水平井技術(shù)在遼河油田杜84塊的推廣應(yīng)用

1、89dddbf6d3de9635058a13117ccf6699.pdf水平井技術(shù)在遼河油田杜84塊的推廣應(yīng)用第一章 概 述1.1水平井的發(fā)展歷史水平井鉆井技術(shù)的歷史可追溯到19世紀(jì)末期，從20世紀(jì)80年代國(guó)際鉆井界開(kāi)始深入研究和發(fā)展該技術(shù)，90年代大規(guī)模推廣應(yīng)用。目前已作為常規(guī)鉆井技術(shù)應(yīng)用于幾乎所有類型的油藏。隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展完善，水平井鉆井的成本已降至了直井的1.2-2倍,水平井產(chǎn)量是直井的4-8倍。水平井鉆井技術(shù)已成為提高油氣勘探開(kāi)發(fā)綜合效益的重要途徑。隨著水平井技術(shù)的進(jìn)步和石油工業(yè)的不斷發(fā)展，實(shí)踐中對(duì)軌跡控制的精度要求越來(lái)越高。不僅一些特殊的油藏需要嚴(yán)格限制軌跡位置，同時(shí)，隨著分支

2、井以及精確的水平井井網(wǎng)和形狀設(shè)計(jì)研究的深入，即使油層厚的區(qū)塊，從產(chǎn)能等要求出發(fā)，也對(duì)軌跡控制提出了更高的要求。另外，海上油田水平井開(kāi)發(fā)，由于位移和精度的高要求也會(huì)遇到類似的問(wèn)題，高精度水平井技術(shù)研究的內(nèi)容是這些問(wèn)題的集中反映。我國(guó)的水平井鉆井技術(shù)發(fā)展較晚，特別是在薄油層方面。雖然一些油田根據(jù)勘探開(kāi)發(fā)實(shí)際，正開(kāi)始了這方面的工作，但目前多方面仍處于起步摸索階段。特別是工具、儀器等硬件不能滿足要求，急須改進(jìn)，工藝上更需要有針對(duì)性的深入分析研究。我們鉆井一公司在近半年該類井服務(wù)中不斷探索實(shí)踐，在作業(yè)方和合作單位的支持下，于高精度水平井軌跡控制技術(shù)方面取得了一些收獲。1.2水平井施工的難度高精度水平井與

3、普通水平井主要區(qū)別在于：目的層薄，地層傾角和走向等變化大，軌跡設(shè)計(jì)要求高，軌跡控制調(diào)整頻繁，難度大，這就要求在施工中優(yōu)化剖面結(jié)構(gòu)，最大限度減少磨擦阻力和扭矩，為后期水平段施工提供安全基礎(chǔ)。同時(shí)，綜合分析研究地層資料，優(yōu)化入窗措施，卡準(zhǔn)目的層，在軌跡控制中儀器的測(cè)量能力和鉆具組合的調(diào)整能力必須保證，以上問(wèn)題是高精度水平井軌跡控制的主要難題。受儀器、工具等硬件的限制，目前我國(guó)的定向井技術(shù)水平和世界先進(jìn)國(guó)家存在一定的差距。先進(jìn)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向和地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)應(yīng)用較少，在水平井施工中主要使用國(guó)產(chǎn)常規(guī)動(dòng)力鉆具和mwd儀器，我們結(jié)合我油田實(shí)際情況和我公司現(xiàn)有技術(shù)手段，還是很好的解決了高精度水平井中和一些技術(shù)難題，

4、在曙一區(qū)杜84塊打出了5口難度較大的水平井。第二章 杜84塊的鉆井設(shè)計(jì)要求及施工難點(diǎn)2.1地質(zhì)概況：曙一區(qū)杜84塊位于遼寧省盤(pán)錦市東郭葦場(chǎng)葦田大隊(duì)西南約3km。構(gòu)造位于遼河盆地西部凹陷西斜坡的中段，北以杜32斷層為界，東邊界為杜79斷層，西部以杜115斷層為界，南以杜205井與曙127454井連線為界。整體上呈一長(zhǎng)條狀單斜構(gòu)造。本次部署目的層為es3上段。該區(qū)塊1990年上報(bào)興隆臺(tái)油層（es1+2、es3上）含油面積為6.2km2，地質(zhì)儲(chǔ)量為5647104t。本次部署的水平井均屬于開(kāi)發(fā)水平井，目的層為沙三段上部，即興組油層。該油層巖性主要為灰色、深灰色泥巖和塊狀砂礫巖。薄片鑒定結(jié)果表明，杜84

5、塊興組油層以巖屑砂巖為主，該油層為高孔隙度、高滲透率的儲(chǔ)層。其原油物性為：20時(shí)原油密度平均為1.001g/cm3；50地面脫氣原油粘度是16.815104mpa.s；膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量平均為57.84%；凝固點(diǎn)平均為26.5；含蠟量平均為2.2%。按稠油分類標(biāo)準(zhǔn)，屬于超稠油。杜84斷區(qū)塊興隆臺(tái)油層只有一口測(cè)壓井，即杜42井，油層中深750m時(shí)，壓力為7.35mpa，壓力系數(shù)為0.98。由于該區(qū)塊蒸汽吞吐開(kāi)發(fā)多年，目前地層壓力僅為2.53.5mpa。據(jù)杜845141井和杜844943井測(cè)溫資料顯示，750m處地溫為34.7，地溫梯度為3.3/100m。其中設(shè)計(jì)的杜84平44井和杜84平43井位于該

