长庆油田油井水平井钻井技术的现状和发展趋势探讨

随着水平井综合能力和工艺技术的发展, 特别是水平井的轨迹设计技术, MWD、LWD和导向技术的发展, 促生了多种水平井新技术, 比如:大位移井钻井技术、分支井钻井技术、大位移水平井钻井技术等, 逐步成为新老油田开发的重要技术手段。

1 水平井钻井技术现状

长庆油田勘探区域主要在陕甘宁盆地, 勘探总面积约37万平方公里。油气勘探开发建设始于1970年, 先后找到油气田22个, 其中油田19个, 累计探明油气地质储量54188.8万吨 (含天然气探明储量2330.08亿立方米, 按当量折合原油储量在内) 。从2003年到2007年12月, 只用了短短四年时间就实现了从1000万吨到2000万吨的大跨越, 成为国内仅次于大庆油田、胜利油田的第三大油田。由钻井定向井技术服务公司负责的钻井总公司油井水平井完井23口, 累计进尺达到50538m, 累计完成水平段长度6868.32m, 钻井周期较去年提高17.9 5%, 平均机械钻速提高22.74%, 提速效果明显。

2 井身剖面

(1) 剖面类型。

剖面类型选择的是否合理, 直接影响到施工难度, 人靶的精度等。塞平1、塞平2井采用“直—增—稳—增—水平”剖面, 稳斜段的井斜很不容易稳住, 需要多次倒换钻具才能得以实现其次, 由于稳斜段的造斜率为零, 导致两个增斜段的造斜率增加, 由于工具不能达到如此高的造斜率, 只有提高造斜点, 所以增加了斜井段的长度, 导致增加钻井周期和劳动强度等。针对这种情况, 在以后或所钻的7口水平井剖面全部采用“直—增—微赠—水平”剖面, 现场证实, 利于施工。

(2) 造斜率选择。

造斜率受钻具结构的性能、地层造斜能力等因素的影响, 在选配钻具时考虑到已钻井眼的轨迹对下部钻具造斜特性的改变等因素。目前, 长庆油田水平井造斜段的造斜率取值一般为25°~38°/100m。

(3) 造斜点选择。

造斜点的选择:一是应选在比较稳定的地层, 避免在岩石破碎带, 漏失地层, 流砂层或容易坍塌等复杂地层定向造斜, 以免出现井下复杂情况, 影响定向施工。二是应选在可钻性较均匀的地层, 避免在硬加层定向造斜。三是造斜点的深度应根据设计井的垂直井深, 水平位移和剖面类型决定。四是满足造斜率的要求。根据安塞油田地层特点、油层深度和剖面类型, 水平井的造斜点一般选在比较稳定的系厚层浅灰色细砂岩, 夹薄层灰黑色泥岩、深灰色纷砂质泥岩及浅灰色粉砂岩的长2地层较为合适。靖安油田造斜点一般选在灰色油迹细砂岩, 长2地层相对比较稳定, 直井段长, 斜井段进尺相对少, 有利于提高钻井周期, 降低钻井成本。

3 井眼轨迹控制技术

(1) 钻具组合。

(1) 直井段。

根据地层的造斜能力一般选用四合一钻具组合, 在靖平2井试验了PDC钻头+1。单弯螺杆快速防斜钻井技术, 证明对易斜地层防斜非常有效。

(2) 造斜段。

采用1025或1030单弯螺杆造斜。

(5) 增斜段。

一种是单扶正器钻具结构, 这种钻具结构具有轻、柔、简的特点, 起下钻顺利;另一种是双扶正器钻具结构, 与前一种相比, 这种钻具结构的特点是对钻井参数十分敏感, 能及时通过改变参数, 在一定范围内, 达到改变钻具性能的目的。采用单扶正器钻具结构较多。

(4) 水平段。

在实践中摸索了几种钻具结构:一是导向钻具, 即DTU钻具结构;第二种是直螺杆+PDC钻头;第三种是转盘钻进方式。通过几口井的现场实践, 我们认为这几种钻具结构各有优缺点:第一种钻具结构即可钻进, 又可定向, 非常灵活, 有利于轨迹控制, 钻时快, 但是这种钻具结构不经济, 成本高;第二种钻具结构不能定向钻进, 仍然存在成本问题;第三种钻具结构的成本较前两种低, 但是钻具的受力复杂, 钻时慢。在长庆所钻的水平井中, 上述三种钻具组合中的第一种应用最多。

