新疆玛湖区块2000 m长水平段水平井钻井技术

于洋飞，杨光，陈涛，柯学，杨兆亮，王超

（1.长江大学石油工程学院，湖北 武汉 430100；2.中国石油新疆油田分公司开发公司，新疆 克拉玛依 834000；

3.新疆石油工程建设监理有限责任公司，新疆 克拉玛依 834000；4.中国石油西部钻探钻井工程技术研究院，新疆 克拉玛依 834000）

新疆玛湖区块2000 m长水平段水平井钻井技术

于洋飞1，2，杨光3，陈涛4，柯学4，杨兆亮4，王超4

（1.长江大学石油工程学院，湖北 武汉 430100；2.中国石油新疆油田分公司开发公司，新疆 克拉玛依 834000；

3.新疆石油工程建设监理有限责任公司，新疆 克拉玛依 834000；4.中国石油西部钻探钻井工程技术研究院，新疆 克拉玛依 834000）

近年来，为应对低油价形势下的规模效益开发，新疆油田玛湖区块迫切需要进一步增加水平段长度，以提高水平井单井产量。因此，新疆油田在玛湖区块MaHW1325水平井上开展了2000 m长水平段的钻井试验。针对该井超长水平段钻井所面临的钻压传递困难、井眼清洁困难、井壁稳定难度大、钻井提速难度大、固井完井难度大等突出问题，通过优化井眼剖面、加装旋转导向工具、优选钻头、采用类油基钻井液体系和韧性水泥浆体系等多项技术对策，有效实现了水平段的顺利延伸和钻井提速目标。MaHW1325水平井完钻时水平段长达2000 m，创下了新疆油田水平井钻井水平段长度的新纪录。

超长水平段；摩阻；扭矩；旋转导向工具；类油基钻井液；固井完井

0 引言

玛湖油田位于新疆维吾尔自治区和布克赛尔蒙古自治县境内，区域构造上位于准噶尔盆地中央坳陷玛湖凹陷西斜坡区。2010—2013年在玛13井、玛131井、玛18井获得重大油气发现，储量接替中心由此转移到玛湖区块。玛湖区块百口泉组属非常规油气范畴，前期地质研究成果表明，当本区水平段长度增加到2000 m左右及后续应用多级体积压裂技术［1］，有助于实现规模效益开发的目标。

因此，新疆油田在玛湖区块MaHW1325水平井上开展了2000 m长水平段的钻井试验，目的层为三叠系百口泉组，地层自上而下依次钻遇白垩系吐谷鲁群组、侏罗系（齐古组、头屯河组、西山窑组、三工河组、八道湾组）、三叠系（白碱滩组、克上组、克下组、百口泉组）。MaHW1325井采用三开次井身结构，其中三开水平段用φ165.1mm钻头钻至井深5483 m，完钻后下入φ127.0mm油层套管固井，后期分段压裂。

1 水平段钻井技术难点

1）钻压传递困难。由于水平段长，水平段控制点多，导致井眼轨迹复杂，使得井内管柱与井壁的摩阻和扭矩大幅度增加，钻柱发生屈曲变形；一旦超过钻柱螺旋临界屈曲力，钻柱自锁导致无法有效传递钻压，最终导致水平段延伸钻进困难［2］。

2）井眼清洁困难。由于岩屑在水平井内滞留时间长，岩屑易沉积在井眼低边，形成岩屑床，岩屑床的存在会造成钻具阻卡频繁及增大钻井摩阻。为满足长水平段小井眼的井眼清洁要求，排量与泵压的选择成为较突出的矛盾［3］。

3）井壁稳定难度大［4］。水平段均在百口泉组中穿行，但由于百口泉组存在泥岩夹层，而泥岩段容易剥落掉块；同时，长水平段钻井施工周期长，地层浸泡时间长，受井壁坍塌周期的影响，井壁失稳的风险进一步加大。