6、區(qū)塊西北部，在sagd試驗(yàn)區(qū)杜84平45井東北70m處。其南部有一口取心井杜846567井，取心進(jìn)尺142.7m，心長(zhǎng)80.51m，巖心收獲率56.6%。周圍的直井于1997年初投入試采，目前大多數(shù)井處于吞吐10輪次以上，平均單井累采油1.15104t，接近吞吐末期。由于井間動(dòng)用程度差，且附近的井間水平井杜84平45井和杜84平46井取得了第一周期平均累采油4041t的好效果。為了更合理的開(kāi)發(fā)該區(qū)塊興隆臺(tái)油層超稠油，因此進(jìn)行直井與水平井組合sagd開(kāi)發(fā)試驗(yàn)。油層埋深750780m，單井有效厚度最厚達(dá)79.8m，最小為20.6m，一般在25m77m之間，平均為52.7m，油層鉆遇率為100%。其

7、中設(shè)計(jì)的杜84平25井和杜84平27井位于該區(qū)塊東部，距取心井杜53井較近。杜53井取心段為770.59914.23m，取心進(jìn)尺163.64m，心長(zhǎng)110.92m，巖心收獲率77.6%，油砂長(zhǎng)57.4m。附近興組（es3上）已有5口水平井于1997年底投入生產(chǎn)，平均吞吐10.5輪次，累計(jì)產(chǎn)油11.936104t，平均單井累產(chǎn)油2.387104t，目前平均單井日產(chǎn)24.3t/d，生產(chǎn)效果較好。該區(qū)興組為底水油藏，油層發(fā)育較好，平面上連片分布。油層頂面埋深790m，油水界面為867m。單井解釋油層最大厚度為80.6m，最小為33.7m，一般在40.2m76m之間，平均為54.9m，油層鉆遇率為10

8、0%。2.2鉆井設(shè)計(jì)2.2.1地質(zhì)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)況表1 杜84塊構(gòu)造地質(zhì)分層及巖性地質(zhì)分層底界深（米）主要巖性描述 平原組210棕色、棕黃色粘土層與灰白色細(xì)砂、含礫中細(xì)砂巖互層明化鎮(zhèn)組340淺灰白含礫砂巖，砂礫巖及綠灰色泥巖管陶組670砂礫巖，砂巖，中粗砂巖和細(xì)砂巖不等厚互層沙一二段800淺灰色砂礫巖，砂礫巖與灰綠色泥巖互層沙三段1200（未穿）巨厚塊狀砂礫巖，礫狀砂巖和灰色淺灰色泥巖2.2.2 工程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)況2.2.2.1 5 口水平井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)表2杜84塊水平井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 序號(hào)井眼尺寸(mm)井深(m)套管尺寸(mm)套管下深(m)水泥返深(m)一開(kāi)444.5212339.7210地面二開(kāi)311

9、.19701010244.59691005地面三開(kāi)215.911951230177.8(割縫篩管)11931228（不固井）2.2.2.2 5口水平井井眼軌跡設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表3 杜84塊水平井井眼軌跡設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表井 號(hào)杜84平44井杜84平43井杜84平25井杜84平15井杜84平27井軌 跡 類 型直增穩(wěn)增穩(wěn)直增穩(wěn)增穩(wěn)直增穩(wěn)增穩(wěn)直增穩(wěn)增穩(wěn)直增穩(wěn)增穩(wěn)造 斜 點(diǎn)350m430m500m600m600m2.3工程施工難點(diǎn)井網(wǎng)密集，防碰難度大，防碰鄰井套管至關(guān)重要，定向造斜時(shí)要采取三維繞障施工。造斜點(diǎn)350600m,出表層就定向，上部地層松散，造斜率極低，加之是用311.1mm的鉆頭、采用雙泵大排量鉆進(jìn)，因

10、此造斜十分困難。上部地層為管陶組，其巖性主要為砂礫巖和粗礫巖，礫徑非常大，對(duì)定向造斜極為不利，也給造斜段的井眼軌跡控制帶來(lái)了相當(dāng)難度。由于該地區(qū)是老區(qū)塊，油藏已開(kāi)采多年，油層地質(zhì)膠結(jié)疏松，當(dāng)鉆頭鉆至油層后，造斜率非常低，對(duì)著陸前造斜非常不利，從而給入靶前著陸帶來(lái)很大困難。該區(qū)塊地層埋藏淺，地層巖性變化大，主要巖性為砂巖、砂礫巖和礫巖，但其中有不等厚度的泥巖夾層，由于在砂巖、砂礫巖和礫巖里定向鉆進(jìn)時(shí)實(shí)際井眼曲率很低，而在泥巖里鉆進(jìn)時(shí)實(shí)際井眼曲率很高，因而給工具造斜率的控制和估計(jì)帶來(lái)了很大的麻煩。入靶點(diǎn)窗口高度只有2m，這就要求測(cè)量和計(jì)算精度非常高，再加之測(cè)量探管到鉆頭的距離還有1314m測(cè)不到，

