陕北地区石油水平井钻井施工工艺探讨

何德海

(宁夏矿业开发勘察院三井队,宁夏银川 750021)

陕北地区石油水平井钻井施工工艺探讨

何德海

(宁夏矿业开发勘察院三井队,宁夏银川 750021)

陕北地区石油工业的发展有力地推动了陕北老区的经济发展。截至2004年底,地方石油企业共建成生产油井22700多口,形成原油生产能力820万吨,原油加工能力900万吨,全年生产原油720万吨,加工原油721万吨,实现销售收入320亿元,税费43.7亿元,利润56.5亿元。石油工业已成为全省发展最快、最具活力的支柱产业和陕北地区财政收入的主要来源,加快陕北石油工业发展已成为革命老区脱贫致富的现实需要和广大人民群众的强烈愿望。文章结合陕北地区油田特点,主要探讨了水平井钻井的施工工艺和钻井参数的优化。

水平井 钻井工艺 定向 泥浆 优化

水平井钻井技术是20世纪80年代国际石油界迅速发展并日臻完善的一项综合性配套技术，它包括水平井油藏工程和优化设计技术，水平井井眼轨道控制技术，水平井钻井液与油层保护技术，水平井测井技术和水平井完井技术等一系列重要技术环节，综合了多种学科的一些先进技术成果。由于水平钻井主要是以提高油气产量或提高油气采收率为根本目标，已经投产的水平井绝大多数带来了十分巨大的经济效益，因此水平井技术被誉为石油工业发展过程中的一项重大突破。

1 陕北油田水平井主要钻井、完井技术

1.1 井位选择及剖面选择优化

(1)井位选择。油藏地质选井：油藏分布调查及分类、水平井地质技术参数初步方案、油藏风险评价。工程技术选井：钻井、完井技术能力评价；钻、完井对地质技术指标限制及指标实现可行性分析；地质、工程技术指标综合统一方案；钻井、完井、生产风险评价。

(2)剖面选择优化。剖面优化选择的目的是为了在满足地质要求的情况下，在现有钻井工艺、工具设备条件下尽可能使施工简化，操作安全、快速，低成本投入。剖面选择与优化过程其主要涉及技术包括以下几个方面：水平井类型和剖面类型选择、侧钻造斜点的选择、造斜率优化选择、剖面摩阻分析。

1.2 井身结构及完井工艺

侧钻水平井完井大体上一般有三种完井方式：裸眼完井、筛管完井和射孔完井。不同的油藏采用不同的完井方式，通常根据目标层特点和钻遇地层特性选择，陕北地区油井普遍特点是井深、低压、低渗、高耗能且井液成分复杂。钻遇地层复杂，侧钻水平井的井身结构是在老井井身结构的基础上选择尾管完井，完井方式有射孔完井和筛管完井。经过研究论证和反复实践最终确定完井采用上部为尾管，水平段采用筛管的复合完井结构。

1.3 钻具组合

钻具优化技术是水平井钻井技术的一项关键技术，其主要目的是在保证钻具一方面具有足够的强度，另一方面必须达到事先期望的要求，如增斜、稳斜、或是降斜。特别是在滑动态钻井的方式下，还应考虑钻柱是否能够给钻头提高足够的钻压。因此，钻具组合优化技术的重点是在满足钻柱强度要求的情况下，应尽可能地减小钻柱的摩阻和扭矩，同时，最大限度地提高接头的抗扭能力。

1.4 轨迹控制技术

在钻进过程中，水平井的控制目标是随时改变的，是对不确定靶的精确控制，控制精度很高，需要时刻考虑井眼轨迹的变化，并根据变化情况制定下一步的施工方案，按照地质要精确控制井眼轨迹。

2 陕北油田水平井钻井钻井参数的优化措施

2.1 优化井身剖面设计,做好安全施工

水平井施工要严格按照设计好的井身剖面来控制井眼轨迹，关键点是造斜率的大小，近两年施工的水平井都是中半径水平井(浅层水平井除外)，即全角变化率为6°～20°/30m，钻进中实际全角变化率小于10°/30m，用1°～1.25°～1.5°单弯螺杆造斜，216mm井眼以1.25°单弯为主，造斜率在6°/30m左右； 244mm井眼以1.5°单弯为主，造斜率在7°/30m左右；在钻进中对井斜和方位采用勤调和微调的方式保证实钻轨迹在设计轨迹的附近，平滑井眼轨迹，所有施工的水平井没有出现井下故障，为安全钻井奠定了较好的基础，

