吉木萨尔致密油钻井提速的施工措施

  井身结构和井眼轨道优化设计。

 

  前期勘探采用四开井身结构，根据地层压力剖面和临井钻井事故与复杂情况分析，井身结构从能满足水平段多级压裂管柱的要求，技术套管封固复杂井段，降低定向绕障、长水平段钻井风险，为提高钻井效率提供可靠的钻完井工艺措施等方面进行了优化。技术套管下入到卢草沟组储层 40~50 m，为长水平段钻井提供条件，井身结构如图 1。

 

  图 1 优化后的井身结构采用该井身结构，有效封隔梧桐沟组以上复杂地层，二开采用 ?241 mm 井眼钻至造斜点，造斜段采用 ?216 mm 井眼，解决了上部 1 000 m 膏泥岩段和复杂地层井壁不稳定对同尺寸钻头造斜弯螺杆下入的影响；依据致密油储层压力和地层岩性特征，降低钻井液密度的使用，对长水平段缓解高泵压、提速起到重要作用。

 

  通过确定井身结构对井眼轨道进行了优化，采用“直—增—稳—扭—增—水平”三维剖面设计，对不同造斜率、方位变化率、扭方位位置的井眼轨迹和摩阻进行对比分析，降低了井眼轨迹控制难度，形成了 115 m、265 m 绕障井，分别在 ?216 mm 井眼造斜段完成扭方位控制，确保轨迹圆滑，安全下入多级压裂管柱。

 

  直井段防斜打快钻井技术。

 

  丛式水平井组直井段平均段长达 2 900 m，直井段防碰是丛式井组施工的重点之一。经临井钻井实际和地质分析，该井段防斜打直是防碰的最佳方式，采用塔式加钟摆钻具组合，个性化 PDC 钻头设计，在钻头部齿使用 16 mm 和 19 mm 复合片切削齿合理布置，小角度切地层削角提高钻头攻击性能，提高复合片抗研磨性和穿夹层能力方面进行了针对性设计；钻井参数采取钻压 10~30 kN，钻井排量 55~60L/s，转速 120~150 r/min 实施防斜打快，在地质地层划分的交界面井段每钻进 100~150 m 进行加密测斜，预测井眼间距，实现直井段井斜控制小于 2°。在JHW019 井使用一只钻头 5.58 d 时间完成二开 2 350m 直井段，平均钻速达 24.5 m/h。

 

  三叠系、二叠系钻头优选。

 

  通过钻头适应性和对井壁稳定性分析，造斜段优选短保径 5 刀翼 PDC 钻头，?16 mm 切削齿和高攻击性切削角，在复合钻进时扭矩小切削能力强，提高三叠系韭菜园组、二叠系梧桐沟组的钻速；针对井壁易跨特征，增加钻头水眼，由 4 个喷嘴增加到 7个喷嘴，减少射流对不稳定井壁的破坏；通过试验实现了 1 只牙轮造斜 +1 只 PDC 完成绕障，平均机械钻速 3.59 m/h；使用 1 只 PDC 钻头一趟钻完成常规造斜井段，进尺 413 m，机械钻速 3.10 m/h。造斜段平均机械钻速同比提高 79.5%。

 

  小井眼水平段，根据区块地层特征和前期 PDC钻头使用，进行适应性分析，优选 6 刀翼，高强度耐磨 ?16 mm 切削齿钻头，满足定向钻进时工具面稳定，扭矩小，造斜能力强。实现了 1 只 PDC 钻头 2次更换螺杆，进尺 1 310 m，钻速 4.77 m/h，机械钻速同比提高 62.12%。

 

  造斜、水平段轨迹控制。

 

  造斜点相互错开是丛式井防碰的主要措施之一，根据绕障轨迹优化方案，为消减因直井段位移导致定向段造斜率、扭方位绕障难度增大问题，提前上调造斜点，可极大缓解定向段轨迹控制压力，在致密油丛式井水平井施工中，按轨迹优化设计各井造斜点直井段垂深相差在 35~100 m。钻完直井段后，根据直井段井斜情况及时做好二次剖面设计及施工预案，优选螺杆度数，在造斜初期因造斜率偏低，选用度数 1.5°单弯螺杆，采用轨迹监控软件随钻作图并预测，不断与当前井底的实际造斜率进行对比分析，在定向初始尽快使各井井眼分离，以取得防碰成功。

 

  绕障在很多情况下是在磁干扰条件下进行，由于施工中受各种因素的影响，井眼方位难免出现超出一定范围的方位偏离。实施中造斜段扭方位在井眼方位的调整控制过程中，进行了综合考虑，一是尽量减少井眼的狗腿严重度；二是方位控制选在下技术套管之前，将井眼方位调整到合适的范围内；三是减轻给后续长水平段施工造成困难。因此调方位井段选择在井斜角增至 40°以后，采用大单弯中高速螺杆度数，采取一边增斜、一边稍扭方位的措施。