11、因此給井眼軌跡的準(zhǔn)確入靶增加了相當(dāng)難度。設(shè)計(jì)244.5mm的技術(shù)套管要下至水平段窗口，由于技術(shù)套管直徑大，剛性強(qiáng)，這就要求實(shí)際井眼的狗腿度不宜太大，否則技術(shù)套管就難以下到預(yù)定的位置，這也給井眼軌跡控制提出了更高的要求。由于地層埋藏淺，地層松散，因此，一旦下鉆遇阻劃眼，則很容易劃出新井眼，給正常施工帶來(lái)影響，而且上部井眼很容易出現(xiàn)“大肚子”現(xiàn)象，對(duì)固井質(zhì)量影響很大。由于地層埋藏淺，地層松散，鉆進(jìn)速度非?？?，而且管陶組粗礫巖礫徑大，這就給泥漿的攜巖性能提出了很高的要求，一旦井眼凈化不好或凈化不及時(shí)，那么很容易造成沉砂卡鉆，和容易形成巖屑床，給下步施工帶來(lái)困難。由于該區(qū)塊的油藏屬于稠油，所有生產(chǎn)井都

12、需要采取熱注熱采，采用蒸汽吞吐，因此地溫剃度異常，給泥漿性能的維護(hù)帶來(lái)很大影響。目的層巖石疏松，膠結(jié)性差，水平段鉆進(jìn)時(shí)井壁穩(wěn)定性也是一個(gè)很大的問(wèn)題。第三章 水平井鉆井技術(shù)的應(yīng)用3.1 三維繞障防碰鄰井套管技術(shù)的應(yīng)用該區(qū)塊屬于老區(qū)塊，已打的開(kāi)發(fā)直井、定向井、水平井?dāng)?shù)量多，設(shè)計(jì)井周圍井網(wǎng)密集，防碰難度大，防碰鄰井套管至關(guān)重要。一旦不小心把鄰井套管鉆漏，則很容易造成兩口井報(bào)廢，那么就會(huì)給甲方和鉆井公司造成不可估量的損失。因此在定向造斜時(shí)要采取三維繞障施工。具體施工中在防碰問(wèn)題上我們非常謹(jǐn)慎小心，主要采取了以下有效的措施：開(kāi)鉆前在設(shè)計(jì)時(shí)就將其周圍的井與設(shè)計(jì)井進(jìn)行防碰掃描，根據(jù)掃描結(jié)果確定出重點(diǎn)防范井，

13、以便在實(shí)際施工中加以重點(diǎn)防范。在鉆井施工過(guò)程中，隨時(shí)將實(shí)際井眼軌跡與周圍井進(jìn)行防碰掃描，隨時(shí)確定出實(shí)鉆井眼軌跡與周圍井在同深度位置上的空間距離。一旦發(fā)現(xiàn)這個(gè)距離小于5m時(shí)，就需要采取繞障措施。同時(shí)在實(shí)際施工中，我們利用無(wú)線隨鉆儀器對(duì)其周圍的磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)施監(jiān)視，一旦發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)強(qiáng)度有異?，F(xiàn)象，說(shuō)明儀器本身很可能距離鄰井套管不遠(yuǎn)了，就立即停止鉆進(jìn)，召集相關(guān)技術(shù)人員研究對(duì)策，這時(shí)決不輕易多打一米。3.2 優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這5口水平井的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)綜合考慮了杜84塊的地質(zhì)特點(diǎn)、油藏特征、采油工藝特點(diǎn)及鉆水平井的難點(diǎn)等多方面因素。經(jīng)優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果如下：一開(kāi)井眼444.5mm212m、表層套管33

14、9.7mm210m；二開(kāi)井眼311.1mm1005m、技術(shù)套管244.5mm1003m；三開(kāi)井眼215.9mm1220m、油層篩管177.8mm水平段長(zhǎng)（懸掛于技術(shù)套管上）。這種井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既能滿足稠油熱采的要求，又能減少鉆井過(guò)程中的摩阻和扭矩，以及保證井壁穩(wěn)定的問(wèn)題。3.3 優(yōu)化井身剖面設(shè)計(jì)參考該區(qū)塊在這之前施工的水平井的井身剖面及施工經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)選這5口井的井身剖面為直增穩(wěn)增穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)五段制剖面。井身剖面設(shè)計(jì)結(jié)果數(shù)據(jù)見(jiàn)表6所示。在井身剖面設(shè)計(jì)時(shí)也同時(shí)考慮了甲方的要求：在垂深780800m、井斜在4050之間必須有至少25m的穩(wěn)斜段，將來(lái)采油時(shí)就把采油泵下到該穩(wěn)斜段位置，這是為了延長(zhǎng)采油泵的使用壽命