2.2 采用导向钻井技术有效控制井眼轨迹

水平井钻井全部采用导向钻井技术，螺杆使用低速马达，扭矩大寿命长，钻头使用高转速HJT和MD系列钻头，一般一趟钻就能达着陆点，测量使用MWD(LWD)随钻系统，测量精度高，性能稳定，传输速率高，使定向人员能及时掌握井眼的各项参数，保证井眼轨迹有效控制，目前水平段靶框要求较高，一般为1×10×10，上下摆动只有0.5m，难度可想而知，特别是在进“A”靶前和水平段钻井时与现场地质工程师紧密结合，加密测斜，准确预测钻头位置，通过钻速、电阻率、珈玛和气测录井等因素综合分析，防止井眼轨迹穿底和冒顶，在施工中尽量保证实钻井眼轨迹最大限度地在储层中延伸，提高油层钻遇率，获得最佳的油气开发效果。

2.3 优选钻井液体系

水平井对钻井液的要求更加严格，施工中必须保证其有良好的润滑性、携带性、流变性和井壁稳定性，针对陕北地区油田的地层特点，结合近几年的大斜度井、水平井施工经验和大量室内实验，确定了在直井段使用膨润土聚合物钻井液体系，斜井段和水平段使用聚合物乳化混油防塌钻井液体系。利用聚合物钻井液良好的流变性、较强的抑制性和润滑性，满足井壁稳定和井眼净化的要求。同时在聚合物防塌钻井液中加入高分子量聚合物，进一步提高体系的抑制性和悬浮携带能力，近两年所施工的水平井完井电测工作都比较顺利。

2.4 井眼净化与固相控制措施

因在大斜度井段有岩屑床存在，因此井眼净化是水平井安全施工的关键，在没有特殊的工具仪器分析判定井眼清洁情况时可以根据钻井中地面岩屑的反出量、旋转扭矩与上提下放摩阻的大小来判定眼的净化程度，若发现钻进中返出岩屑量小或间歇性返砂，旋转负荷重，上提下放摩阻大和钻速变慢，表明目前井下存在岩屑床，必须采取特殊的处理措施。

(1)用常规钻具进行通井并增大排量、高返速(环空返速在1m/s以上)紊流携带岩屑。

(2)配注高粘度钻井液段塞参加循环，增强钻井液悬浮岩屑的能力。

(3)小起下钻、分段接力循环。

(4)强化固控设备的配备并用好四级固控，清除钻井液中的有害固相。大排量是保持井眼清洁的重要途径，在设备条件许可时应尽可能采用大排量钻进，能较好地清洗岩屑床，保证井下安全。

2.5 优化钻具结构和加强钻具管理

在井斜大于30°后不再使用钻铤加压，全部改用加重钻杆和用无磁承压钻杆代替无磁钻铤，并对钻具进行倒装；同时每次起下钻要进行错扣起钻和钻具的倒换，发现钻杆弯曲和接头处磨损超标或偏磨的一律更换；接头使用超过300小时要及时进行更新；通过以上措施使钻具的安全性大为提高。

2.6 搞好下套管前的准备工作

下套管前使用刚性较大的常规钻具通井，把易遇阻井段处理畅通，同时要注意井下负荷是否正常，不正常时不能起钻下套管；针对实钻井眼的空间形状设计合理的套管串结构、扶正器的类型、加量及安放位置；钻井液中加足润滑剂同时在水平井段配注塑料小球等固体润滑剂，增强润滑性能；根据井眼情况计算套管的最大下入重量，分析是否需要采取特殊的措施保证套管的顺利下入。

3 结语

加强应用基础和决策技术的研究，发展配套采油工程数值模拟软件的开发和建设，加大采油工程技术、研究推广投资的回报力度，在未来的新世纪中采油工程技术将创造更高的效益和达到更高的水平。

[1]万仁溥.水平井开采技术[M].北京：石油工业出版社,1995.

[2]刘翔鹗,王浦潭.采油工程技术的发展与展望[J].石油钻采工艺,2000,22(3)：42-49.

[3]李宗田,刘应红.采油工艺技术新进展及发展趋势[J].断块油气田,1999,7(1)：6-9.