

通过应用长水平段井眼轨迹控制技术、钻井液技术、长封固段大温差固井技术、水平段通井技术，有效的保证了安HF1井顺利施工。安HF1井2011年10月10日开钻，2012年6月12日顺利完钻，2012年7月16日完井，圆满完成了施工任务。安HF1井经9级分段压裂，获高产工业油气流，最高日产原油31m3、天然气9．6×104m3。目前累计生产原油240m3、天然气170×104m3。实现了安棚深层系致密砂岩油气勘探重大突破。

［1］刘伟，李丽．川西深层水平井井身结构探讨 ［J］．石油地质与工程，2009，23（5）：90-92．

［2］唐洪林，唐志军，闫振来，等 ．金平1井浅层长水平段水平井钻井技术 ［J］．石油钻采工艺，2008，30（6）：11-15．

［3］都振川，秦利民，周跃云．埕北21-平1大位移水平井的设计与施工 ［J］．石油钻探技术，2000，28（5）：9-11．