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1鉆井工程優(yōu)化設(shè)計

1.1井身結(jié)構(gòu)設(shè)計

井身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計是優(yōu)化鉆井技術(shù)的核心，井身結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅關(guān)系到安全鉆井，而且對鉆井效益的提高有著特別重要的意義。針對復(fù)雜深探井，地下情況復(fù)雜多變，只能獲取有限的地層信息，在井身結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，既要考慮鉆井安全，同時要兼顧鉆井成本。為確保鉆井成功率、順利鉆達(dá)目的層，在鄰井實鉆井身結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，綜合考慮鄰井鉆遇的復(fù)雜情況和本井所鉆地層的特點，對井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，哈山3井身結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)，如表1所示。導(dǎo)管下入⌀508mm套管50m，用水泥漿封固（返至地面），封隔地表松散土層，建立井口，并為一開鉆進(jìn)創(chuàng)造條件。一開使用⌀444.5mm鉆頭鉆至551m，⌀339.7mm表層套管下至550m，封過侏羅系八道灣組地層，水泥漿返至地面，其目的是封固上部稠油層，防止鉆下部地層時間長污染上部儲層。二開使用⌀311.2mm鉆頭鉆至3802m，⌀244.5mm技術(shù)套管下至3800m，封過石炭系地層，水泥返至地面。為下一開次揭示目的層和安全鉆井創(chuàng)造條件。三開使用⌀215.9mm鉆頭鉆至設(shè)計井深完鉆，下入⌀139.7mm油層尾管至井底，尾管懸掛位置3650m，水泥返至喇叭口。

1.2鉆具組合與鉆井方式的選擇

1.2.1鉆具組合的選擇為保證井身質(zhì)量，采用防斜打直技術(shù)，導(dǎo)管和一開設(shè)計塔式鉆具組合；二開、三開井段設(shè)計三套鉆具組合，即鐘擺鉆具、直螺桿鉆具和垂直鉆井鉆具，并設(shè)計0.75°單彎動力鉆具予以糾斜。為強(qiáng)化水力參數(shù)，提高井底和井眼凈化能力，盡量減少⌀127mm內(nèi)加厚鉆桿的使用量。二開⌀311.2mm的井段全部設(shè)計⌀139.7mm內(nèi)平鉆桿，三開⌀215.9mm的井段設(shè)計⌀127mm鉆桿和⌀139.7mm鉆桿組合，降低鉆桿內(nèi)的能量消耗，提高井底可利用的水馬力和噴射速度，進(jìn)而改善井底流場，增加水力清巖效果，排除巖屑清除不凈的死角和巖屑的重復(fù)切削。同時配合使用高效牙輪和孕鑲金剛石鉆頭，提高機(jī)械鉆速。

1.2.2鉆井方式的選擇導(dǎo)管、一開和三開均設(shè)計常規(guī)衡鉆井方式。二開井段設(shè)計氣體鉆井方式。本井段主要是石炭系地層，地層巖性為安山巖、凝灰?guī)r。具有埋藏深、巖石強(qiáng)度大、可鉆性差的特點，而且地層巖性復(fù)雜多變，鉆頭選型困難，若采用常規(guī)鉆井方式，很難提高機(jī)械鉆速[5]。而從鄰井的電測成果來看，石炭系地層出水可能性不大，綜合解釋為干層，并且地層壓力系數(shù)低于1.20，不屬于超高壓地層，進(jìn)行氣體鉆井施工具有可行性。所以為提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期，二開石炭系井段設(shè)計氣體鉆井方式。

1.3鉆井液設(shè)計

1.3.1鉆井液體系設(shè)計該井鉆井液的使用原則是有利于環(huán)境保護(hù)；有利于發(fā)現(xiàn)和保護(hù)油氣層；有利于地質(zhì)資料錄取；有利于快速鉆進(jìn)和安全鉆井；有利于除油排氣；有利于復(fù)雜情況的預(yù)防和處理。該井鉆遇地層上部棕色泥巖易水化膨脹，造漿嚴(yán)重，砂巖膠結(jié)疏松、滲透性強(qiáng)，易形成厚泥餅造成阻卡[6]，下部硬脆性泥巖易剝蝕掉塊；石炭系火山巖段易漏。本井較深，地層溫度高，鉆井液要保持抑制、防塌、抗高溫性能，同時要有良好的流變性，保證安全快速鉆進(jìn)。根據(jù)本井鉆遇地層特點及鄰井施工情況，各開次鉆井液體系設(shè)計見表2。

