井身結構和井眼軌道優化設計。

 

  前期勘探采用四開井身結構，根據地層壓力剖面和臨井鉆井事故與復雜情況分析，井身結構從能滿足水平段多級壓裂管柱的要求，技術套管封固復雜井段，降低定向繞障、長水平段鉆井風險，為提高鉆井效率提供可靠的鉆完井工藝措施等方面進行了優化。技術套管下入到盧草溝組儲層 40~50 m，為長水平段鉆井提供條件，井身結構如圖 1。

 

  圖 1 優化后的井身結構采用該井身結構，有效封隔梧桐溝組以上復雜地層，二開采用 ?241 mm 井眼鉆至造斜點，造斜段采用 ?216 mm 井眼，解決了上部 1 000 m 膏泥巖段和復雜地層井壁不穩定對同尺寸鉆頭造斜彎螺桿下入的影響；依據致密油儲層壓力和地層巖性特征，降低鉆井液密度的使用，對長水平段緩解高泵壓、提速起到重要作用。

 

  通過確定井身結構對井眼軌道進行了優化，采用“直—增—穩—扭—增—水平”三維剖面設計，對不同造斜率、方位變化率、扭方位位置的井眼軌跡和摩阻進行對比分析，降低了井眼軌跡控制難度，形成了 115 m、265 m 繞障井，分別在 ?216 mm 井眼造斜段完成扭方位控制，確保軌跡圓滑，安全下入多級壓裂管柱。

 

  直井段防斜打快鉆井技術。

 

  叢式水平井組直井段平均段長達 2 900 m，直井段防碰是叢式井組施工的重點之一。經臨井鉆井實際和地質分析，該井段防斜打直是防碰的最佳方式，采用塔式加鐘擺鉆具組合，個性化 PDC 鉆頭設計，在鉆頭部齒使用 16 mm 和 19 mm 復合片切削齒合理布置，小角度切地層削角提高鉆頭攻擊性能，提高復合片抗研磨性和穿夾層能力方面進行了針對性設計；鉆井參數采取鉆壓 10~30 kN，鉆井排量 55~60L/s，轉速 120~150 r/min 實施防斜打快，在地質地層劃分的交界面井段每鉆進 100~150 m 進行加密測斜，預測井眼間距，實現直井段井斜控制小于 2°。在JHW019 井使用一只鉆頭 5.58 d 時間完成二開 2 350m 直井段，平均鉆速達 24.5 m/h。

 

  三疊系、二疊系鉆頭優選。

 

  通過鉆頭適應性和對井壁穩定性分析，造斜段優選短保徑 5 刀翼 PDC 鉆頭，?16 mm 切削齒和高攻擊性切削角，在復合鉆進時扭矩小切削能力強，提高三疊系韭菜園組、二疊系梧桐溝組的鉆速；針對井壁易跨特征，增加鉆頭水眼，由 4 個噴嘴增加到 7個噴嘴，減少射流對不穩定井壁的破壞；通過試驗實現了 1 只牙輪造斜 +1 只 PDC 完成繞障，平均機械鉆速 3.59 m/h；使用 1 只 PDC 鉆頭一趟鉆完成常規造斜井段，進尺 413 m，機械鉆速 3.10 m/h。造斜段平均機械鉆速同比提高 79.5%。

 

  小井眼水平段，根據區塊地層特征和前期 PDC鉆頭使用，進行適應性分析，優選 6 刀翼，高強度耐磨 ?16 mm 切削齒鉆頭，滿足定向鉆進時工具面穩定，扭矩小，造斜能力強。實現了 1 只 PDC 鉆頭 2次更換螺桿，進尺 1 310 m，鉆速 4.77 m/h，機械鉆速同比提高 62.12%。

 

  造斜、水平段軌跡控制。

 

  造斜點相互錯開是叢式井防碰的主要措施之一，根據繞障軌跡優化方案，為消減因直井段位移導致定向段造斜率、扭方位繞障難度增大問題，提前上調造斜點，可極大緩解定向段軌跡控制壓力，在致密油叢式井水平井施工中，按軌跡優化設計各井造斜點直井段垂深相差在 35~100 m。鉆完直井段后，根據直井段井斜情況及時做好二次剖面設計及施工預案，優選螺桿度數，在造斜初期因造斜率偏低，選用度數 1.5°單彎螺桿，采用軌跡監控軟件隨鉆作圖并預測，不斷與當前井底的實際造斜率進行對比分析，在定向初始盡快使各井井眼分離，以取得防碰成功。

 

  繞障在很多情況下是在磁干擾條件下進行，由于施工中受各種因素的影響，井眼方位難免出現超出一定范圍的方位偏離。實施中造斜段扭方位在井眼方位的調整控制過程中，進行了綜合考慮，一是盡量減少井眼的狗腿嚴重度；二是方位控制選在下技術套管之前，將井眼方位調整到合適的范圍內；三是減輕給后續長水平段施工造成困難。因此調方位井段選擇在井斜角增至 40°以后，采用大單彎中高速螺桿度數，采取一邊增斜、一邊稍扭方位的措施。

 

