針對致密油水平井井眼軌跡控制難點分析及對策研究

陳東陽

摘要：致密油位于生油層系致密儲層，不存在大規模長距離運移構成石油聚集。與生油層緊密相鄰或共生呈大面積連續分布的石油資源，致密油覆壓機制滲透率平均在0.1mD-0.2mD。致密油層存儲位置相對較深，并且油層薄厚分布不均并且變化幅度大，使用常規的鉆井技術開采致密油具有較大的入窗難度，同時存在井眼軌跡不光滑、局部造斜段全角變化率偏大等情況。常規鉆井技術進入致密油長水平段以后容易導致鉆具螺旋屈曲，由此造成鉆具發生自鎖、托壓、定向困難，導致鉆井速度與效率得不到本質提升。

為了提升致密油開采效率，需要對井身結構、井眼軌跡進行全面優化，同時結合造斜段、水平段選擇使用不同的鉆具組合與近鉆頭地質導向工具，從而根本上提升致密油水平井延伸長度與鉆進速度。

關鍵詞：致密油;水平井;井眼軌跡;鉆具

引言

隨著常規油的減產趨勢加劇，現階段對于致密油開采的力度不斷加大。通常致密油田處于地質惡劣的環境，除層平面分布極為不穩定，并且物性度普遍偏差孔隙度≤10%，覆壓機制滲透率平均在0.1mD-0.2mD，平均滲透率0.001-1mD，長水平段水平井與大規模壓裂成為開采致密油的唯一方式。

使用常規鉆井技術開采致密油入窗難度大、井眼軌跡粗糙、局部造斜段全角變化率大，導致鉆具進入到長水平段以后容易因為螺旋曲度導致鉆具自鎖、托壓、定向困難。

為了提升致密油開采效率，需要完善水平井井眼軌跡、井身結構控制，近鉆頭地質導向工具等技術可以有效提升致密油水平井延伸長度與鉆進速度，從根本上降低致密油水平段復雜度。

1.控制難點

致密油埋藏位置深，同時儲層物性差，長水平段水平井施工存在一系列難點：

1.1井眼軌跡控制難度大

致密油儲層深度通常達到1800-2000m，水平段長度≥1000m，水平度：垂直度≈1：2。致密油埋深變化幅度大，且儲層厚度不均勻，油層鉆遇率提升難度大。斜井80°使用五段制井眼軌跡會存在局部穩斜段，并且目的層的提前會導致下部造斜段調整幅度過大，從而造成全角變化率偏大，致使頻繁調整井眼軌跡，加大控制難度。

1.2井眼軌跡粗糙

井眼軌跡水平段長度大，局部全角變化率偏大，導致實際鉆進過程中許多鉆具與下井壁緊貼，無論是起鉆、下鉆都具有相對較大的摩擦阻力。結合實踐經驗表明，對于>1000m的水平段，后續的起鉆、下鉆摩擦阻力≥30t。

1.3井壁難穩定

個別致密油層與礦層交匯，對于這部分致密油的開采需要在鉆進時穿過礦區，不過礦層地質遇水極易水化分散，容易出現井壁剝落、掉塊、坍塌現象。與此同時長水平段井具有相對更長的施工周期，在長期的浸泡時間下，因為礦層坍塌容易造成致密油層井壁失穩。[1]

1.4井眼難以清潔

致密油水平井井眼局部存在全角變化率大的情況，如果出現井壁剝落、坍塌就導致井眼尺寸過大。因為水平井井眼軌跡水平段長，所以掉落的巖屑更容易停留在水平段，從而使鉆具與井壁的摩擦阻力進一步增加。使用的泵如果排量、壓力過小難以清除巖屑，排量、壓力過大又會使井壁失穩的情況加重。

1.5鉆壓傳遞困難

水平井井眼軌跡的長度相對較長，且水平段控制點相對較多，由此導致井眼軌跡相對復雜，致使在后期的鉆井作業過程中造斜段-直井段鉆具極易發生螺旋屈曲，使直井段側應力增加，分散力上部鉆具傳遞下來的力，這些力大部分作用在井壁上，導致鉆壓無法有效傳遞，鉆具自鎖，水平段無法有效延伸鉆進。

2.水平井井眼軌跡控制措施

2.1轉盤鉆為主的水平井井眼軌跡

水平井眼軌跡轉盤鉆具有高度的安全性，首先可以有效確保施工人員的人身安全，不過需要消耗大量的經濟成本。為了最大限度上減少經濟成本，需要將原本的雙層套管轉盤鉆井身結構進行簡化，即將單一增斜井段改用為單一的經驗尺寸。