15、。表6井身剖面設(shè)計(jì)結(jié)果表井名杜84-平43杜84-平44杜84-平25杜84-平15杜84-平27井段類型項(xiàng)目造斜點(diǎn)井段深度(m)430350500600598水平位移(m)00000累計(jì)水平位移(m)00000垂深(m)430350500600598井斜角()00000第一造斜段井段深度(m)628.88540.47647.11869.31805.98井段長(zhǎng)(m)198.88190.47147.11269.31207.98水平位移(m)66.361.0236.95137.9485累計(jì)水平位移(m)66.361.0236.95137.9485垂深(m)613.28526.75640.73814

16、.32780.65井斜角()39.7838.0929.4265.5349.91造斜率(/30m)6667.37.2穩(wěn)斜段井段深度(m)734.81729.53723.39895.57830.78井段長(zhǎng)(m)105.93189.0676.2826.2624.8水平位移(m)67.78116.6437.4723.918.98累計(jì)水平位移(m)134.08177.6674.42161.84103.98垂深(m)694.7675.54707.17825.19796.62井斜角()39.7838.0929.4265.5349.91造斜率(/30m)00000第二造斜段井段深度(m)966.71975.5

17、71007.761012.75981.55井段長(zhǎng)(m)231.9246.04284.37117.18150.77水平位移(m)203.31213.51233.29113.61138.57累計(jì)水平位移(m)337.39391.17307.71275.45242.55垂深(m)790780846850848井斜角()909089.469089.46造斜率(/30m)6.56.56.57.58水平段井段深度(m)1270.171228.431219.831224.821193.6井段長(zhǎng)(m)303.46252.86212.07212.07212.05水平位移(m)303.46252.86212.06

18、212.07212.04累計(jì)水平位移(m)640.85644.03519.77487.52454.59垂深(m)790780848850850井斜角()909089.469089.463.4導(dǎo)向復(fù)合鉆井技術(shù)的應(yīng)用在現(xiàn)場(chǎng)我們一般根據(jù)實(shí)際情況選用下述兩套井斜可調(diào)整導(dǎo)向鉆具組合。第一套鉆具組合：311.1mm或215.9mm三牙輪鉆頭197mm或165mm單彎螺桿鉆具變扣接頭mwd定位接頭203.2mm或177.8mm或158.75mm無(wú)磁鉆鋌2根127mm18斜坡鉆桿2045根+127mm加重鉆桿3040根+158.75mm鉆鋌9根+127mm18斜坡鉆桿第二套鉆具組合：311.1mm或215.9

19、mm三牙輪鉆頭197mm或165mm單彎螺桿鉆具變扣接頭311mm或215mm球形扶正器mwd定位接頭203.2mm或177.8mm或158.75mm無(wú)磁鉆鋌2根127mm18斜坡鉆桿2045根+127mm加重鉆桿3040根+158.75mm鉆鋌9根+127mm18斜坡鉆桿在杜84塊的5口水平井的施工中，主要采用第一套鉆具組合，尤其是在下244.5mm技術(shù)套管的311.1mm井眼的造斜井段的鉆井中。這套鉆具組合的優(yōu)點(diǎn)在于，在穩(wěn)斜段鉆進(jìn)中它可以通過(guò)鉆井參數(shù)的變化來(lái)調(diào)整井斜，既可以增大井斜角，又可以減小井斜角；在造斜段鉆進(jìn)中它可以通過(guò)鉆井參數(shù)的變化來(lái)調(diào)整井斜變化率，即增斜率，既可以增大增斜率，又可

20、以減小增斜率。第二套鉆具組合的主要優(yōu)點(diǎn)在于它穩(wěn)斜穩(wěn)方位的效果更好，它也可以通過(guò)鉆井參數(shù)的變化來(lái)減小井斜角和減小增斜率。施工實(shí)踐表明，第一套鉆具組合通過(guò)鉆井參數(shù)的調(diào)整可以使井斜增斜率從0/10m至0.6/10m之間變化，也可以使井斜降斜率從0/10m至0.8/10m之間變化；第二套鉆具組合通過(guò)鉆井參數(shù)的調(diào)整可以使井斜降斜率從0/10m至1.0/10m之間變化。在實(shí)際施工中，根據(jù)測(cè)斜監(jiān)測(cè)結(jié)果，利用計(jì)算機(jī)跟蹤計(jì)算，并隨鉆作圖，隨時(shí)預(yù)測(cè)井眼的發(fā)展趨勢(shì)，及時(shí)調(diào)整鉆井參數(shù)和鉆井方式，以滿足井眼軌跡控制的需要。若實(shí)際造斜率大于設(shè)計(jì)造斜率，則采用復(fù)合鉆井方式即旋轉(zhuǎn)鉆井方式鉆進(jìn)，或改變鉆井參數(shù)來(lái)減小造斜率，使實(shí)

