南阳超浅中半径水平井研究与应用

姜汝德　李长林　邢建元　等

摘要：南阳油田超浅中半径水平井的应用，是属于国内造斜率较高的一批中半径水平井，技术难度大。分析南阳油田超浅中半径水平井的技术特点，通过优化中半径井水平井的井眼轨迹控制和剖面设计、优选钻具组合及现场实验、进行定向造斜技术、高造斜率定向测量及轨迹控制技术研究、钻井液技术研究，形成一套超浅中半径水平井钻井工艺技术，钻成了8口超浅中半径水平井，为南阳油田的老区稳产和区井网合理布局，提高采收率，提供有效的技术手段。

关键词：超浅中半径水平井；南阳油田；水平井

中图分类号：TB

文献标识码：A

文章编号：16723198（2015）17020602

1井眼剖面优化技术

1.1轨道剖面确定

考虑到地层松软，工具面摆放控制困难，造斜率低；造斜段较短，全角变化率较高，井眼曲率较大；井眼尺寸大，造斜工具造斜率不确定，存在有下井动力钻具造斜率相对误差，动力钻具实际造斜率的不确定性；复合钻进过程中转盘扭矩大。结合井楼水平井的地质设计，选用四段制剖面（直-增-增-平）。

1.2全角变化率确定

（1）最小全角变化率。

基本条件：井眼尺寸=244.5mm，钻具组合：单扶197螺杆，靶前位移170-250米，垂深300-500米。

由公式：μ=18000πr

得到：Ф244.5mm井眼水平井，最小井眼曲率30.4-18.7°/100米，能够满足正常钻进需要，而且普通钻具达到应力要求。

（2）最大井眼曲率。

在井下施工过程中，由于造斜率大造成井下摩阻大，容易形成钻具自锁。在复合钻进时，大造斜率井段钻具扭矩大，会造成钻具疲劳，造成钻具事故。所以要选择合适井眼曲率，以便钻具顺利通过，并减少井下钻具事故。由弹性力学知识可以分析得出，井段所允许的井眼弯曲半径为：

R=1.17L2（0.14m-0.41）D-d+1.37（f-k）

R—井眼曲率半径；L—钻头和螺杆的长度总和；m为井径扩大率；D—钻头外径；d—螺杆直径；f—螺杆挠度；k—井壁与螺杆外间的平均间隙。

由此可得最大全角变化率为：69.64°/100m。

2钻具组合优化技术

2.1稳定器

常用的动力钻具稳定器有垫块式、直筋式和螺旋式3种。

中半径水平井主要难题在于造斜率高，需要有稳定工具面，因此选用螺旋筋式稳定器。

2.2弯度

（1）弯度确定。

根据三点定圆法预测钻具造斜率。根据造斜率大小，优选螺杆钻具。如Ф244.5mm井眼弯角以1.75°为宜。

1.75°和2°单弯螺杆基本能够满足施工需要，1×1.75°双弯螺杆作为备用选择。

（2）钻具组合设计。

直井段钻具组合：Φ444.5mm三牙轮钻头（SKG124）+Φ177.8mm无磁钻铤1根+Φ177.8mm钻铤2根+Φ165mm钻铤4根+Φ127mm加重钻杆。

二开造斜段钻具组合：Φ244.5mm牙轮钻头+Φ197mm单弯螺杆（1.75°或1×1.75°）+Φ127mm无磁钻杆2根+Φ127mm加重钻杆30根+Φ127mm钻杆。

摩阻：60～70kN，钻压：40～60kN。

加重钻杆自重：32×0.7×700kg×8.134=1275kN。

127.5-（60～70）+（40～60）=27.5～-2.5kN

水平段钻具组合：Φ244.5mm牙轮钻头+Φ197mm单弯螺杆+Φ127mm无磁钻杆2根+Φ127mm钻杆+Φ127mm加重钻杆+Φ177.8mm钻铤（适当）+Φ127mm斜坡钻杆。

