准噶尔盆地石炭系小井眼侧钻短半径水平井钻井技术

准噶尔盆地石炭系小井眼侧钻短半径水平井钻井技术

为落实排66区块地质储量，部署了准噶尔盆地石炭系首口短半径水平井——排664侧井，Φ244.5mm技套内侧钻Φ152.4mm井眼。文章介绍了轨道优化设计、石炭系地层侧钻方法、降低测量仪器磁干扰技术、钻具组合优化配套和井眼净化等工艺技术。该井的成功钻探不仅落实地质储量，同时为后续开发井提供了施工经验和技术支持。

标签：准噶尔盆地；石炭系地层；小井眼；短半径；水平井

1 简介

排664断块位于准噶尔盆地西部隆起车排子凸起北部，勘探程度较低，加上地质结构复杂，石炭系的岩性序列、储集空间、储盖组合、油藏类型等方面的资料缺乏，勘探成果难以突破。因此，在排664井老井眼基础上，利用小井眼短半径技术侧钻对目的储层进行勘探落实。该技术的实施不仅避开了上部复杂层段，而且降低勘探费用，缩短钻井周期，该井为准噶尔盆地石炭系地层小井眼侧钻短半径水平井首次成功实施。

2 主要技术难点

排664侧井是在排664井Φ244.5mm技术套管下部裸眼段侧钻Φ152.4mm井眼短半径水平井，自侧钻点以深均为石炭系地层，主要技术难点有以下几点：（1）石炭系侧钻困难，石炭系火成岩硬度高、可钻性差、侧钻困难；为减小套管磁干扰影响，侧钻点下压4m，提高了侧钻后轨迹控制难度。（2）套管（老技套）被磁化导致随钻仪器测量数据不准确，设计磁场强度为57μT，但实钻测量场强为100μT。（3）造斜率要求高，设计造斜率达80°/100m。（4）水平段长，设计水平段长529.52m，水平位移600m；钻压传递、钻进困难，根据摩阻扭矩模拟计算350m之前比较好控制，后续井段难度大[1]。（5）岩屑返出能力差。由于技术套管尺寸Φ244.5mm，侧钻井眼尺寸Φ152.4mm的现实情况，环空返速低，岩屑返出难；井眼小，钻进时间长，易形成岩屑床。

3 井身结构及井眼轨道优化设计

3.1 井身结构设计

根据老井的井身结构，结合地层特点、地层压力及钻井技术状况，参考已钻井实钻井身结构，以有利于安全、优质、高效钻井和保护油气层的原则进行设计，充分考虑地层的不确定性，以保证完成钻探目的。

3.2 井眼轨道优化设计

为降低技套磁干扰。直井段多钻进4m左右，至井深889m开始侧钻；按降

低侧钻段、着陆井段造斜率的原则，经过轨道优化设计及摩阻分析对比，轨道类型为直-增-增-增-稳（水平段），三个造斜段为造斜率60°/100 m 、92°/100 m 、63°/100 m，水平段稳斜角为86.94°。

4 石炭系小井眼短半径钻井技术

4.1 小井眼硬地层侧钻技术

排664侧井侧钻井段为裸眼井段，地层为石炭系，地层硬度大，可钻性差。采用3.5°单弯动力钻具配合牙轮钻头进行侧钻。为使大度数单弯动力钻具顺利通过Φ244.5mm套管，采用了柔性钻具组合，下钻过程中严禁转动钻具。钻具下井后，控制钻具下放速度，严禁猛刹猛放，并时刻注意指重表读数变化[1]。钻具下至定向侧钻位置，缓慢开泵，待泵压正常后，开始定时、定井段进行划眼造槽作业，在新井眼设计侧钻方位0°处进行划眼造槽作业。侧钻钻进参数：钻速为第1m为4h/m，第2m为2h/m，第3m为2h/m；钻压：第1m为0t，第2m为1t，第3m加压至2-4t；排量15-16L/s，控时钻进3m后，改为控压钻进，以4t钻压钻进6m至900m。侧钻过程中，保持每米捞1包岩屑，以对比分析侧钻效果，根据钻屑中地层岩屑含量变化，及时调整钻进参数和施工措施，直至全部为新地层岩屑为止。井深899m处返出岩屑显示100%为新地层，本井侧钻一次成功。

4.2 降低套管磁干扰技术

因老井技套在作业后被磁化，纵向上对随钻测量仪器干扰距离增大，根据现场测量计算最小磁干扰距离为8.21m，技套与测量仪器距离分析对比表2。

根据现场实际情况，采取了以下多项措施：采用最小磁干扰距离为5m的随钻测量仪器；现场分析初步判断老技套为干扰源，因此采用定向钻具扫塞，下压侧钻井深，拉大套管与仪器的距离，并分析该措施可行性及操作方法；针对侧钻井深下压的实际情况，对原轨道优化重新计算；另外，如果上述技术措施无法消除磁干扰的情况，紧急准备陀螺仪器及相关配套设备，并制订了施工方案。按照既定措施采用定向钻具扫塞至井深889m，套管鞋与测量仪器的距离增加至8.21m 时，磁场强度测量值恢复正常，开始侧钻作业。