1.3.2鉆井液維護(hù)技術(shù)措施導(dǎo)管及一開鉆遇地層白堊系、侏羅系、石炭系頂，地層成巖性差，松散，易垮塌，防坍塌卡鉆；白堊系、八道灣組防止井壁坍塌、縮徑卡鉆及井漏。一開施工時機(jī)械鉆速快，環(huán)空鉆屑濃度高，該井段鉆井液必須具有很強(qiáng)的懸浮攜帶能力和穩(wěn)定井壁能力。二開石炭系地層火成巖易憋跳鉆、易漏失。因此，要求鉆井液必須具有較強(qiáng)的封堵能力，確保其造壁性和良好的流變性，從而保證井壁穩(wěn)定，防滲漏。設(shè)計二開使用氣體鉆井，若氣體鉆井鉆完進(jìn)尺或無法繼續(xù)實施，則轉(zhuǎn)化為抑制性聚合物封堵防塌鉆井液體系。開鉆前準(zhǔn)備一定數(shù)量的預(yù)水化膨潤土漿，開鉆后補(bǔ)充新配的聚合物膠液，及時調(diào)整鉆井液性能。注意加強(qiáng)鉆井液的抑制性，選擇抑制性較強(qiáng)的具有良好配伍性的處理劑增強(qiáng)鉆井液體系的抑制性能，利用固控設(shè)備及時清除鉆屑。上部地層應(yīng)保持適當(dāng)?shù)恼城?、足夠的排量，提高大井眼的攜帶能力，首先保證鉆進(jìn)時形成的較大鉆屑攜帶充分，同時維護(hù)良好的鉆井液流動性來沖刷虛泥餅。鉆進(jìn)中可適當(dāng)控制鉆井液API失水，充分利用鉆頭水馬力破巖能力，提高機(jī)械鉆速。加足聚合物抑制劑同時加足降濾失劑，根據(jù)實際情況加入潤滑劑，確保鉆井液具有良好的潤滑性，防止鉆頭泥包或卡鉆。采用隨鉆封堵技術(shù)，滲漏嚴(yán)重時加入隨鉆堵漏劑或雙膜承壓劑；易漏地層，鉆井液中應(yīng)根據(jù)情況添加隨鉆堵漏劑、雙膜承壓劑，提高地層承壓能力，防止地層應(yīng)力坍塌。三開二疊系地層穩(wěn)定性差，防剝蝕、碰撞掉塊、坍塌和漏失。下部地層溫度較高，因此，需要提高鉆井液的高溫穩(wěn)定性能。二疊系可能鉆遇高壓層，注意防噴。因此三開鉆井設(shè)計聚磺封堵防塌鉆井液體系。嚴(yán)格控制膨潤土含量，動速比0.4左右，防止粘切過高造成壓力激動以及粘切過低沖刷井壁，固相含量低同時控制濾失量。三開井段預(yù)計有高壓層，應(yīng)根據(jù)實際情況及時調(diào)整鉆井液密度，控制API失水，提高鉆井液濾液粘度，減少濾液對地層的滲透。添加液體潤滑劑或固體潤滑劑，防止因密度高，孔隙壓力低造成粘卡。同時提高封堵類處理劑用量，鉆井液中應(yīng)保持1%~3%隨鉆堵漏劑，根據(jù)情況添加超細(xì)碳酸鈣、非滲透類處理劑，進(jìn)一步提高地層承壓能力。井底溫度較高，根據(jù)井溫情況及時補(bǔ)充磺化類材料、抗高溫降濾失劑、高溫穩(wěn)定劑等抗高溫處理劑。下部地層鉆進(jìn)調(diào)整API失水控制在3mL以內(nèi)，高溫高壓失水控制在10mL以內(nèi)，加入無水聚合醇，做好油氣層保護(hù)工作。

1.4固井設(shè)計

1.4.1水泥漿體系設(shè)計針對二開長封固段固井易漏難題，采取漂珠低密度水泥漿體系，雙級固井方式。三開為防止高壓氣竄，采用防氣竄水泥漿體系，并加入塑性纖維，防漏堵漏同時提高水泥石的韌性，水泥漿配方設(shè)計見表3。