21、鉆井眼軌跡盡量接近設(shè)計(jì)井眼軌跡，確保井眼軌跡控制精度。3.5 精確井眼軌跡控制技術(shù)的應(yīng)用井眼軌跡控制技術(shù)是水平井鉆井技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，水平井的井眼軌跡控制是水平井鉆井中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它的難點(diǎn)主要集中在著陸入窗技術(shù)和水平段的控制技術(shù)上。在5口水平井的施工中，全部采用無(wú)線隨鉆mwd跟蹤測(cè)量井眼軌跡數(shù)據(jù)。在實(shí)際施工中，我們采用了勤測(cè)量、勤計(jì)算、勤分析、勤預(yù)測(cè)、勤發(fā)現(xiàn)和勤調(diào)整的精確井眼軌跡控制技術(shù)。所謂勤測(cè)量，就是要盡量縮短測(cè)量間距，盡可能及時(shí)測(cè)出距井底最近點(diǎn)的井斜方位數(shù)據(jù)，從而及時(shí)掌握井眼軌跡的最新發(fā)展趨勢(shì)。所謂勤計(jì)算，就是每測(cè)出一點(diǎn)數(shù)據(jù)后，就要及時(shí)進(jìn)行計(jì)算，從而掌握距井底最近井段的井眼曲率，以便根據(jù)該

22、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)測(cè)點(diǎn)以下未知井段的井眼曲率。所謂勤分析，就是每測(cè)出一點(diǎn)數(shù)據(jù)后，就要及時(shí)進(jìn)行認(rèn)認(rèn)真真的分析研究，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。所謂勤預(yù)測(cè)，就是每測(cè)出一點(diǎn)數(shù)據(jù)后，就要及時(shí)進(jìn)行預(yù)測(cè)和對(duì)待鉆井眼進(jìn)行設(shè)計(jì)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)目前井下鉆具組合的造斜能力是否能夠滿足待鉆井眼的設(shè)計(jì)造斜率的需要。所謂勤發(fā)現(xiàn)，就是根據(jù)測(cè)量、計(jì)算、分析、預(yù)測(cè)的結(jié)果，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，從而能夠及時(shí)解決問(wèn)題。所謂勤調(diào)整，就是指根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，從實(shí)際情況出發(fā)，及時(shí)調(diào)整鉆井參數(shù)、改變鉆井方式和改變鉆具組合，以達(dá)到待鉆井眼的軌跡設(shè)計(jì)的需要，從而確保實(shí)際井眼軌跡精確中靶。水平井施工中控制好實(shí)鉆井眼軌跡，使其準(zhǔn)確無(wú)誤鉆達(dá)設(shè)計(jì)目標(biāo)靶區(qū)，是水平井施工成功

23、的關(guān)鍵和標(biāo)志。我們根據(jù)該區(qū)塊地層松軟、造斜差的特點(diǎn)，選用了工具造斜能力較設(shè)計(jì)井眼軌跡曲率稍大的1.75和2的單彎中空螺桿。在實(shí)際施工中，根據(jù)造斜率的實(shí)際需要，通過(guò)平衡滑動(dòng)鉆井與旋轉(zhuǎn)鉆井的井段長(zhǎng)度來(lái)獲得需要的平均造斜率，由于該地區(qū)地層不穩(wěn)定，巖性變化大，所以，有時(shí)也必須根據(jù)鉆時(shí)和地質(zhì)人員撈出的砂樣來(lái)判斷正鉆地層的巖性，并根據(jù)巖性的不同，需要采用不同的鉆井參數(shù)，以獲得需要的平均造斜率。只有這樣才能使實(shí)鉆井眼軌跡的井斜方位達(dá)到設(shè)計(jì)需要的井斜方位，從而使實(shí)鉆井眼軌跡盡量接近設(shè)計(jì)井眼軌跡。3.6 水平井井眼凈化技術(shù)的應(yīng)用水平井施工中，井眼凈化問(wèn)題是水平井能否順利進(jìn)行施工的最重要因素，它是水平井施工取得成

24、功的重要保障。一旦井眼凈化有問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成環(huán)空憋堵、井漏、沉砂卡鉆和井壁坍塌等一系列復(fù)雜情況的發(fā)生，給鉆井施工將帶來(lái)極大的危害。杜84塊地層埋藏淺，巖性主要以砂巖、砂礫巖為主，地層極為疏松，平均機(jī)械鉆速非?？?，再加上該區(qū)塊下面管陶組礫巖的粒徑非常大，這就給水平井施工的井眼凈化技術(shù)提出了更高的要求。在5口水平井的實(shí)際施工中，根據(jù)我們對(duì)大斜度井和水平井中巖屑輸送機(jī)理的研究，著重從泥漿性能鉆井參數(shù)和鉆井操作三個(gè)方面同時(shí)下工夫來(lái)改善井眼的凈化狀況和提高泥漿清洗鉆屑的效果。3.6.1 對(duì)大斜度井和水平井中巖屑輸送機(jī)理的研究只有在對(duì)大斜度井和水平井中巖屑輸送機(jī)理進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)之上，才能真正弄清楚影

25、響大斜度井和水平井井眼凈化效率的各種因素，從而對(duì)癥下藥，采取相應(yīng)的措施來(lái)有效地提高大斜度井和水平井井眼凈化的效果。 巖屑輸送力學(xué)分析在大斜度井和水平井中，巖屑在停泵時(shí)泥漿靜止的情況下的受力分析。 巖屑在泥漿中懸浮的狀況下的受力情況如圖1所示。這種情況下，巖屑顆粒只受到兩個(gè)力的作用，即巖屑顆粒在泥漿中的重力g和泥漿阻止巖屑顆粒下滑的粘滯力f。當(dāng)g足夠小，不足以克服泥漿本身的結(jié)構(gòu)力時(shí)，則巖屑顆粒的下滑速度v0，即巖屑顆粒靜止懸浮于泥漿中。相反，則巖屑顆粒就會(huì)以一定的速度向下滑動(dòng)。由此可見(jiàn)，巖屑顆粒在靜止泥漿中的下滑速度的大小與其自身在泥漿中的重量g、泥漿本身的結(jié)構(gòu)力和粘滯力f有關(guān)。再來(lái)看看巖屑顆粒

