优快钻井技术在Z41-P2井的应用

2022-04-18邹亚平

西部探矿工程 2022年4期

邹亚平

（大庆钻井工程技术研究院，黑龙江大庆 163413）

大庆油田水平井技术推广应用以来，取得了明显的效果，但随着勘探开发的进一步深入，对水平井钻完井技术提出了更高的要求。中浅层有效砂岩厚度薄（0.5～2m），层数多（3～7层），导致水平段定向进尺多，控制难度大，机械钻速慢；井下动力钻具及钻头使用寿命短，行程钻速低；不同的钻具结构适应的区块有所不同，钻进效果较好的钻具结合，在其他区块不一定适应，需要优化钻具结构。Z41-P2井是一口中浅层开发水平井，在平台井钻井过程中，下部地层存在造斜率低、钻速慢、油层薄等难点。通过优快钻井技术在该井的应用，使得该井提速效果明显，不仅取得了较好的经济效益，也为后期该区块深层水平井施工提供了宝贵经验。

1 基本概况

Z41-P2 井为典型的鼻状构造，总体呈东南高、西北低的单斜构造特征，受走向近南北向、近东西向断层控制，总体面貌呈断阶式地堑、地垒相间的构造形态。该井设计井深1920m，完钻井深1920m。目的层为姚一段，本井二层套管井身结构，二开215.9mm 井眼造斜。因此安全、高效施工，是钻井施工攻关的重点和难点。Z41-P2井井身结构如表1所示。

表1 Z41-P2井井身结构

2 施工难点

中浅层水平井优快钻井技术研究与应用能够提高机械钻速，缩短建井周期，降低钻井成本，应用前景广阔。Z41-P2 井一开是直井段施工，和常规井施工相同，优快钻井技术研究与应用的难点主要体现在二开阶段，涉及到造斜段施工和水平段施工。

（1）LWD随钻仪器测点滞后。中浅层水平井施工时主要应用LWD 随钻仪器，但是LWD 随钻仪器内部的传感器距离钻头位置较远，井斜测距一般在14～17m，伽马和电阻率测距一般在10～13m。测量数据的相对滞后对地层和轨迹的预测调整带来困难，一定程度上降低了钻井速度，增加了钻井周期。

（2）油层薄连续性差。由于受沉积相带的控制，Z41区块砂岩厚度由西北向东南逐渐变薄，北部单砂层厚度、单井累计砂岩厚度较南部大，砂岩层数北部较南部多，具有南北砂岩层数变化大、单层厚度薄、层间差异大、平面连续性差的特点。油层单砂层厚度一般0.8～2.0m。

（3）断层多影响钻井周期。区块内断裂发育，共落实断层113条，以正断层为主，发育2条近南北向和4条近东西向主断层，断层延伸长度0.5～2.5km，断距一般10m，断层倾角40°～60°。

（4）平台井施工涉及防碰。由于Z41-P2井是三口平台井中的一口，施工时涉及到临井防碰，需要严格控制井眼轨迹。直井段一定要打直，定向段按照设计施工。

（5）临井造斜率低。由于地层软钻速快，造斜率相对较低。施工临井时出现造斜率不足现象，本井设计最高造斜率6.4°/30m。

（6）轨迹控制难度大。为了缩短钻井周期提高钻井速度，降低成本，用优快钻井技术势在必行。油田中浅储层更薄、地层更复杂，控制难度大。不同的钻具结构适应的区块有所不同，钻进效果较好的钻具结合，在其他区块不一定适应，需要优化钻具结构。

3 优快钻井技术在Z41-P2井应用情况

针对Z41区块井身质量控制难度大、轨迹调整频繁、钻井周期长、井下故障多的难点，综合分析对比总结已完井的施工资料，结合该地区的地层特点，制定针对性施工方案、固化钻具组合和钻头、现场领导和专家驻井、精细控制等技术措施，形成相应的优快钻井技术。科学合理的优选钻头、优化钻具组合、优选钻井参数、推广“一趟钻”技术，延长了钻头的使用寿命和使用效率，遏制了井下事故复杂，提高了钻井速度，缩短了钻井周期。

