元坝272-1H井长水平段超深水平井钻井技术董志辉，连坡，汪海波，仇恒彬〔中石化石油工程公司钻井工艺研究院 东营 257000〕摘要：元坝272-1H井是位于元坝区块的一口超深长水平段水平井，存在地质情况复杂、多套压力体系并存、气藏埋深超过6500m、井底温度高达156℃等技术难题施工过钻井提速技术、井眼轨迹控制技术、高温定向工具使用技术、井眼清洁技术、摩阻扭矩监测控制技术、高温钻井液技术、平安钻井技术等先进技术，克制了裸眼段长、摩阻扭矩大、岩屑清洁效率低、井眼轨迹控制困难、工具仪器耐高温高压挑战性高等难点，创造了元坝区块水平井水平位移最长、水平段最长、钻遇含气储层最长三项纪录，为同类超深水平井的施工积累了丰富经历关键词：元坝272-1H井；超深水平井；钻井技术；长水平段；1 元坝272-1H井概况元坝272-1H井是中石化西南油气分公司部署在盆地川东北低缓构造上的一口超深水平井，以长兴组顶部礁盖〔顶〕储层为主要目的层，该井位于元坝区块长兴组4号礁带完钻井深7788.00m，完钻垂深6549.66m，造斜点位于6050.00m，水平位移1501.65m，水平段长1073.30m，钻穿气层长度820.00m，创造了元坝区块水平井水平位移最长、水平段最长、钻遇含气储层最长三项纪录。
井身构造采用五开制，实钻井身构造与设计井身构造比照方下表1 实钻井身构造与设计井身构造比照开次井眼套管备注井眼尺寸/mm设计井深/m实钻井深/m套管尺寸/mm设计下深/m实际下深/m导管914.43232720.00-300-31.75根据需要设置1660.4502504508.00-5000-501.45封上部易漏层和水层2444.530502992346.10-30480-2990.01封上沙以浅地层3314.149224978273.1/282.60-49200-4292.34封雷三水层以浅地层4241.365806580193.7/206.40-65783593.96-6580封长兴组顶界以浅地层5165.1779077881276528-77886525-7788衬管完井2 钻井主要难点分析〔1〕直井段优快钻井、防斜打直困难［1］直井段长6050m，钻遇地层多，地层复杂上沙溪庙组有小水层，底部存在区域垮塌层；千佛崖组压力较高；自流井组底砾岩蹩跳严重；须家河组区域高压，石英砂岩可钻性极差；嘉陵江组顶部盐膏层发育，嘉五-四段、嘉二段局部层段见高压盐水层；极易发生井喷、井漏、井塌等复杂情况。
〔2〕摩阻扭矩大、深井定向困难使用PDC钻头定向钻进，由于井眼深度大，摆放工具面困难，很难摆放到位且容易偏移，裸眼段长，摩阻大，通过钻压控制工具面难度大，工具面不稳，滑动钻进常有托压现象，易憋泵〔3〕储层调整频繁，轨迹控制难度大长兴组储层礁体小，储层较薄，且水平方向变化大，准确穿行优质储层难度大为了钻穿更多优质储层，根据实钻情况及时调整轨迹，调整轨迹难度大水平段岩性变化大，复合钻进井斜变化规律差异较大，甚至*一井段复合钻进增斜率异常，更增加了轨迹控制的难度〔4〕泵压高、排量小、井眼清洁难度大五开井眼小，循环泵压高，水平段长，易形成岩屑床，井眼清洁困难，钻具摩阻大、扭矩高并且不稳，钻具组合、钻井参数优化困难，井眼清洁难度大〔5〕井底温度高，定向工具、仪器性能要求高井底循环温度最高152℃，静止温度最高156℃，在井底高温环境下，MWD仪器不稳定，容易出现故障，螺杆钻具在高温环境下，其工作寿命大幅降低，定向工具仪器耐高温性要求高〔6〕钻井液性能维护难度大钻井液高温稳定性、流变性、润滑性、携岩要求高，维护难度大同时深部地层定向段水平段泵压高、泵排量小的影响，井眼净化难度大，如何保证良好的钻井液流变性和携岩效率，防止井下复杂情况是一个难题［2］。
