淺層階梯水平井鉆井技術

朱杰　蔣娟　李秀靈　宋啟明

摘要：采用階梯水平井技術開發(fā)多套油藏可以增加泄油面積、大幅度提高單井產量、提高儲量控制程度。分析了淺層階梯水平井施工難點，并針對階梯水平井井眼軌跡特點，進行了軌道、井身結構的優(yōu)化設計，闡述了軌跡控制技術。通過鉆井實踐，利用階梯水平井技術開發(fā)多套淺層油藏是完全可行的。現場應用表明：階梯水平井顯著增加的產量，大幅度提高了勘探開發(fā)的綜合經濟效益，為多套淺層油藏開發(fā)提供了技術支撐，為相似地質條件下未動用儲量的經濟有效開發(fā)奠定了基礎。

關鍵詞：階梯水平井 淺層 軌跡控制 哈淺1-平1

階梯水平井是在常規(guī)水平井基礎上發(fā)展起來的一種特殊水平井，是指在一個井眼中連續(xù)完成具有一定高度差的兩個或者多個水平井段，形成具有兩個或多個臺階的井眼軌跡，用一個井眼開采或者勘探兩個或多個層疊狀油藏、斷塊油藏的水平井井型。利用階梯水平井連續(xù)在兩個或兩個以上油層中水平延伸一定長度，擴大油層泄油面積，有效提高儲量動用程度[1-3]。同時大大節(jié)約重復鉆井的投資，單井產量增加明顯，較大幅度地提高開發(fā)的綜合經濟效益，取得最好的開發(fā)效果，成為油氣田開發(fā)的重要手段之一。但是采用階梯水平井鉆井技術開發(fā)埋藏比較淺的兩套或多套油層，國內還比較罕見。

一、施工難點

油藏埋藏淺，造斜點淺，造斜段短，地層前期造斜率比較低，實際造斜率較設計造斜率偏差大，井段調整余量小，井眼軌跡控制精度要求高。井眼軌跡拐點多，軌跡不圓滑，摩阻大，鉆壓傳遞困難，不利于送鉆導致井身軌跡控制難度增大。造斜點淺，儀器測斜零長長，導致開始定向時儀器離管柱比較近，受磁干擾厲害，影響后期施工。造斜點淺，直井段短，井下鉆具自重輕，目的層垂深淺，導致井下鉆具受力復雜，施工難度大。

二、優(yōu)化設計

2.1 軌道設計

階梯水平井的軌跡設計主要根據井口位置與地質第一目的層以及第二目的層的位置來確定。為了減小施工難度，一般采用直-增-穩(wěn)-增-平-降-穩(wěn)-增-平的軌道類型，但是也有受地面條件等因素的影響，軌道類型也有可能設計為直-增-穩(wěn)-增-平-增-穩(wěn)-降-平。盡管設計軌道類型不同，但軌道設計均有一個共同特點，即以地質條件、鉆完井工藝要求、井下安全和現場工藝為前提，以提速提效為目標。

2.2 井身結構設計

井身結構設計要充分考慮地層、井身軌跡、安全鉆井、完井方式等方面的因素。一般情況下，采用技術套管封固第一目的層以上的不穩(wěn)定地層，盡量減小井眼摩阻及扭矩，保證后期第一水平段和第二水平段的安全鉆井，提高鉆井時效。

三、軌跡控制技術

3.1 優(yōu)化鉆具結構

井眼軌跡控制的優(yōu)劣，主要取決于所采用的鉆具組合是否達到設計要求，能否滿足井眼軌跡的要求。使用無磁承壓鉆桿加長無磁環(huán)境，防止地磁場對方位的影響，提高測量數據的精準性[4]。由于淺層階梯水平井直井段短，造斜率高，在實際施工中通過進行短起下作業(yè)，及時倒裝鉆具，使加重鉆桿處于鉆具組合的上部，有利于后期順利施工。

3.2優(yōu)選造斜工具

為了優(yōu)質高效鉆井，控制好井身軌跡，避免發(fā)生井下事故，根據設計造斜率選擇合理的造斜工具很關鍵。由于階梯水平井的水平段可能在垂直剖面上多次升降，也可能在同一深度的水平面內多次穿越不同方向的油氣層，因此要進行鉆柱強度和摩阻計算，在選擇造斜工具時要對鉆具組合通過能力進行分析與評價[5]。