3.1 控制井身质量，确保安全施工

（1）直井段控制。Z41 区块的地层倾角达一般在0.30°～2.00°左右，根据自然造斜规律来控制井深质量，施工中每钻进200m 测斜一次。如果发现井斜增加趋势变大，则调整转数和钻压参数控制井斜变化。通过这些措施，既保证了井深质量，又提高了机械钻速。

（2）定向段控制。定向段施工前，要从工艺和工程两个方面出发，根据实际井下数据优化待钻井眼轨迹，及时分析研究提前制定施工方案。施工时，应用LWD随钻仪器随时监测井下数据，复合与定向相结合的钻井方式，严格控制井眼曲率，保持轨迹平滑，满足工程和地质要求，减少井下复杂，确保后续施工安全顺利。

3.2 优选高效钻头，提高机械钻速

钻井作业的实施是通过钻头直接破碎地层岩石而得以实现的，降低钻井成本最直接、有效的措施就是提高钻头进尺、加快钻井速度，通过合理地选择钻头类型，提高钻头本身的性能是实现这一目标的有效途径。面对众多的钻头，如何经济、高效地选用合适的钻头已成为提高钻井经济效益的关键。

根据Z41区块的地质特点，结合岩性特征发现，岩性主要以泥岩、砂岩互层为主，上部井段岩石胶结疏松，宜选择能获得较高机械钻速的PDC 钻头，Z41-P2井优选四川川克JKP-5 型号的钻头，获得较高的机械钻速，定向段施工进尺1063m，平均机械钻速15.41m/h，超过同区块施工井速度。

3.3 优化钻具组合，确保井眼轨迹圆滑

正确匹配好钻具组合，减少起下钻次数，提高钻井时效，实现科学提速。本井主要应用PDC 钻头+螺杆钻具组合，在低钻压、高转速的情况下，利用螺杆钻具的高转速和PDC钻头的高破碎的特点，达到提高机械钻速，减少钻具事故。水平段复合钻进进尺比例占83.37%。

造斜段钻具组合：∅215.9mm钻头+∅172.0mm单弯螺杆（1.5°）+∅172.0mm 钻具浮阀+∅172.0mm LWD+∅139.7mm 无磁加重钻杆×9m+ ∅139.7mm18°斜坡钻杆+∅139.7mm加重钻杆×223.2m+∅139.7mm加重钻杆×334.8m+∅139.7mm钻杆。

水平段钻具组合：∅215.9mm钻头+∅172.0mm单弯螺杆（1.0°）+∅172.0mm钻具浮阀+∅165.1mm无磁钻铤×9m+∅139.7mm 加重钻杆 ×27.0m+∅139.7mm钻杆 ×1377.0m +∅139.7mm 加重钻杆 ×270m+∅139.7mm钻杆。

3.4 优化钻井参数，提高钻井速度

在钻进过程中，钻压、转速和水力参数在井底的破岩、清岩作用同时发生钻井过程中存在破岩、清岩的交互作用，要求根据地区的水力指数优选泵压和水力参数，综合钻井井眼净化、稳定和岩屑浓度三个约束条件，优选钻井液流变参数。在不同地层、井段，采用不同的钻压，保持水功率、转速等参数不变的情况下，比水功率值可采用实测法来合理优选。施工时采用大钻压、大排量、大扭矩、高泵压、高转速“三大两高”技术措施，强化钻井参数，提高钻井速度，缩短钻井周期。

造斜段钻井参数：钻压20～60kN，转速60r/min，排量32～36L/s，泵压14～17MPa。

水平段钻井参数：钻压40～80kN，转速60r/min，排量32～36L/s，泵压16～19MPa。

3.5 待钻轨迹优化，保证井眼轨迹质量

在水平井钻井中，由于诸多因素影响实钻井眼轨迹偏离设计井眼轨迹。为了保证准确地钻达靶区，当实钻井眼偏离设计井眼轨迹时，如不及时调整施工方案及措施，就有脱靶的危险。随钻修正设计的目的就是为这种调整轨道施工提供理论依据，沿着这条新的设计理论轨道钻进才能钻达预计的靶区。因此在钻进中进行轨道的修正设计是很有必要的。利用landmark软件进行理论轨道优化设计，并进行摩阻扭矩计算，优选出最优的井眼轨道，减少井眼轨迹控制的难度和工作量，从而实现安全、优质、快速钻井。