3 钻井技术实施3.1 钻井提速技术3.1.1气体钻井技术气体钻井具有提高机械钻速、延长钻头使用寿命、减少井下复杂情况和卡钻故障、降低钻井综合本钱等优势［3］元坝272-1H井一开采用泡沫钻井，使用一趟钻，钻进井段32～504m，进尺472m，机械钻速5.28m/h二开采用气体钻井，使用三趟钻，钻进井段504～2992m，进尺2488m，机械钻速10.36m/h，是常规钻井液钻井的10倍左右，提速效果显著［4］3.1.2复合钻井技术三开、四开大局部直井段采用“PDC钻头+螺杆钻具〞复合钻井技术，该技术能大幅提高机械钻速，并减少起下钻次数，是深井超深井钻井提速的有效手段［5］特别是本井海相地层以灰岩、白云岩为主，岩性相对均质，非常适合PDC 钻头，为了更好地发挥PDC钻头高转速低钻压的优势，采用钻头和螺杆钻具相配合的复合钻井技术钻进海相地层实钻说明，采用“PDC钻头+螺杆钻具〞复合钻井技术，通过对螺杆钻具选型、优化钻具组合、优选钻井参数和优化匹配螺杆钻具与PDC钻头等技术手段, 大幅提高了海相地层机械钻速[6]平均机械钻速到达3.53 m/h，提速效果明显3.2 井眼轨迹控制技术3.2.1侧钻纠斜施工技术直井段钻进至井深5464m时测得井斜偏大，不利于后期水平井的施工，决定侧钻纠斜。
长裸眼超深井侧钻难度大，主要原因为：侧钻点在5000m以下，钻杆柔性相对较大，侧钻钻具工作状态可控性差；由于三开套管未下到位，裸眼段长，复杂井段未封隔，井眼不稳定，井壁摩阻大，易粘卡，侧钻送钻困难大；直井段侧钻新老井眼不易别离，侧钻成功后仍需要钻进1000m直井段，侧钻后井斜不能太大回填至井深5042m，侧钻井段地层为雷口坡组，主要岩性为白云质灰岩、膏质灰岩、白云岩，岩性相对均质扫塞至5110m〔井斜3.80°〕，考虑侧钻点地层岩性根本稳定、可钻性相对较好，以及考虑侧钻井眼轨迹圆滑度，选用 “牙轮+ 1.5°螺杆〞侧钻摆好侧钻所需工具面，在侧钻点以上15m井段反复划眼4h，然后控制钻速0.2-0.3m/h滑动钻进至5122m，捞砂显示地层岩屑含量到达80%，改控时为小钻压继续滑动钻进至井深5134m，捞砂显示岩屑含量到达100%，测得井斜3.81°(老井眼井斜5.38°)，判断侧钻成功通过以上措施，使用“牙轮+ 1.5°螺杆〞侧钻，实现了长裸眼超深井一次侧钻成功，较好地解决了长裸眼深井侧钻问题侧钻纠斜成功后，下入“PDC+直螺杆+钟摆钻具组合〞钻进钻达造斜点6050m实测井斜0.97°、位移35.64m，直井段最大井斜4°，位于井深5113.77m，为后续定向施工打下良好根底。
3.2.2井眼轨道优化技术四开增斜段后期，滑动钻进变得异常困难，经常憋泵、上提遇阻，随时面临卡钻事故风险主要原因如下：三开套管未下到位，造成长达685.66m大尺寸复杂井眼未封隔，井眼不稳定；四开嘉陵江二段钻遇高压膏盐层，钻井液性能变差且提升空间有限；四开飞仙关二段钻遇多套高压气层，地层孔隙发育，高密度条件下，滑动钻进存在较大的吸附卡钻风险针对井下复杂情况，在不改变地质目标和靶点的情况下，优化井眼轨道设计，调整增斜段造斜率，增加四开增斜段后期的复合钻进比例，有效降低了滑动钻进平安风险根据优化井眼轨道设计，从6390m开场多复合钻进，利用复合钻进自然增斜，预计造斜率8°/100m钻完四开〔井深6580m〕，然后五开按照16.5°/100m造斜率增斜钻进，能到达地质靶点要求〔中靶心〕表2调整造斜率后的轨迹数据井深/m井斜/°方位/°垂深/m南北/m东西/m视位移/m狗腿度/°·100m-1靶6390.0047.00256.