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摘要：采用阶梯水平井技术开发多套油藏可以增加泄油面积、大幅度提高单井产量、提高储量控制程度。分析了浅层阶梯水平井施工难点，并针对阶梯水平井井眼轨迹特点，进行了轨道、井身结构的优化设计，阐述了轨迹控制技术。通过钻井实践，利用阶梯水平井技术开发多套浅层油藏是完全可行的。现场应用表明：阶梯水平井显著增加的产量，大幅度提高了勘探开发的综合经济效益，为多套浅层油藏开发提供了技术支撑，为相似地质条件下未动用储量的经济有效开发奠定了基础。
关键词：阶梯水平井 浅层 轨迹控制 哈浅1-平1
阶梯水平井是在常规水平井基础上发展起来的一种特殊水平井，是指在一个井眼中连续完成具有一定高度差的两个或者多个水平井段，形成具有两个或多个台阶的井眼轨迹，用一个井眼开采或者勘探两个或多个层叠状油藏、断块油藏的水平井井型。利用阶梯水平井连续在两个或两个以上油层中水平延伸一定长度，扩大油层泄油面积，有效提高储量动用程度[1-3]。同时大大节约重复钻井的投资，单井产量增加明显，较大幅度地提高开发的综合经济效益，取得最好的开发效果，成为油气田开发的重要手段之一。但是采用阶梯水平井钻井技术开发埋藏比较浅的两套或多套油层，国内还比较罕见。
一、施工难点
油藏埋藏浅，造斜点浅，造斜段短，地层前期造斜率比较低，实际造斜率较设计造斜率偏差大，井段调整余量小，井眼轨迹控制精度要求高。井眼轨迹拐点多，轨迹不圆滑，摩阻大，钻压传递困难，不利于送钻导致井身轨迹控制难度增大。造斜点浅，仪器测斜零长长，导致开始定向时仪器离管柱比较近，受磁干扰厉害，影响后期施工。造斜点浅，直井段短，井下钻具自重轻，目的层垂深浅，导致井下钻具受力复杂，施工难度大。
二、优化设计
2.1 轨道设计
阶梯水平井的轨迹设计主要根据井口位置与地质第一目的层以及第二目的层的位置来确定。为了减小施工难度，一般采用直-增-稳-增-平-降-稳-增-平的轨道类型，但是也有受地面条件等因素的影响，轨道类型也有可能设计为直-增-稳-增-平-增-稳-降-平。尽管设计轨道类型不同，但轨道设计均有一个共同特点，即以地质条件、钻完井工艺要求、井下安全和现场工艺为前提，以提速提效为目标。
2.2 井身结构设计
井身结构设计要充分考虑地层、井身轨迹、安全钻井、完井方式等方面的因素。一般情况下，采用技术套管封固第一目的层以上的不稳定地层，尽量减小井眼摩阻及扭矩，保证后期第一水平段和第二水平段的安全钻井，提高钻井时效。
三、轨迹控制技术
3.1 优化钻具结构
井眼轨迹控制的优劣，主要取决于所采用的钻具组合是否达到设计要求，能否满足井眼轨迹的要求。使用无磁承压钻杆加长无磁环境，防止地磁场对方位的影响，提高测量数据的精准性[4]。由于浅层阶梯水平井直井段短，造斜率高，在实际施工中通过进行短起下作业，及时倒装钻具，使加重钻杆处于钻具组合的上部，有利于后期顺利施工。
3.2优选造斜工具
为了优质高效钻井，控制好井身轨迹，避免发生井下事故，根据设计造斜率选择合理的造斜工具很关键。由于阶梯水平井的水平段可能在垂直剖面上多次升降，也可能在同一深度的水平面内多次穿越不同方向的油气层，因此要进行钻柱强度和摩阻计算，在选择造斜工具时要对钻具组合通过能力进行分析与评价[5]。
3.3 井身轨迹控制
在浅层水平井的水平段的钻进中，采取地质导向钻井技术，由于增加了电阻率及伽马等地质参数的测量，测量仪器的测斜零长在20.00m左右，这样对井底数据特别是井斜的预测对轨迹影响很大，由于预测存在的误差，可能造成实际轨迹与预测轨迹相差较大，导致井身轨迹控制失控。
四、施工实例
哈浅1-平1井为进一步评价哈浅1井区储层产能状况而部署的一口阶梯式水平井。设计造斜点51.06m，水平段设计了4个靶点，需同时开发两套油层，设计A、B靶点垂深331.85m，C、D靶点垂深339.85m，上下水平段间落差达8m。加之本井为该区块第一口水平井，造斜点浅，设计造斜率高，地质情况不明朗，施工工艺复杂，技术难度大。该井完井后将采用HDNS方式投产，先采C-D段，落实C-D段产能；然后采A-B段，落实A-B段产能。
4.1哈浅1-平1井身结构设计
浅层阶梯水平井在井身结构设计既要考虑保证优质、快速、安全钻井，又要满足钻井和采油工艺的要求，井身结构设计本着最简化的原则，从井下安全方面考虑， 为了降低环空压耗，降低井底循环压力，设计采用较大尺寸的井眼。
