陈照胜
（中石化石油工程公司渤海技术发展中心）
摘要：油田进入后期，采收水平不断的发展，增加可采储量，提高稠油剩余油富集区动用程度，大斜度定向井，水平井等会越来越多，会对钻井技术提出越来越高的要求，本文针对小靶距的水平井提出了从设计到施工等一整套施工方案，对在施工锅中产生的托压、井眼清洁等问题提出了解决方案。
关键词：钻井 水平井 托压 润滑 位移 靶前距 剖面 造斜率 摩阻
一、基本数据
位置济阳坳陷沾化凹陷孤岛披覆背斜构造北翼Ng5稠油环主体部位。 钻探目的完善井网，提高中二北馆5稠油剩余油富集区动用程度，增加可采储量，提高整体采收率。该井设计目的层A靶垂深1284.5m,B靶垂深1283米，设计水平位移600m，设计水平段长350米，目的层井斜角89.8°，靶前位移235米，造斜点900米，属于典型的小靶距大位移水平井。
二、技术难点
1、井眼轨迹差，狗腿高，井眼清洁不干净、存在岩屑床在钻进过程中托压严重。
2、直井段短，完钻垂深浅，管柱悬重轻，井眼曲率大，水平段长，随着井深和水平位移的延伸，重力效应突出，摩阻不断增加，扭矩增大，起钻负荷大，下钻阻力大，滑动钻进钻压传递困难，同时也会导致下套管作业时，套管段可能发生扭曲变形，使套管下入难度大，甚至难以下到预定深度。
3、造斜点较浅，且地层多为砂泥岩互层，定向施工存在造斜率偏低、造斜效果不理想等现象。
4、靶前位移小，调整段少，造斜井段曲率半径小，全角率大。
5、井斜大、水平段长，井眼清洁、携砂困难，易形成砂桥，对钻井液性能 及工程技术匹配要求高。
三、井眼轨迹优化设计
合理的轨道设计是大位移水平井取得成功的关键之一。大位移水平井井的井身结构剖面在保证不超过钻柱扭矩极限的情形下，还需要满足尽量增大水平延伸距离，降低扭矩摩阻，提高钻柱和测量工具的通过能力。
1、井眼剖面设计原则
（1）工程可操作性好。斜井段越短，越不易产生键槽和磨损套管，设计轨道越容易实现。
（2）要求拉力、扭矩、摩阻最小。通过选择剖面曲线、优化剖面参数来实现。
2、轨道参数的选择原则
（1）稳斜角。旋转扭矩、起下钻摩阻随稳斜角的增大而减小；滑动钻进随稳斜角的增大而增大。在最佳稳斜角条件下，应使斜井段长度最短。斜井段越短，摩阻、扭矩越小。在井斜45°-55°范围内存在着一个由扭矩限制而引起的最小深度。所以应避免在这一角度范围设计稳斜角。在稳斜角相同时，稳斜段越短，摩阻和扭矩越小。
（2）造斜点. 造斜点越浅斜井段越长，则拉力扭矩增大，控制井段加长，容易形成键槽，井身轨迹控制困难；滑动钻进在稳斜角不变的情况下随造斜点的提高而增加。在水平位移很大的情况下，就要选择合适的曲线类型，使造斜点尽量深，以延长直井段、缩短斜井段，使钻进和下套管时具有较大的推动力。
（3）增斜率。增斜率和增斜率变化率的减小使曲线更趋平滑，则拉力、扭矩、摩阻减小。
3、造斜率选择原则
保证所设计的造斜率达到要求是井眼轨迹控制的关键。如果造斜段造斜率难以达到设计要求（低于设计值），一旦出现突发情况，会造成后面施工非常被动，因此造斜段可考虑使用理论造斜率略大的螺杆钻具，一般会有意识的在设计时使工具的造斜能力比设计造斜率高20%-30%。
4、经剖面优选结果
对于大位移井来说，可以采用不同曲线类型的轨道设计方案（圆弧轨道、双圆弧轨道、悬链线轨道、准悬链线轨道及恒变将曲率曲线轨道等）。
中29-平529井由于靶前位移非常小，只有235m，造斜段进尺只有370m,不适合用悬链线等降低摩阻的轨道设计方法，以为这几种剖面都要求有相对较为充足的靶前位移才可实现。因此，将剖面类型选为单圆弧剖面（直-增-水平），这种剖面轨迹简单，减少了大井斜井段稳斜井段进尺，增加了连续定向增斜进尺，能保证井身轨迹平滑，同时减少了局部增斜和降斜井段，减少了钻柱与井壁接触面积，能有效降低全井摩阻和扭矩。在此基础上做出了比较符合现有施工条件的0.35°/m造斜率的井眼剖面。
