复杂地层水平段井眼轨迹控制难点分析与施工对策

薛友强

摘 要：水平段井眼轨迹控制难点主要是设计造斜井段和稳斜井段。随着油田勘探开发的深入，动用储量逐步转向深层、复杂断层、零散富集区发展，开发难度越来越大，水平井和定向井技术随之快速发展。本文探讨了水平井现场施工中井身剖面、井斜调整、靶点设置、摩阻、粘卡以及地层保护等关键技术。通过严格优选钻进参数、合理的采用复合钻进，频繁的短起下作业以及对钻井液性能的及时调整和维护，实现了提高钻井速度，减少成本，提高了钻井效益的目的。

关键词：水平井； 钻进参数；井身剖面 ；对策

前 言

随着油田勘探开发的深入，动用储量逐步转向深层、复杂断层、零散富集区发展，开发难度越来越大，水平井和定向井技术随之快速发展。依据垂直剖面图也可以定义为水平位移大于或等于垂深两倍的水平井或定向井。水平井与直井对比具有明显优势。一是开发复杂断块油藏，可以钻遇多个目的层，钻遇厚度远远大于直井，节约了钻井成本和布井数量；二是开发海上油田，尤其是近海油田，优势更为明显，节约大量投资和海底设备；三是可以不过多受环保要求限制，有效控制地下储量。

1水平井常规技术

1.1井眼轨迹

水平段井眼轨迹控制难点主要是设计造斜井段和稳斜井段。水平段轨迹的控制直接影响了水平段合理位置。水平段延伸，造成导向工具钻压难以传递，摩阻增加，轨迹控制难度加大，加上钻遇岩层的复杂性，轨迹控制难度更大。一般采取措施有（1）优化钻具组合。优选“钻头+ 单弯螺杆动力钻具+ 欠尺寸扶正器+ 无磁钻具+MWD”的单弯柔性倒装钻具组合，有助于加压、造斜和井眼轨迹控制。（2）摩阻扭矩计算，采取软件计算调整钻进参数。（3）造斜点的选择。选取岩层稳定、储层发育相对较好，容易实现快速造斜。造斜井段采取圆弧形，减少摩阻扭矩。（4）随钻随测。利用MWD 随时监测井眼轨迹，实时监控底部钻具组合与地层岩性的关系，调整滑动钻进与复合钻进的时间和比例，控制井眼轨迹。

1.2井身剖面

大位移井井身剖面不能超过钻柱扭矩最大值，能尽量增大延伸距离，降低摩阻和扭矩，减少套管磨损，改进管材和钻柱组合、测量下入能力。井身剖面设计有三种类型：（1）悬链线剖面。特点是钻柱与井壁间的接触力等于0，低扭矩。缺点是井身剖面壁井眼轨道长，需要修正井身剖面。（2）增斜-稳斜剖面。井身剖面造斜率较低（<2°/30m），采取大功率顶部驱动装置，配套重钻柱结构才能达到目的层。（3）下部井段造斜剖面。造斜点比较深，可以降低扭矩和套管磨损，使用低功率顶部装置和轻钻柱可以完成。

1.3钻头要求

大位移井钻头必须具有轴承使用周期长，良好的保径能力、掌背耐磨损和密封高温下不容易失效。大位移井一般采取复合钻井技术，设计实际转速200r/min以上，钻具组合在钻头围绕轴线旋转的同时，类似做行星运动，使用用1.5°单弯螺杆，钻头牙掌和偏磨牙轮损坏严重，一般常用1°、1.25°两个级别的单弯螺杆。影响钻头造斜重要的参数是弯角和弯矩，同时影响钻头的受力，弯角偏移过大，侧向振动较大，损坏井眼尺寸扩大和螺杆钻具。钻头每转动一周，就会打乱齿圈的破碎环带，井底破碎出现不均匀和不充分，容易磨穿牙轮齿槽较薄的壳体部位，导致钻头失效。复合钻具在做行星运动的同时，钻具偏向下井壁形成环空，发生岩屑床堆积和滑移，造成钻头背锥、齿圈轮体和掌背磨损、冲蚀而减小钻速。在水平段和斜井段，钻头在钻具自重作用下，造成井壁侧压增大，增加侧切作用后，在大井斜的环境下，產生摩擦热导致密封失效；由钻头的受力情况可知，钻头受到井壁较大支撑力，牙轮出现偏转，造成牙轮与牙掌的间隙过大，泥浆中的固体成分进入密封空间划伤密封圈，密封失效。再就是牙轮偏转造成牙轮与牙掌轴颈的摩擦由面摩擦变为线摩擦，油膜损坏，轴承失效。

