柯 学，王吉文，朱 杨，胡新兴，周红敏

(1．中国石油西部钻探钻井工程技术研究院，新疆克拉玛依834000;2．中国石油西部钻探阿克套项目部，新疆乌鲁木齐830000)

1 概述

2012年热德拜油田初步进入水平井钻井开发阶段，因对地层岩石特性认识不清楚，钻头选型、钻具组合、钻井参数的不合理以及井眼轨迹控制、钻井液性能维护、固井工艺等配套技术的不完善制约了钻井速度的提高。2013年为加快水平井钻井开发步伐，通过研究该地区岩石力学特性、岩石理化特性，结合水平井钻井特点，从井身结构、钻头选型、钻具组合、固完井工艺等方面开展技术攻关和现场试验，取得了显著效果，形成了一套成熟的钻井技术路线和优快钻井配套技术。

2 热德拜油田简况

2．1 钻遇地质分层及岩性描述

油田自下而上分为石炭系、三叠系、侏罗系、白垩系、老第三系和新第三系。主要产层集中在中侏罗统沉积岩里，岩性为颗粒大小不等的砂岩，含少量砾岩和粉砂状泥岩夹层。地层分层及岩性见表1。

2．2 地层压力情况

根据热德拜已钻井直井测井资料，通过反演计算地层的坍塌压力和破裂压力。整体上地层坍塌压力随井深增加呈减小趋势，白垩系上部地层坍塌压力系数0.9～1.15，中部最低0.25～0.8，下部0.6～0.9;侏罗系上部 0.5～1.15，中部 0.7～0.9，下部0.6～0.8。破裂压力随着井深增加缓慢减小，白垩系地层1.6～1.8，侏罗系地层1.5～1.7，井越深地层破裂压力越低(参见图1)。

2．3 主要钻井技术难点

(1)1300～1400 m存在致密灰岩段，可钻性较差;

(2)砂岩、泥岩频繁互层，存在硬夹层;

图1 地层压力剖面图

(3)水平段(目的层)砂岩含量高，地层研磨性较强;

(4)油层段承压能力低，且发育多套煤线，易发生井漏;

(5)侏罗系上部地层泥岩含量较高，易吸水膨胀造成缩径或垮塌。

3 水平井优快钻井配套技术

3．1 井身结构优化(见图2)

优化后的井身结构，将原来的三开井身结构直接简化为二开井身结构，215.9 mm井眼直接完钻，大尺寸井眼有利于钻井速度的提高;减少中完测井、固井、倒换钻具等作业时间;168．3 mm大尺寸筛管完井，增大了油层泄流面积，有利于提高单井产量。

3．2 井眼轨道控制技术

3．2．1 钻具组合(见表2)

图2 井身结构示意图

表2 水平井钻具组合及钻进参数

直井段地层岩性主要以泥岩、砂岩为主，优选PDC+螺杆钻具复合钻进技术，增加钻头动力，增强PDC钻头的破岩效率，在提高机械钻速的前提下减少起下钻的次数，从而提高水平井的钻井效率。

3．2．2 轨迹控制技术

(1)直井段防斜打快是重点，钻井过程中保证直井段井身质量，为定向造斜提供良好的条件。每200～250 m测单点一次，当井斜有增大的趋势时，加密测量单点(100～80 m一测)，根据井斜的趋势及时调整钻井参数，将井斜尽量控制在1.5°以内，保证井底水平位移在20 m内。

(2)采用MWD+伽马进行随钻伽马测量，实时跟踪监测井眼轨迹，依据井眼测量数据，做好数据的计算分析和待钻轨迹的预测，判断实际地层变化情况并及时调整井眼轨迹。

(3)采用“直－增－稳－增－平”五段制剖面，造斜段滑动钻进井斜增值设计初始井斜角后，采用40～60 kN钻压复合钻进，以滑动钻进和复合钻进相结合的方式控制井眼轨迹。

(4)在大斜度井段容易形成岩屑床，钻井施工中在井壁稳定、井下正常的前提下，适当增大排量和增加短提次数，钻井液要保持良好的流变性和悬浮性，以及时携带出钻屑。

(5)水平段采用1.25°螺杆钻具，主要以复合钻进为主，尽可能保证井眼平滑，减少摩阻。

3．3 PDC 钻头优选

由岩石力学特性剖面(见图3、表3)可以看出，总体上该区域地层岩性相对单一，自上而下主要以细砂岩和砂质泥岩为主，且岩石硬度不高，属于软～中硬地层，可钻性较强。直井段优选四刀翼、19 mm复合片、双排齿PDC钻头，优化切削齿的角度、调整切削齿的径向分布、增加后排切削齿，提高切削效率、增强稳定性、耐磨性和抗冲击性，同时提高钻头的使用寿命。

图3 岩石力学特性剖面

针对可钻性较好的中软地层，PDC钻头采用低钻压、高转速，钻压控制在40～60 kN，转盘转速60～80 r/min，排量30 L/s，充分清洗井底，快速携带岩屑，减少重复破碎对钻头的磨损。钻遇可钻性较差的致密灰岩过程中，适当降低转速、钻压以防止冲击造成PDC钻头切削齿的破坏。

