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河南油田擁有豐富的淺層稠油資源，稠油主要上產區塊在井樓、古城、新莊和楊樓，探明地質儲量7,360×104噸，但是由于油層薄，僅采用直井或斜直井進行開采，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的80％以上，利用直井或常規定向井開發，一直存在著效益低下的問題。因此，利用水平井技術鉆探和開發稠油油藏，對河南油田老區提高和維持產能有非常重要的作用。

淺薄層稠油水平井的技術難點

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識以及工藝能力，目前仍以直井和斜直井熱采為主要開發方式。采用水平井方式進行開采，能更有效地增大油層裸露面積，擴大蒸汽熱驅范圍，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用常規直井鉆機存在一些特定的技術難題。

用直井鉆機鉆淺薄層稠油水平井存在的主要技術難點如下：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，易垮塌、易涌、易漏、易形成大肚子；鉆井液要滿足穩定井壁、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構，防止套管扶正器下入過多導致套管無法下到設計位置。

井身結構設計與井身剖面設計

井身結構設計  綜合考慮剖面設計、地表水保護及淺層氣預防，井控安全，設計井深以及高造斜率實現難度等因素，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，二開必須設計高造斜率才能滿足地質目的，但工具的實際造斜能力是有限的，會達不到設計的造斜率，造成不能實現地質目的，所以表層套管不能下得過深，依據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實現。根據井樓水平井的實鉆情況，表層下深優化為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井的井身結構如圖1：一開鉆頭采用Ф444.5mm，表層套管尺寸優化為Ф339.7mm，固井水泥返至地面。二開鉆頭采用Ф244.5mm，油層套管尺寸優化為Ф177.8mm，固井水泥返至地面。

井身剖面設計  井身剖面設計應首先確保施工安全和實現地質目的，同時還應結合目前水平井鉆井技術、設備及工具的能力，選擇“直-增-增-穩”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。在為滿足地質靶區要求、同時考慮到井眼剖面優化，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。該井身剖面設計數據如表1。

井眼軌跡控制技術

影響井眼軌跡控制的因素有很多, 主要有: 螺桿的結構參數、鉆進時工具面的控制精度、鉆井參數、地層的可鉆性及各相異性, 其中螺桿結構參數占主導地位。造斜段鉆進時, 選用彎螺桿作為造斜工具。為了保持造斜率的穩定, 在上部可鉆性好的井段采用控時鉆井技術, 適當控制機械鉆速, 避免由于機械鉆速的不穩定造成造斜率波動。隨著井深的增加和井斜角的增大, 適當增加鉆壓, 以消除鉆具摩阻對鉆頭加壓的影響。根據隨鉆測量結果, 使用水平井工程軟件對井眼軌跡計算和預測, 始終以靶點為目標對待鉆井眼進行分析。若測量結果與設計的待鉆井眼軌跡不相符，就要及時改變鉆井參數或鉆具結構。水平段鉆進時采用滑動與旋轉相結合的鉆井方式, 使用無線隨鉆測量儀器監測井眼軌跡。考慮到水平段靶窗較小, 提高了測量密度。根據測量的結果采取對應的鉆井方式, 成功地將井眼軌跡控制在窄小的靶區內。

下面以樓平5井為例，進行井眼軌跡控制：

一開直井段（0-20m）：鉆具組合——Φ445mm鉆頭+Φ178mm鉆鋌+Φ127mm鉆桿；鉆井參數——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——鉆壓10～20kN，泵壓8～9MPa，排量32L/s。進行表層定向，由于地面磁干擾嚴重，使用陀螺定位及單點標記定向，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——鉆壓10～30kN，泵壓8～10MPa，排量32L/s。進行二開定向，由于表層套管磁干擾嚴重，同樣使用陀螺定位及單點標記定向，達到施工設計的要求。

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，傳統的正裝鉆柱結構已不再適用，須采用優化的倒裝鉆具組合。因此，鉆柱下部用無磁承壓鉆桿代替傳統的無磁鉆鋌，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行復合鉆進并實時監控井眼軌跡，保證井眼軌跡控制在規定的靶區內。

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——鉆壓30～40kN，泵壓8～10MPa，排量32L/s。

進行水平段復合鉆進，根據井眼軌跡控制，需要多次小起下鉆，不斷調整倒裝鉆具組合，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

淺薄層稠油區塊地層膠結疏松，易出現滲漏、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，保護油層是關鍵。儲層滲透性好（孔隙度平均為30.41%，滲透率平均為1.523μm2）導致泥餅厚，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，使摩阻系數小于0.1；在井斜大于40°的井段和水平段，加入硅穩定劑、聚合醇，增大乳化瀝青加量以改善泥餅質量、穩定井壁；在井斜40°～60°的井段調整流型為層流，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

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，是該井施工的關鍵。

摩阻是淺層稠油水平井鉆井、完井設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，導致摩阻大，Φ177.8mm套管能否下到井底是摩阻分析與處理的關鍵。

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，設計加工出重達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  河南油田淺薄層稠油水平井固井主要存在的技術難題：油藏埋深淺，井底溫度低，一般添加劑難以發揮作用，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，造成固井膠結強度降低，后期注汽開采時容易發生竄槽。

通過實驗研究優選性能優良的低溫外加劑，嚴格控制失水，特別是自由水要為零，這樣可使環空上端的積水帶控制到最小，增加紊流接觸時間等，同時采用強制復位式的浮箍浮鞋，保證在水平狀態下起作用，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，提高水泥漿封固質量，如圖2。

水平井技術現場應用效果

軌跡控制技術  通過優化井眼軌跡設計、鉆具組合優選和測量工具優選，實現了在松軟地層的井眼軌跡精確控制，實鉆數據與設計數據進行對比，平均符合率達到91.35%，如圖3。

聚合物混油防塌鉆井液應用效果：潤滑性——潤滑防卡能力強，摩阻系數小，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。井壁穩定性——聚合物混油防塌鉆井液體系性能穩定，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，井壁穩定，未出現掉塊、縮徑、卡鉆、井漏等井下復雜情況。

固井質量  針對稠油區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難點，通過攻關研究，取得了良好的效果。在現場固井施工順利，總體固井質量合格率100%，經VDL測井解釋，固井膠結質量有了明顯的提高，如表2所示。

水平井應用效果  經過對8口稠油水平井與周圍同層直井的產能進行比較，水平井是周圍同層直井產量的3.87倍~5.58倍（見表3）。其中，樓平4井峰值日產油高達50.50噸，樓平5井峰值產油達39.10噸。 

實踐證明，淺層稠油水平井鉆井技術應用效果顯著，實現了河南油田淺薄層稠油水平井的正常生產，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用水平井進行開發有著很好的借鑒作用。