An Analysis of the Construction Technology of Large Displacement
Horizontal Well for Extending Shallow Oil
范钦明 FAN Qin-ming
（河南豫中地质勘察工程公司，郑州 450016；河南省能源钻井工程技术研究中心，郑州 450016）
（He Nan Yu Zhong Geological Prospecting Engineering Company，Zhengzhou 450016，China；
Energy Drilling Engineering Technology Research Center of Henan Province，Zhengzhou 450016，China）
摘要：全液压车载钻机以其集成动力头优势，可有效的解决浅层石油大位移水平井施工中出现的加压困难、水平钻进拖压等技术难题，避免施工事故，提高钻井效率，并配合漂浮下套管方法，降低下套管风险，提高下套管成功率，保证钻井顺利实施。
Abstract: With the advantages of integrated power head, the fully hydraulic vehicle drilling rig can effectively solve the technical problems such as pressure difficulties and horizontal drilling and drag pressure in the construction of shallow oil horizontal well with large displacement, avoid construction accidents, improve drilling efficiency, cooperate with the floating casing method, lower casing risk reduction, improve the success rate of the lower casing, and ensure the smooth drilling implementation.
关键词：浅层石油；大位移水平井；车载钻机；钻井工艺
Key words: shallow oil；large displacement horizontal well；mobile rig；drilling technology
中图分类号：TE256 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）26-0185-02
0 引言
水平井一直是国内外各大油田促进油气勘探开发的主要手段之一，对低渗透油藏能加快井底渗流向拟线性流转变，是延长油田解决石油开发多井、低产、低效的有效手段，也是老油田挖潜、提高采收率和开发质量的重要途径[1-2]。延长油田大部分位于陕北黄土高原，油藏埋深浅，覆盖层厚，水平井位垂比普遍大于2.0，对大位移水平井施工造成了诸多困难。通过引入车载动力头钻机和电磁波无线随钻测量仪及相关钻井技术，可有效解决因位垂比大而产生的钻井、下套管难题[3-4]，实现了浅层石油大位移水平井成功顺利实施。本文以南泥湾油田刘553平1井为例。
1 项目概况
刘553平1井位于山西省延安市宝塔区南泥湾油田刘台区，属陕北黄土塬区沟、梁、峁地貌，钻遇地层主要有第四系、侏罗系延安组和三叠系，厚度分别为220m、70m和290，目的油层主要是长62油层，设计井深1666m，垂深580m，水平段长1004m，油层发育与砂体匹配关系较好，油层较厚区域主要分布在该井区中部区域，厚度稳定，局部达12m以上。刘553平1井设计水平段油层厚度10~12m，平均约10m。
2 施工技术难点
①该井垂深较浅，表土层厚，造斜曲率大，施工较困难；②水平段长，水平段钻进时容易拖压，钻头钻压得不到保证，钻效低甚至无法钻进；③井眼曲率大，水平段长，临界阻力角以上井段过短，套管下入难度大、风险高。
3 施工工艺
3.1 井身结构
该井钻探目的层为延长组浅灰，灰色细粒长石砂岩与深灰色砂质泥岩不等厚互层，根据试验地质条件，结合目前水平井钻井技术、设备及工具能力，采用 “单弧剖面”（直-增-水平）三段制剖面形式，如图1所示。该剖面相对简单，工具选择方便，施工易于控制；三段制剖面弯曲（高造斜率段）井段相对较短，利于降低钻柱下入摩阻，确保钻具能够安全顺利通过弯曲段，利于钻井成本控制，确定造斜率为7~9°/30m。
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3.2 钻具组合
一开直井段：Φ311.2mmPDC*0.3m+630*4A10双母+Φ165mm钻铤*3+Φ127mm加重钻杆+Φ127mm钻杆。