2 应用实例

油田某井井口方位 1° 距离156m，位于济阳坳陷东营凹陷鼻状构造带断块，设计井斜深3460.43 m，垂深2833m。实际完钻斜深3420.00m，垂深2841.47 m，水平段长289.01m，水平位移750.87 m。井深结构：一开：Φ444.5 mm*404 m 表层套管：Φ339.7 mm×401.64m.二开：Φ215.9 mm×3420.00 m 油层套管（含筛管）：Φ139.7 mm×3388.11m

3 施工难点

定向段造斜率要求高且井眼扩大率小，滑动钻进拖压严重；该井设计油层2.5m，实际钻进时A靶油层仅为92cm，为寻找油层，反复调整井斜（甲方做出6次调整井斜），造成井眼曲率增大，送钻困难；斜井段岩屑床堆积，造成携砂困难；托压时上提下放活动钻具，造斜率偏低，井斜稍有滞后，增加滑动钻进增斜，难以保证井眼轨迹圆滑；水平井水平段存在的共性问题，一是摩阻增大，二是粘卡，长时间静止很容易粘卡；裸眼段长，地层复杂，“上糊下掉”现象突出。在水平段施工中，首先要严格控制失水，同时在保护油气层的前提下，合理控制钻井液密度，防止井壁掉块大量产生。

4施工问题处理

4.1 首先送钻，水平井施工中，一般采用的是“切菜式”送钻，少送勤送，一次送钻一小截，送钻时，观察好灵敏针，送钻不增钻压，保持持续送钻，同时观察工具面变化，保证好定向所需要的工具面。

4.2 脱压造成的后果是滑动送钻钻压只增不回，同时工具面不发生变化，本井解决措施上提出一个单根，滑动钻进到井底，脱压严重，需要复合钻划眼修复井眼。

4.3 更换钻具组合，容易造成定向困难，尤其是下入地质导向仪器，因为钻具的刚度和柔性发生变化。需要划眼来调整，计算好井深，甩掉2-3个单根，开泵划至井底，多划几遍能保证好划眼效果，在井斜角大于60°之后，需要采用倒置钻具组合，把加重钻杆放在井斜角较小井段或直井段。

4.4为保证井眼曲率圆滑，必须减少滑动钻进的次数和井深，尽量保持复合钻，在增斜段，不能大段滑动钻进，每个单根采用滑动钻+复合钻结合，在岩性软，钻时较快的井段，适当的滑动钻进增井斜，这样节约定向消耗的大量时间。同时结合设计，在前期施工中，欠井斜施工，避免在后期复合钻增井斜太快，还需要滑动钻进回扣井斜，影响钻井进度。同样在水平段施工中，本井采用单弯后+扩大器的稳斜钻具组合，减少了滑动钻进，增加复合钻，保证了井眼圆滑。

4.5 定期搞好短起下，本井井斜大于45°后每300米左右短起下一次，进入水平段每100-150米左右短起下一次，以破坏岩屑床并将岩屑带出。接单根每打完一个单根，划2遍井眼后方可测斜，提泵上提摩阻还是很大，继续划，直到上提没有问题，才能接单根。

参考文献：

[1]朱全塔. 孤平1 井超长水平段水平井钻井技术[J].石油钻探技术，2016，33（6）：68-71.