河南油田擁有豐富的淺層稠油資源，稠油主要上產(chǎn)區(qū)塊在井樓、古城、新莊和楊樓，探明地質(zhì)儲(chǔ)量7,360×104噸，但是由于油層薄，僅采用直井或斜直井進(jìn)行開采，儲(chǔ)量動(dòng)用低，目前仍有2,000×104噸稠油沒有得到有效動(dòng)用。井樓區(qū)塊稠油油層厚度變化大，主要以中薄層為主，其中厚度小于5米的油層就占油層總數(shù)的80％以上，利用直井或常規(guī)定向井開發(fā)，一直存在著效益低下的問題。因此，利用水平井技術(shù)鉆探和開發(fā)稠油油藏，對河南油田老區(qū)提高和維持產(chǎn)能有非常重要的作用。
淺薄層稠油
水平井的技術(shù)難點(diǎn)
井樓油田稠油油藏埋深淺，埋深最淺的一般在150～190m左右，限于油藏條件和儲(chǔ)層認(rèn)識以及工藝能力，目前仍以直井和斜直井熱采為主要開發(fā)方式。采用水平井方式進(jìn)行開采，能更有效地增大油層裸露面積，擴(kuò)大蒸汽熱驅(qū)范圍，提高采收率。但是，由于地面距離目的層垂直井段短，對淺層稠油水平井鉆井完井應(yīng)用常規(guī)直井鉆機(jī)存在一些特定的技術(shù)難題。
用直井鉆機(jī)鉆淺薄層稠油水平井存在的主要技術(shù)難點(diǎn)如下：一、油藏埋藏淺，地層比較疏松易坍塌，鉆井中存在鉆具造斜率難以控制、井段調(diào)整余量小、井眼軌跡控制難度大以及管柱摩阻大等難點(diǎn)。二、地層松軟，易造成井壁失穩(wěn)，易垮塌、易涌、易漏、易形成大肚子；鉆井液要滿足穩(wěn)定井壁、攜帶、清潔井眼、降低摩阻。三、井眼曲率大、水平段長，完井套管能否順利通過這么大的曲率；即使套管能通過也必須考慮套管串結(jié)構(gòu)，防止套管扶正器下入過多導(dǎo)致套管無法下到設(shè)計(jì)位置。
井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
與井身剖面設(shè)計(jì)
井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 綜合考慮剖面設(shè)計(jì)、地表水保護(hù)及淺層氣預(yù)防，井控安全，設(shè)計(jì)井深以及高造斜率實(shí)現(xiàn)難度等因素，確定表層下深：表層套管下至上第三系上寺組底（113m左右），對井控安全有利，但因表層地層松軟，大井眼造斜率低，井斜增加緩慢，二開必須設(shè)計(jì)高造斜率才能滿足地質(zhì)目的，但工具的實(shí)際造斜能力是有限的，會(huì)達(dá)不到設(shè)計(jì)的造斜率，造成不能實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目的，所以表層套管不能下得過深，依據(jù)二開鉆具的最大造斜率反推表層套管下深最多只能在70m。為降低下步施工風(fēng)險(xiǎn)采用表層定向，在一開20m處開始采用陀螺定向，以保證下步造斜率能夠?qū)崿F(xiàn)。根據(jù)井樓水平井的實(shí)鉆情況，表層下深優(yōu)化為70m。淺層稠油油藏埋深淺，油藏溫度低，在常溫下，原油粘度極高，開采困難。為增加原油自然流動(dòng)的能力，目前稠油普遍采用蒸汽吞吐熱采，采用Ф177.8 mm大尺寸套管，套管射孔完井方式，滿足后期采油的需要。
因此樓平5井的井身結(jié)構(gòu)如圖1：一開鉆頭采用Ф444.5mm，表層套管尺寸優(yōu)化為Ф339.7mm，固井水泥返至地面。二開鉆頭采用Ф244.5mm，油層套管尺寸優(yōu)化為Ф177.8mm，固井水泥返至地面。