4.3 短半径钻井技术

对轨道优化后，形成了造斜率60°～92°～63°/100 m的三段增斜设计，采用Φ120mm螺杆钻具，根据造斜率情况下入合理钻具，定向段分别采用了3.5°侧钻、2.75°增斜和1.5°中间段调整的不同度数的螺杆钻具完成定向增斜段的施工作业，水平井段采用1.25°单弯螺杆钻进，满足钻进性能及轨迹控制要求。出于对钻具强度及高造斜率井眼轨迹控制的考虑，造斜段宜以滑动钻进为主、旋转钻进为辅的方式进行，旋转钻进可以有效传递钻压、消除摩阻、清除岩屑床等[2]。螺杆钻具在石炭系地层中实钻造斜率和设计造斜率对比情况，见表3。

实钻情况表明，在石炭系地层中3.5°单弯最大全角变化率可达129°/100m。

4.4 长水平段钻井技术

水平段井眼轨迹圆滑状况对井眼的延伸和摩阻扭矩都有很大影响，故水平段井眼轨迹控制的关键是保证井眼轨迹的圆滑，避免大幅度调整，主要技术措施有：（1）在钻达设计井深前提下，针对各种钻具组合，进行各种工况摩阻扭矩理论计算对比分析，优选出的优化钻具组合-复合钻杆钻具结构；结合逐次增加小钻杆的技术措施，克服钻压传递和钻进的难题。钻具组合：Ф152.4mm3A-HJ517G （11*3）+Φ120mm动力钻具×1.25°+311×310回压阀+MWD坐键短节+Φ88.9mm 无磁承压×1根+Φ88.9mm钻杆×48根+311×410转换接头+Φ127mm加重钻杆×15根+Φ127mm钻杆现场实钻情况基本保证每趟钻进进尺和轨迹控制目的。（2）为了充分发挥螺杆钻具的性能和提高钻井速度，综合考虑设备性能、携岩及钻压有效传递的需要，钻进过程中严格控制井眼轨迹，坚持少滑动、多旋转、微调勤调等原则。通过滑动降斜与复合导向相结合的方式保持井斜角在设计数值左右小幅度变化，复合钻进平均增斜率在2～4°/100 m，每次滑动降斜控制在5 ～7 m 左右，避免大幅度调整，保证了井眼轨迹圆滑，相应降低了井眼的摩阻系数。整个水平段总进尺486m，其中滑动钻进进尺52m，仅占总进尺的10.69%。（3）现场作业过程中，牙轮钻头寿命限制单趟钻进尺在40-70m之间，必须起钻更换新钻头，起到了通井、清除岩屑床作用，确保井眼暢通，保障了水平段的施工安全。每趟钻逐次增加小钻杆长度，保证中和点处于新加钻具内，防止发生钻具疲劳破坏，确保现场施工的时效[3]。4.5 井眼清洁技术

针对排664侧井井身结构特殊、石炭系地层硬脆性突出、造斜率达、水平段长等特点，井眼清洁问题尤为突出。

（1）优化钻具结构，提高环空返速。由于技术套管尺寸Ф244.5mm和侧钻井眼尺寸Ф152.4mm的现实情况，环空返速低，岩屑返出难；小井眼水平段长，钻进时间长，易形成岩屑床。在排量16L/s的情况下，钻井液在不同井段的环空返速对比见表4。

钻井液在不同井段上返速度不一致，存在高-低-高的速度差别，在低返速井段岩屑返出能力差，已形成沙桥，存在卡钻风险。因此，采用复合钻杆钻具结构，全面考虑接入小钻杆长度，逐次增加小钻杆数量；水平段钻进，定时、定进尺搞短起下，破坏岩屑床。保证有效安全钻进和进尺最大化。

（2）优选钻井液体系。经过优选配比，采用低固相润滑防塌钻井液体系，保證石炭系硬脆性地层短半径水平井钻进，同时具有良好的携岩能力、润滑性能、封堵防塌性能及流变性能。低固相润滑防塌钻井液体系：5%土粉+（0.3-0.6%）干粉+（0.5-1%）降虑失剂+（3-5%）油基润滑剂+（0.3-0.5%）烧碱+（2-3%）防塌剂+（1-2%）无水聚合醇+（0.3-0.5%）生物聚合物+（0.3-0.8%）聚阴离子纤维素满足了井眼清洁、降低摩阻扭矩的要求，确保井眼稳定，安全钻进。

5 结束语