3.3 井身軌跡控制

在淺層水平井的水平段的鉆進中，采取地質導向鉆井技術，由于增加了電阻率及伽馬等地質參數的測量，測量儀器的測斜零長在20.00m左右，這樣對井底數據特別是井斜的預測對軌跡影響很大，由于預測存在的誤差，可能造成實際軌跡與預測軌跡相差較大，導致井身軌跡控制失控。

四、施工實例

哈淺1-平1井為進一步評價哈淺1井區(qū)儲層產能狀況而部署的一口階梯式水平井。設計造斜點51.06m，水平段設計了4個靶點，需同時開發(fā)兩套油層，設計A、B靶點垂深331.85m，C、D靶點垂深339.85m，上下水平段間落差達8m。加之本井為該區(qū)塊第一口水平井，造斜點淺，設計造斜率高，地質情況不明朗，施工工藝復雜，技術難度大。該井完井后將采用HDNS方式投產，先采C-D段，落實C-D段產能；然后采A-B段，落實A-B段產能。

4.1哈淺1-平1井身結構設計

淺層階梯水平井在井身結構設計既要考慮保證優(yōu)質、快速、安全鉆井，又要滿足鉆井和采油工藝的要求，井身結構設計本著最簡化的原則，從井下安全方面考慮， 為了降低環(huán)空壓耗，降低井底循環(huán)壓力，設計采用較大尺寸的井眼。

4.2工具儀器選擇

4.2.1 造斜工具選擇

哈淺1-平1井采用一開井眼Φ346.10mm造斜，設計造斜點51.06m，設計造斜率24.00°/100m。在造斜工具選擇上，按照“寧高勿低”原則，一開造斜選擇Φ216.00m單彎動力鉆具。二開鉆進過程中選用Φ197.00m單彎動力鉆具，能夠較好滿足施工要求。

4.2.2 測量儀器選擇

在測量儀器選擇上選用的是目前先進的進口FEWD無線測量系統(tǒng)，它具有可靠的準確性和穩(wěn)定性，操作方便，能有效縮短測量時間，提高生產效率。電子多點進行全井的軌跡測量，以校對軌跡數據。

4.3 施工措施

在鉆進過程及時通過短起下鉆作業(yè)來破壞巖屑床，大排量循環(huán)洗井作業(yè)來攜巖洗井；采取定時間、定井段短起下鉆、分段循環(huán)以及增加導向轉盤鉆進等機械的方法及時清除巖屑床。

斜井段軌跡監(jiān)測依靠MWD隨鉆測量技術，通過MWD 隨鉆測量已鉆井眼參數，運用LANDMARK軟件及時計算全角變化率。根據設計要求，在需要測量地質參數的井段，使用FEWD 隨鉆地質導向，通過FEWD 隨鉆測井準確預測和監(jiān)控已鉆井眼的工程參數和地質參數，精確預測并控制下部待鉆井眼軌跡，通過及時調整鉆進參數，實現對井身軌跡的精確控制，及時選擇最佳的施工方案。在水平段施工過程中，油藏工程師根據隨鉆測量的自然伽瑪和電阻率曲線判斷鉆頭位置是否在設計油層內，及時對井身軌跡進行調整，確保水平段均在油層內穿行，提高油層鉆遇率。

五、結論與建議

1、通過實踐證明，采用階梯水平井技術開發(fā)埋藏較淺的多套油層的方案是可行的。

2、在設計階梯水平井之前，提高地質認識程度，特別是油藏埋藏深度及走向，為了井下安全，盡量避免在第一著陸控制或第二著陸控制過程中對軌跡進行較大幅度的調整。

3、加強隨鉆測量儀器的更新，積極推廣和應用新的鉆井測量儀器和技術。如推廣近鉆頭測量技術，降低軌跡控制的難度。

參考文獻：

[1] 王廣新，赫崇利，葉東慶，盧紅剛.大慶敖南油田第一口階梯水平井鉆井實踐[J].石油鉆采工藝，2007，29（1）：12-14，21；

[2] 范江，張子香.利用水平井改善薄油層開發(fā)效果[J].石油學報，1995，16（2）：56-62；

[3] 王俊明，周明信，沙東，王雪滔，蔡萬偉.張海502FH大位移分支水平井鉆井技術[J].石油鉆探技術，2007，35（5）：114-117；

[4] 孫文生，朱杰，涂志勇，李業(yè).草20區(qū)塊水平井鉆井技術[J].內蒙古石油化工，2009，（12）：111-113

[5] 趙凱.淺議階梯水平井鉆井完井配套技術[J].黑龍江科技信息，2008，（26）：39.