长水平段水平井钻井技术在艾哈代布油田的应用

张兴龙，张瑞平，谷豪斌，李继营

（西部钻探定向井技术服务公司，新疆克拉玛依834000）

长水平段水平井钻井技术在艾哈代布油田的应用

张兴龙*，张瑞平，谷豪斌，李继营

（西部钻探定向井技术服务公司，新疆克拉玛依834000）

ADMa-1H和ADMa-2H是伊拉克艾哈代布油田AD-1构造上部署的2口小井眼长水平段水平井，ADMa-1H水平段长1500m，ADMa-2H水平段长1300m，其中ADMa-1是艾哈代布油田水平段最长、油层最深的水平井，创造了用“常规随钻测量仪器（MWD）+常规螺杆”钻具组合完成1500m6″小井眼水平段的伊拉克施工记录；2口井在实际施工过程中均出现托压严重、水平段摩阻扭矩大、轨迹控制难度大、井眼净化困难、易发生卡钻等问题；通过对实际施工过程进行总结分析，对“常规随钻测量仪器（MWD）+常规螺杆”钻具组合完成长水平段水平井所遇到的问题提出了相应的解决措施，为今后在艾哈代布油田进行长水平段水平井作业提供了可借鉴的经验。

艾哈代布油田；长水平段水平井；轨迹控制；摩阻扭矩；托压；井眼净化

1 概述

ADMa-1H和ADMa-2H井位于伊拉克南部，距首都巴格达东南180km，处于NOMⅡNA镇与KUT镇之间，区域上属于古冈瓦纳大陆北缘的波斯湾盆地北部；开发层位是以灰岩、夹泥灰岩、泥质灰岩为主要岩性的白垩纪Mauddud-1主油层；开发该层位采用“直—增—稳—增—稳”5段制双增剖面，造斜段采用Ø215.9mm井眼，设计造斜率为（3.1°～5°）/30m，水平段采用Ø152.4mm井眼，设计水平段长1300～1500m，最大井斜角为90.00°，设计靶半高为上下1m，靶半宽为左右5m；其中ADMa-1H井实际井深4773.00m，垂深3093.44m，水平位移1859.6m，6″小井眼水平段穿透1500m目的油层；ADMa-2H井实际井深4604m，垂深3091.99m，水平位移1733.48m，6″小井眼水平段穿透1300m目的油层；以上2口井在实施过程中均采用了顶驱驱动、“常规测量仪器（MWD）+螺杆”钻具组合等常规钻井设备，其顺利完钻，为今后应用常规钻井设备开发水平段大于1500m的水平井积累了实际施工经验。

2 施工难点

（1）井身结构设计难度大。长水平段水平井的井身设计、井眼轨迹控制等与常规水平井钻井明显不同，考虑采用常规钻井设备、实际施工钻具组合最大延伸距离，使其设计优化和轨迹控制难度较大。

（2）造斜段后期轨迹调整困难。在三开Ø215.9mm井眼中，造斜段后期井斜达到75°时摩阻大、托压严重；定向滑动钻进时，钻具拖压后钻压突然释放到钻头而引发憋泵，使定向轨迹调整困难，调整次数增多。

（3）小井眼水平段裸眼段长，摩阻大。6″井眼水平段长1300m以上，水平段裸眼段长，钻具与井壁摩阻大，滑动钻进时易发生托压和钻具屈曲，井眼轨迹延伸困难。

（4）小井眼水平段井眼净化难、易发生井下事故。由于小尺寸钻具长达2750m，受泵压的限制，排量较低，环空返速低，致使泥浆携屑困难，容易造成井下事故。

3 井身结构设计优化

长水平段水平井井身剖面设计需考虑的因素有：地质要求、地层岩性、造斜工具、井身结构等，综合考虑以上各种因素优化的井眼轨迹会明显改善井下摩阻和扭矩状况，以及有助于增大水平段的延伸距离；就降低摩阻和扭矩而言，长水平段水平井一般采用悬链式井眼，即造斜率随着井深的增加而逐渐增大的，但悬链式井眼缺点是井眼轨迹较长，增加实际施工工作量，延长钻井周期；优点是钻具与井壁间的接触力为零，能有效的大大降低扭矩和摩阻。在艾哈代布油田实际设计过程中，由于技术及工具的限制，采用了修正后的悬链式井身剖面设计，即准悬链线剖面；ADMa-1H和ADMa-2H井身剖面采用双增准悬链线剖面，ADMa-1H设计数据表如表1所示。

