钻井工程设计与应用范文

1井身结构设计

为了有效封隔复杂井段，最大限度降低钻井风险，本井采用四开井身结构：φ339.7mm表层套管下至250m，封隔疏松黏土层，建立井口；二开φ244.5mm技术套管下至2800m，封隔上部易井漏、坍塌井段，为钻开下部高压层及盐膏层创造条件；三开悬挂φ177.8mm技术套管，封隔储层上部的盐膏层，但不能打开砂砾岩体，由于盐膏层底部距离砂砾岩储层非常近，施工中应卡准层位，严格控制进尺，避免打开砂砾岩体后压漏地层；四开钻完进尺后，下入φ114.3mm裸眼完井压裂管柱，若井眼条件不具备，则下入φ114.3mm生产套管。

2钻井工程配套方案

2.1钻具组合与轨迹控制措施（1）直井段选用常规塔式钻具或钟摆钻具，定点测斜，及时纠斜，确保打直，保证直井段井身质量，减少下一开次对套管的偏磨。针对二开直井段井眼大、井段长、携岩困难等问题，可以加大钻井液排量，充分发挥水力高效携岩的作用。（2）造斜段选用钻具组合：钻头＋1.25°单弯动力钻具+欠尺寸扶正器+无磁承压钻杆+MWD+无磁承压钻杆+斜坡钻杆+加重钻杆+随钻震击器+钻杆。由于造斜点深，造斜时适当控制排量，确保钻压及工具面的稳定，严格控制造斜率，保证井眼轨迹圆滑，消除由于起下钻而形成键槽的可能性。随时进行待钻井眼轨道校正设计，入靶前加密测点，确保A点中靶。采用一趟钻具组合钻完，采取短程起下钻消除岩屑床，确保大斜度井段钻压的有效传递。（3）水平段采用带扶正器的稳斜钻具组合，达到增加转盘钻比例、减小摩阻扭矩、提高机械钻速的目的。同时配合使用复合钻进方式，优化螺杆本体扶正块尺寸（减少1～2mm），并搭配合适尺寸的欠尺寸扶正器，采用单弯双稳的组合，增强稳斜效果，提高复合钻进的比例。选用转速低、扭矩大的1.0°单弯螺杆，避免滑动钻进调整井斜时出现较大的狗腿度。钻具组合：钻头+1°单弯动力钻具+欠尺寸扶正器+无磁钻铤+MWD+斜坡钻杆+加重钻杆+随钻震击器+钻杆。（4）由于地层温度高，在造斜段和水平段可以根据实际情况选用进口随钻测量仪器和耐高温动力钻具。Boreview的耐高温MWD随钻测量仪最高工作温度为175℃，威德福的MWD随钻测斜仪最高工作温度为180℃，且2种仪器的最大狗腿度都能满足该井滑动钻进和复合钻进的要求。FrontLine的高效马达，最高工作温度为190°C，最大扭矩为3660N•m，满足钻井要求。

2.2钻头选型根据丰深1区块的地层特点和已完钻邻井的实钻资料分析认为，一开地层松软，可钻性好，可选用钢齿钻头提高机械钻速；沙三段以上地层可钻性较好，上部宜选用钢齿牙轮钻头，进入沙河街组后宜选用大复合片的PDC钻头，可配合扭力冲击器使用，充分发挥PDC钻头的破岩效率；沙四段地层发育大段盐膏层和砂砾岩，同时存在泥岩夹层，地层坚硬，研磨性强，宜选用金属密封、带掌背强化和特别保径结构的高效牙轮钻头。

