西江24-3-A22大位移水平井钻井技术研究

王 瑜，黄守国 (长江大学石油工程学院，湖北 荆州 434023)

西江24-3-A22大位移水平井钻井技术研究

王 瑜，黄守国 (长江大学石油工程学院，湖北 荆州 434023)

西江24-3-A22井采用的是康菲南海组织的大位移水平井钻井技术，借鉴了北海英国石油公司大位移水平井的成功经验，结合西江油田自身的特点，形成并发展了适合于西江油田的大位移水平井钻井技术，同时也为整个南海的后续开发大位移水平井积累了宝贵的经验。研究和总结了西江24-3-A22大位移水平井钻井关键技术，为后续的大位移井作业提供了经验和参考，也为我国海上和陆上油田成功应用大位移水平井钻井技术提供了必要的依据和借鉴。

西江24-3-A22；大位移水平井；钻井技术；深海钻井

大位移水平井钻井技术在边际油田的开发特别是海洋石油开发中，具有非常重要的地位。有效地利用海上现有的生产设备、装置，充分运用大位移水平井钻井技术，可以十分有效地对周边油田实施开发，可以节省昂贵的海上油田开发费用，同时为有效地开发一些小的断块油田、边际油田开辟了一条崭新的道路，具有极为广阔的应用前景[1-3]。

西江24-3油田是1个卫星油田，位于南中国海海域西江24-1的合同区块。该地区区域地质构造的形成是中生代裂谷作用和南海海底扩张的结果。在断裂阶段形成了一系列地垒和地堑，随后的张性运动形成了珠江口盆地。其中的珠一坳陷是珠江口盆地3个坳陷之一。盆地由后期的古新世、始新世及早渐新世的河流及湖泊相沉积物充填，随后的三角洲冲积及海相沉积物的快速充填，使得该盆地包括有河流平原、滨海相、浅水相、三角洲及半深海沉积物等多相沉积。

西江24-3-A22井钻遇地层以砂泥岩为主，砂泥岩互层多，井壁坍塌主要发生在泥岩井段。并且由于砂岩地层孔隙度高，若钻井液性能不好，容易在砂岩井段形成虚泥饼，造成起下钻阻卡。

西江24-3-A22井完钻垂深为2830m，完钻井深为9268m，水平段井斜角92°，采用三层井身结构：一开，∅444.5mm钻头钻探1700.00m，∅339.7mm套管下深1247.00m；二开，∅311.1mm钻头钻探6500.00m，∅244.5mm套管下深6495.00m；三开，∅215.9mm钻头钻探9268.00m，∅177.8mm套管下深9265.00m。

1 钻井技术难点

1.1井眼净化及井壁稳定性

钻井过程中，钻柱受力状况易导致井眼呈椭圆形状，井眼轨迹控制难度较大，浅层岩性疏松，易形成不规则井段和“葫芦”井眼以及“岩屑床”[4]。由于携砂需要，泥浆的粘度较高，井壁也将会有较厚的泥饼，在固井中难于清除，井眼的净化比普通井困难得多。储层裸露段长，孔隙度大、渗透率高，并且由于大井斜、长井段下突出的重力效应，钻杆偏心严重，岩屑极易在大斜度井段和水平井段形成岩屑沉积床，造成井壁不稳定，形成键槽、粘附卡钻事故等。

1.2摩阻与扭矩

由于稳斜段长、井斜角大，重力效应突出，上提、下放钻具的阻力增加，钻进加压困难，钻柱摩擦阻力大、扭矩大，下部钻具易屈曲，传递扭矩困难。另外由于钻具的滑动和转动，岩屑被反复碾碎，颗粒变细，造成钻井液固相含量升高，从而导致钻速下降，起下钻抽吸压力升高，也会导致摩阻、扭矩的急剧增加。

1.3下套管及固井

套管居中难，顶替效率不高，并且水泥浆在胶结过程中析出自由水，自由水极易聚集在井眼上侧形成连续的水槽或水带，影响固井质量。由于这口井水泥封固段长，使用的是油基钻井液，固井时需大量的水泥浆来充填环空，对混浆设备提出了高要求，另外油基钻井液对水泥胶结强度影响较大，这就要求水泥浆要具有优良的性能。

2 实钻过程中的主要技术措施

2.1水力分析及井眼净化

增加钻杆转数，环空岩屑床高度明显降低，计算表明，转速从0r/min增加到150r/min，环空岩屑床高度约降低一半，因此，钻杆转速是井眼净化的有效和主要控制手段，应尽可能旋转钻杆，破坏岩屑床。

另外一种方法就是采取一定的措施控制环空井眼净化程度，也就是控制环空岩屑床高度。倒划眼、短起下钻和使用清扫液等洗井措施根据其操作程度大小可以视为不同程度的洗井操作[5]。

根据现有泵的能力，而且为了控制当量循环密度(ECD)，在保证岩屑有最小的环空返速基础上，排量不能太高。增加钻杆转数，经常保持在130r/min以上，以提高井眼净化能力。另外，在实际作业中，加强洗井时间。每钻完一柱，以钻井时的排量和转数划眼和倒划眼2次，钻完600～800m，就充分循环井眼，一般循环2周时间。