表1 ADMa-1H井身设计数据表

由表1可知：ADMa-1H起始造斜率较低为3.1°/30m，后期造斜率逐步增大为5°/30m，中间有57.87m的调整段；该井身剖面具有传递钻压容易、复合钻进扭矩小、附加拉力小等优点，有利于长水平段水平井的有效延伸以及安全、快速钻进。

4 造斜段轨迹控制

ADMa-1H和ADMa-2H水平井造斜段井眼尺寸均为Ø 215.9mm，采用顶驱驱动、常规测量仪器（MWD）和常规螺杆进行施工；在造斜段初期,由于地层可钻性好，适当降低排量，可以减少排量对井底的冲蚀，让钻头充分接触井壁，有利造斜，因此，在初始造斜至井斜25°左右，均采用28～30L/s的排量，并逐步缓慢增加排量。当井斜大于25°左右，即可以把泵排量增加至30～33L/s；随着井深不断增加，井斜到达70°左右，摩阻大、钻压传递困难等问题不断突出，严重影响轨迹控制和钻井周期；造斜段后期施工难点：定向困难、托压严重。通过对前期常规水平井施工的总结，ADMa-1H和ADMa-2H水平井造斜段均采用同样的钻具组合，一趟钻完成施工，钻具组合：

Ø215.9mmPDC钻头+Ø172mm螺杆+Ø172mm浮阀+Ø172mm MWD接头+Ø127mm无磁加重钻杆+转换接头+Ø139.7mm加重钻杆×6根+Ø139.7mm钻杆×60根+Ø139.7mm加重钻杆×18根+转换接头+ Ø165mm随钻震击器+转换接头+Ø139.7mm加重钻杆×5根+Ø139.7mm钻杆。钻井参数：钻压：40～60kN，排量：28～33L/s，转速：30～40r/min。

（1）螺杆和钻头的优选：螺杆自带扶正器选用3翼或者5翼直棱扶正器，外径选用Ø210mm，有利于减小托压和钻压的传递；Ø172mm螺杆自带尺寸为Ø212mm的螺旋扶正器不适用于该油田施工；造斜段采用PDC钻头，使用时间较长；6刀翼PDC钻头较5刀翼钻头稳定性强，有利于定向钻进；

（2）在钻具组合下部接入6根加重钻杆，有助于保持上部结构钻柱的稳定性；加压时可避免上部发生钻柱弯曲而影响钻具的稳定性；

（3）优选外径为Ø139.7mm的加重钻杆和斜坡钻杆：外径为Ø139.7mm钻杆和加重钻杆内径比普通钻杆内径稍大，可降低钻井液循环压耗，有利于钻井液正常循环；其次钻杆外径大，可以适当减少钻具组合在井眼中的偏心程度，减少因钻具组合偏心严重紧贴下井壁而产生粘附卡钻；在相同的井眼尺寸里，钻杆尺寸大，则环空间隙小，在排量相同的情况下，环空返速高，有利于携带岩屑，净化井眼。

5 水平段井眼轨迹控制

水平段是长水平段水平井施工的关键，水平段设计分别达1300m和1500m，小井眼裸眼井段长、摩阻和扭矩较大，靶窗控制范围小（垂向上下小于1m）、轨迹控制难度大。为了确保水平段施工的顺利，在实际施工过程中及时计算与预测轨迹所处位置和垂深，优选钻具组合、合理调整钻进方式，采用“少定多复”、“多划眼”、“多循环”的原则，尽量用调整钻进参数的方式来确保实际轨迹在设计的靶窗里穿行；在水平段施工过程中，2口井均采用同样的钻具组合，选取螺杆的长度有所差别；钻具组合为：Ø152.40mmPDC钻头+Ø120mm螺杆+Ø146mm扶正器+Ø120mm浮阀+Ø120mmMWD接头+Ø120mm无磁钻铤+Ø88.9mm加重钻杆+Ø88.9mm钻杆+ Ø139.7mm钻杆+Ø159mm震击+Ø139.7mm钻杆；ADMa-2H用2趟钻完成水平段施工，均选用2根相同的单弯1°螺杆；ADMa-2H采用4趟钻完成水平段施工，选用不同长度螺杆；由于该套钻具组合在Madduda油层水平段施工的稳平能力还没有可借鉴的经验，从ADMa-1H实际施工情况可以看出：采用1°单弯螺杆（螺杆长度6.32m）双稳定器钻具组合稳平效果最好；1.25°单弯螺杆（螺杆长度5.22m）单稳定器钻具组合，稳平效果较好，最大全角变化率仅为2.9°/30m。由于轨迹平滑，降低了水平段摩阻和扭矩，保证了1500m水平段施工顺利；ADMa-1H水平段钻具组合稳平统计表见表2。

