G0-7三维水平井井组工厂化钻井工艺

王万庆　石仲元　付仟骞（.川庆钻探工程公司长庆钻井工程总公司，陕西西安　7008；.川庆钻探工程公司长庆井下技术作业公司，陕西咸阳　7000）

G0-7三维水平井井组工厂化钻井工艺

王万庆1石仲元1付仟骞2
（1.川庆钻探工程公司长庆钻井工程总公司，陕西西安710018；2.川庆钻探工程公司长庆井下技术作业公司，陕西咸阳712000）

G0-7三维水平井组部署在长庆油田苏里格气田东南部，由1口直井、2口定向井、2口常规水平井、4口三维水平井组成，采用工厂化钻井作业“一字型”施工模式，3部钻机同时施工，每部钻机施工1口常规井和2口水平井。针对丛式井组施工难点，从防碰绕障、井身剖面优化、井眼轨迹控制、降摩减阻等方面制定一系列措施，形成“预分法”井眼防碰绕障、三维井剖面优化、三维井井眼轨迹控制及CQ-SP2钻井液体系等特色技术。该丛式井组水平井平均机械钻速达9.68 m/h，同比提高18.19%，平均钻井周期为55.67 d，比原有模式施工周期缩短8.82%。该井组工厂化作业顺利完成为长庆油田部署三维水平井井组工厂化作业提供了有力技术支撑。

苏里格气田；工厂化作业；三维水平井；丛式井组；防碰绕障技术；剖面设计

工厂化作业主要基于丛式井开发模式，采用系统的管理思路，集中配置人力、物资、工具等要素，合理布井、规模施工、统一管理、批量钻井，缩短井场准备、钻机搬迁、设备调试等作业时间，提高钻完井各个环节的作业效率，实现“规范、高效、快速”钻井作业，从而缩短建井周期、降低综合开发成本［1］。G0-7丛式井组是由直井、定向井、二维水平井、三维水平井多种井型组成的混合型丛式井组，该开发模式在提高生产效率、降低开发成本方面可发挥巨大的作用。

1　工厂化作业钻井施工难点

（1）混合井型丛式井组布井，防碰难度大。G0-7工厂化丛式井组共布井9口，由1口直井、2口定向井、2口二维水平井和4口三维水平井组成，其中6口水平井水平段呈“山”字型排布（见图1）。井口呈一字型布局。整个井组由3部钻机同时施工，每部钻机施工3口井。整个井组在方案论证前期做了井组防碰，施工过程中，既存在表层防碰，又存在斜井段防碰，增加了井眼轨迹防碰难度［2］。

图1　三维井眼轨迹

（2）三维水平井斜井段存在增斜和扭方位，摩阻扭矩大。该井组4口三维水平井设计的偏移距均为600 m、靶前距500 m，为了尽快消除偏移距，定向方位与设计方位相差90º，在井斜增到一定角度，偏移距消除后，将方位扭到设计方位［3］。全角变化率相对较大，水平段施工中摩阻扭矩大。

（3）靶体要求精度高，井眼轨迹控制难度大。该区块储层埋藏垂深在3 000 m以下，入窗垂深调整范围大（靖60-24H2井入靶垂深上调12 m），造成入窗进靶井段曲率大幅度增大；同时水平段靶体纵向误差控制在±0.5 m，横向摆动幅度控制在±20 m以内，增加了矢量入窗井段轨迹控制难度。

（4）地层多变，预防井下复杂难度大。延安组、延长组地层中上部大段砂泥岩混层易发生吸水膨胀，造成缩径；延长组、刘家沟组承压能力低易发生漏失；石千峰、石盒子组地层大段泥岩易坍塌，井壁稳定性较弱。

（5）该井组有3口水平井水平段设计2 000 m，其中2口为三维水平井，水平段钻具刚性弱，钻具易形成屈曲，滑动钻进过程中，钻头上无法施加有效钻压，工具面调整困难，井眼轨迹控制难度增大［4-5］。

