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2017年08月长庆油田陇东超1500水平段油井水平井钻井工艺技术易磊谭学斌李秀明（川庆钻探工程公司长庆钻井总公司，710018）摘要：鄂尔多斯盆地油藏都属于超低渗油藏，长水平段配合体积压裂技术，是提高超低渗油藏单井产量，增加采出程度的主要方案，2016年开始在陇东区块部署长水平段水平井，提高其单井产量和产建效益。
同时为长水平段规模化开发提供依据。
本文分析超长水平段技术难点，通过井身结构优化、钻头优选、钻具组合结构优化、高润滑强抑制钻井液配方改良、新工具应用等技术和工具的应用，解决长水平段轨迹控制、井壁维稳、泥岩防塌等技术难点，顺利完成长水平段施工，并形成长水平段技术集成，为后期同类井施工提供技术支撑。
关键词：水平井；钻井；超长水平段；钻井液；钻具结构1技术难点（1）裸眼井段长，二开后81/2井眼，井壁稳定和井眼润滑难度大。
（2）目的层垂深较浅，位垂比达1.7，水平段后期钻具悬重与摩阻相当，接单根困难。
（3）大位垂比、超长水平段钻头处有效钻压传递难度大，防止单一钻具极易发生“自锁”的复杂情况，无法延伸水平段长度。
（4）水平段长，砂岩发育好，钻遇裂缝几率增大，存在失返性漏失和渗透性漏失风险。
（5）套管下入难度大。
水平段长度大于入窗井深，下套管使用漂浮节箍，下完漂浮节箍，套管内无泥浆重量轻，下行困难；井筒内液柱压力下降存在较大井控风险。
2施工前技术准备2.1井身结构优化最早1500米水平段水平井采用三开井身结构，技术套管下至入窗点。
存在311mm 钻头钻进井段长，机械钻速低，斜井段311mm 钻头滑动困难，大井眼泥岩段坍塌风险大的问题。
随着水平井施工技术的成熟，井身结构优化的新思路，从解决复杂，提高施工速度和降低成本三个方面综合考虑。
井身结构进行优化为二开，并缩短311钻头施工井段。
2.1.1减少311钻头的施工井段，提高施工速度井身结构优化路线，第一步从技术套管入窗到技术套管进入斜井段50°左右井段，第二步从技术套管进入斜井段50°井段到直接表层钻头穿直罗，进入延安30-50米。
Value Engineering0引言美国页岩气开发中，依靠先进提速工具，通过强化钻井措施，采用激进的钻井参数，极大提高了钻井速度。
斯伦贝谢在两年时间内，采用高钻压、高转速、大排量，在水平段长增加400m 的情况下，平均钻井周期从53天缩短到28天，幅度近50%。
目前，长庆地区钻井施工过程，由于受传统钻井参数理论认识、井下动力钻具性能、钻头损坏机理等方面的认识限制，在钻井参数优化与提速工具配套方面未做深入研究，采用的钻井参数与国外相比较为保守。
通过优选大功率螺杆、高性能钻头，在现有机泵条件下，最大限度强化钻井参数，提高机械钻速，实现致密油气井钻井持续提速提效。
1激进钻井参数确定1.1排量二十世纪九十年代国内学者已经开展了PDC 钻头机械钻速与排量的关系研究，总结出了排量与机械钻速的关联特性[1]，PDC 钻头与牙轮钻头相比，排量对机械钻速的影响更明显，排量与PDC 钻头钻进机械钻速近乎线性增长，其原因是钻头结构和破岩机埋不同，PDC 喷嘴距井底近需要较高漫流速度及时清除岩屑，避免泥包，PDC 钻头以刮削方式破岩，需要更大的排量冷却复合片，需要较高漫流速度及时清除岩屑。
基于这种理论认识，笔者在苏里格气田开展了大排量提速试验，试验使用常规转盘钻进钻具组合，试验表明，215.9mm 井眼，钻进排量增加24%（34L/s 增加到42L/s ），七个层位机械钻速平均提高67%，最高提高135%（图1）。
通过现场试验，结合国内学者研究成果，在长庆致密油气藏上部井段地层稳定，实施激进钻进排量。
以机泵可长时间稳定工作的最高泵压为限，确定钻进排量，以苏里格定向井二开为例，216mm 井眼二开起始井深700m ，以稳定工作泵压14MPa 计算，钻进排量可达到55L/s ，环空返速达到2.29m/s ，随着井深增加，逐步降低，3000m 井深时排量39L/s （图2）。