二开直井段和造斜段：Φ215.9mm牙轮*0.37m+Φ172mm*1.5°螺杆*7.4m+4A11*410变径接头*0.34+411*410定向接头*0.67+Φ165mm无磁钻铤*9.06+411*410天线接头*1.32+Φ127mm加重钻杆*1+Φ127mm钻杆。
二开水平段：Φ215.9mmPDC*0.37m+Φ172mm*1.25°螺杆*7.4m+Φ212mm扶正器*0.72m+4A11*410变径接头*0.34+411*410定向接头*0.67+Φ165mm无磁钻铤*9.06+411*410天线接头*1.32+Φ127mm加重钻杆*1+Φ127mm钻杆。
3.3 钻井参数
一开直井段：采用Ф311.2mmPDC钻头钻进，钻压控制在80kN以内，保证井眼打直，使用30－50L/s的大排量，保证携岩需要，转速60-100rpm，，提高钻井效率。
二开直井段及造斜段：采用Ф215.9mm三牙轮钻头钻进，保证造斜段增斜率，钻压控制在90-120kN，排量28－35L/s，泵压6-10MPa，保证螺杆的正常工作。
三开水平段：采用Ф215.9mmPDC钻头钻进，钻压80-150Kn，排量28－30L/s，泵压12－16MPa。
3.4 钻井液配方及性能
一开钻进地层为第四系，主要保证井壁的稳定性，防止漏失；二开定向段采用低固相泥浆，加入K-PAM胶液，防止由于处理剂加量不足造成井径扩大与失稳，钻遇砂岩段，可适当加大K-PAM的加量，补充足量的防塌剂、降滤失剂、水基润滑剂、地层压力增强剂，以增加护壁能力，提高钻井液的粘度和切力，增加携屑、悬屑能力，保证岩屑及时返出，保证孔内干净，钻井液性能应满足：粘度38-60s，密度1.05-1.08g/cm3，静切力1-3Pa，动切力2-8Pa，滤失量＜15ml，泥饼＜1.0mm，含沙量0.3-0.5%，pH值9-10；二开水平段在上段钻井液体系的基础上，加入足量的润滑剂、聚合物降滤失剂，调节钻井液的流变性能，同时增加润滑性，降低孔内钻具磨阻，钻井液性能满足：粘度35-60s，密度1.05-1.12g/cm3，静切力2-5Pa，动切力5-10Pa，滤失量＜10ml，泥饼＜0.5mm，含沙量＜0.3%，pH值9-10。
3.5 主要设备机具
该井垂深浅，二开直径大，造斜难度大，采用常规钻机施工困难，而选用CMD100型全液压车载动力头钻机可有效解决加压难度大的难题，并配合SEMWD-2000电磁波无线随钻测井设备可有效提高钻井效率。
CMD100型钻机是北京天和众邦勘探技术股份有限公司生产的全液压车载钻机，动力头行程15.2m；最大提升力100t，最大提升速度30.5m/min；最大给进力14.5t，给进速度55.5m/min；动力头转速0-300r/min，最大扭矩24750Nm；定心盘工作台基孔?准508mm，工作台扩大状态下开口尺寸?准813mm。具有如下特点：①机动性强，搬迁运输方便，工人劳动强度小；②钻机采用全液压多回路控制，具备多项安全保护的功能，包括提升力限制、给进力限制、扭矩限制、动力头给进锁定、钻杆夹持能力调节等；③钻机具有钻压调节功能，可根据地层情况、孔径、钻井工艺选择准确地控制钻进力的大小，满足浅井定向钻进压力需求和下套管压力需求；④动力头可翘起至80°，主轴浮动长度102mm，装卸钻杆方便，减少了钻孔辅助时间，减轻了工人劳动强度；⑤主轴具有制动功能，进行定向、水平钻进工作时避免主轴发生转动。
SEMWD-2000电磁波无线随钻测量系统是中国电子科技集团第二十二研究所开发的正脉冲式无线随钻测量设备，井下设备与地面设备通过地磁波的通信方式进行井下测量数据的传输，具有数据测量实时性高、数据传输快、钻井液不受影响等优点，并配备上下探测伽马，可实时监测水平段钻进情况，提高目的层钻遇率，提高钻井效率。
3.6 下套管
由于水平段比较长，采用常规下套管方法，套管下入风险高，为了保证生产套管安全下入，采用漂浮下套管方法。
生产套管结构：Φ139.7mm浮鞋+Φ139.7mmn套管1根+Φ139.7mm浮箍+Φ139.7mm套管1根+Φ139.7mm浮箍+Φ139.7mm套管串+漂浮接箍+Φ139.7mm套管串+139.7mm短套管+Φ139.7mm套管串+联顶节。
下套管前严格通井，加入不低于2%的润滑剂，并控制好钻井液性能，确保摩阻系数不大于0.35，另外套管下入过程中浮力较大，通过动力头加压，使套管顺利下入。
4 取得成果
通过选用CMD100全液压车载钻机和SEMWD-2000电磁波无线随钻测井设备，优化钻井设计和钻井技术参数，控制定向、下套管等关键技术环节，实现了顺利完井，完井周期30天，水平段目的层钻遇率100%，综合质量良好。
5 结论及建议
①全液压车载动力头钻机以其特殊的结构模式，能够提供加压能力，可同时旋转提升，是解决浅层油气水平井钻井技术难题的关键设备，并够有效的防止钻井事故，提高钻井效率。②采用漂浮下套管方法可有效的解决大位移水平井下入难度大的难题，配合动力头加压能力，有效的降低了下套管风险，提高下高管的成功率。
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