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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，儲量動用低，目前仍有2,000×104噸稠油沒有得到有效動用。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
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)直井鉆機存在一些特定的技術(shù)難題。
用直井鉆機鉆淺薄層稠油水平井存在的主要技術(shù)難點如下：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。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)計位置。
井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與井身剖面設(shè)計
井身結(jié)構(gòu)設(shè)計 綜合考慮剖面設(shè)計、地表水保護(hù)及淺層氣預(yù)防，井控安全，設(shè)計井深以及高造斜率實現(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)計高造斜率才能滿足地質(zhì)目的，但工具的實際造斜能力是有限的，會達(dá)不到設(shè)計的造斜率，造成不能實現(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 井身剖面設(shè)計應(yīng)首先確保施工安全和實現(xiàn)地質(zhì)目的，同時還應(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, 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鉆井技術(shù), 適當(dāng)控制機械鉆速, 避免由于機械鉆速的不穩(wěn)定造成造斜率波動。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算和預(yù)測, 始終以靶點為目標(biāo)對待鉆井眼進(jìn)行分析。若測量結(jié)果與設(shè)計的待鉆井眼軌跡不相符，就要及時改變鉆井參數(shù)或鉆具結(jié)構(gòu)。水平段鉆進(jìn)時采用滑動與旋轉(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標(biāo)記定向，達(dá)到施工設(shè)計的要求。
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。
通井順利后采用倒裝鉆具組合進(jìn)行復(fù)合鉆進(jìn)并實時監(jiān)控井眼軌跡，保證井眼軌跡控制在規(guī)定的靶區(qū)內(nèi)。
倒裝鉆具組合——Φ244.5mm鉆頭＋Φ197mm1.25°單彎＋411×410回壓凡爾＋411×411雙公＋410×410(MWD)＋Ф127mm無磁鉆桿×2根＋Ф127mm加重鉆桿×4根＋Ф127mm斜坡鉆桿＋Ф127mm加重鉆桿×2根＋Ф203mm鉆鋌×4～8根＋Ф127mm加重鉆桿；鉆井參數(shù)——鉆壓30～40kN，泵壓8～10MPa，排量32L/s。
進(jìn)行水平段復(fù)合鉆進(jìn)，根據(jù)井眼軌跡控制，需要多次小起下鉆，不斷調(diào)整倒裝鉆具組合，使施加鉆壓的鉆挺始終處于直井段及井斜較小的斜井段。
鉆井液技術(shù)
淺薄層稠油區(qū)塊地層膠結(jié)疏松，易出現(xiàn)滲漏、垮塌，要求鉆井液具有良好地封堵防塌能力；大斜度、水平井段易出現(xiàn)高摩阻，要求鉆井液要有良好的潤滑性；造斜井段造斜率高，進(jìn)入井斜角40°～60°，攜帶巖屑困難，要求鉆井液具有良好地懸浮攜帶能力；水平段為目的層，保護(hù)油層是關(guān)鍵。儲層滲透性好（孔隙度平均為30.41%，滲透率平均為1.523μm2）導(dǎo)致泥餅厚，要求鉆井液具有良好地濾失造壁性。
一開采用聚會物膨潤土漿，控制鉆井液密度1.05～1.10g/cm3，粘度45～60s左右。以防止表層滲漏，攜帶巖屑確保表層套管順利下入。二開采用聚合物混油防塌鉆井液體系：膨潤土+純堿+FA367+KPAM+SHN-1+XY-27+SFT +白油+0.1-SP-80＋ZRH-2+加重劑。