4）钻井提速难度大。百口泉组岩性差异大、岩性致密、含砾石且研磨性强，地层可钻性差，给优选钻头和特殊工具提速带来了一定难度；同时，φ165.1mm井眼长水平段钻井为新疆油田首次实施，缺乏配套的提速措施和经验。

5）固井完井难度大。由于水平段长，扶正器下入数量保证套管居中度与套管串能否安全下入二者之间的矛盾突出；固井施工循环压耗大，泵压高，且易发生井漏；封固段后期要进行多级体积压裂施工作业，对水泥石的强度、韧性要求很高。

2 技术对策

2.1 井眼剖面优化

重点从井眼轨道设计入手，设计出摩阻和扭矩较小的井眼轨道以确保长水平段定向施工，尤其是作业难度大的滑动钻井工况［5-6］。

2.1.1 选择靶前位移和造斜率

在玛湖区块前期1000 m以内水平段的水平井钻井施工经验基础上，针对MaHW1325井2000 m长水平段施工进行了轨道优化。

考虑到钻井时PowerDrive X6旋转导向工具的实际造斜能力，兼顾减小摩阻、扭矩等因素，最终将轨道的靶前位移定为300 m，造斜率定为5.500～6.000（°）/ 30 m；同时，优选三开造斜点位置，将造斜点下移至三叠系克上组上部（2962 m），既可避开白碱滩组底部压力过渡带地层，又有利于提高造斜段的机械钻速及减少复杂情况的发生。

2.1.2 优选井眼轨道类型

由于水平段钻遇的百口泉组储层非均质性强，靶窗垂深精确预测和入地质靶窗均困难，同时考虑到定向仪器误差等因素，将本井井眼轨道优化为“直—增—稳—增—水平”剖面［7］。井眼轨道设计见表1。

表1 水平井井眼轨道设计

2.1.3 地质预测本区最大主应力方向

偶极声波、成像测井显示人工裂缝走向90°～105°，微地震波检测人工裂缝走向96°～104°。据此，为保障井壁稳定及有效开发油藏有利区，确定钻井方位应垂直于最大水平主应力方向，选取为180°。

2.2 水平段延伸技术

2.2.1 水平段延伸能力

钻具组合：φ165.1mm钻头+φ120.65mm LWD+ φ101.6mm无磁承压钻杆1根+φ101.6mm斜坡加重钻杆3根+φ101.6mm斜坡钻杆2000 m+φ101.6mm斜坡加重钻杆（880 m）+φ101.6mm钻杆。取套管内摩阻因数0.2，裸眼摩阻因数0.3。依据上述条件，计算钻具屈曲结果（见图1）。

图1 钻具截面载荷分析

从图1可以看出：当钻具组合中不加装特殊减摩降阻工具时，2000 m长水平段在滑动钻进时会有300～450 m的屈曲变形段，从而导致水平段钻进时钻具会有较严重的托压现象。因此，为实现2000 m长水平段的顺利延伸，有必要在钻具组合中加装能减少钻具托压的特殊工具，解决长水平段钻压传递问题。

2.2.2 旋转导向工具

不带旋转导向工具时，滑动钻进是滑动摩擦；而带旋转导向工具后均变为滚动摩擦，钻具与井壁的摩擦力会大幅度降低，有利于顺利延伸水平段［8］。因此，要求在水平段全程使用斯伦贝谢公司PowerDrive X6旋转导向工具，用以减摩降阻、防止托压、精确控制轨迹及提高油层钻遇率等。

和普通导向工具相比，PowerDrive X6旋转导向工具在滑动钻进时，一直处于旋转状态，因此可减少钻具与井壁接触，有利于防止阻卡、提速及随时调整轨迹；同时，它具有保持倾角的功能，在近钻头部位安装的三组合式随钻测量传感器可准确获得井斜角和方位角数据，大幅度提高精确度，使得井眼轨迹更加平滑。

