永3-侧平1深层小井眼侧钻水平井钻井技术

唐洪林 孙荣华

摘  要：永3-侧平1井是利用老井永3井实施开窗侧钻的水平井，该井存在储层埋藏深、侧钻点深、井底温度高、轨迹控制难度大、井壁易失稳等钻井技术难题，通过综合应用侧钻水平井轨道设计技术、合成基钻井液技术、开窗侧钻技术、优选抗高温仪器、侧钻水平井轨迹控制技术，顺利完成了深井小井眼侧钻水平井施工，完钻井深6111m，水平段长402.13m，为利用老井侧钻水平井动用深层低渗透油藏有效开发提供新的技术手段。

关键词：永进油田;深层水平井;侧钻;井眼轨道优化设计;轨迹控制

中图分类号：TE245         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）06-0147-03

永進油田位于新疆准噶尔盆地腹部准中3区块，构造位置位于准噶尔盆地中央坳陷昌吉凹陷西段车莫低凸起的南翼[1]，总面积4742km2。自上而下为上第三系、下第三系、白垩系、侏罗系。钻探的主要目的层为侏罗系西山窑组、三工河组。本井目的层为侏罗系西山窑组，地层压力系数1.69，属于超深层、超低渗、高压异常油藏。

自2013年开始，先后完成了永1、永6、永1-平1井等8口井的施工。其中永1-平1井实际钻井周期871.17d，复杂时间1183h，出现了井壁失稳、卡钻等复杂情况。导致钻井周期长，成本高。为了进一步探索用侧钻水平井动用永进油田深层低渗透油藏有效开发，特设计并施工了永3-侧平1井。

1 井身结构

永3-侧平1井利用老井永3井进行开窗侧钻，根据本井的地层压力预测分析、后期工艺和保护油气层的需要，本井设计使用以下井身结构，见表1。

2 深层侧钻水平井技术难点

（1）侧钻点深，单增剖面高造斜率设计，轨迹控制精度要求高[2-4]，一旦导向钻具造斜率不稳定，易引发井眼轨迹失控事故。

（2）井壁稳定问题突出，可能导致复杂情况发生。永3井直井施工过程中，自吐谷鲁群就陆续出现了井壁失稳的问题，并多次导致卡钻等复杂情况的发生，目前侧钻井施工地层清水河组和西山窑组地层同样存在较为严重的井壁失稳问题。

（3）钻井液密度高，循环压耗大，水力参数优化空间有限。排量低，环空返速低，裸眼段井眼清洁度低，摩阻扭矩增加快，井底风险高。

（4）井底温度高，对工具和仪器的耐温性要求高[5]。预计井底温度约为135.4℃，增加了仪器和螺杆钻具故障概率。

3 深层侧钻水平井技术

3.1 侧钻轨道剖面优化设计

（1）侧钻点优选[6，7]

选择地层相对稳定、井眼相对规则井段，新井眼处于一套压力系统内，侧钻点考虑避开套管接箍，优选造斜点为5355m。

（2）设计方位的优化设计

根据地应力研究结论，最大水平主应力近似南北方向，方位0°、180°最有利于安全钻进，同时考虑储层砂体的展布特征，确定钻井方位为60°。

（3）轨道优化设计[8]

结合永3井直井段测井资料，5410～5460m井段井径扩大率较大，井径不规则，为了保证该井段的安全施工，轨道剖面设计为双增剖面，该井段优化狗腿度为5.85°/30m，下部井段5460～5714.65m（A靶点）狗腿度为9.18°/30m。优化后的井眼轨道参数如表2。

3.2 合成基钻井液技术

在对地层井壁失稳机理认识的基础上，研发了高密度“低粘度”全合成基钻井液体系，适合永进油田钻井需求。（表3）

3.3 开窗侧钻工具优选

本井采用斜向器+铣锥开窗方式。选用的斜向器如表4。同时，选用配套的Φ150mm铣锥。

3.4 螺杆及随钻测量工具优选

针对深层水平井，综合考虑工具井下工作时间长、造斜率适中、可靠性高三方面因素，永3-侧平1井增斜段优选弯角1.75°和1.5°螺杆、水平段采用弯角1.25°螺杆;定向随钻测量仪器优选胜利钻井院研制的HT-MWD随钻测量仪，工作温度-25～175℃。

3.5 开窗侧钻及轨迹控制技术

3.5.1 开窗侧钻技术

（1）斜向器坐挂施工[8]

钻具组合：Φ147mm斜向器×4.85m+Φ120mm定向接头+Φ88.9mm加重钻杆+Φ120mm转换接头+Φ101.6mm钻杆

2018年3月20日3：00下钻至井深5353m，开始准备陀螺测量斜向器工具面，斜向器斜面坐挂井深5355～5357.60m，坐挂完成后起钻，于03月21日3：00起钻完。