維護(hù)處理要點如下：通過混油（原油或白油）、加入液體潤滑劑、乳化瀝青等處理劑，使摩阻系數(shù)小于0.1；在井斜大于40°的井段和水平段，加入硅穩(wěn)定劑、聚合醇，增大乳化瀝青加量以改善泥餅質(zhì)量、穩(wěn)定井壁；在井斜40°～60°的井段調(diào)整流型為層流，YP/PV控制在0.5，提高懸浮和攜帶能力；每鉆進(jìn)30～50米，短起下鉆一次，及時破壞和清除巖屑床以防阻卡。
固井完井技術(shù)
完井下套管摩阻分析 樓平5井能否將Φ177.8mm油層套管安全順利下至垂深僅有188m的A靶到B靶之間的水平段至井底，是該井施工的關(guān)鍵。
摩阻是淺層稠油水平井鉆井、完井設(shè)計及施工的核心問題之一。該井垂深淺，水平段相對較長、可能井眼不光滑存在巖屑床，導(dǎo)致摩阻大，Φ177.8mm套管能否下到井底是摩阻分析與處理的關(guān)鍵。
在一般水平井中，有足夠的直井或斜直井段提供下壓力。但在淺薄層水平井，無論是直井段還是造斜段都比較短，套管柱并不能提供套管下行所需的足夠壓力，用Landmark的WellPlan軟件分析計算套管柱摩阻，在井深252m后套管柱無法靠其自重下入（摩阻分析如圖2所示），因此，除了鉆進(jìn)時盡量使井眼軌跡圓滑，還必須依靠井口重力加壓裝置來提供套管下入重量，為此，設(shè)計加工出重達(dá)10噸的下套管井口重力加壓裝置，增加套管柱下入的可靠性。
固井技術(shù) 河南油田淺薄層稠油水平井固井主要存在的技術(shù)難題：油藏埋深淺，井底溫度低，一般添加劑難以發(fā)揮作用，失水難以控制，候凝時容易在井壁上部形成水帶，造成竄槽。油層頂淺，頂替時接觸時間短，不容易頂替干凈。同時，在水平段由于套管居中度影響，窄邊泥漿不容易被替走，造成固井膠結(jié)強度降低，后期注汽開采時容易發(fā)生竄槽。
通過實驗研究優(yōu)選性能優(yōu)良的低溫外加劑，嚴(yán)格控制失水，特別是自由水要為零，這樣可使環(huán)空上端的積水帶控制到最小，增加紊流接觸時間等，同時采用強制復(fù)位式的浮箍浮鞋，保證在水平狀態(tài)下起作用，自油層頂部以上每根套管加1只雙弓彈性扶正器，浮箍浮鞋處各加1只雙弓彈性扶正器，保證套管居中度，提高水泥漿封固質(zhì)量，如圖2。
水平井技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用效果
軌跡控制技術(shù) 通過優(yōu)化井眼軌跡設(shè)計、鉆具組合優(yōu)選和測量工具優(yōu)選，實現(xiàn)了在松軟地層的井眼軌跡精確控制，實鉆數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，平均符合率達(dá)到91.35%，如圖3。
聚合物混油防塌鉆井液應(yīng)用效果：潤滑性——潤滑防卡能力強，摩阻系數(shù)小，起下鉆及下套管順利。斜井段起下鉆摩阻只有10～20kN；水平段起下鉆均暢通無阻。井壁穩(wěn)定性——聚合物混油防塌鉆井液體系性能穩(wěn)定，流變性好，性能易控制，濾失量低且泥餅薄韌光滑，該體系抑制能力強，井壁穩(wěn)定，未出現(xiàn)掉塊、縮徑、卡鉆、井漏等井下復(fù)雜情況。
固井質(zhì)量 針對稠油區(qū)塊水平井的直井段短、井眼曲率大，水平段長，套管自重下滑力小，摩阻大，套管下入難度大等固井技術(shù)難點，通過攻關(guān)研究，取得了良好的效果。在現(xiàn)場固井施工順利，總體固井質(zhì)量合格率100%，經(jīng)VDL測井解釋，固井膠結(jié)質(zhì)量有了明顯的提高，如表2所示。
水平井應(yīng)用效果 經(jīng)過對8口稠油水平井與周圍同層直井的產(chǎn)能進(jìn)行比較，水平井是周圍同層直井產(chǎn)量的3.87倍~5.58倍（見表3）。其中，樓平4井峰值日產(chǎn)油高達(dá)50.50噸，樓平5井峰值產(chǎn)油達(dá)39.10噸。
實踐證明，淺層稠油水平井鉆井技術(shù)應(yīng)用效果顯著，實現(xiàn)了河南油田淺薄層稠油水平井的正常生產(chǎn)，使得原來無法動用的儲量得到有效動用，為河南油田下步淺薄層應(yīng)用水平井進(jìn)行開發(fā)有著很好的借鑒作用。
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