此外，该工具具有PeriScope HD探边功能，采用实时伽马测量和井眼成像组件，快速实时采集地层倾角或储层边界信息，实时调整井眼轨迹，保障在油层中钻进，最大限度提高油层钻遇率。

2.3 水力学参数优化

随着水平段逐渐延伸，循环压耗不断增加，极易出现井漏等复杂情况。依据井眼尺寸、钻井液性能、喷嘴直径等条件，同时考虑到本井钻机机泵能力（不超过25MPa）［9］，计算泵压、排量、上返速度的关系，进行水力学参数优选（见表2，其中喷嘴设计个数为5）。

表2 水平段水力学参数设计

2.4 水平段钻头优选

岩石力学特性表明，水平段百口泉组可钻性级值为5～7，属中硬地层，并含有多套泥岩、粉砂岩、砂砾岩等。不同岩性胶结面较多，均质性差，纵向上地层强度及硬度变化幅度较大，导致钻头选型困难。因此，三开水平段设计使用Smith公司高性能的5刀翼16mm切削齿PDC钻头（MDi516，Mi516）和6刀翼13mm切削齿PDC钻头（MSi613）。上述钻头在钻压增加、中硬地层和地层软硬交界的情况下，钻进中能够保持切削齿平滑切削，防止钻头扭矩剧烈变化而造成损坏，比较适合本区水平段百口泉组的钻进。

2.5 钻井液体系优化

三开斜井段钻遇克拉玛依组，水平段钻遇百口泉组。其中百口泉组储层主要岩性为灰色、褐灰色砂砾岩、含砾泥质粉砂岩、泥质粉砂岩，夹灰褐色、褐色泥岩及砂质泥岩。其中所含泥岩段稳定性差，易坍塌［10］。

本井三开水平段钻进设计类油基钻井液体系。该体系将油基钻井液和水基钻井液的优点融为一体，以多元化抑制为基础，防止泥页岩水化膨胀、分散和坍塌，具有强抑制的特点，可解决井壁稳定难、钻具摩阻大、携岩效率低、润滑防卡难、储层保护难、环境保护压力大等诸多难题［11］。钻井液性能参数见表3。在钻进过程中，应利用MEES-FIL-305控制钻井液滤失量；利用MEES-VIS-500、MEES-FIL-401调节钻井液流变性；利用MEES-HIB-100，MEES-HIB-1080，KCl等保证钻井液强抑制性；利用NDFT-253等增强钻井液润滑性。

表3 钻井液性能设计

2.6 超长水平段固完井技术

为保证水平段φ165.1mm井眼顺利下入φ127.0mm油层套管，电测后分别采用原钻具加双扶正器、三扶正器通井，通井时准确记录钻具上提、下放时的大钩载荷及变化，以确定下套管的摩阻（见图2）。

为保障油层套管顺利下到井底，要求使用整体式弹性扶正器，其中水平段、造斜段每1根套管1只，直井段每3根套管1只，以保证套管居中度。此外，通井起钻前应注入防卡钻井液封闭垫底，保证下套管作业顺利。水平段优选出双凝双密度韧性水泥浆体系进行单级有控固井，体系性能见表4。该水泥浆体系具有抗冲击性能好、适应范围广、相容性好、工艺简单等特点。

图2 下套管过程中大钩载荷与摩阻变化

表4 韧性水泥浆体系性能

3 现场施工

通过落实上述技术措施，MaHW1325水平井已顺利完钻，完钻井深5483m，钻井周期87.46d，水平段长度为2000 m，创下新疆油田水平井钻井水平段长度的新纪录。

水平段应用旋转导向工具控制井眼轨迹和延伸钻进，送钻加压顺利，减摩降阻效果突出，无托压现象，定向效果好，提速明显，油层钻遇率高达96%，有效实现了地质目标。

水平段使用MDi516，MSi613，Mi516钻头提速明显（见表5，其中MDi516在3483 m进入水平段），平均机械钻速高达5.27 m/h，单只钻头最长进尺601 m，纯钻时间达122.42 h，创下玛湖区块水平段钻头的最好进尺纪录。