（6）储层连续性差，立体开发多个层位，垂深变化大，泥岩钻遇率较高，频繁调整轨迹，复合钻进过程中扭矩大。

2　井场布局

该工厂化井组井场规格360 m×70 m，共9口井（见图2）。由3部钻机同时施工，每部钻机施工3口井，井口间距为20 m。钻机呈“一”字型排布，大门方向均为221°，施工过程中钻机间距110 m。井场材料供应区及设备维修区统一使用，减少用地面积。

图2　G0-7井组平面布局示意图

3　井眼防碰绕障技术

应用“预分法”井眼防碰绕障技术，即在每口井表层开钻时使井眼轨迹在保证井身质量的前提下向有利于防碰的方位钻进，做到主动防碰。通过预分可以减少表层井眼轨迹失控的风险，同时也减轻了后期防碰施工的工作量。每部钻机施工3口井，常规井部署在中间。施工顺序为先施工常规井、向后移动20 m施工第1口水平井、向前移动40 m施工第2口水平井，根据每部钻机施工井顺序，制定整体井眼防碰技术方案和措施［6］，见表1。

表1　井组施工顺序

充分利用浅层钻进时PDC钻头滑动效果好、导向钻具组合工具面可控能力强的优势，有效将井斜控制在设计要求范围内实现井眼的分离；井间最小距离按照误差模型，分离系数不小于1.5，MWD井斜测量误差不大于0.2°，确保该井组的井身质量。

4　三维水平井剖面优化技术

运用Navigator Drilling Studio软件对水平井剖面进行优化设计，三维水平井井眼剖面优化为直井段、纠偏井段、扭方位井段、增斜井段、进窗入靶井段、水平井段的六段制剖面（表2）。针对三维水平井的特点，根据每口井的剖面设计运用摩阻扭矩软件进行施工可行性分析（见图3）［7］。根据分析结果，合理选用钻头及螺杆，优化增斜井段、进窗入靶井段全角变化率，有效控制各井段全角变化率［8］，降低施工中摩阻与扭矩。

表2　三维水平井井身剖面

图3　钻具侧向力分析

5　三维水平井井眼轨迹控制技术

5.1直井段与纠偏段

钻具组合：Ø241.3 mmPDC+5LZ197×7.0L螺杆钻具（1.25°）+Ø178 mm钻铤×3.0 m +Ø237 mmSTAB+Ø178 mm MWD接头+Ø178 mm无磁钻铤×1根+Ø178 mm钻铤×6根+Ø127 mm加重钻杆×42根+Ø127 mm钻杆。

钻进参数：钻压80～120 kN，转速50 r/min＋螺杆，排量45 L/s，泵压15.3～16.0 MPa。

纠偏井段采用“四合一”钻具组合，即单弯双稳导向钻具组合。该井段分解为定向增斜井段和稳斜钻进2段。为了尽快消除偏移距，控制定向方位角与水平段靶体方位角夹角在±80～90°之间。考虑到后期进行扭方位施工，采用滑动钻井方式将井斜增至13°左右，该套钻具组合滑动增斜率为（3～6）°/30 m。根据地层规律，充分发挥该套钻具的特性，复合钻进过程中基本处于稳斜或微增状态，有效提高纠偏井段的施工效率（表3）。

表3　纠偏段实际剖面参数

5.2扭方位井段

钻具组合：Ø215.9 mmPDC+7LZ165螺杆钻具(1.5°)+Ø165 mm MWD接头+Ø165 mm无磁钻铤×1根+转化接头(461×430)+Ø127 mm加重钻杆×42根+Ø127 mm钻杆。

钻进参数：钻压60～80 kN，转速50 r/min＋螺杆，排量32 L/s。

采用该套钻具进行扭方位作业，重点控制井斜角处于稳斜或微增斜状态［9］，该套钻具组合滑动方位变化率为（4～6）°/30 m（见表4）。井斜变化率控制在2°/30 m的范围内，确保扭方位井段井眼光滑（见图4）。