1.2钻压致密油气藏钻井现场试验表明PDC 钻头的钻速对钻压非常敏感，各地层钻压与钻速几乎成线性关系，但岩石强度不同，钻速随钻压变化速率也不同，软地层更敏感，采———————————————————————作者简介:王俊海（1970-），男，甘肃陇西人，钻井高级工程师，主要从事石油钻井工程施工技术研究与管理工作。
水平井钻井技术介绍水平井钻井技术第一章绪论水平井钻井技术是20世纪80年代国际石油界迅速发展并日臻完善的一项综合性配套技术，它包括水平井油藏工程和优化设计技术，水平井井眼轨道控制技术，水平井钻井液与油层保护技术，水平井测井技术和水平井完井技术等一系列重要技术环节，综合了多种学科的一些先进技术成果。
由于水平钻井主要是以提高油气产量或提高油气采收率为根本目标，已经投产的水平井绝大多数带来了十分巨大的经济效益，因此水平井技术被誉为石油工业发展过程中的一项重大突破。
第一节水平井的分类及特点水平井是最大井斜角保持在90°左右，并在目的层中维持一定长度的水平井段的特殊井。
水平钻井技术是常规定向井钻井技术的延伸和发展。
目前，水平井已形成3种基本类型，如图1—1所示。
(1)长半径水平井(又称小曲率水平井)：其造斜井段的设计造斜率K＜6°／30m，相应的曲率半径R＞286.5m。
(2)中半径水平井(又称中曲率水平井)；其造斜井段的设计造斜率K=(6°～20°) ／30，相应的曲率半径R=286.5～86m。
水平井剖平面示意图(3)短半径水平井(又称大曲率水平井)：其造斜井段的设计造斜率K＝(3°～10°) ／m，相应的曲率半径R＝19.1～5.73m。
上述3种基本类型水平井的丁艺特点和各自的主要优缺点分别列于表l—l和表1—2。
大斜度井、水平井和多井底井技术的应用都有一个共同的目的．这就是降低综合成本和提高油层的开采量。
对于同一尺寸的井眼，直井由于出油(气)面积比较小、其几何条件所提供的效率就比较低．而水平井几何条件所提供的效率达到最高，如图1—2和图1—3 所示。
大斜度井(井斜角大于60°的井)主要适用于层状油藏。
多井底井(在一个井眼内钻几口井)主要用于很厚的垂直渗透油层(具有低孔隙率和垂直裂缝的块状石灰岩)或者短半径横向引流类的井。
1．天然垂直裂缝在垂直裂缝油藏中，油气完全处在裂缝中，裂缝之间的非生产底层一般为6~60m 厚，所以垂直井可能只钻到一个产层．也可能一个产层也钻不到，而水平井可以与产层垂直相交，横向钻穿若干个产层裂缝．这样就比垂直井的开采量要高得多。
浅析长庆油田陇东区块水平井钻井提速摘要：本文针对陇东区块水平井钻井施工中遇到的技术难点，从堵漏防范措施，水平井各项施工措施等几方面等进行了一些探讨，其目的的是能从中加深该区块水平井钻井的认识和并不断吸取好的经验总结，确保做到安全、高效、提速、创效的目标。
关键词：长庆油田水平井提速一、水平井施工难点1.区域地层特点：表层第四系、洛河组容易发生井漏，直罗组易发生垮塌，做好规避施工风险是确保安全提速的前提条件。
2.平井轨迹控制：部分水平井设计中靶前距过短，造斜率高，并存在偏心距大，使得从二维设计调到三维空间，加大施工难度。
3.PDC钻头选型、钻具组合优化及钻井参数有待进一步认识提高，这是做好提速的另一主要关键环节。
4.泥浆体系选取和性能优化方面由于水平井的特殊要求以及对地层的针对性有待进一步提高，这是做好提速的主要解决问题。
二、提速保障措施1.一开井漏情况处理一开的黄土层，二开的洛河组是井漏的主要井段，其地层特点为：具有多孔性多洞性，节理发育，结构疏松渗透性强，并伴有垂直裂缝，垂直节理有时延伸到山脚或山腰，构成漏失通道，钻进时钻井液有可能从此通道流出，出现井漏。