26、在井筒內(nèi)未接觸到下井壁之前下滑的距離s。假定停泵時(shí)巖屑顆粒距下井壁的距離為s，那么根據(jù)幾何關(guān)系有如下的等式 s = s / sin 式（1）從這個(gè)等式可以看出，巖屑顆粒要接觸到下井壁必須向下滑移的距離s與井斜角有關(guān)。即井斜角越大，這個(gè)距離越小，那么停泵之后巖屑顆粒有可能很快就接觸到下井壁。相反，井斜角越小，這個(gè)距離越大，停泵之后巖屑顆粒要接觸到下井壁需要一定的時(shí)間，如果井斜角趨近于0，則巖屑顆粒只有下滑到井底才有可能接觸到井壁。從上述分析不難發(fā)現(xiàn)，在停泵時(shí)泥漿靜止的情況下要想使巖屑盡可能懸浮于泥漿中，可以采取如下措施：減小巖屑顆粒在泥漿中的重力g，這個(gè)力只與巖石密度和泥漿密度有關(guān)，巖石密度是我

27、們無(wú)法改變的，只能通過(guò)加重泥漿密度來(lái)減小巖屑顆粒在泥漿中的重力g。加強(qiáng)泥漿本身的結(jié)構(gòu)力，可以通過(guò)增強(qiáng)泥漿的凝膠強(qiáng)度來(lái)增大這種結(jié)構(gòu)力。增大泥漿對(duì)巖屑的粘滯力f，這個(gè)粘滯力f的大小與泥漿的粘度和結(jié)構(gòu)、巖屑顆粒的幾何形狀和粒徑有關(guān)，一般來(lái)講，我們無(wú)法改變巖屑顆粒的幾何形狀和粒徑，但是可以改善泥漿的結(jié)構(gòu)和提高泥漿的粘度來(lái)增大泥漿對(duì)巖屑的粘滯力f。采取這些措施的目的就是要降低巖屑顆粒的下滑速度v。當(dāng)巖屑顆粒的下滑速度v一定時(shí)，井斜角越小越有利于巖屑顆粒在泥漿中懸浮。反之，井斜角越大，巖屑顆粒越容易沉降至下井壁形成巖屑床。 巖屑在與下井壁接觸的狀況下的受力情況如圖2所示。這種情況下，巖屑顆粒在與井眼平行的

28、方向上所受的合力為：f合 = gcos f= gcos ( f + f )= gcos ( f + gsin ) 式（2）式中g(shù)為巖屑顆粒在泥漿中的重力， 為井斜角，f為泥漿對(duì)巖屑的粘滯力，為巖屑顆粒與井壁之間的摩擦系數(shù)。當(dāng)f合 足夠小不足以克服靜止泥漿的結(jié)構(gòu)力n結(jié)構(gòu)時(shí)，巖屑顆粒就停留在下井壁的某個(gè)位置上，此時(shí)有如下不等式 0 f合 n結(jié)構(gòu) 式（2）即 0 gcos ( f + gsin ) n結(jié)構(gòu) 式（3）這時(shí)，由于巖屑顆粒的下滑速度v=0，則泥漿對(duì)巖屑的粘滯力f也為0，因此上式變?yōu)?0 gcos gsin n結(jié)構(gòu) 式（4）從上式分析可以得出如下結(jié)論：在停泵時(shí)泥漿靜止的情況下，巖屑顆粒在下井

29、壁不下滑的最小井斜角為 gcos gsin 0 式（5） arcctg 式（6）而巖屑顆粒在下井壁下滑的最小井斜角由下面的等式?jīng)Q定 gcos gsin n結(jié)構(gòu) 式（7） arcsin -n結(jié)構(gòu)sqr(2- n結(jié)構(gòu)2-1)/( 2+1) 式（8）綜上所述，在大斜度井和水平井中，在停泵時(shí)泥漿靜止的情況下，井斜小于式（8）所決定的井斜角井段的巖屑顆粒都趨于堆積在井斜為式（8）所決定的井斜角的井段。而這個(gè)臨界井斜角的大小與巖屑顆粒本身的密度、形狀、粒徑以及泥漿的密度、結(jié)構(gòu)力和井壁狀況等因素有關(guān)。在大斜度井和水平井中，巖屑在開(kāi)泵時(shí)泥漿循環(huán)的情況下的受力情況就變得比較復(fù)雜化了，在這里就不作具體的受力分析，