表4　扭方位段实际剖面参数

图4　三维水平靖60-22H1井水平投影图

5.3增斜井段

钻具组合：Ø215.9 mm PDC钻头+7LZ165螺杆钻具（1.5°）+Ø165 mm回压阀+Ø165 mm MWD接头+Ø165 mm无磁钻铤×1根+Ø127 mm加重钻杆×9根+Ø127 mm钻杆×45根+Ø127 mm加重钻杆×36根+Ø127 mm钻杆。

钻进参数：钻压60～80 kN，转速50r/min＋螺杆，排量32 L/s。

斜井段采用单弯单稳导向钻具组合，运用MWD无线随钻测量方式，井眼轨迹控制采用复合钻进与滑动钻进交替进行。坚持“少滑动、多复合、微调勤调”原则，合理调整滑动钻进与复合钻进的比例，保证井眼规则（表5）。由于地层变化，窗口垂深调整范围较大，如靖60-24H2井入窗垂深上调12 m。为了保证精确入靶，现场根据邻井地质资料，通过实时岩屑、伽马、气测值判断储层标志层，进一步优化剖面［10］，在入窗前50 m控制井斜角在85～86°进行稳斜探顶钻进；当钻入储层顶部后，按照“矢量进靶”方式进行轨迹控制，控制井斜角在89°±0.3°、井眼轨迹高于窗口中心0.4 m的范围内入窗进靶，为水平井段顺利施工提供有利条件和基础。

表5　斜井段实际剖面参数

5.4水平段井眼轨迹控制

钻具组合：Ø152.4 mm PDC钻头+ Ø127 mm螺杆（1°）+Ø146 mm扶正器+回压阀+MWD接头+Ø120 mm无磁钻铤+转换接头（311×HLSTB）+Ø101.6 mm加重钻杆×9根+Ø101.6 mm钻杆×150根+Ø101.6 mm加重钻杆×36根+Ø101.6 mm钻杆。

水平段采用单弯双稳导向钻具组合［11］。为了保证水平段钻进时能给钻头施加有效的钻压，钻具组合采用倒装钻具。加重钻杆位置分为2部分，确保钻具中和点的位置在下部加重钻杆部分，上部加重钻杆位于扭方位井段上部。控制井眼轨迹处于纵向上偏0.4 m左右，以免突然降斜导致轨迹失控。该组合复合增斜率0.3°～0.5°/根，随着水平段的不断增长，复合钻进时扭矩越来越大，达14～17 kN·m。

6　钻井液体系

稳斜段采用聚合物体系钻进，对于延长组底部易塌地层，提高钻井液体系的抑制性,加大KCl的含量。

斜井段采用CQ-SP2钻井液体系，采用化学防塌+强封堵+物理防塌协同作用维护井壁稳定［12］。加大工业盐和甲酸盐含量，降低钻井液体系中水的活度，使地层水向井眼流动，达到稳定井壁的目的。井斜60°时阳离子乳化沥青粉SFT含量由2%提高至3%，超细碳酸钙ZDS加量达到5%以上，实现对微裂缝的有效封堵。三维水平井摩阻整体高于二维水平井（图5、6），同时复配1%聚合醇抑制剂XCS-3，一方面起润滑作用，另一方面其以乳滴形式吸附于井壁上，不仅可以形成一层隔水膜，还可以再次对井壁微裂缝进行胶结、封堵，并根据井斜逐步提高钻井液密度。该体系抑制性强、固相含量比较低，性能稳定，可有效提高机械钻速。

图5　上提摩阻对比

图6　下提摩阻对比

水平段储层连续性差，钻遇泥岩概率大，主要通过提高钻井液密度平衡地层应力，但由于泥岩裂缝发育，在毛细管和正压差作用下，钻井液中的自由水容易进入微裂缝中，导致泥岩水化膨胀，造成井壁失稳。一方面通过提高钻井液密度平衡地层坍塌压力，另一方面阳离子乳化沥青粉、超细碳酸钙含量提高至5%以上，高温高压滤失量最小（表6），滤饼光滑致密（图7），且高温高压失水小于8 mL，从而有效提高了该体系的封堵性，解决了长水平段井壁稳定性差难题，确保了水平段的顺利施工。