黄土层防漏方法：一般采用降低排量，抢钻的方法，快速钻完表层，如果水源不充分，漏层在地表或钻井液从山下漏出就要封堵，其方法有：①填胶泥，下钻头钻铤不开泵，高速旋转，是胶泥贴至井壁，堵住锋洞；②清水中加麦节、麦衣等，若堵漏失败及时固井打塞封堵；③冲鼠洞和一开开孔时应注意，钻头不能装喷嘴，防止将地表冲破，并采用小排量；④黄土层清水抢钻技术：其前提条件是漏层应控制在地面以下20米后，钻头要装好喷嘴，采用高泵压、小排量钻进，控制钻压（吊打），防止将井打斜，特别注意进石板层交界面时的防斜打直；⑤钻完表层后配20-30方白土浆，清水+CMC+白土+NaOH，粘度40-50秒，循环清洗井底，待白土浆循环出井后才可起钻下表层套管；⑥固完表层后将套管座到井底。
确保表层封固良好2.二开后井漏的预防与处理洛河组井漏是钻井施工过程中存在的普遍现象，洛河组岩性以砂岩为主，孔隙度大，渗透性极强，呈细、中、粗分布，钻进时采用的堵漏方法有。
长庆油田石油与天然气钻井井控实施细则第一章总则第一条为有效地预防井喷、井喷失控、井喷着火事故的发生，保证人民生命财产安全，保护环境和油气资源不受破坏，依据中国石油天然气集团公司《石油与天然气钻井井控规定》，结合长庆油田特点，特制定本细则。
第二条各单位应高度重视井控工作，贯彻集团公司“警钟长鸣、分级管理、明晰责任、强化监管、根治隐患”的井控工作方针，树立“以人为本”、“积极井控”的理念，严格细致，常抓不懈地搞好井控工作，实现钻井生产安全。
第三条井控工作是一项系统工程。
长庆油田公司的勘探开发、工程技术、安全环保、消防保卫、物资装备和教育培训等部门，钻井承包商工程技术及其他对应的主管部门都必须各司其职，齐抓共管。
第四条长庆油田石油与天然气钻井井控工作的原则是“立足一级井控、强化二级井控、做好三级井控预案”。
井控工作“关键在领导、重点在基层、要害在岗位”。
第五条本细则规定了长庆油田井控设计；井控装置配套、安装、试压、使用和管理；钻开油气层前准备和检查验收；油气层钻进过程中的井控作业；防火防爆、防H2S、防CO等有毒有害气体安全措施；井喷应急救援处置；井控技术培训；井控管理组织及职责；井控管理制度等九个方面内容。
适用于长庆油田公司及在长庆油田施工的钻井承包商。
第六条欠平衡钻井作业中的井控技术和管理，执行《中国石油天然气集团公司关于加强欠平衡钻井井控技术管理的意见》、《欠平衡钻井技术规范》（SY/T 6543.1、SY/T 6543.2、SY/T 6543.3）和本细则。
第二章井控设计第七条每口井进行地质、钻井工程设计时，要根据长庆油田钻井井控风险分级，制定相应的井控装备配置、技术及监管措施。
长庆油田钻井井控风险分级如下：1.气田：一级风险井：“三高”井、区域探井、气体欠平衡井、水平井。
二级风险井：一级风险井以外的气井。
2.油田：一级风险井：“三高”井、欠平衡井、水平井。
二级风险井：探井、评价井、调整更新井、老井侧钻井、原始气油比大于100m3/t的井。
苏里格气田水平井钻井技术渤钻钻五长庆项目部技术办二〇一〇年十一月二十五日苏里格气田水平井钻井技术随着苏里格气田的深入开发，水平井成为增储上产的重要举措。
渤钻第五分公司2009年开始了水平井的钻探工作。
为打好打快水平井，分公司成立了技术专家组，针对苏里格地区地层特点和技术难点，研究制定了施工方案，并在实践中不断总结完善，取得了良好效果。
成功完成了水平井施工3开3完，第一口井75天，第二口井55天，第三口井43天。
一、完成井基本情况苏20-15-16H井于2010年3月27日8:00一开，2010年3月30日4:00二开，2010年5月10日4:00三开，2010年6月6日16:00完钻，2010年6月10日8:00完井，钻井周期71.33天，建井周期75天。
设计井深4842m，实际完钻井深4651m，设计水平井段长度1176m，实际水平井段长度1004m。
全井机械钻速7.87m/h，钻机月速1860.40 m/台月。
苏20-14-20H井于2010年7月1日9:00一开，2010年7月3日4:00二开，2010年8月8日8:00三开，2010年8月22日9:00完钻，2010年8月25日9:00完井，钻井周期52天，建井周期55天。
设计井深4704m，实际完钻井深4308m，设计水平井段长度1066m，实际水平井段长度695m。