(2) 钻头优化技术。

通过9口水平井钻头的使用情况分析, 我们认为水平井钻井施工中, 选择钻头时, 应遵循下列原则。

(1) 表层选P2钻头, 二开直井段选HA系列钻头, 争取单只钻头单趟钻钻完直井段。 (2) 造斜段一般选择保径较好的三牙轮钻头, 如SVT517GK等, 以防在斜井段因钻头偏磨而导致掉牙轮等复杂事故的发生。 (3) 水平井段选择TDM1925SEU PDC或保径特别好的HJ517L钻头, 采用螺杆和转盘复合钻进的方式, 轻压快钻, 既可提高机械钻速, 也可防止使用其它牙轮钻头偏磨造成的掉油杯现象。

(3) 控制方法。

油层薄, 卡层难度大, 地质上无法准确预告目的层的垂直深度, 给轨迹控制带来了相当大的困难。首先, 从剖面设计人手, 把“直—增—稳—增—水平”剖面改成“直—增—增—增—水平”, 为轨迹控制奠定良好的基础。其次, 采用有线或MWD进行实时监测, 为轨迹控制提供了可靠的保证。

4 水平井钻井技术研究方向

(1) 马岭油田简化井身结构的水平井钻井技术。

在安塞、靖安油田简化井身结构的水平井钻井技术基本成熟, 但是马岭油田存在着出水、漏失、裸眼段较长等井壁稳定性问题, 简化井身结构钻井液的成本很高。因此必须先期进行适合马岭油田的低成本水平井钻井液体系研究。

(2) 大直径管柱昕能通过的井眼曲率研究。

韩志勇老师编写的水平井轨道设计的理论与实践论文中提到, 根据甲方手册的公式计算, N80钢级的95/8套管所能通过的最大井眼曲率为6.970/30m。根据我国水平井钻井的实践, 胜利、大港在局部曲率达到160/30m的井眼内均顺利下入, 且未发现问题, 说明甲方手册关于套管可通过曲率的公式需要修正, 并且给出了新的修正系数。但是在一些资料中提到244.5mm套管所能通过的最大井眼曲率为8.20/30m, 90/30m时出现过断套管事故。由于我局承担的对外水平井技术服务项目中, 在斜井段均有95/8技术套管, 为了保证井下的安全, 必须认真进行大直径管柱所能通过的井眼曲率及受力分析的研究。

(3) 老井侧钻水平井。

用费用低的老井侧钻井代替部分调整井, 是老油田稳产的措施之一。其与长、中半径水平井差别是增加了套管段铣或用斜向器开窗工艺, 高造斜率的小井眼工艺。此项技术在大港、华北等油田都比较成熟而且我局通过技术研究, 实施了两口开窗侧钻定向井, 但是在实际施工中暴露了许多问题, 并且从完成开窗侧钻水平井宁探1井的方案论证来看, 我们在老井侧钻水平井方面仍有许多需要研究的地方。

(4) 多底井、分枝水平井。

在我局基本掌握了一井一层的水平井钻井技术。但是随着国内外钻井技术的发展, 多分支水平井已在国外几大公司得到开发, 并取得较大进展。其主要技术难点有:钻井工艺和装备研究技术、已钻分枝井的保护和重入, 各分析井完井管柱的连接、密封及固井质量, 以及相应的测井、压裂改造以及采油、修井技术。

5 结语

水平井钻井技术的应用向综合应用方向发展:小井眼水平井钻井、横向多分支水平井钻井、大位移水平井钻井等技术都已投入实际应用, 采用的技术包括导向钻井系统、随钻测量系统、串接泥浆马达、PDC钻头和欠平衡钻井。水平井钻井技术在这一背景下进入一个新的发展时期, 钻井技术的成熟和应用更丰富了这一变化, 预计在本世纪初水平井钻井技术将完全进入科学钻井时代。

摘要：本文分析了长庆油田油井水平井钻井技术的现状, 提出了未来发展的趋势, 供大家参考。

关键词：水平井,钻井,天然气