张 凯

（大庆油田采油工程研究院钻井设计研究室，黑龙江大庆 163453）

大庆垣平1大位移井的钻井技术

张 凯

（大庆油田采油工程研究院钻井设计研究室，黑龙江大庆 163453）

垣平1井是大庆已完钻水平井中最长水平位移预探井，该井在扶余油层共布置了6个靶点，设计水平段大于3 000 m，水垂比大于2。通过综合考虑剖面类型、井眼曲率、靶前距以及钻柱受力等多种因素，对垣平1井可钻达地质目标的各种轨道进行了优化设计，最大程度地降低了摩阻扭矩，增加了井眼延伸距离，降低了井眼的狗腿度。另外，通过对该大位移井的钻具组合和井身结构等方面进行优化设计，为该井的安全施工和顺利完钻提供了保证，该井三开钻进2 660 m水平段仅用了15.79 d，平均机械钻速17.59 m/h，创下了大庆油田完钻水平段最长、全井安全无复杂事故的记录。实现了该井评价分析扶余油层薄互层储层及探索提高低渗透油层产量的钻探目的。

垣平1井；井身剖面；井眼曲率；大位移；优化设计；摩阻扭矩

大庆油田油气勘探逐步向“低、深、难”领域进军，勘探开发方式由低效向高效、由数量向质量转变，这就要求不断加大技术创新力度、注重攻关应用水平井钻井技术，以此提高油气勘探效益。垣平1井是为探索精细高效勘探开发老油田的一次重要尝试，对于今后大面积推广水平井钻井技术，最大限度地解放油气储量、提高油气勘探效益有重要意义。

1 大位移井技术难点

（1）剖面设计及轨迹控制难。大位移井的井身剖面设计、井眼轨迹控制等与常规定向井或水平井钻井明显不同，优化设计和轨迹控制难度极大。

（2）摩阻与扭矩大。由于井斜角大，重力效应突出，引起上提、下放钻柱的阻力增加；钻进时加压困难，钻柱摩擦力矩大；传递扭矩困难；下部钻具易屈曲自锁，在钻井优化设计中必须充分考虑钻柱受力及强度变化等问题。

（3）井壁稳定性差。大位移井深度大，钻井周期长，在大斜度井段易发生井壁失稳，导致垮塌，尤其在泥页岩井段，易引发井下事故。

2 井眼轨道优化设计

（1）井眼剖面。合理的井眼剖面设计是大位移井取得成功的关键之一。尽量降低扭矩/摩阻，增加井眼延伸距离，并减少井眼的狗腿，对钻达地质目标的各种轨道进行优选（表1）。在大位移井中尤其推荐悬链曲线轨道剖面。在理论上，其特征是井壁和钻具之间接触力为零，由此得出井壁和钻具之间的摩擦力为零。用这种方法钻井存在困难，首先钻柱底部有效张力导致钻柱受压，此外，悬链线曲线比一些传统的井眼轨道更长。因而通常采用准悬链线轨道剖面。其作法是在浅层段以低造斜率（1.0～1.5）（°）/30 m造斜，随井深增加，增幅为0.50（°）/30 m逐步增加到（4.5～5.5）（°）/30 m，使最后的井斜角比传统60°井斜角高，可达到80～84°。造斜率如果超过5.5（°）/30 m，可能出现高的接触力。因此根据6个地质靶点进行3种剖面类型井眼轨道设计，对起钻摩阻、下钻摩阻及平均摩阻3方面进行对比，准悬链线剖面平均摩阻最小。减少了钻井工序，使井眼轨迹较短，有利于钻井安全。

表1 剖面类型优选数据

（2）优化靶前距和井眼曲率。针对3 000 m水平段，优化靶前距与井眼曲率（表2），尽可能降低钻柱发生屈曲程度和摩阻/扭矩，同时优化设计井深和大井眼造斜段长度，避免大井眼造斜段过长影响钻井时效。

表2 靶前距和井眼曲率数据

通过综合考虑剖面类型、井眼曲率、靶前距以及钻柱受力等多种因素，对垣平1井井眼轨道进行了优化设计，最终选择靶前距300 m，造斜率为5.5（°）/ 30 m—5.5（°）/30 m—3.0（°）/30 m的轨道数据模型，优化后的井眼轨迹平滑，满足现场钻井施工要求。