006354.27-13.90-156.96151.950.006555.0060.16254.696452.02-47.54-285.09283.778.006705.2284.68250.856497.07-89.95-420.70425.6516.506762.1384.68250.856502.35-108.54-474.22482.300.006793.7685.71245.716505.00-120.20-503.50513.8016.50A7730.0185.71245.716575.00-504.20-1354.501445.300.00B考虑五开小井眼造斜率不确定，为满足优化后设计造斜率要求，五开第一趟钻选择钻具组合“三牙轮+1.25 °螺杆〞定向钻进，工具面稳定，造斜率较高，满足设计要求，考虑牙轮钻头寿命短、危险系数高等缺点，从第二趟钻开场选择钻具组合“PDC+1.25 °螺杆〞，既满足造斜率要求，又保证了井下平安，提高了钻井速度。
钻进至井深6624m，探到目的层长兴组，根据物探层位标定及优质储层预测，再次对井眼轨道设计进展优化，A靶点垂深上调2.5m，余下增斜段造斜率18°/100m进入长兴组后，地层造斜率异常高，“PDC+1.25 °螺杆〞复合钻进以8～14°/100m增斜，及时发现这一情况后，调整每单根滑动钻进与复合钻进比例，比拟准确的控制了每单根造斜率，顺利中A靶，进入水平段施工3.2.3 水平段轨迹控制技术长兴组储层礁体小，储层较薄，且水平方向变化大，准确穿行优质储层难度大为钻穿最多优质储层，实钻过程中，地质录井实时跟踪，根据实钻情况及时调整轨迹长水平段小尺寸井眼水平井的井眼轨迹控制难度大水平段岩性变化大，复合钻进井斜变化规律差异较大，甚至*一井段复合钻进增斜率异常〔例如在水平段6802-6806m处钻时突快，井斜突降0.6°，同一趟钻同样钻井参数情况下此前复合钻进井斜稳〕，更增加了轨迹控制的难度根据增斜段以及水平段初期的实钻经历，长兴组目的层采用“PDC+螺杆〞复合钻进井斜变化规律总体如下：使用1.25°无扶正器螺杆复合钻进井斜以2°/100m微降；使用1.25°扶正器Φ148mm螺杆复合钻进井斜稳；使用1.00°扶正器Φ161mm螺杆复合井斜以11°/100m强增；使用1.25°扶正器Φ161mm螺杆复合钻进井斜以14°/100m强增。
水平段中后期，参考增斜段以及水平段初期的螺杆复合增斜规律，每趟钻根据本趟钻所需造斜率情况来选择本趟钻所需的螺杆度数、螺杆扶正器尺寸，通过复合钻进来控制井斜，到达调整井斜的目的，滑动钻进只需对方位进展调整水平段方位一直以2-4°/100m左飘，滑动钻进调整方位时，由于工具面不稳、防粘卡屡次上提活动钻具等原因，扭方位效果差在井下平安允许的条件下，尽量使复合钻进时转盘转速大于50r/min，利于抑制方位左飘在不影响开发储层的情况下，在水平段后期，适当放宽对方位的要求3.3 高温定向工具使用技术采用进口高温MWD仪器，抗温能力到达175℃，保证仪器能在井下156℃高温中稳定工作下钻时，出套管后分段开泵循环，便于仪器降温；调整钻井液性能、添加颗粒状及大粉末状堵漏剂、润滑剂等药品时，混合均匀、充分搅拌，配制成胶液随钻跟入；尽可能减少钻井液中的气体含量，保证仪器正常工作本井共下入MWD仪器17趟钻，仅2趟钻仪器故障，满足使用要求 优选北石127mm抗高温180℃的螺杆，每趟钻下入新螺杆钻具，螺杆承受钻压尽量在50KN以，尽量防止憋泵螺杆钻具入井开场累积使用时间，因高温影响，螺杆钻具寿命大大受限，一般螺杆寿命为入井120h左右，假设无进尺或钻井参数异常，及时起钻更换螺杆，防止发生意外。