表5 水平段钻头使用情况

水平段使用新型类油基钻井液体系，在钻进过程中无坍塌掉块、无阻卡；返砂正常，起下钻开泵顺利；摩阻因数控制在0.05以内，无黏卡现象；完井电测一次成功。

完井时φ127.0mm油层套管顺利下入井底，双凝双密度（1.50+1.84 g/cm3）韧性水泥浆成功返至克拉玛依组顶界以上100 m（井深2400 m），水泥浆浆柱长达3083 m，水泥浆顶替完成后成功碰压30MPa，固井测声幅质量优异，且后期多级体积压裂施工顺利。

4 结论

1）在水平段使用旋转导向工具后，减摩降阻效果明显，钻具无托压现象，提速明显，油层钻遇率高达96%，因此建议在玛湖区块水平井钻井中推广应用旋转导向工具。

2）类油基钻井液体系在水平段钻井过程中实际应用效果良好，可有效保障井壁稳定；润滑性能优异，能减少钻具托压；能有效预防井漏，实现良好储层保护和清洁环境。

3）由于完井套管下入间隙小，采取加双扶正器、三扶正器模拟通井、使用整体式弹性扶正器、通井起钻前注入防卡钻井液封闭垫底等措施，确保套管的顺利下入。水平段利用双凝双密度韧性水泥浆体系固井，固井质量优异，且完全满足后期多级体积压裂的需求。

［1］秦钰铭.大牛地气田盒1储层长水平段压裂工艺技术研究与应用［J］.断块油气田，2015，22（5）：673-676.

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（编辑 赵卫红）

Drilling technology of 2km-long horizontal section in Mahu Block,Xinjiang Oilfield

YU Yangfei1，2,YANG Guang3,CHEN Tao4,KE Xue4,YANG Zhaoliang4,WANG Chao4
(1.Petroleum Engineering College,Yangtze University,Wuhan 430100,China;2.Development Company,Xinjiang Oilfield Company, PetroChina,Karamay 834000,China;3.Xinjiang Petroleum Engineering Construction Supervision Co.Ltd.,Kalamay 834000, China;4.Drilling Research Institute of CNPC Xibu Driling Engineering Company Limited,Karamay 834000,China)

In response to the scale development under lower oil prices in recent years,Mahu District in Xinjiang Oilfield is in an urgent need of lengthening horizontal section to increase the product of a single horizontal well.Therefore,Xinjiang Oilfield has launched an extra-long drilling test of 2km for MaHW1325 horizontal well.To address the prominent problems in the extra-long horizontal section of the drilling such as,difficulties in the transmission of the bit pressure,borehole cleaning,high risk of wellbore instability,low drillability,and huge difficulties in well completion and cementing,well drilling program effectively realized the smooth extension and speeding up of the drilling by optimizing the borehole section,installing the rotating guide tools,selecting good drill bits,adopting fluid system and cement slurry system as well as strict engineering supporting measures.The horizontal section of MaHW1325 horizontal well reaches 2km,which is a new record of horizontal section length of horizontal well in Xinjiang Oilfield.

extra-long horizontal section;friction;torque;rotary steering tool;analogous oil-based drilling fluid system;completion and cementing.

TE243

A

10.6056/dkyqt201705029

2017-02-18；改回日期：2017-07-04。

于洋飞，男，1983年生，工程师，在职研究生，主要从事钻井生产管理工作。E-mail：785112572@qq.com。

于洋飞，杨光，陈涛，等.新疆玛湖区块2000 m长水平段水平井钻井技术［J］.断块油气田，2017，24（5）：727-730.

YU Yangfei，YANG Guang，CHEN Tao，et al.Drilling technology of 2km-long horizontal section in Mahu Block，Xinjiang Oilfield［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2017，24（5）：727-730.