30、只對(duì)巖屑顆粒在受到各種力的合力時(shí)的輸送流動(dòng)方式進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，從而找出在大斜度井和水平井中影響泥漿攜砂的主要因素。巖屑輸送流動(dòng)方式巖屑在開(kāi)泵時(shí)泥漿循環(huán)的情況下，對(duì)泥漿攜砂和井眼凈化的起決定作用的力是泥漿對(duì)巖屑顆粒的粘滯力f，而這個(gè)粘滯力f的大小和方向是由泥漿性能、環(huán)空返速、環(huán)空尺寸和偏心度以及泥漿的實(shí)際流動(dòng)特點(diǎn)所決定的。國(guó)外專家的研究發(fā)現(xiàn)，在大斜度井和水平井中，巖屑循環(huán)泥漿混合體在環(huán)空中的方式有以下三種方式： 非均勻懸?。涸谶@種流動(dòng)方式中，較大的舉升力足以克服使巖屑下沉的重力分量，可使巖屑離開(kāi)下井壁懸浮在循環(huán)泥漿中。但此時(shí)環(huán)空斷面巖屑的濃度呈梯度分布，下半部環(huán)空巖屑濃度較高。這種情況常發(fā)生在高流

31、速產(chǎn)生較大舉升力和井斜角較小形成巖屑床的重力分量較小的條件下； 獨(dú)立的巖屑床沙丘：當(dāng)循環(huán)泥漿流速降低而井斜角增大時(shí)，舉升力仍起作用但不能使巖屑保持懸浮狀態(tài)。此時(shí)，與拖曳力相反的重力分量減小，拖曳力增強(qiáng)到足以帶動(dòng)巖屑前移，因而這種流動(dòng)方式是舉升力和拖曳力綜合作用的結(jié)果。這種情況經(jīng)常發(fā)生在循環(huán)泥漿粘度較低并且為紊流的條件下。連續(xù)移動(dòng)的巖屑床：當(dāng)循環(huán)泥漿粘度較高并為層流時(shí)，巖屑床同泥漿的粘滯力拖曳向前移動(dòng)，在井眼下井壁形成可移動(dòng)的巖屑床。如果泥漿流速進(jìn)一步降低，舉升力和拖曳力都不能使巖屑床向前移動(dòng)，這種情況下就會(huì)形成不同厚度的穩(wěn)定巖屑床，這是我們?cè)阢@井施工過(guò)程中要竭力避免的情況。3.6.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

32、的井眼凈化技術(shù)和解決措施在大斜度井和水平井中，井眼凈化的任務(wù)和目的就是要將井筒內(nèi)的鉆屑清除干凈，防止巖屑床的形成。由于在實(shí)際施工中我們不可能做到使井筒內(nèi)徹底干凈，一點(diǎn)殘余鉆屑都沒(méi)有，因此，我們只能通過(guò)不斷提高泥漿的攜砂效果和盡量防止巖屑床的形成等措施來(lái)解決井眼凈化問(wèn)題。在對(duì)大斜度井和水平井中巖屑輸送機(jī)理的研究中我們注意到，泥漿對(duì)巖屑顆粒的懸浮作用對(duì)提高泥漿的攜砂效果和防止巖屑床的形成都具有非常重要的意義。提高泥漿對(duì)巖屑顆粒的懸浮能力，使巖屑顆粒盡量懸浮于泥漿中而不致接觸下井壁，不但有利于提高泥漿的攜砂效果，而且很明顯可使止巖屑床的形成的可能性降至最小。增加泥漿對(duì)巖屑顆粒的懸浮能力的主要措施是提

33、高泥漿的凝膠強(qiáng)度、靜切力和粘度。提高泥漿的凝膠強(qiáng)度的泥漿添加劑包括懷俄明土、某些聚合物增稠劑和一些不同的絮凝劑。同時(shí)，活動(dòng)鉆具包括旋轉(zhuǎn)鉆柱和起下鉆也有助于巖屑顆粒在泥漿中的懸浮。為了提高泥漿的攜砂效果，采取了以下措施： 改善泥漿性能 選用合適的泥漿類型。根據(jù)我們?cè)诙?4區(qū)塊鉆定向井使用泥漿的經(jīng)驗(yàn)，使用聚合物混油鉆井液非常適合鉆該區(qū)塊的地層，在此基礎(chǔ)上對(duì)泥漿性能加以改善，就可以適用鉆該區(qū)塊的水平井了。 合理的泥漿性能設(shè)計(jì)。通常，在同一口井中，某一井段中的最優(yōu)井眼凈化參數(shù)不一定適用于另一井段。但是我們?cè)谶M(jìn)行泥漿性能設(shè)計(jì)時(shí)，為獲得最佳井眼凈化效果，充分考慮了使全井最關(guān)鍵井段即井斜角為40 60的井段

34、的井眼凈化問(wèn)題最小。 在井眼穩(wěn)定性和其它方面允許的情況下，盡可能提高泥漿密度，以增加泥漿懸浮鉆屑的能力，有助于井眼凈化。 加入包括懷俄明土、某些聚合物增稠劑和一些不同的絮凝劑在內(nèi)的泥漿添加劑來(lái)提高泥漿的低剪切率粘度和凝膠強(qiáng)度，以改善層流條件下井眼凈化能力。 保持恰當(dāng)?shù)哪酀{流變性。強(qiáng)化固控設(shè)備保證四級(jí)凈化，確保固控設(shè)備的使用率，降低鉆屑固相含量，有利于泥漿流變性的控制。 提高泥漿在環(huán)空中的流速和剪切速率從對(duì)大斜度井和水平井中巖屑輸送機(jī)理的研究中不難發(fā)現(xiàn)，巖屑輸送在很大程度上是環(huán)空流速的作用，鉆屑在井眼內(nèi)向上輸送時(shí)的流動(dòng)形態(tài)取決于泥漿的懸浮特性和泥漿流速。因此，提高環(huán)空返速總會(huì)增加井口或移動(dòng)中的巖