3 降摩阻/扭矩技术

（1）简化钻具结构。产生摩阻的第一个方面是钻柱，因此适当改变钻具结构，也是降低摩阻的主要方法。在钻具组合上尽量少用钻铤，在保证正常施工的前提下改用加重钻杆代替钻铤，减少钻柱与井壁间的作用力，使用钻具防磨接头，从而减少摩阻与扭矩。由于该井设计水平段长度大于3 000 m，因此重点对三开水平段钻具组合进行优化设计，尽可能降低钻柱屈曲程度，确保钻柱强度满足要求。通过理论计算垣平1井优化后的钻具组合设计为Ø215.9 mm钻头+Ø172 mm旋转地质导向工具+Ø127 mm无磁加重钻杆+Ø127 mm加重钻杆+Ø127 mm斜坡钻杆+Ø127 mm加重钻杆（或者Ø178 mm/159 mm钻铤）+Ø127 mm斜坡钻杆。

（2）净化井眼、破坏岩屑床。降低钻柱与井壁间的摩擦系数，从而大幅降低摩阻与扭矩，摩阻与扭矩的变化很大程度上提示着井眼的净化程度，每钻进100m左右做1次短起下钻，然后再循环，把井底和井壁的岩屑通过循环带出来。

4 井身结构优化

大位移水平井的井身结构优化主要考虑以下因素：封住上部疏松复杂地层，减少事故；因套管内摩擦系数明显小于裸眼段，因此可以大幅度地改善下部井眼的摩阻、扭矩状况；封住“狗腿”较大的造斜段，预防键槽卡钻等。

根据该井的地质特性，以安全高效钻进为目的，兼顾长水平段，优化为3层套管结构，技术套管封固易坍塌掉块的青山口组及整个造斜段，减小三开钻进时摩阻/扭矩，有利于完井管柱的安全下入，生产套管兼顾裸眼段长度以及封固段长度，确保钻完井施工安全。

5 应用效果

垣平1井通过钻井设计优化与现场精确井眼轨迹控制与施工，取得了较好的效果。由于后期钻进过程中岩性为干砂岩，决定提前完钻。垣平1井与同区块7口水平井平均情况对比，水平段长度增加了2 099 m，机械钻速增加了127.84%，钻井周期缩短了11.35 d。该井为目前大庆已完成水平井中最长水平位移井。三开仅用15.79 d钻进2 660 m水平段，平均机械钻速17.59 m/h，见表3。

表3 设计与实钻数据对比

6 结论与认识

（1）提高了机械钻速，缩短了钻井周期，进而降低了因长期浸泡造成井壁坍塌的风险；

（2）合理的靶前距与井眼曲率，降低了钻柱发生屈曲的程度和摩阻/扭矩大小，同时减少了大井眼造斜段长度，提高了钻井效率。

（3）合理的轨道设计、优化的钻具组合和钻井参数是降低摩阻与扭矩行之有效的措施。

［1］汪志明，郭晓乐，张松杰，等.南海流花超大位移井井眼净化技术［J］.石油钻采工艺，2006，28（1）：4-8.

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（修改稿收到日期 2013-12-17）

〔编辑 薛改珍〕

Drilling technology of Yuanping 1 extended reach well in Daqing

ZHANG Kai
（Research Institute of Oil Production Engineering,Daqing Oilfield Co.Ltd.,Daqing163453,China）

Yuanping 1 Well is the longest horizontal displacement exploratory well in drilled horizontal well.In this well in Da qing Oil field,six target spots are arranged in Fuyu oil-layer,the design horizontal section is longer than 3,000 m,and the horizontaldisplacement to vertical-depth ratio of designing horizontal and vertical is greater than 2.Through overall consideration of profile type,borehole curvature,target distance,drill string stress and other factors,all trajectories to drillable geological target of Yuanping 1 well is designed in an optimized manner to minimize the friction torque,increase the extended ability,and reduce the dog leg degree.In addition,through the assembling the drilling rig of the extended reach well and well bore structure optimized design,it provides the guarantee for construction safety and successful finish drilling.The third spud-in for horizontal interval of 2,660 m only took 15.79d,and the average rate of penetration is 17.59 m/h.This creates the record of the longest finish drilling horizontal section and safety without incidents of full hole in Daqing Oilfield.This realized target of the well evaluation and analysis of Fuyu oil layer thin interbed reservoir,exploring and increasing the production of low permeability reservoir.

Yuanping 1 well;well bore profile;borehole curvature;large displacement;optimization design;friction torque

张凯.大庆垣平1大位移井的钻井技术［J］.石油钻采工艺，2014，36（1）：26-28.

TE243

：A

1000-7393（2014）01-0026-03

10.13639/j.odpt.2014.01.007

张凯，1987年生。2009年毕业于中国石油大学地质工程专业，现主要从事钻井设计和钻井技术研究工作。电话：0459-5960975，18004597867。E-mail：zhangkaipkf@petrochina.com.cn。