全井机械钻速8.60m/h，钻机月速2349.82 m/台月。
苏20-10-5H井于2010年9月10日22:00一开，2010年9月12日10:00二开，2010年10月14日9:30三开，2010年10月21日8:00完钻，2010年10月23日22:00完井，钻井周期40.42天，建井周期43天。
设计井深4794m，实际完钻井深3995m，设计水平井段长度1001 m，实际水平井段长度197m。
全井机械钻速10.11m/h，钻机月速2784.51 m/台月。
水平井总进尺12954米，平均井深4318米，平均钻井周期54.58天，平均建井周期57.67天，平均钻进月速2245.06米/台月，平均机械钻速8.71米/小时。
二、水平施工过程中的难点1、石千峰组的水敏性垮塌。
石千峰下部地层泥岩水敏性强，水化后分解成片状，在于大斜度井段，往往要钻遇几米至几十米，坍塌问题十分突出，危及井下安全。
石盒子组的硬脆性垮塌。
该地层施工中井斜达到70°左右或更大，地层泥岩易发生硬脆性坍塌，塌落量大，难以控制。
2、山西组的碳质泥岩垮塌。
山13组气层上、下部均含薄煤层或碳质泥岩，尤其是碳质泥岩水敏性强，极易水化分散和剥落坍塌。
3、大斜度井段起下钻时钻具磕碰井壁易发生掉块。
在水平段即使不钻遇泥岩，起下钻也会在井眼轨迹不圆滑处磕碰井壁，易造成掉块卡钻。
4、大斜度井段或水平井段的钻具不能居中，同时加上岩屑的垂沉作用，造成岩屑上返困难，尤其是定向施工钻具不转动时，携砂难度更大。
5、托压问题不宜解决。
大斜度井段和水平段施工段的钻具紧贴下井壁，钻具刚性差，加钻压后与井壁形成多个支点，造成定向钻进拖压和送钻困难。
6、三开小井眼井段泵压高达25MPa，对设备性能要求高；排量受限，环空返速低，携砂难度大，大尺寸岩屑和掉块上返更加困难。
7、和尚沟组和刘家沟组砂层孔隙发育，极易发生井漏，水平井施工如发生较严重漏失，会给下部定向段和水平段钻井液调整带来极大困难，严重影响施工安全。
同时漏失会使钻井液成本大幅度上升。
8、深部地层多种岩性交互，薄厚不一，软硬不同，可钻性差异大，明显影响机械钻速。
而且水平井与直井的钻头磨损特点不同，直接影响了钻头的选型和使用。
三、水平井施工过程中的技术对策1、上直井段在第一口井因井架晃动严重，顶驱转速提不起来，造成机械钻速低。
第二口井因井架晃动严重，顶驱转速提不起来，第一只钻头钻进至1400m提前起钻，第二只钻头使用1°螺杆，由于转速过高、钻头耐磨差而先期磨损快，只钻进到1974m。
下部直井段又使用了2只钻头，由于地层原因钻头磨损严重。
第三口井采用低速直螺杆和耐磨性好的PDC钻头，效果明显，使用哈里波顿FX56R钻头2只打完了上直段。
使用直螺杆钻进井段509-2389m，进尺1880m，机械钻速45.85m/h。
上直段施工时间10.29天，分别比前2口井缩短3.29天和3.96天。
二开上直段钻头使用情况表苏20-15-16H井二开采用Φ241.3mm钻头和Φ139.7mm钻杆。
钻头尺寸较大，直接影响了机械转速。
苏20-14-20H井二开采用Φ215.9mm钻头和Φ139.7mm钻杆。
环空间隙小，大颗粒岩屑上返困难，钻杆接头直径为185mm，与井壁台阶贴挂影响了送钻。
苏20-10-5H 井改用Φ215.9mm钻头和Φ127mm钻具，送钻效果和井眼清洁得到了改善。
2、定向井段苏20-15-16H井使用蛟龙钻头厂四种不同型号的钻头7只和中成钻头厂的钻头1只，共使用8只钻头，平均机械钻速为3.49 m/h，平均单只钻头进尺87.25 m；苏20-14-20H井使用锐石钻头厂两种不同型号的钻头2只、中成钻头厂的钻头2只、川克钻头厂的钻头1只和金工万邦钻头厂的钻头1只，共使用6只钻头，平均机械钻速为3.43 m/h，平均单只钻头进尺101.17 m；苏20-10-5H井使用锐石钻头厂的钻头3只和哈利伯顿钻头厂的不同型号钻头2只，共使用5只钻头，平均机械钻速为4.30 m/h，平均单只钻头进尺155.60 m。