表井段水力参数

二开井段从1700m钻到6500m，井斜角82.82°，稳斜段很长，是这口井的难点，表1是二开井段各段的钻井参数。

另外使用铝合金钻杆，井眼净化效果很好。铝合金钻杆比普通钢钻杆轻2倍，减小了钻柱和裸眼井壁之间的摩擦力，从而减小了扭矩和摩擦力，抗疲劳和腐蚀。使用铝合金钻杆后，ECD可以降低0.12g/cm3，提高了井眼净化能力。

2.2井壁稳定性分析

井壁稳定性并非完全由井内受力和变形所主导，西江油田区块地层以泥页岩为主，泥页岩吸水膨胀后会影响岩石的强度和泊松比，从而影响井壁的稳定性。西江24-3-A22井采用的是油基泥浆钻井液，有效地抑制了泥页岩的水化，而且和水基钻井液相比，摩阻和扭矩都能得到有效地减小。

西江24-3-A22井井段长，无论是下放钻具和上提钻具，波动压力都随钻具运动速度增加而增加，同时，泥浆静切力带来的波动压力仍然很大，增加约0.045g/cm3，尤其在下套管时波动压力很大，因此下套管前必须首先破坏泥浆静切力，然后严格控制下套管速度，或者采取有效措施减小波动压力，以避免井壁不稳定问题。

2.3摩阻与扭矩控制

1)优选井身剖面 采用拟悬链线设计的井眼轨迹，能够有效地减少摩阻扭矩，改善钻柱的受力情况。拟悬链线轨迹的增斜段是井眼曲率逐渐变化的渐进线，而常轨的稳斜段是固定的井眼曲率。但在实际钻井过程中要精确控制轨迹，对工具的要求比较高，还有地层的影响，要随时调整导向工具的参数。

2)使用油基钻井液 油基泥浆相对于水基，金属对金属的摩擦系数可以降低20%～40%。高油水比的油基钻井液，金属对金属的摩擦系数和金属对砂岩的摩擦系数比低油水比的钻井液要低。另外油基泥浆能有效地抑制泥岩的水化，保证了井壁稳定。

图1 LoTAD减阻工具

3)应用减阻工具 减阻工具主要是通过减少金属与金属的接触面积，把滑动摩擦变为滚动摩擦，来达到减少摩阻和扭矩的目的。图1为Weatherford公司的减少摩阻扭矩工具(LoTAD)，由本体、滚珠、轴承套组成，可直接接在钻杆上，是一种不依赖于钻井液的机械摩擦减少系统，靠上面的滚珠接触套管壁，减小摩擦面。LoTAD主要用于大位移水平井，减少扭矩、摩阻、套管磨损、工具接头磨损和压差卡钻，同时也提高定向控制、机械钻速和井眼净化。

4)旋转导向钻井系统 旋转导向钻井方式相比滑动钻井，使钻柱与套管或井壁之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，减小了摩阻系数，降低了摩阻和扭矩。表2是西江24-3 -A22井的钻具组合。

表2 西江24-3 -A22井常规的井下钻具组合

2.4减少套管磨损

总结已钻井的经验，尽量控制好井眼轨迹和最大限度地减少井下复杂事故与故障，控制好井眼净化程度，使套管段的摩阻系数保持在较低水平，这将会使套管的磨损状况大为改善。虽然油基钻井液能较大的改善套管磨损，如果能控制好钻井液中的含砂量，使含砂量保持在较小的范围内，套管的磨损还会有所改善；通过实验或现场实践选取并在油基钻井液中加入适量的润滑剂，且使之保持在一定的浓度，这可以降低钻井液的摩阻系数，从而减少钻具与套管间滑动摩阻系数，减轻套管的磨损。

2.5套管漂浮技术

3 新工具的应用

E-CD是意大利国家石油公司Eni推出的泥浆连续循环系统(E-CD:Eni Circulating Device)，当接钻杆或起钻时维持钻井液的不间断循环，可实现控制压力钻井技术。主要优点有：提高井眼净化；减少卡钻事故；防止鼓胀效应；加强井控；可以钻“比较困难”地层； 能够在窄孔隙/破裂压力梯度窗口钻进；在高温高压、欠平衡钻井中成为可能；改善ECD管理。

Eni拥有自己的控制压力钻井技术，称为近平衡钻井(ENBD：Eni Near Balance Drilling)。ENBD是创新的钻井工艺，当循环时任何时候都可以保持不变的井底环空压力，管理环空的动态压力剖面。ENBD通过E-CD系统确保工艺的连续性，不需要停止泥浆循环，可以减少大量的非生产时间。

[1]李克向. 我国滩海地区应加快发展大位移井钻井技术[J]. 石油钻采工艺，1998，20(3)：1-9.

[2] 蒋世全. 大位移井技术发展现状及启示[J]. 石油钻采工艺，1999，21(2)：1-8.

[3] 李克向. 国外大位移井钻井技术[M]. 北京：石油工业出版社，1998.

[4] 秦永和. 大港油田大位移井钻井实践和技术最新进展[J]. 石油钻探技术，2006，34(4)：30-33.

[5] Aadnoy B S. Construction of Ultralong Wells Using a Catenary Well Profile[J]. IADC/SPE 98890，2006.

[编辑] 洪云飞

10.3969/j.issn.1673-1409.2011.07.015

TE256

A

1673-1409(2011)07-0041-03

2011-05-10

王瑜，女，硕士生，现主要从事钻井技术管理方面的研究工作。