摩阻：90～100kN，钻压：40～60kN

倒装加重钻杆（130-160）/1475kg×8.134=6～9根（177.8mm钻铤）。

考虑到244.5mm井眼较大，造斜率可能跟不上，并且该区块地层较为松软，造斜工具造斜率低，在定向造斜井段使用了弯螺杆上面加弯接头的动力钻具组合，全力保证造斜率能够达到设计要求。在水平段的钻进过程中，我们通过倒换钻具把加重钻杆放到了整个钻具组合的中间部位，在井口使用倒装钻铤为钻进提供钻压，一方面加重钻杆柔韧性能较好，比较适合高曲率井段，避免普通斜坡钻杆由于在井眼中受弯曲应力影响从而造成钻具脱落，断裂等问题。另一方面由于地层松软，会存在拖压等问题，把加重钻杆放到水平段上方有利于给钻头加压。

3井眼轨迹精细控制技术

超浅中半径水平井井眼轨迹控制难度较大，钻井过程中易出现小台肩现象，还容易发生井下坍塌、起鉆困难、键槽卡钻等问题。造斜段一般使用”弯螺杆+随钻测斜仪”的常用定向钻具组合。水平段使用MWD随钻监测地层自然伽玛值来判断钻头是否在油层中钻进。实际施工过程中采用滑动连续钻进方式并实时控制，以提高井眼轨迹控制的精度，保持井眼轨迹圆滑，避免井眼轨迹出现较大的狗腿度。钻井中尽量避免大幅度变动下部钻具结构和钻井参数。

3.1精确测量控制

使用坐键式MWD，减少零长，提高预测准确性；加密测斜，对每个单根精确控制，钻井4-5米测斜一次，准确预测井底数据；定向过程中，造斜率达不到设计要求，及时更换钻。

3.2造斜段轨迹控制

增斜井段采用滑动钻进方式钻进，钻具组合：Φ244.5mm牙轮钻头+Φ197mm单弯螺杆（1.75°或1×1.75°）+MWD接头+Φ127mm无磁承压加重钻杆2根+Φ127mm加重钻杆30根+Φ127mm斜坡钻杆。

钻井参数：排量45L/s，钻压85～105kN，泵压9～11MPa。

造斜点较浅，开始定向时要控制排量，保证工具面稳定利于定向，定向过程中要定时短起下，保证岩屑能够及时带出井筒，同时要提前下入倒装钻具，减少起下钻时间。定向过程中要控制造斜率，造斜率过小，不能顺利中靶。造斜率过大，造成钻具摩阻和扭矩增大。定向过程严禁定点循环，地层较软，容易形成键槽。

3.3水平段轨迹控制

水平井段重点是合理倒顺利加压，以及降低摩阻保证定向顺利。

钻具组合：Φ244.5mm牙轮钻头+Φ197mm单弯螺杆（1.5°/1.75°）+MWD接头+Φ127mm无磁承压钻杆2根+Φ127mm斜坡钻杆+Φ127mm加重钻杆+Φ177.8mm钻铤（适当）+Φ127mm斜坡钻杆。

钻井参数：排量30～34L/s，钻压40～60kN，泵压8～12MPa。每钻进50米进行一次短起下钻，替换斜坡钻杆，保证加重钻杆始终在上部，如果钻具重量小于摩阻时，上部逐渐替入钻铤，增加钻具重量来施加提供足够的钻压，但要始终保证钻铤在直井段，加重钻杆保证在井斜30°以上，结合岩屑录井及随钻测井，进行导向钻井，实现窗体内井段的精确控制。

3.4着陆控制方法

南阳油田井楼区块的超浅中半径水平井靶区半径只有1米。从而靶点的着陆控制成为了整口井最为关键的工序。

图1着陆控制示意图

着陆段在A靶前控制井斜在84～85°之间，稳斜进入油层，根据无线测井数据判断是否进入油层，进入后及时将井斜调至90°。

4总体应用统计

在2013年度施工的八口超浅中半径水平井的过程中，通过使用各项研究措施，出色的完成了全部的工作量，并且固井合格率100%，井身质量合格率100%，油层钻遇率92.7%，电测一次成功率100%，下套管一次成功率100%。在全部的施工过程中没有任何复杂情况的发生，事故复杂时效为0。对南阳油田300-500米的浅层稠油油藏的开发有重大的意义。

5结论与建议

（1）五段制剖面比較适合南阳浅层水平井，能够降低钻具摩阻；

（2）采用大角度单双弯螺杆解决了大尺寸软地层造斜率低的问题；

（3）采用倒装钻具组合，解决了水平段钻进加压问题；

（4）优选的聚合物混油乳化钻井液体系解决了井壁坍塌、摩阻大问题；

（5）套管加压装置对浅层水平井套管的安全下入具有一定的积极作用。