表6　水平段钻遇泥岩时封堵性评价

图7　滤饼照片

7　结论与建议

（1）G0-7三维水平井井组工厂化作业采取一种全新的作业方式，即采用“一字型”布井方式，3部钻机同时施工，统一管理，有效提高生产效率，缩短施工周期，降低开发综合成本。

（2） 多部钻机同时施工，关键在于做好丛式井组整体防碰。应用“预分法”防碰绕障技术确定钻机移动方案、施工井顺序，为后期施工预留安全空间。

（3） G0-7三维水平井井组有4口三维水平井偏移距在500 ～550 m，偏移距越大，施工过程中钻具易形成屈曲现象，钻头上不易施加钻压，通过优化井眼剖面，优选钻具结构，确保井眼轨迹平滑，施工顺利。

（4）通过运用Navigator Drilling Studio软件对该井组三维水平井实钻轨迹进行分析，建立摩阻、扭矩计算模型，进一步优化三维水平井偏移距，为最佳开发方案确定提供技术支撑。

（5）进一步改进CQ-SP2钻井液体系，有效解决长水平段钻进过程中摩阻过大、滑动托压和工具面不稳定的现象；持续进行水平段钻遇泥岩的防塌技术攻关，预防和降低泥岩垮塌造成的井下复杂和故障。

（6） G0-7三维水平井井组工厂化施工过程中存在钻机施工进度不同步、钻井液未得到共用等问题，另外未建立远程监控中心、纠偏段滑动效率低及水平段泥岩段井壁稳定等难题还需进一步改进。

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（修改稿收到日期2015-01-23）

〔编辑朱伟〕

Factory drilling technology for G0-7 3D horizontal well group

WANG Wanqing1, SHI Zhongyuan1, FU Qianqian2
（1. Changqing Drilling Engineering Corporation, Chuanqing Drilling Engineering Company, CNPC, Xi'an 710018,China; 2. Changqing Downhole Service Company, Chuanqing Drilling Engineering Corporation, CNPC, XianYang 712000, China）

The G0-7 3D horizontal well group is planned in the southeast part of Sulige Gasfield of Changqing Oilfield, composed by 1 straight well, 2 directional wells, 2 conventional horizontal wells and 4 3D horizontal wells. The factory drilling operation was adopted – three rigs started drilling at the same time and each drilled one conventional well and two horizontal wells. In view of difficulties in drilling of cluster well group, a series of measures were formulated in terms of anti-collision and avoiding barriers, wellbore profile optimization, wellbore trajectory control, reducing friction and drag, and special techniques were developed like ‘presplit’ anti-collision and avoiding barriers, 3D well profile optimization, 3D well wellbore trajectory control and CQ-SP2 drilling fluid system, etc. The penetration rate of this cluster well group was 9.68 m/h in average, up by 18.19% on year-on-year basis, and average drilling period was 55.67 d, shortened by 8.82% compared with the original drilling mode. The successful factory drilling operation of this well group provides a strong technical support for factory drilling operation of 3D horizontal wells planned by Changqing Oilfield.

factory drilling operation; 3D horizontal well; cluster well group; anti-collision and avoiding barriers technique; profile design; Sulige Gasfield

TE24

A

1000 – 7393（ 2015 ） 02 – 0027 – 05

10.13639/j.odpt.2015.02.008

中国石油集团公司科学研究与技术开发项目“致密气藏钻完井技术研究”（编号：2010E-2303）。

王万庆，1964年生。2005年毕业于西安石油大学石油工程专业，现从事定向井、水平井技术方面的研究工作，高级工程师。电话：029-86592615。E-mail：shicd_0@126.com。

引用格式：王万庆，石仲元，付仟骞.G0-7三维水平井井组工厂化钻井工艺［J］.石油钻采工艺，2015，37（2）：27-31.