3钻井液设计

本井主力含油层系为沙四下亚段致密砂砾岩，物性差，为特低孔、低渗储层，要求钻井液具有良好的保护油气层的能力。同时，要考虑盐膏层的溶解扩径或蠕变缩径可能导致的井壁失稳，以及长水平段和地层高温对钻井液性能的要求。（1）二开上部地层岩性胶结疏松，易发生坍塌，钻井液的主要作用是抑制地层黏土造浆，推荐使用聚合物钻井液体系。（2）二开下部沙河街组地层易坍塌掉块，推荐使用聚合物防塌钻井液体系。（3）三开盐膏层以上井段压力跨度大，易发生井漏和井涌，钻井液安全密度窗口窄，推荐使用封堵润滑防塌钻井液体系；盐膏层段易发生蠕变或溶解，要求钻井液具有良好的抗盐和护壁性能，推荐使用饱和盐水封堵润滑防塌钻井液体系，基本配方：（2.0%～3.0%）抗盐土+（0.3%～0.5%）有机高分子絮凝剂+0.5%有机胺抑制剂+（2.0%～3.0%）抗高温抗盐防塌降失水剂+（1.5%～2.0%）抗盐抗温降失水剂+（3.0～5.0%）磺甲基酚醛树脂SMP-II+（1.0%～1.5%）无水聚合醇+（3.0%～5.0%）胶乳沥青防塌剂+（1.0%～2.0%）饱和盐水降滤失剂或磺酸盐共聚物降滤失剂+（26.0%～35.0%）工业盐+（5.0%～10.0%）油基润滑剂2型+（8.0%～15.0%）原油+（2.0%～3.0%）超细碳酸钙+1.0%双膜承压处理剂。（4）四开岩性为致密砂砾岩，井壁稳定性好，为了提高机械钻速和保护油气层，推荐使用盐水无固相钻井液体系，若井下出现掉块可转化为低固相润滑钻井液体系，同时配备除硫剂、缓蚀剂、工业用氢氧化钠等添加剂，以应对可能存在的硫化氢风险。

4固井设计

本井二开固井封固段较长，一次固井施工难度大；三开在φ215.9mm井眼内下φ177.8mm套管，环空小，摩阻大，加之盐膏层易蠕变缩径，套管难以顺利下入。小间隙下完套管后，环空压耗大，开泵困难，固井施工难度大，固井质量难以保证；四开φ149.2mm水平井眼下φ114.3mm压裂管柱，位移长、环空小，压裂管柱刚度大，下入难度更大。套管在水平井眼内居中度差，会导致钻井液顶替不干净，固井质量难以保证；井下温度高，水泥浆性能不稳定，影响固井质量。针对上述估计固井难点，确定以下技术措施。（1）钻井过程中要严格控制井眼轨迹和井身质量，对缩径井段和井眼曲率变化较大的井段反复划眼，确保井眼圆滑通畅。固井前充分循环洗井，下套管时控制下入速度在0.46m/s以内，每下入20～30根套管灌满一次钻井液，灌浆过程中上下活动套管，以防套管黏卡。（2）在提高套管居中度方面，直井段采用弹性扶正器，定向段采用刚性与弹性扶正器组合使用，扶正器安放间距为20～30m；水平井段采用液压膨胀扶正器，因为液压膨胀扶正器张开前的外径与管柱尺寸相差不大，不影响管柱的下入，管柱下入后，加压扶正器张开，扶正套管，增加套管居中度，可保证水泥浆的顶替效果，提高固井质量。（3）二开采用复合漂珠低密高强度水泥浆体系，防止压漏地层，保证固井质量。三开采用加重抗高温饱和盐水水泥浆体系，减小盐侵和高温对水泥浆性能的影响，并采用加重隔离液，保证钻井液的顶替效果。严格控制油层水泥浆自由水为0和API失水小于50mL，提高水泥环韧性，避免固井和压裂时油气水窜。

5实钻效果分析

该井完钻井深为5196m，垂深为4563m，水平位移为976m，平均机械钻速为2.17m/h。施工中，严格执行井眼轨道和井身结构设计，按照设计要求配制钻井液，轨迹控制及固井技术措施满足了深层大位移水平井的钻完井要求。该井实现了350m盐膏层定向段的精确轨迹控制，克服了150℃地层高温对钻井液和仪器的性能影响。在二开1520～2802m井段采用塔式钻具＋5FPDC钻头，较丰深1井区相同地层，平均机械钻速提高了81.9%。

6结论与认识

（1）丰深1-平1井是丰深1区块首口采用多级压裂方式的深层长水平段水平井，钻完井过程中面临的突出难题有大段盐膏岩和砂砾岩段发育，地层可钻性差，机械钻速低；盐岩溶解扩径，盐膏蠕变缩径，井壁不稳定；井下温度高，影响钻井液、水泥浆的性能以及井下工具的正常工作；造斜点深，水平段长，井眼轨迹不易控制，压裂管柱难以下入。（2）通过对井身结构、井眼轨道、钻井液体系、钻具结构、钻头选型、固井工艺等进行优化设计，形成了一套适合丰深1区块深层长水平段水平井钻井技术方案，本井的顺利施工对井身结构的合理性、高温仪器的适用性、钻井液体系的配伍性及砂砾岩段井眼的规则性进行了验证，为类似区块的钻井施工提供了经验和设计依据。

作者：郭敏岳书海刘云鹏王军义单位：中石化胜利油田分公司中石化胜利石油工程有限公司