井身剖面設(shè)計(jì) 井身剖面設(shè)計(jì)應(yīng)首先確保施工安全和實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目的，同時(shí)還應(yīng)結(jié)合目前水平井鉆井技術(shù)、設(shè)備及工具的能力，選擇“直-增-增-穩(wěn)”4段制井身剖面。該剖面相對簡單，工具選擇方便，施工易于控制；此外，四段制井眼剖面造斜井段相對較短，利于降低管柱下入摩阻。在為滿足地質(zhì)靶區(qū)要求、同時(shí)考慮到井眼剖面優(yōu)化，確保Φ177.8mm油層套管能夠安全順利下入、同時(shí)可加快鉆井速度、利于降低鉆井成本，確定樓平5井造斜段造斜率為42～46°/100m。該井身剖面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如表1。
井眼軌跡控制技術(shù)
影響井眼軌跡控制的因素有很多, 主要有: 螺桿的結(jié)構(gòu)參數(shù)、鉆進(jìn)時(shí)工具面的控制精度、鉆井參數(shù)、地層的可鉆性及各相異性, 其中螺桿結(jié)構(gòu)參數(shù)占主導(dǎo)地位。造斜段鉆進(jìn)時(shí), 選用彎螺桿作為造斜工具。為了保持造斜率的穩(wěn)定, 在上部可鉆性好的井段采用控時(shí)鉆井技術(shù), 適當(dāng)控制機(jī)械鉆速, 避免由于機(jī)械鉆速的不穩(wěn)定造成造斜率波動(dòng)。隨著井深的增加和井斜角的增大, 適當(dāng)增加鉆壓, 以消除鉆具摩阻對鉆頭加壓的影響。根據(jù)隨鉆測量結(jié)果, 使用水平井工程軟件對井眼軌跡計(jì)算和預(yù)測, 始終以靶點(diǎn)為目標(biāo)對待鉆井眼進(jìn)行分析。若測量結(jié)果與設(shè)計(jì)的待鉆井眼軌跡不相符，就要及時(shí)改變鉆井參數(shù)或鉆具結(jié)構(gòu)。水平段鉆進(jìn)時(shí)采用滑動(dòng)與旋轉(zhuǎn)相結(jié)合的鉆井方式, 使用無線隨鉆測量儀器監(jiān)測井眼軌跡。考慮到水平段靶窗較小, 提高了測量密度。根據(jù)測量的結(jié)果采取對應(yīng)的鉆井方式, 成功地將井眼軌跡控制在窄小的靶區(qū)內(nèi)。
下面以樓平5井為例，進(jìn)行井眼軌跡控制：
一開直井段（0-20m）：鉆具組合——Φ445mm鉆頭+Φ178mm鉆鋌+Φ127mm鉆桿；鉆井參數(shù)——鉆壓1kN，泵壓8～9MPa，排量32L/s。
一開造斜段（20～71m）：鉆具組合——F445mm鉆頭＋F244mm2.75°單彎螺桿＋定向接頭＋Φ203mm無磁鉆鋌1根＋φ203mm鉆鋌；鉆井參數(shù)——鉆壓10～20kN，泵壓8～9MPa，排量32L/s。進(jìn)行表層定向，由于地面磁干擾嚴(yán)重，使用陀螺定位及單點(diǎn)標(biāo)記定向，井底井斜5°、方位346.41°。
二開造斜段（71～262m）：采用鉆具組合——Φ244.5mm鉆頭＋Φ197mm 1×2.75°雙彎＋411×410定向接頭＋Φ203mm無磁鉆鋌1根＋Φ203mm鉆鋌；鉆井參數(shù)——鉆壓10～30kN，泵壓8～10MPa，排量32L/s。進(jìn)行二開定向，由于表層套管磁干擾嚴(yán)重，同樣使用陀螺定位及單點(diǎn)標(biāo)記定向，達(dá)到施工設(shè)計(jì)的要求。
水平段（262～485m）：在大斜度井段及水平段，由于造斜率高，井眼曲率大，傳統(tǒng)的正裝鉆柱結(jié)構(gòu)已不再適用，須采用優(yōu)化的倒裝鉆具組合。因此，鉆柱下部用無磁承壓鉆桿代替?zhèn)鹘y(tǒng)的無磁鉆鋌，用斜坡鉆桿和加重鉆桿代替鉆鋌傳遞軸向載荷，減小鉆柱剛度，以降低摩阻和扭矩；鉆柱上部在表層套管內(nèi)使用大直徑鉆鋌，以提供足夠的鉆壓。
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