  經過實踐 115 m 繞障井，扭方位在二開段調整完成；265 m 繞障井，方位調整至增斜入靶的最佳井斜和方位，從而大幅降低扭方位作業施工難度，提高機械鉆速。

 

  水平段優選鉆具組合，采用 ?101.6 mm 鉆桿降低循環壓耗，增強鉆具抗扭強度，使用 ?127 mm 單彎螺桿柔性鉆具增斜入靶后，復合與滑動鉆進交替進行，為了減少調整井斜的次數，提高機械鉆速，定向時將井眼軌跡控制在下靶區，而后依靠復合鉆進時井斜自然增加的規律使井身軌跡逐漸靠近設計軌道。當井斜增到一定程度后，采用滑動鉆進與復合鉆進相結合的方式隨時校正井眼軌道，保證實際井眼按設計軌道施工。隨著水平段的延伸大角度螺桿施工摩阻扭矩增大，采用 1.25°螺桿完成 1 300 m 水平段施工。4 口 1 300 m 水平段井復合鉆進進尺占62.8%，復合機械鉆速是滑動鉆進的 2~2.5 倍，取得了好的提速效果。

 

  使用水力振蕩器工具，提高水平段的鉆井速度。

 

  水力振蕩器通過水力作用產生沿鉆具軸線方向上振動，利用振動將靜態的摩阻轉變為動態摩阻，把單純的機械式加壓改為機械與液力相結合的加壓方式來提高鉆進過程中鉆壓傳遞的有效性和減少鉆具與井眼之間的摩阻，減少扭轉振動，提高機械鉆速；通過減少鉆進過程中的摩阻和扭矩，使得鉆壓易于傳遞、工具面易于控制，提高水平段的鉆井效率。

 

  長水平段摩阻扭矩大是鉆進中突出的問題之一，隨著位移的增加需對實鉆摩阻和扭矩進行監測和分析，采取相應的措施以實現長水平段安全快速鉆井。JHW018 井是本區塊目前水平段最長、位移最大的一口井，利用 LANDMARK 軟件進行了摩阻扭矩值模擬和實鉆跟蹤，從而指導鉆井現場施工。

 

  在 JHW018 井水平段 1 300 m 以后延伸段 4 572~5 325 m，鉆具加入 AG-itator 公司生產的水力振蕩器減摩降阻，工程措施上采取短起下鉆、大幅度活動鉆具，滑動鉆進時，一個單根最后 2~3 m 可盡可能采用復合鉆進的方式鉆進，鉆完 1 個單根進行 1~2 次劃眼，然后下放到底再測斜，這樣有利于攜帶巖屑；在造斜率允許的條件下盡量多采用復合鉆井的方式鉆進，這樣既可改善井眼的平滑性，又可促進鉆屑的返出，提高常規鉆具組合在長水平段的延伸鉆進能力，進尺 753 m 平均鉆速可達 4.85 m/h。對比發現，采用水力振蕩器時滑動鉆進機械鉆速提高 48.16%，復合鉆進機械鉆速提高 15.28%；取得了非常顯著的效果。

 

  鉀鈣基聚璜有機鹽鉆井液體系的應用。

 

  鉆井過程中井壁失穩易造成井壁垮塌、縮徑、漏失、卡鉆等井下復雜情況和事故。該區塊已鉆井復雜統計表明每口井都有不同程度的縮徑、掉塊、掛卡。致密油井區鉆井井壁穩定問題一種是強水敏性地層（蒙脫石含量高達 80% 以上 ）及鈣、膏泥巖的水敏性坍塌；另一種是由地應力引起的層理發育的泥頁巖地層的硬脆性坍塌。

 

  針對井壁失穩問題優選鉀鈣基聚璜有機鹽鉆井液體系，該鉆井液具有強防塌和抑制能力，適用于該張茂林等區塊安全、快速鉆井。

 

  直井段地層的膏質泥巖強化鉆井液的強抑制性，確保鉆井液封堵防塌能力；鉆至三疊系、二疊系梧桐溝組地層出現嚴重的硬脆性泥巖掉塊，因此保持鉆井液抑制性、封堵性，提高潤滑性，鉆井液密度提高到 1.48~1.50 g/cm3，保持高液柱壓力物理支撐井壁。在造斜前混入白油 5%，進入造斜段后逐步提高到白油含量 10%，增強鉆井液的潤滑防卡性能。水平段施工降低鉆井液密度至 1.42~1.43 g/cm3，配合鉆具組合降低循環壓耗，提高井眼清潔效率；隨著水平段延伸，鉆進過程中補充白油含量逐步提高到 12%~15%，配合使用固體潤滑劑，保持良好的潤滑性；監測鉆井液中鈣離子、碳酸氫根、碳酸根濃度變化，及時處理維護，鉆井液中保持鈣離子濃度 400~600 mg/L，鉀離子含量 25 000 mg/L，pH 值10~11，提高鉆井液抗污染能力；合理使用固控設備及時清除鉆井液中有害固相，控制鉆井液低的固相含量；配合工程措施，各次通井使用超細纖維洗井液清掃井眼，小井眼井段打封閉漿封閉等措施，保證了水平段安全鉆進。