 

  经过实践 115 m 绕障井，扭方位在二开段调整完成；265 m 绕障井，方位调整至增斜入靶的最佳井斜和方位，从而大幅降低扭方位作业施工难度，提高机械钻速。

 

  水平段优选钻具组合，采用 ?101.6 mm 钻杆降低循环压耗，增强钻具抗扭强度，使用 ?127 mm 单弯螺杆柔性钻具增斜入靶后，复合与滑动钻进交替进行，为了减少调整井斜的次数，提高机械钻速，定向时将井眼轨迹控制在下靶区，而后依靠复合钻进时井斜自然增加的规律使井身轨迹逐渐靠近设计轨道。当井斜增到一定程度后，采用滑动钻进与复合钻进相结合的方式随时校正井眼轨道，保证实际井眼按设计轨道施工。随着水平段的延伸大角度螺杆施工摩阻扭矩增大，采用 1.25°螺杆完成 1 300 m 水平段施工。4 口 1 300 m 水平段井复合钻进进尺占62.8%，复合机械钻速是滑动钻进的 2~2.5 倍，取得了好的提速效果。

 

  使用水力振荡器工具，提高水平段的钻井速度。

 

  水力振荡器通过水力作用产生沿钻具轴线方向上振动，利用振动将静态的摩阻转变为动态摩阻，把单纯的机械式加压改为机械与液力相结合的加压方式来提高钻进过程中钻压传递的有效性和减少钻具与井眼之间的摩阻，减少扭转振动，提高机械钻速；通过减少钻进过程中的摩阻和扭矩，使得钻压易于传递、工具面易于控制，提高水平段的钻井效率。

 

  长水平段摩阻扭矩大是钻进中突出的问题之一，随着位移的增加需对实钻摩阻和扭矩进行监测和分析，采取相应的措施以实现长水平段安全快速钻井。JHW018 井是本区块目前水平段最长、位移最大的一口井，利用 LANDMARK 软件进行了摩阻扭矩值模拟和实钻跟踪，从而指导钻井现场施工。

 

  在 JHW018 井水平段 1 300 m 以后延伸段 4 572~5 325 m，钻具加入 AG-itator 公司生产的水力振荡器减摩降阻，工程措施上采取短起下钻、大幅度活动钻具，滑动钻进时，一个单根最后 2~3 m 可尽可能采用复合钻进的方式钻进，钻完 1 个单根进行 1~2 次划眼，然后下放到底再测斜，这样有利于携带岩屑；在造斜率允许的条件下尽量多采用复合钻井的方式钻进，这样既可改善井眼的平滑性，又可促进钻屑的返出，提高常规钻具组合在长水平段的延伸钻进能力，进尺 753 m 平均钻速可达 4.85 m/h。对比发现，采用水力振荡器时滑动钻进机械钻速提高 48.16%，复合钻进机械钻速提高 15.28%；取得了非常显著的效果。

 

  钾钙基聚璜有机盐钻井液体系的应用。

 

  钻井过程中井壁失稳易造成井壁垮塌、缩径、漏失、卡钻等井下复杂情况和事故。该区块已钻井复杂统计表明每口井都有不同程度的缩径、掉块、挂卡。致密油井区钻井井壁稳定问题一种是强水敏性地层（蒙脱石含量高达 80% 以上 ）及钙、膏泥岩的水敏性坍塌；另一种是由地应力引起的层理发育的泥页岩地层的硬脆性坍塌。

 

  针对井壁失稳问题优选钾钙基聚璜有机盐钻井液体系，该钻井液具有强防塌和抑制能力，适用于该张茂林等区块安全、快速钻井。

 

  直井段地层的膏质泥岩强化钻井液的强抑制性，确保钻井液封堵防塌能力；钻至三叠系、二叠系梧桐沟组地层出现严重的硬脆性泥岩掉块，因此保持钻井液抑制性、封堵性，提高润滑性，钻井液密度提高到 1.48~1.50 g/cm3，保持高液柱压力物理支撑井壁。在造斜前混入白油 5%，进入造斜段后逐步提高到白油含量 10%，增强钻井液的润滑防卡性能。水平段施工降低钻井液密度至 1.42~1.43 g/cm3，配合钻具组合降低循环压耗，提高井眼清洁效率；随着水平段延伸，钻进过程中补充白油含量逐步提高到 12%~15%，配合使用固体润滑剂，保持良好的润滑性；监测钻井液中钙离子、碳酸氢根、碳酸根浓度变化，及时处理维护，钻井液中保持钙离子浓度 400~600 mg/L，钾离子含量 25 000 mg/L，pH 值10~11，提高钻井液抗污染能力；合理使用固控设备及时清除钻井液中有害固相，控制钻井液低的固相含量；配合工程措施，各次通井使用超细纤维洗井液清扫井眼，小井眼井段打封闭浆封闭等措施，保证了水平段安全钻进。