為了確保鉛直避免偏斜，通常使用高壓直噴技術或專業防斜打直技術，即在每一段發生偏移之前會存在一個水平井段與一個被標記的造斜點，在造斜點之前依照相關規定在允許范圍內進行水平打直，由此確保井段質量。[2]

使用專業的防斜打直工具最大限度上將傾斜度控制在合理范圍內，動力鉆、彎接頭、彎套動力鉆具均是常用的防斜打直工具，在規定角度（10-15°）范圍內改用轉盤鉆進，以此來最大限度上確保造斜段相關系數的穩定性。

對增斜率進行設計時建議結合實際情況選擇合適的鉆具組合，并且提前對相應的井段參數進行設計，確保實際鉆井數據與計算設計數值盡量接近。

2.2轉盤鉆增斜井段井眼軌跡控制

轉盤鉆增斜井段井眼軌跡控制可以完成普通定向井所無法完成的工作，二者在標準的情況下，鉆井效果幾乎一致，不過在長半徑水平井鉆進，甚至長半徑水平井增斜井段的斜度≥70時使用普通定向井就無法達到預期要求。

結合實際情況，以轉盤鉆為主選擇合適的鉆具組合可以有效提升鉆進效率。這一過程中要求各崗位人員實現密切配合，確保井下頻繁發生的參數變化對鉆具組合進行及時調整，并且這也是致密油水平井井眼軌跡的控制難點。

3.水平井井眼軌道控制方案

3.1造斜能力分析與井眼軌跡預測

確定合適的鉆具組合以后，結合實際的鉆具組合受力情況對鉆具組合的造斜能力進行分析，隨后結合實際造斜率計算數據明確鉆頭位置，確保鉆遇層位精確性。實際鉆進過程中結合造斜率方程對導向工具的剛性、變形條件下的通過能力進行全面分析。[3]實鉆螺桿角度需要大于設計角度1.5倍，以此追求大限度上適應鉆井需求，防止因為頻繁更換螺桿帶來不必要的麻煩。

實際鉆進過程中鉆頭與隨鉆進測量儀二者之間依然存在一定距離，對井眼軌跡進行預測對于明確實際底層位置有所幫助。不過預測井眼軌跡是一項復雜的工作，預測過程中需要結合鉆具組合、地質特點、鉆井參數等多方面進行，截至目前為止自然參數法構建模型對井眼軌跡進行預測并結合實際情況進行適當修正是較為常用的方法。

3.2直井糾斜打直

深層水平井造斜點位置較深，為了確保后續施工的正常進行，需要控制直井段較小的井斜角與水平位移。[4]在選擇合適的鉆具組合、鉆井參數基礎上，對單點進行預測進而得到實際井眼軌跡。

3.3鉆具組合

結合致密油鉆進平均數據，最終確定一套實用度較高的鉆具組合：

造斜段：5刀翼PDC鉆頭代替牙輪鉆頭，鉆具組合：?215.9mmPDC 鉆頭+?172mm單彎螺桿（1.5°）+?172mm浮閥+?172mmLWD+?165mm無磁鉆鋌×1 根+?165mm螺旋鉆鋌根+?127mm 加重鉆桿×6 根+?127mm 鉆桿×45 根+?127mm 加重鉆桿×24 根+?127mm 鉆桿。

結 論

通過明確合適的鉆具組合、明確致密油水平井的實際情況實現對井眼軌跡的有效控制是提升致密油水平井井眼軌跡效果的關鍵。在正式鉆進之前需要對井眼軌跡情況進行預測，將轉盤鉆作為鉆具組合的主要部分，確保水平井井眼軌跡數據與計算設計數據相匹配。

參考文獻

[1]張政.Y142-FP1井井眼軌跡控制實踐與認識[J].西部探礦工程，2021，33（06）：83-84+91.

[2]郭盛堂，孟祥波，陳嘉玉.Y142-FP6井井眼軌跡控制技術[J].石油和化工設備，2020，23（12）：123-125.

[3]劉桂君.杭錦旗區塊水平井井眼軌跡控制技術[J].西部探礦工程，2020，32（06）：43-46+51.

[4]操延輝，余露，孫意博.勘探水平井地質導向難點及對策分析[J].石油地質與工程，2020，34（03）：92-94.