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1、 哈萨克斯坦扎那若尔油田侧钻短半径水平井工艺技术应用钱 峰杨立军段德兵雍富华（吐哈勘探开发指挥部工程技术研究院）摘 要：哈萨克斯坦扎那若尔油田侧钻短半径水平井的应用，是属于国内造斜率最高的一批侧钻短半径水平井，技术难度大。本文分析哈萨克斯坦侧钻短半径水平井的技术特点，通过优化短半径井水平井的开窗方式和剖面设计、优选钻具组合及现场实验、进行有磁条件下的精确定向侧钻技术、高造斜率定向测量及轨迹控制技术研究、钻井液技术研究，形成一套侧钻短半径水平井钻井工艺技术，钻成了 4 口侧钻短半径水平井，为扎那若尔油田的无产能和停产井的改造，提供有效的技术手段。关键词：扎那若尔 短半径 水平井 开窗侧钻一、简介
2、CNPC-阿克纠宾油气股份公司下辖扎那若尔油田，地处哈萨克斯坦西哈萨克斯坦滨里海盆地，位于哈萨克斯坦共和国阿克纠宾斯克正南 240Km 处。目的层位为石炭系油藏，纵向上分为 KT-和 KT-两套储层，KT-油藏埋深 27002800m，KT-油藏埋深 38003900m。扎那若尔油田压力低，地层产能不足，油藏动用程度低，存在大面积的剩余油亟待开发，而且已开发了几十年，有相当数量的套损井、低效井、落空井等报废井处于停产状态，这些井总数达到 100 多口。应用侧钻短半径水平井技术对油田套损井、低效井、落空井等报废井进行改造，不仅能有效降低开发费用，而且避开了上部复杂层段，可有效缩短钻井周期，保证了
3、成功率。从 2005 至今在在扎那若尔油田共完成了 490、207、133、489 四口套管开窗侧钻短半径水平井，取得良好的经济效益。二、主要技术难点扎那若尔油田KT-油藏灰岩顶距目的油层厚度最大不超过50米，要实现在灰岩内开窗，裸眼完井的目的，侧钻水平井造斜段需采用短半径技术。目前国内短半径水平井设计造斜率一般控制在1.11.2/m之间，井眼曲率半径一般控制在50m-45m之间。而扎那若尔油田侧钻短半径水平井设计造斜率起码要达到1.45/m以上，井眼曲率半径小于40m，因而在钻井工具、仪器、水平井设计与施工工艺、井下事故的预防与处理工艺方面具有相当大的难度。除此以外，由于扎那若尔油田使用的1
4、68.3mm油层套管为前苏联规范，国内很少使用，使用的139.7mm油层套管也多为厚壁套管，内径小，无与之配套的现成的开窗一体化工具，需重新设计和加工。扎那若尔油田侧钻短半径水平井面临的主要技术难点有：、侧钻短半径水平井的初始侧钻段，受原井套管的影响，不可避免会存在严重的磁干扰，难以确定准确的造斜方向，而且在数十米的有限增斜井段内也不可能再进行较大范围的方位调整，因此实现在有磁条件下的精确定向侧钻难度很大。、受原井套管内径的限制，大度数的螺杆很难下入，要达到 1.4/m 以上的造斜率非常困难，同时由于井眼曲率变化大，动力钻具在井眼中受弯曲应力影响，易发生钻具脱落、折断等钻具事故。、短半径水平井
5、造斜段井眼曲率大，在水平段延伸的钻进中，采用滑动方式钻进，由于摩阻大，易发生钻柱“自锁”现象，施加钻压困难；采用旋转方式钻进时，处于高曲率井段的钻柱，受到较大弯曲应力影响，易发生疲劳破坏，导致井下复杂。、在高造斜率条件下，现有常规随钻测量仪器不能有效工作，出现不能下至预定测量位置或弯曲损坏的情况。、侧钻短半径水平井造斜井段短、造斜率高，测点滞后问题显得尤为突出（有线测量 7 米、MWD 测量 10 米） ，造斜率预测不准，便很难调整，增加了井眼轨迹控制的难度。三、主要技术方案侧钻短半径水平井钻井技术主要包括套管开窗优选优化技术、井眼轨迹的优化设计技术、有磁条件下的精确定向侧钻技术、高造斜率定向