3．4 防漏堵漏钻井液技术

3．4．1 钻井液体系

钻井液体系:水+4% ～6%膨润土+0.2% ～0.4%Na2CO3+0.2% ～0.4%NaOH+0.5% ～0.7%FA－367+0.1%～0.3%XY－27+0.5%～1%NH4HPAN+0.3%～0.5%PAC－LV+3%～5%SD－505+1% ～2%ZD－1+1%DF－1。

二开采用聚磺钻井液体系，在钻遇泥岩井段加大聚合物处理剂的用量，提高抑制、絮凝能力，保证井壁稳定，减少阻卡，在斜井段配伍无荧光液体润滑剂，保持良好的流变性和润滑性能，水平段采用屏蔽暂堵技术，以保护油气层，提高防漏能力，尽可能减少对油气层的损害。

3．4．2 防漏、堵漏技术

为了提高该区地层的承压能力，保证后期固井质量，在钻进过程中加入随钻堵漏剂ZD－1和细目随钻堵漏剂DF－1。上部第三系地层疏松、孔隙度较大易发生井漏，钻进过程中适当降低钻井液密度，提高膨润土含量。

(1)调整钻井液性能，确保钻井液具有良好的触变性和足够的粘切，便于岩屑的携带和井眼清洁，降低钻井液对井壁的冲蚀作用，同时适当提高防漏能力。

(2)钻遇侏罗系易漏井段适当降低钻井液密度和排量，提高钻井液粘度，同时钻进过程中开泵平稳，控制起下钻速度，避免因压力“激动”压漏地层。

(3)加入ZD－1和DF－1随钻堵漏剂、沥青等化工材料增强钻井液的造壁能力和封堵能力，以保证井壁的稳定，防止井塌和井漏的发生，同时提高地层的承压能力。

表3 岩石物理－力学特性

(4)接单根、起下钻过程中控制下放速度，防止压力“激动”过大，造成井漏。下钻、下套管过程中需分段循环洗井，防止憋漏地层。

(5)完钻后、固井前通过加入桥塞堵漏剂来提高地层承压能力，防止固井过程中发生井漏。

3．5 筛管顶部双级固井技术

为防止水泥浆一次封固段过长造成固井井漏，提高封固段固井质量，采用筛管顶部双级固井技术。

主要施工工艺见表4。

表4 筛管顶部双级固井施工工艺内容

该工艺所需特殊工具如图4所示。

图4 筛管顶部双级固井特殊工具

4 水平井实施效果

4．1 机械钻速明显提高

2013年采用PDC+螺杆钻具组合复合钻井技术，直井段机械钻速明显提高，由2012年的5.8 m/h提高到9.79 m/h，提高了68.79%(见图5、图6)。合理的PDC钻头选型配合螺杆钻具复合钻井技术对提高整体机械钻速有很好的效果。

图5 PDC钻头使用效果

图6 机械钻速对比

4．2 固井质量大幅提高

通过采用筛管顶部双级固井技术结合防漏堵漏工艺，减少了固井井漏风险，固井质量优质率由原来的70.59%提高至91.51%，确保了水泥长封固段的封固效果。

4．3 钻井周期明显缩短

2012年水平井平均钻井周期为42.96天，完井周期53.38天，2013年所钻水平井的钻井周期为19.58天，完井周期37天，同比钻井周期缩短54.4%，完井周期缩短41．1%(见图7～10)。4453水平井钻井周期最短为14.71天，完井周期最短23天。其中Z4453井钻井周期仅为14.71天，Z4439井完井周期仅为23天，分别创造了热德拜油田水平井钻井的最短钻井周期和最短完井周期记录。

图7 钻井周期情况

图8 钻井周期对比

图10 完井周期对比

5 结论与认识

(1)通过水平井优快钻井配套技术的研究与应用，热德拜油田水平井机械钻速明显提高，钻井周期明显缩短，加快了水平井开发步伐;

(2)优化后的简单井身结构满足热德拜水平井开发的需求，该井身结构既缩短了钻井周期，同时168.3 mm大尺寸完井增大了泄油面积，可以提高单井产量;

(3)PDC钻头结合螺杆钻具复合钻井技术适合直井段提速，可减小提下钻趟数，可有效缩短钻井周期;

(4)筛管顶部双级固井作为一种较为罕见的固完井方式，有效地解决了热德拜油区水平井长封固段已漏失的问题，提高了固井质量，同时可以供具有类似情况的油区借鉴。

［1］ 张晓文，任富鹏．大牛地气田水平井优快钻井技术探索［J］．探矿工程(岩土钻掘工程)，2013，40(9):23 －25．

［2］ 徐波．螺杆钻具和PDC钻头组合在鄂尔多斯工区定向井中的应用［J］．探矿工程(岩土钻掘工程)，2008，35(10):16 －17，35．

［3］ 王希勇，张艺瀚，熊继有．PDC钻头与动力钻具的优化匹配和钻进特性研究［J］．石油矿场机械，2005，34(1):27 －29．

［4］ 林强，胡萍，仵伟，等．低压易漏裸眼井段技术套管固井技术［J］．探矿工程(岩土钻掘工程)，2009，36(7):10 －12．

［5］ 曾勇，郑双进，吴俊成，等．井身结构优化设计研究［J］．长江大学学报(自然科学版)，2011，(9)．

［6］ 杨晓峰，杜晶晶．井眼轨迹连续控制钻井技术研究与应用［J］．石油钻采工艺，2012，(1)．