1.4.2主要技術(shù)措施（1）為保證套管居中度，提高固井質(zhì)量，施工設(shè)計根據(jù)實際井況合理設(shè)計套管扶正器，確保管鞋以上100m、目的層等井段套管居中度大于67%。（2）技術(shù)套管采用雙級固井方式，雙級箍的安放位置依據(jù)油氣水層及漏失層位置決定，并盡可能地安放在井眼規(guī)則、地層巖性較致密的井段。現(xiàn)場施工中，要注意加強(qiáng)工具入井前檢驗，對于杜絕工具在井下出現(xiàn)問題至關(guān)重要。（3）油層尾管固井，為防止固井過程中發(fā)生漏失，固井前必須保證井眼穩(wěn)定，必要時進(jìn)行承壓堵漏；并采用低粘高切隔離液，紊流頂替，控制水泥漿體系A(chǔ)PI失水<100mL、析水<1.4%、n>0.6，稠化時間應(yīng)控制在施工基礎(chǔ)上附加60~90min，呈“直角”稠化，從而有效控制水泥漿竄槽問題。

2現(xiàn)場施工效果

該井嚴(yán)格按照設(shè)計要求施工，于2012年5月17日開鉆，2013年7月4日完鉆，完鉆井深4139.80m。導(dǎo)管下入鋼級J55壁厚12.70mm、外徑⌀508.00mm的套管，下深50.18m，聯(lián)入10.80m，阻流環(huán)深度48.69m。一開下入鋼級J55，壁厚9.65mm，外徑⌀339.7mm的套管，下深701.16m，阻流環(huán)深深度688.65m。二開下入⌀244.50mm技術(shù)套管，下深3414.98m，二級水泥返深38.00m，采用雙級注水泥工藝，固井質(zhì)量合格。三開鉆至4139.80m，實施裸眼完井。全井最大井斜角6.16°，井底水平位移86.59m，滿足工程設(shè)計要求，井身質(zhì)量優(yōu)?？諝忏@井和扭沖工具提速效果顯著。二開720.0~1626.0m井段實施空氣鉆井，三趟鉆總進(jìn)尺906.0m，純鉆時間174.6h，平均機(jī)械鉆速5.19m/h，是轉(zhuǎn)換成聚合物鉆井液后機(jī)械鉆速的2.92倍。在下部2888~3345.5m井段，使用PDC鉆頭和配套扭沖工具，連續(xù)在井下工作649h，單只進(jìn)尺達(dá)457.5m，相當(dāng)于1914~2888m井段鉆頭平均進(jìn)尺的11.3倍，節(jié)約了起下鉆趟數(shù)，機(jī)械鉆速較上一只鉆頭提高了51.5%，創(chuàng)造了勝利西部新區(qū)相同地層單只鉆頭連續(xù)鉆進(jìn)進(jìn)尺最多和純鉆時間最長2項記錄，大大降低了鉆井成本，縮短了鉆井周期，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益非常顯著。

3結(jié)論

（1）詳盡可行的鉆井工程設(shè)計方案是解決哈山3井井眼易失穩(wěn)、機(jī)械鉆速低、固井難度大等技術(shù)難點的重要技術(shù)支撐，也是實現(xiàn)安全優(yōu)質(zhì)鉆井的前提。（2）鉆具組合和鉆井方式的優(yōu)化選擇對施工中提高機(jī)械鉆速、縮短鉆井周期起到了非常關(guān)鍵的作用。本井氣體鉆井和PDC鉆頭+扭沖工具等提速提效技術(shù)保障了該井的順利實施，并通過本井的應(yīng)用形成了哈山區(qū)塊火成巖地層提速提效配套技術(shù)，為保證西部新區(qū)勘探開發(fā)進(jìn)度奠定了基礎(chǔ)。（3）現(xiàn)場施工結(jié)果表明，根據(jù)地層特點合理地調(diào)整鉆井液性能，能夠有效保障鉆井液具有良好的攜巖、制、封堵性能，確保井壁穩(wěn)定，取得了良好的應(yīng)用效果。

作者：楊衍云張蕾單位：勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院鉆井工程設(shè)計研究所