苏20-10-5H井与前两口井相比，平均机械钻速分别提高23.21%和25.36%，平均单只钻头进尺分别提高78.34%和53.80%。
减少了起下钻次数，缩短了钻井时间。
二开定向段钻头使用情况表定向施工前约200米转型为聚磺钻井液，钻至造斜点性能达到施工要求，在井斜角大于20°时，加入液体润滑剂，并随井深和井斜角的增加补入极压润滑剂和固体润滑剂；到井斜角45°以上时，在钻井液中加入足量液体润滑剂、极压润滑剂和固体润滑剂，使泥饼摩阻系数达到0.04-0.07，施工中很少发生拖压现象,没有发生过粘卡迹象，钻具上提附加拉力一般为5-7t，最大不超过10t，扭矩一般为5-8KN.m。
为有效防止地层坍塌在钻井液中合理加入泥饼质量改善剂，增加防塌剂用量，最大限度提高护壁防塌能力。
同时采用较高粘度（70-90s）施工，减轻冲刷井壁，确保塌落物及时返出。
施工中根据实际情况改善钻井液悬浮和携带能力，同时定期进行技术划眼和短程起下钻，避免形成岩屑床。
由于苏20-15-16H和苏20-14-20H井在定向井段使用Φ215.9mm钻头和Φ139.7mm钻杆。
钻杆接头直径为185mm，环空间隙小，大颗粒岩屑上返困难。
直接影响了钻进速度和井下安全。
因此在苏20-10-5H井改用Φ215.9mm钻头和Φ127mm钻杆，提高了钻井速度，井眼清洁得到了改善。
3、水平段。
苏20-15-16H井使用蛟龙钻头厂两种不同型号的钻头5只、鼎新钻头厂两种不同型号的钻头3只和北京钻头厂的钻头2只，共使用10只钻头，平均机械钻速为 4.63m/h，平均单只钻头进尺100.4m；苏20-14-20H井使用锐石钻头厂两种不同型号的钻头3只和哈利伯顿钻头厂的钻头1只，共使用4只钻头，平均机械钻速为4.71 m/h，平均单只钻头进尺173.75m。
苏20-10-5H井使用哈利伯顿钻头厂不同型号的钻头2只和锐石钻头厂的钻头1只，共使用3只钻头，由于地层原因钻遇了167米泥岩，平均机械钻速为2.66 m/h，平均单只钻头进尺65.67m。
水平段钻头使用情况表水平井段施工时，继续使用二开钻井液，并随时增加补入极压润滑剂和固体润滑剂，使液体润滑剂含量达到 3.0-5.0%、极压润滑剂含量保持在1.5-2.0%、固体润滑剂含量达保持在1.0-1.5%，使泥饼摩阻系数保持在0.04-0.07，施工中很少发生拖压现象,没有发生过粘卡迹象，钻具上提附加拉力最大不超过10t，扭矩一般为5-8KN.m。
增加防塌剂用量用来提高护壁防塌能力。
采用较高粘度（60-120s）施工，减轻冲刷井壁，确保塌落物及时返出。
在苏20-14-20H井,水平井段最后钻遇近30米碳质泥岩，边钻进边坍塌，钻井液携带出大量掉块，且掉块量越来越大，最后停钻完井。
水平段采用Φ152.4钻头施工，水平段长，环空间隙小，造成泵压高，排量受限，环空返速低，携砂难度大，大尺寸岩屑和掉块上返更加困难。
施工中根据实际情况定期进行技术划眼和短程起下钻，避免形成岩屑床。
四、取得的主要成果优良的钻井液性能满足了井眼清洁、井壁稳定和润滑防卡要求，保证了施工安全，所钻水平井无井塌划眼，事故复杂为零；钻头和钻具结构的优选、井身结构的优化，使钻井速度不断提高。
苏20-15-16H 井，平均机械钻速7.87m/h，钻井周期71.33天；苏20-14-20H井，平均机械钻速8.60m/h，提高了9.28%，钻井周期52天，缩短了27.10%；苏20-10-5H,平均机械钻速10.11m/h，提高了28.46%，钻井周期40.42天，缩短了43.33%。
五、几点认识与建议1、低速直螺杆+PDC钻头的复合钻井方式是上直段提速的有效措施。
2、水平段长度引起的磨擦阻力增大造成钻进困难的问题有待进一步解决。
3、较长的水平段要求定向井马达、井下工具、仪器等性能更好。
4、设计井位时要考虑地层倾斜，地层倾斜方向与入窗方向不同，会导致造斜难度的增加，滑动井段增长，轨迹控制难度增大。
苏里格项目部技术办 2010年11月25日。