（2）磨铣套管施工

钻具组合：Φ150mm铣锥+Φ120mm钻铤+Φ120mm回压凡尔+Φ88.9mm加重钻杆+Φ120mm转换接头+Φ101.6mm钻杆

施工井段：5355.00～5363.00m。钻进参数：钻压0.5-40kN，转速：30-60rpmim，排量14L/s。钻井液参数：密度1.81g/cm3，粘度74s。

2018年3月27日3：00下钻至斜向器顶端5355m，开始磨铣套管作业，磨铣至井深5363m进行修窗作业。

（3）修窗作业

从开窗点到出窗位置要进行3次左右修窗;修窗时，钻压控制在20kN以内，转速90～120r/min，送钻均匀、平稳;铣锥进出窗不憋不挂时，修窗结束。

3.5.2 井眼轨迹控制技术

（1）斜井段井眼轨迹控制技术（5363～5737m）

钻具组合：Φ149.2mm钻头+Φ120mm1.75°/1.5°螺杆（无扶）+Φ120mm回压凡尔+Φ120mmMWD座键接头+Φ88.9mm无磁承压钻杆+Φ120mm无磁短节+Φ120mm转换接头+Φ101.6mm钻杆

钻进参数：钻压40～80kN，复合钻转速40r/m，排量：10L/s，泵压29MPa。钻井液参数：密度1.88～1.90g/cm3，粘度75～85s。

主要技术措施：井眼轨迹前期由于设计狗腿度低，下入1.5°螺杆钻具，滑动钻井狗腿度能达到9°/30m，采用滑动复合相结合的方法。后期井段，下入1.75°螺杆钻具，定向井段狗腿度能达到12°/30m，井斜由4°增至87.3°，根据地质要求，进入水平段钻进。

（2）水平段井眼轨迹控制技术

钻具组合：Φ149.2mm钻头+Φ120mm1.25°/1.5°螺杆（无扶）+Φ120mm回压凡尔+Φ120mmMWD座键接头+Φ88.9mm无磁承压钻杆+Φ120mm无磁短节+Φ120mm转换接头+Φ101.6mm钻杆

钻进参数：钻压40～60kN，复合钻转速，40r/m排量：12L/s，泵压36～38MPa。钻井液参数：密度1.88～1.95g/cm3，粘度90～150s。

主要技术措施：水平段主要以稳斜为目标，实钻中，实时根据地质导向随钻测量数据和录井岩屑、气测值等综合解释，调整井眼轨迹，保证其在油层中的最大钻遇率。

4 现场应用效果

（1）完钻井深：6111.00m，垂深：5596.41m;水平位移：641.52m，水平段长：402.13m。

（2）钻井周期171.25d，处理复杂情况时间18小时，复杂时效0.44%，永1-平1井复杂时间1183h，比永1-平1井复杂时效缩短1165h，缩短98.5%。

5 结论与建议

（1）永3-侧平1井顺利实施，充分证明了利用侧钻水平井钻井技术可动用深层低渗透油藏难动用储量，为永进油田后续勘探开发奠定了坚实的技术基础。

（2）通过综合应用侧钻轨道剖面优化设计技术、优选钻具组合、开窗工具和随钻测量仪器、合成基钻井液体系、井眼轨迹控制技术等系列技术，较为成功的完成了该井的钻探目标。

（3）本井采用合成基钻井液体系施工，减少了因滤液作用造成地层水敏性矿物水化膨胀产生掉块;通过处理剂加量控制、流变性控制和固控设备的合理使用，实现了井壁稳定和润滑防塌的作用，保证了该井的顺利实施。

（4）本井平均机械钻速为0.34m/h，今后应不断开展提高破岩效率方面的研究，配套相关高效率破岩工具和配套工艺技术，实现安全、高效钻井。

参考文献：

[1]韩立国，吕国俭.永进地区地应力与地层坍塌研究[J].钻采工艺，2010，33（4）：128-130.

[2]李亚南，于占淼，晁文学，等.顺北评2H超深小井眼侧钻水平井技术[J].石油钻采工艺，2018，40（2）：169-173.

[3]王剑波，胡大梁.元坝12-1H超深井开窗侧钻技术[J].石油钻采工艺，2015，37（6）：9-12.

[4]马朝俊，王鸿新，范学礼，等.塔河油田超深井小井眼短半径侧钻水平井钻井技术[J].石油地质与工程，2007，21（1）：66-68.

[5]唐志军，周金柱，赵洪山，等.元坝气田超深水平井随钻测量与控制技术[J].石油钻采工艺，2015，37（2）：54-57

[6]刘彪，潘丽娟，张俊，等.顺北区块超深小井眼水平井优快钻井技术[J].石油钻探技术，2016，44（6）：11-16

[7]燕金友，张克键，董士同.深井小井眼短半径水平井钻井技术[J].石油钻探技术，2006，34（4）：34-37

[8]胥豪，闫振来，汪海波.小井眼超深短半径水平井钻井技術在塔河油田的应用[J].石油地质与工程，2006，34（4）：34-37.