6、测量及轨迹控制技术、钻井液技术及固井完井技术等。1、套管开窗优选优化技术1国内的侧钻短半径水平井一般采用锻铣开窗，主要是考虑锻铣开窗距上窗口 8 米可消除磁干扰，有利于尽快定向增斜。采用磨铣方式开窗，一般需转盘钻进 20-30 米，待新老井眼的夹壁墙厚度超过 0.5 米后套管的磁干扰基本消失后，方可进行准确的定向作业；对于曲率半径仅有 40米的短半径水平井，可供增斜的井段将大大缩短，后续施工极为困难。哈萨克斯坦扎那若尔油田的侧钻短半径水平井，如果采用锻铣方式开窗，由于套管壁厚，钢级高，锻铣刀磨损严重，需要更换多套刀片，开窗周期长；同时，因开窗井深，刀片钻压和转速很难精确控制，极易造成卡钻等事故
7、；开窗铁屑量大，大量的铁屑增加了钻井液携带的难度，易造成井下复杂与事故。针对扎那若尔油田实际情况，原则上只能采用磨铣开窗方式开窗，磨铣开窗与锻铣开窗相比不仅能缩短开窗周期，而且开窗成功率高。虽然磨铣开窗方式磁干扰井段长，由于斜向器可产生一定的初始井斜，有利于有磁环境下的定向施工，综合考虑扎那若尔油田侧钻短半径水平井采用了磨铣开窗方式。2、井眼轨迹的优化设计技术侧钻短半径水平井轨迹的优化设计不仅仅是井眼轨迹的计算与设计，在轨迹设计中应充分考虑以下几个方面的问题：、轨迹设计应满足油藏地质需要，在满足安全施工的前提下，尽可能提高造斜率、轨迹尽可能多的穿过油层；、充分考虑井下工具造斜能力和通过上部小尺
8、寸套管能力；、充分考虑井下工具、仪器和钻具在高造斜段的通过能力和安全性；、井身剖面类型一般采用连续增斜的单圆弧剖面，即“直增水平“三段制剖面，以满足短半径水平井高造斜率的要求。、设计井眼轨迹时应充分考虑初始定向造斜时测量仪器受套管磁干扰的影响和测量仪器的工作状态。3、有磁条件下的精确定向侧钻技术无论采用磨铣还是锻铣开窗，窗口附近都存在磁干扰，短半径水平井的特殊性决定了不可能先钻一段距离，待磁干扰消除后再定向，因此必须解决磁干扰下的增斜问题。在侧钻短半径水平井中，钻具尺寸小，柔性大，很难采用单点测量定向控制工具面，解决的主要措施包括：、采用陀螺进行静态的单点测量定向；、起出陀螺，下入有线测量仪器
9、进行随钻监测，虽然在井斜较小时重力高边误差很大，但其变化的相对值对螺杆工具面的变化仍有参考价值；、每钻进 1-2 米进行一次陀螺工具面复测，确保方位准确；、磁干扰消除或井斜大于 3时，立即转入常规测量方法，如果此时方位偏差，首先进行扭方位作业，扭方位时不宜将装置角放置90，仍应以增斜为主，满足高造斜率的要求。4、高造斜率定向测量及轨迹控制技术（1） 、侧钻短半径水平井井眼轨迹测量技术1） 、 随 钻 测 量 仪 器 的 选 择有 线 随 钻 测 量 仪 测 量 传 感 器 至 钻 头 有 10-12m 领 长 （ 测 量 滞 后 距 离 ） ， MWD 测 量 仪 领长 7-8 米 ， 侧钻短
10、半径水平井造斜率高达 1.4/m， 领 长 越 长 ， 判 断 钻 头 处 的 实 际 井 斜 方 位误 差 越 大 ， 目 前 国 内 普 遍 选 择 领 长 较 小 的 有 线 测 量 ， 哈萨克斯坦扎那若尔油田目 前 也 以 有线 测 量 为 主 。2） 、 随 钻 测 量 仪 器 的 改 进普 通 有 线 随 钻 测 量 仪 采 用 铝 合 金 做 加 重 杆 ， 柔 性 较 低 ， 井 眼 曲 率 半 径 过 小 时 ， 无 法 下 入弯 曲 井 眼 或 出 现 弯 曲 损 坏 ， 可 采 用 铍 型 铜 加 工 腰 鼓 型 柔 性 加 重 杆 ， 理 论 计 算 表 明 ， 其 最
11、 小 允许 曲 率 半 径 为 28.7 m (2.0/m)， 在 490 和 207 井 的 应 用 过 程 中 ， 最 高 造 斜 率 达 到1.8/m， 应 用 正 常 。（2） 、侧钻短半径水平井井眼轨迹控制技术侧钻短半径水平井轨迹控制技术是短半径水平井施工的核心，轨迹控制的水平直接反映了侧钻短半径水平井施工的水平。影响井眼轨迹的主要因素是下部钻具组合（BHA） 、钻井参数、已钻井眼几何形状和待钻地层特性等因素。井眼轨迹的控制主要依靠钻具组合和钻井参数的调控来实现，不同的钻井方式有不同的钻具组合和参数调控方式。轨迹控制要求根据钻井工程设计的井眼轨迹选择合适的钻具组合和钻井参数进行钻井施