35、屑濃度，從而能夠改進(jìn)井眼凈化效果和降低巖屑床厚度。增大泵排量和鉆具外徑就能提高泥漿在環(huán)空中的流速和剪切速率。在地面機(jī)泵條件允許的情況下，現(xiàn)場(chǎng)采用兩臺(tái)3nb1300泵170mm和160mm雙泵鉆進(jìn)，排量可達(dá)到4555l/s，保證環(huán)空返速控制在11.5m/s。 在不同井斜角的井段采用不同的泥漿流態(tài)在井斜角低于45的井段和沖蝕敏感性地層中，使泥漿在井眼環(huán)空內(nèi)保持層流狀態(tài)，并使泥漿的屈服值保持盡可能高，這樣就能使泥漿在該井段產(chǎn)生最佳的井眼清潔效果。而在井斜角為5590的井段和堅(jiān)硬地層中，采用紊流狀態(tài)下的低粘度泥漿能夠提供良好的凈化效果。為了防止巖屑床的形成和盡可能破壞巖屑床，采取了以下措施： 在泥漿中

36、加入包括懷俄明土、某些聚合物增稠劑和一些不同的絮凝劑在內(nèi)的泥漿添加劑來(lái)提高泥漿的凝膠強(qiáng)度和靜切力，以提高泥漿對(duì)巖屑顆粒的懸浮能力，使巖屑顆粒盡量懸浮于泥漿中而不致接觸下井壁。 降低鉆進(jìn)速度，并大排量充分循環(huán)鉆井液，使用好固控設(shè)備，盡可能使井筒內(nèi)的泥漿保持干凈，控制泥漿內(nèi)的巖屑固相含量。 盡可能多的活動(dòng)鉆具，包括旋轉(zhuǎn)鉆具和上下活動(dòng)鉆具，有利于巖屑顆粒在泥漿中的懸浮和泥漿攜砂。 定期短起下鉆和劃眼，能起到攪動(dòng)鉆屑并將其從井眼中清除出來(lái)的作用。第四章 水平井鉆井綜合技術(shù)指標(biāo)完成情況4.1 5口水平井的施工情況和綜合技術(shù)指標(biāo)完成情況如表4所示。表4 5口水平井施工情況表井 名杜84平43杜84平44杜

37、84平25杜84平15杜84平27一開(kāi)日期5月18日6月5日5月25日6月19日7月9日二開(kāi)日期5月19日6月6日5月27日6月22日7月10日三開(kāi)日期5月30日6月15日6月8日7月4日7月20日完鉆日期6月1日6月16日6月9日7月5日7月20日完井日期)6月3日6月19日6月13日7月7日7月23日實(shí)際井深(m)1273.741240121912171195.54鉆井周期(d)1714.519.716.414.9建井周期(d)2015.525.72314.9機(jī)械鉆速(m/h)14.1514.759.0715.6419.76純鉆進(jìn)時(shí)間(h)91841157860起下鉆時(shí)間(h)876315

38、414478使用鉆頭(只)334234.2 5口水平井靶點(diǎn)指標(biāo)情況（表5）。5口水平井都精確入窗，軌跡達(dá)到了甲方地質(zhì)要求。各井的靶點(diǎn)中靶數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。表5各井靶點(diǎn)中靶情況井名杜84平43杜84平44杜84平25杜84平15杜84平27入靶井深(m)973.18987.451004.61998.06978.15入靶垂深(m)790.64779.01845.14850.52848.86水平位移(m)337.38389.52305.75274.29242.26縱距(m)下：0.64上：0.99上：0.86下：0.48下：0.86橫距(m)右：2.07右：2.78左：0.22右：0.07左：0.014.3 5口水平井綜合技術(shù)指標(biāo)完成情況如下：井身質(zhì)量、固井質(zhì)量均為100%，事故率、復(fù)雜率為零。5口水平井總進(jìn)尺6145.30m，平均井深1229.06m，平均鉆井周期16.5d，平均建井周期19.82d，平均機(jī)械鉆速14.67m/h，平均口井使用鉆頭3只。第五章 取得的成果及認(rèn)識(shí)5.1 取得的成果在杜84塊施工的5口水平井獲得了巨大成功，并取得了豐碩成果，整個(gè)施工，周期短，鉆井速度快，井身質(zhì)量高。突出表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 通過(guò)多項(xiàng)新技術(shù)的應(yīng)用，使得鉆井一公司在杜84塊施工的5口水平井達(dá)到了周期短、速度快、軌跡控制精度高、安全生產(chǎn)無(wú)事故的既定目標(biāo)，創(chuàng)多項(xiàng)遼河鉆井新紀(jì)錄。把該區(qū)塊水平井平均鉆井周