表2 水平段稳平情况统计表

6 拖压问题的预防和应对措施

ADMa-1H和ADMa-2H两口水平井造斜段长（造斜段均640m以上）、水平段长，在斜井段容易形成岩屑床，导致造斜段后期拖压严重、定向困难，水平段井眼小、水平段长、摩阻大、钻具易发生屈曲，轨迹延伸受限；针对该区块地层岩性以及拖压问题的形成及特点，实际施工过程中采取的措施如下：

（1）在造斜段，了解各地层不同岩性，在轨迹控制范围内，尽量选择在钻时快的地层多定向少复合，在钻时慢的地层多复合少定向；

（2）从造斜段开始，每打完一根单根划眼2次，严格控制划眼速度和转速，每划一次控制在5min以上，转速控制在30r/min左右，确保每米进尺轨迹光滑；

（3）坚持两短一长的短起措施，有效破坏岩屑床；

（4）要保证足够的排量，尽量使泥浆上返达到紊流状态，有效携带岩屑，减缓岩屑床的形成速度；

（5）在洗井时保持钻具一定的旋转和上下大范围活动（每次活动距离大于25m），在洗井作业中破坏岩屑床和有效携带岩屑，降低摩阻；

（6）水平段施工，通过对钻井参数的相互配合以及调整，尽量增加复合钻进井段的长度，减少定向段的长度；轨迹调整时要做到：早预判早调整，尽量避免不定向就要出靶的情况出现，在定向困难时可通过适当的复合钻，减少螺杆扶正器处井眼的摩阻，而后在进行定向作业；

（7）施工中要求井队接单根速度要快，做到早开泵，晚停泵，尽量缩短钻井液静止时间，防止岩屑堆积造成再次开泵困难等复杂情况；

（8）避免在水平段变更设计和大幅度调整井斜，滑动钻进摩阻比原来显著增大时，要及时上提大幅度活动钻具；

（9）有效维护好泥浆性能，特别是润滑性、携砂性和造壁性能，泥饼质量要薄而韧，降低整个井眼的摩擦阻力和减缓岩屑床的形成速度。

7 认识和建议

（1）优化钻具结构，优选钻井参数，在造斜段采用1.5°单弯螺杆，及时准确掌握钻具的造斜能力，调整定向进尺，确保准确中靶；在水平段施工优选带双螺扶的1°（1.25°）单弯螺杆钻具组合既能保证轨迹的调整，且稳平效果较好，掌握好水平段复合钻钻具的造斜、稳斜规律，能够提高水平段的施工效率。

（2）水平段井眼轨迹控制是长水平段水平井的核心技术。加强各井段井眼轨迹控制，避免轨迹较大波动可以有效降低摩阻和扭矩，从而能够确保长水平段水平井连续施工和确保水平段的有效延伸。

（3）在水平段采用具有较强稳平能力的钻具组合，并合理选择钻井参数，掌握好水平段复合钻钻具的造斜规律，可以有效地提高水平段复合钻比率，保证井眼轨迹的平滑，提高水平段的施工效率。

（4）优良的钻井液体系及性能的处理维护是长水平段水平井井眼净化、清岩、携砂、井壁稳定、防垮、防卡的技术保证。

（5）借鉴大位移井轨迹控制技术、降阻降摩技术、井身优化技术，通过精心设计、精细施工，可以应用常规随钻测量仪器（MWD）和螺杆动力钻具组合完成6″井眼1500m甚至更长水平段水平井的施工。

[1]沈伟，谭树人.大位移井钻井作业的关键技术[J].石油钻采工艺，2000，22（6）：21-26.

[2]徐天用，裴道中，黄立新，严忠.大位移水平井常见问题机理分析及对策[J].钻采工艺，2001，24（5）：22-25.

[3]姜伟.大位移井钻井技术在渤海QK17-2油田开发中的应用[J].石油钻采工艺，2000，22（3）：1-7.

[4]祖峰.D2-19大位移定向井钻井应用技术[J].西部探矿工程，2002，14（2）：67-69.

[5]张兴龙，徐华东.水平井钻井技术在克拉玛依风城油田的应用[J].西部探矿工程,2012,24（3）：107-109.

TE243

B

1004-5716（2015）03-0045-03

2014-03-27

2014-04-02

张兴龙（1985-），男（汉族），四川彭州人，工程师，现从事定向井水平井现场技术服务工作。