该剖面在进入水平段前，复合钻进尺较少，但所留调整空间较大，稳斜段也避开了45°-55°井斜段，可操作性强。因此，在现场施工时，是以此剖面为指导进行井眼轨迹控制的。
四、施工现场概况
井使用40J钻机+导向钻具组合+MWD(LWD)的导向钻井系统，造斜段采用215.9mm牙轮钻头+165mm*1.5°螺杆钻具+211mmSTB钻具组合。开始阶段由于地层岩性为砂质泥岩与浅灰色细砂岩不等厚互层，软硬交错，造成在同一钻井参数下工具造斜率在（0.25°-0.42°）/m之间，忽高忽低，变化非常大，井眼轨迹控制难度较大。但在定向后期泥页岩地层，工具平均造斜率在0.35°/m左右，但比1.5°螺杆钻具具正常造斜率要明显偏低。
水平段采用215.9mmPDC+165mm*1.5°螺杆钻具+211mmSTB钻具组合。水平段采取以复合钻进为主，滑动钻进为辅、坚持“微调勤调”的原则，避免大幅度调整井眼轨迹，合理调整滑动钻进与复合钻进的比例，确保井眼轨迹平滑。水平段的重点是降低摩阻和增加上部钻具的重力，提高钻压的传递效率。每钻进100m左右进行一次短程起下钻或分段循环作业，及时清除井内岩屑，防止岩屑床的形成。同时导入斜坡钻杆，保证加重钻杆始终在上部，当钻具重力不足以克服摩阻时，采用倒装钻具，上部逐渐替入钻铤，以增加钻具重力来施加足够的钻压，提高机械钻速，钻铤的使用井段在井斜角30°以上的井段。
实钻中，随着水平段的增加，钻井液携砂性一直都不太好，岩屑床十分严重，并且钻时很快，岩屑无法及时带出，在井底反复破碎，部分砂样被磨得非常细，钻井液中固相含量非常高，导致井下摩阻扭矩较高。随着水平位移的增加，钻井液的携砂能力逐渐减弱，摩阻和扭矩逐步增加。为了帮助钻井液携砂，每钻进一个立柱，都要倒划、整划三遍，充分循环后，再进行接单根作业。每钻进100m左右要进行短起下，以确保井眼畅通。尽可能的破坏岩屑床，将井底沉沙带出，防止造成砂桥卡钻，保证井下安全。虽然摩阻仍然在逐渐增加，但定向施工都能正常进行，最终钻至井深1778米完钻，水平位移600米，水平段长350米.
该井通过优化钻具组合与钻井参数，保证了井眼轨迹平滑；利用摩阻和扭矩计算软件实时进行了摩阻和扭矩分析，采用短起下钻和分段循环等手段避免了岩屑床的形成，保障了井眼畅通和井下安全；采用油基钻井液体系，根据地层特点合理调整钻井液性能，保障了全井井壁的稳定，降低了摩阻。
五、结论与建议
1、中29-平529井垂深浅、位移大、水平段长，具有针对性的优化施工方案是成功完成大位移水平井的技术前提。
2、摩阻、扭矩的分析计算在该井的井眼轨道优化设计、钻机选型、钻具组合设计、钻井液性能要求、固井下套管的设计和施工中起了非常关键的作用。
3、通过改变井身结构，将增斜裸眼井段用技术套管封固到A点，可以较少井下摩阻扭矩，保证井下安全，提高水平段的延伸能力。
4、建议使用先进的固控设备，增加固控设备数量，加强固相控制技术，降低钻井液中的有害固相含量，尤其减少微小颗粒的有害固相。
5、钻井液良好的润滑性保证了定向施工在长水平段顺利进行。建议加强对聚合物钻井液体系的研究，改善其携砂性能，提高洗井效率，加强洗井措施，提高井眼净化程度，减少岩屑床的形成，以降低起下钻和钻井摩阻。
6、井位选择时，应利用最小的丛式井井场使钻井开发井网覆盖区域最大化，水平井眼方向沿最小水平应力方向钻进。应尽量保证井口的水平投影与A.B靶点在同一条直线上，以减少方位上的拐点，保证井眼轨迹顺滑。在地面条件许可的情况下，应尽量留足靶前位移，以避免定向施工的高造斜率。
参考文献
（1）罗玉金 大斜度定向井托压问题原因分析及应对措施 《钻进工程》2018，4（17）
（2）罗恒荣，朱全塔。大斜度长裸眼定向井钻井完井技术《石油钻探技术》，2003,31（2）