大港油田第六采油厂 天津市 300280
摘要：随着经济和各行各业的快速发展，钻井行业发展也十分快速。页岩油勘探与开发主要以打长水平段水平井为主，但是由于页岩油水平井水平段过长，因此在施工中存在井眼轨迹控制难度大、井眼清洁困难、井壁稳定性差等施工难题。为此以H页平2井为例，对页岩油水平井施工中的相关工艺技术进行了介绍，对从事页岩油水平井钻井施工具有一定的指导作用。
关键词：页岩油水平井；设计分析；轨迹控制；井壁稳定；井眼清洁
引言
页岩油由于低压、低产、低渗透的特征，一直以来都没有得到有效的勘探与开发。随着水平井钻井技术的不断发展与进步，应用水平井开发页岩油已经成为了一个大的趋势，为此在SL盆地南部中央坳陷区CL凹陷QA构造南部部署了H页平2井。该井设计斜深4711.25m，垂深2520.21m，水平位移2443.56m，水平段长2034.16m。该区页岩油的主要目的层为Q一段，以三角洲外前缘席状砂沉积为主，砂岩单层厚度一般在2-4m，以粉砂岩为主，分选较好；储层主要由石英、长石组成，孔隙度一般为6%-12%，渗透率一般为0.01-1.17mD；页岩储层有效孔隙度3.4%~8.4%，水平渗透率0.1-1.0mD。
1设计分析
1.1井身结构分析
合理的井身结构设计是保证页岩油水平井钻探成功的有利保障。在该页岩油水平井的井身结构设计中，在充分了解该区储集层的地质情况下，结合该井水平段长度超过2000m的实际，采用了三层套管的井身结构，重点对技术套管下深进行了优化。技术套管封固到Q一段，并在技术套管内进行造斜施工，直至进入到A靶点完钻。
1.2井眼轨道设计分析
在井眼轨道设计当中，主要考虑施工中的摩阻与旋转扭矩情况，因此以施工摩阻最小为原则，优选造斜点、造斜率和靶前位移，最终确定了造斜点位置为2050m，最大造斜率4.56°/30m。
2钻井施工技术
2.1井眼轨迹控制技术
（1直井段轨迹控制技术直井段施工以“防斜打直”为主，为增斜段施工创造条件。采用双扶正器钟摆钻具组合，施工中严格控制钻压，每钻进120.00m左右进行定点测斜，发现井斜异常及时调整施工参数，至造斜点井深处井斜角和水平位移偏差都在钻井工程设计规定的范围内。（2造斜段轨迹控制技术造斜段要在⌀311.1mm井眼中完成，大井眼造斜造斜率具有不确定性，为了有效保证造斜率，按照比设计高20%来选取造斜工具，应用⌀216mm1.5°螺杆钻具+LWD进行施工。施工之前根据直井段的井斜角、位移偏差对井眼轨迹进行重新修正设计，施工中首先连续定向4个单根，摸索出该套钻具组合在该井的实际造斜率，然后通过计算确定合理的滑动钻进和复合钻进的最佳进尺，既实现了井眼轨迹的平滑，又保证了井眼轨迹的精确控制。
2.2水平段轨迹控制技术
水平段选用北石近钻头仪器进行施工，具体组合为：215.9mmPDC钻头+1.25°螺杆钻具（北石）+208mm扶正器+单流阀+LWD定向工具+无磁加重钻杆×1根+127mm加重钻杆×1柱+520×411变扣+139.7mm钻杆×70柱+521×410变扣+165mm钻铤×5柱+520×411变扣+139.7mm钻杆。
由于该井水平段超长，油层砂体发育不连续，因此现场施工建立精确地质模型，结合实钻的伽马、电阻率曲线和录井岩屑、显示情况修正模型，并随时调整井斜角和方位角，直至完钻井深。
2.3基于水力振荡器的钻井提速技术
页岩油水平井钻井过程中摩阻、扭矩较大，导致出现机械钻速低、工具面控制困难、钻头磨损严重等问题，应用了进口同心旋转阀钻井水力振荡器，以减小滑动钻进时钻具与井壁的摩擦力，提高钻压传递效率，提高机械钻速。该振荡器主要由阀门系统、振荡系统和振荡短节组成，利用钻井液流经阀门系统产生的规律性压降变化来驱动管柱轴向振荡，具有降低摩阻、稳定工具面和提高钻压传递效率等功能，能够大幅度提高定向钻进效率，提高滑动或复合钻进速度和延长钻头寿命；同时可以增加水平段延伸长度，且井眼轨迹更为平滑。水力振荡器一般安装于钻头上方160-220m处，可增大循环压耗2.5-4.0MPa。
2.4钻井液维护处理措施
1）防塌与井壁稳定技术措施。在物理封堵方面，优选抑制防塌剂BZ–YFT并加入碳酸钙，实现软硬复配以强化钻井液封堵能力，有效封堵裂隙、裂缝或层理发育的高渗透性页岩，降低页岩渗透水化。在化学防塌方面，维持钻井液中KCl含量在7%以上，以保证其强抑制性，降低页岩表面水化，控制钻井液高温高压滤失量低于8mL。同时，控制合理钻井液密度，以保持合理正压差，防止井塌。2）井眼清洁技术措施。a.钻进过程中确保钻井液的动切力不低于10Pa，排量大于32L/s，提高环空钻井液上返速度；井斜角大于30°时，将钻井液动塑比提高至0.36以上；井斜超过50°后加强短起下钻作业，每钻进200m或者钻进时间超过24h短起下钻一次，以及时破坏岩屑床，确保井眼清洁。b.振动筛、除砂器和除泥器使用率需达到100%，钻进三开井段时振动筛选用200目筛布，及时清除钻屑，确保钻井液清洁，钻井液加重前开启离心机降低有害固相，控制含砂量低于0.3%。3）润滑防卡技术措施。保持钻井液中液体润滑剂含量不低于5%，配合使用石墨提高钻井液润滑性能，控制钻井液滤饼摩擦系数小于0.08。
2.5旋转下套管工艺
下入套管时，如果下放时的大钩载荷大于静止大钩载荷的30%，可保证套管正常下入，否则会存在下行变缓甚至无法下至设计井深的问题，尤其是井深超过5000m的水平井，套管安全下入的难度更大。因此，为确保生产管柱下入安全，应用了旋转下套管工艺。该工艺可实现套管边旋转边下放，有效避免套管与井壁的黏阻，并实现连续灌浆，随时保证钻井液通道畅通，降低套管被卡的概率。旋转下套管时，配合专用插入头，可以实现在任何位置建立循环，且不会破坏套管和井壁，有效保证固井质量。现场施工时，若生产管柱下行困难，可以采取30r/min的转速旋转套管，将套管与井壁间的静摩擦转换为动摩擦，以减小套管下行阻力，确保套管顺利下至设计井深。另外，旋转套管装置还有标准扭矩上扣、不等停灌浆和上扣扭矩数字化记录等功能，可以缩短下套管时间，便捷现场操作。
结语
（1）在页岩油水平井的施工之前，对于井身结构的设计要根据地层情况合理确定技术套管的下深，这样才能有效地保证页岩油水平井施工的安全与顺利。（2）在施工中根据井眼轨迹控制不同阶段特点选用合理的钻具组合和工具，保证了井眼轨迹控制的准确性，实现了页岩油水平井油层钻遇率的最大化。
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