Z41-P2井综合考虑到后期施工安全，提前优化轨迹剖面。将设计造斜点上移，优化后下部造斜率降低，达到减少定向进尺增加复合进尺效果。经过轨迹优化后，实钻最大曲率 7.1°/30m，比设计曲率 6.4°/30m 高9.9%，井眼轨迹平滑通畅。

3.6 推广实行“一趟钻”技术，缩短钻井周期

降本增效是工程技术服务公司的始终追求目标，更是当前低油价的首要选择。水平井降本增效潜力特别大，其中一种技术就是“一趟钻”。“一趟钻”是指用一只钻头和一套井下钻具组合，一次入井钻完一个开次或一个井段全部进尺的钻井技术，具有提高机械钻速、缩短钻井周期、降低钻井成本、减少或避免井下复杂情况等优点，有效促进了北美地区非常规油气资源的高效开发。

Z41-P2井造斜段使用LWD+1.5°螺杆一趟钻至着陆点，着陆后倒换1.0°螺杆，使用LWD+1.0°螺杆一趟钻完成水平段施工。实现造斜段一趟钻完成，水平段一趟钻完成。实现定向周期6.82d，比设计定向周期10d缩短31.8%。

3.7 井下事故预防，保障井下安全施工

（1）短起下钻作业规范，二开短起下钻作业需考虑以下因素：每100m 实际返砂量低于理论返砂量0.5～1.0m3；返出岩屑研磨严重，钻头切削痕迹不明显；摩阻、扭矩波动幅度大；进尺变慢，拖压现象明显；泵压升高环空有憋压现象；上提超拉10t，下放有遇阻现象；旋转导向粘滑系数频繁超过安全临界值或者环空当量密度超过阶梯增加值。

（2）短起下钻或者长起钻开泵循环操作要求：下钻至出技套前100m、进入水平段100m以及每400m或者试遇阻情况，分别循环1.5～2 周，确保井眼清洁；开泵以阶梯排量为原则，逐次提高。首先以排量5L/s顶通，循环10～20min，视井深及分段循环情况而定；每2～3min 梯次增加排量5 冲，达到排量14L/s 后循环15min，以5r/min开顶驱，根据扭矩情况进行划眼，若无异常，将排量梯次提至24L/s 循环15min，直至达到正常施工排量。活动钻具期间出现泵压快速升高憋压现象，应立即停泵，活动钻具使泵压缓慢归零后，在自由段尝试重新遵照上述方式开泵循环，逐步达到施工排量；下钻探底后起出1柱钻杆，第二柱上下活动无异常，待岩屑返净后方可进行下步施工。

（3）水平段掉块卡钻处置措施：上提或者划眼过程中发生卡钻，应第一时间下压钻具至顶驱加游车悬重，严禁通过上提方式解卡。下放过程中发生卡钻，应以上提活动钻具为主；卡钻发生初期在不憋压的情况下逐步提排量至钻进排量循环，采取加扭和释放扭矩交替方式，间断活动钻具，可加扭30～40kN·m,试卡钻情况可考虑泵入稀浆和稠浆携砂；如活动4h未解卡，由启动震击器。

4 Z41-P2井取得的效果

Z41-P2 井通过针对该井油层薄、造斜率低、水平段倾角变化大等，制定详细的施工方案，应用优快钻井技术实现该井科学提速。该井施工段长1063m，周期6.82d，造斜段与水平段分别一趟钻完成，平均机械钻速15.41m/h，为该区块平均机械钻速最快井。比同区块井平均机械钻速提高45.38%，比设计定向周期10d缩短31.8%，全井最大曲率7.1°/30m比设计曲率6.4°/30m高9.9%，水平段复合钻进进尺比例占83.37%。