12、工；利用轨迹控制软件实时掌握实钻井眼轨迹情2况，通过调整钻具组合和钻井施工参数，使实钻井眼轨迹接近设计井眼轨迹。1） 、定向螺杆的优选短半径水平井定向螺杆主要有单弯、双弯和铰链式三种，铰链式螺杆造斜率高（2-4 /m） ，但造斜率不易控制，螺杆寿命短，不适合 1.4/m 造斜率的要求，目前很少使用；双弯螺杆在相同的通过度下，造斜率无明显增加，不宜使用，例如 3.251.0双弯螺杆通过度与 3. 5单弯螺杆相同，但造斜能力偏低；单弯螺杆造斜率稳定，成本最低，比较适合曲率半径 40 米左右的短半径施工需要。2） 、螺杆通过度的预测计算：侧钻短半径水平井螺杆通过度有二个评定条件：一是下部钻具接触力条
13、件，即钻头（或稳定器）与套管内壁或裸眼井壁的接触力不能太大，以免划伤套管或吃入井壁造成钻具遇阻；二是钻具摩阻力条件，钻具在下入过程中摩阻力不能太大，如果太大，钻具靠自重不能通过。螺杆通过度与套管内径、螺杆钻头直径、螺杆弯度和长度、弯点位置等多种因素有关，表1给出了在哈国使用118mm钻头侧钻时，95mm不同度数单弯螺杆在壁厚10.54mm168.3mm套管内的径向偏移量。表 1、95mm 螺杆在 168.310.54mm 套管内的径向偏移量螺杆度数() 2 2.25 2.5 2.75 3 3.25 3.5径向偏移量(mm) 67.44 70.58 77.91 83.14 88.38 93.61
14、 98.84168.310.54mm的允许最大径向偏移量为90.12mm，因此即使不考虑螺杆形变, 3以下螺杆均可顺利下入。但是如果上部套管是139.7mm，当壁厚9.17mm时，只能允许225以下螺杆下入。设计造斜率最高不能超过1.1/m。3）侧钻短半径水平井钻具组合选择、钻杆类型选择表 2 73mm 钻杆在 118mm 井眼内允许通过的最大井眼曲率开窗套管（in） 51/2 7钻杆尺寸（mm） 73 88.9钻杆钢级 P-105 S-135 P-105 S-135最大屈服极限（MPa） 723.2 930 723.2 930允许最大曲率（/m） 1.763 2.267 1.446 1.86
15、0允许最小曲率半径（m）32.5 25.27 39.62 30.81由表2可以看出选用钢级高的73mmS-135钻杆，允许通过的井眼最大曲率为2.267/m，可以满足扎那若尔侧钻短半径水平井的需要。、钻具组合和钻井参数优化技术对于造斜率高达1.4/m的短半径井，如何在保证安全的前提下实现强力增斜是关键，为此要重点针对螺杆的选择以及钻具组合和钻井参数的优化开展研究。在稳定的石灰岩地层定向，由于井眼规则，扩大率很小，造斜率明显高于泥岩和砂岩地层，造斜率1.4/m的118mm井眼短半径井，选用95mm螺杆，具体规格为：井斜15：使用3-3.25螺杆；15井斜45：使用2.75-3螺杆；井斜45：使用
16、2.5-2.75螺杆；为保证螺杆的强度和造斜能力，要求螺杆弯壳体直径要加大到102-105mm，适当缩短弯点以下长度，以不大于100cm为宜。钻具组合主要考虑以下几个方面：高造斜段钻具的顺利下入和安全、提高循环排量和降低循环泵压、井眼轨迹的光滑和顺利中靶以及井下安全等。侧钻短半径水平井钻具主要包括高造斜率3定向段组具组合、水平段钻具组合以及通井钻具组合。a、高造斜率定向段组具组合和参数118mm钻头+(2.53.25)95mm单弯螺杆+定向接头+73mm无磁抗压缩钻杆+73mm斜坡钻杆+89mm钻杆考虑到石灰岩地层稳定，不易划出新眼，定向钻头原则上选用PDC钻头；钻杆采用18斜坡钻杆以减小钻具摩阻；在套管条件允许的情况下最好使用组合钻具，上部使用89mm钻杆，用于降低循环泵压和提高循