4.2工具仪器选择
4.2.1 造斜工具选择
哈浅1-平1井采用一开井眼Φ346.10mm造斜，设计造斜点51.06m，设计造斜率24.00°/100m。在造斜工具选择上，按照“宁高勿低”原则，一开造斜选择Φ216.00m单弯动力钻具。二开钻进过程中选用Φ197.00m单弯动力钻具，能够较好满足施工要求。
4.2.2 测量仪器选择
在测量仪器选择上选用的是目前先进的进口FEWD无线测量系统，它具有可靠的准确性和稳定性，操作方便，能有效缩短测量时间，提高生产效率。电子多点进行全井的轨迹测量，以校对轨迹数据。
4.3 施工措施
在钻进过程及时通过短起下钻作业来破坏岩屑床，大排量循环洗井作业来携岩洗井；采取定时间、定井段短起下钻、分段循环以及增加导向转盘钻进等机械的方法及时清除岩屑床。
斜井段轨迹监測依靠MWD随钻测量技术，通过MWD 随钻测量已钻井眼参数，运用LANDMARK软件及时计算全角变化率。根据设计要求，在需要测量地质参数的井段，使用FEWD 随钻地质导向，通过FEWD 随钻测井准确预测和监控已钻井眼的工程参数和地质参数，精确预测并控制下部待钻井眼轨迹，通过及时调整钻进参数，实现对井身轨迹的精确控制，及时选择最佳的施工方案。在水平段施工过程中，油藏工程师根据随钻测量的自然伽玛和电阻率曲线判断钻头位置是否在设计油层内，及时对井身轨迹进行调整，确保水平段均在油层内穿行，提高油层钻遇率。
五、结论与建议
1、通过实践证明，采用阶梯水平井技术开发埋藏较浅的多套油层的方案是可行的。
2、在设计阶梯水平井之前，提高地质认识程度，特别是油藏埋藏深度及走向，为了井下安全，尽量避免在第一着陆控制或第二着陆控制过程中对轨迹进行较大幅度的调整。
3、加强随钻测量仪器的更新，积极推广和应用新的钻井测量仪器和技术。如推广近钻头测量技术，降低轨迹控制的难度。
参考文献：
[1] 王广新，赫崇利，叶东庆，卢红刚.大庆敖南油田第一口阶梯水平井钻井实践[J].石油钻采工艺，2007，29（1）：12-14，21；
[2] 范江，张子香.利用水平井改善薄油层开发效果[J].石油学报，1995，16（2）：56-62；
[3] 王俊明，周明信，沙东，王雪滔，蔡万伟.张海502FH大位移分支水平井钻井技术[J].石油钻探技术，2007，35（5）：114-117；
[4] 孙文生，朱杰，涂志勇，李业.草20区块水平井钻井技术[J].内蒙古石油化工，2009，（12）：111-113
[5] 赵凯.浅议阶梯水平井钻井完井配套技术[J].黑龙江科技信息，2008，（26）：39.
关键词：阶梯水平井 浅层 轨迹控制 哈浅1-平1
阶梯水平井是在常规水平井基础上发展起来的一种特殊水平井，是指在一个井眼中连续完成具有一定高度差的两个或者多个水平井段，形成具有两个或多个台阶的井眼轨迹，用一个井眼开采或者勘探两个或多个层叠状油藏、断块油藏的水平井井型。利用阶梯水平井连续在两个或两个以上油层中水平延伸一定长度，扩大油层泄油面积，有效提高储量动用程度[1-3]。同时大大节约重复钻井的投资，单井产量增加明显，较大幅度地提高开发的综合经济效益，取得最好的开发效果，成为油气田开发的重要手段之一。但是采用阶梯水平井钻井技术开发埋藏比较浅的两套或多套油层，国内还比较罕见。
一、施工难点
油藏埋藏浅，造斜点浅，造斜段短，地层前期造斜率比较低，实际造斜率较设计造斜率偏差大，井段调整余量小，井眼轨迹控制精度要求高。井眼轨迹拐点多，轨迹不圆滑，摩阻大，钻压传递困难，不利于送钻导致井身轨迹控制难度增大。造斜点浅，仪器测斜零长长，导致开始定向时仪器离管柱比较近，受磁干扰厉害，影响后期施工。造斜点浅，直井段短，井下钻具自重轻，目的层垂深浅，导致井下钻具受力复杂，施工难度大。
二、优化设计
2.1 轨道设计
阶梯水平井的轨迹设计主要根据井口位置与地质第一目的层以及第二目的层的位置来确定。为了减小施工难度，一般采用直-增-稳-增-平-降-稳-增-平的轨道类型，但是也有受地面条件等因素的影响，轨道类型也有可能设计为直-增-稳-增-平-增-稳-降-平。尽管设计轨道类型不同，但轨道设计均有一个共同特点，即以地质条件、钻完井工艺要求、井下安全和现场工艺为前提，以提速提效为目标。
2.2 井身结构设计
井身结构设计要充分考虑地层、井身轨迹、安全钻井、完井方式等方面的因素。一般情况下，采用技术套管封固第一目的层以上的不稳定地层，尽量减小井眼摩阻及扭矩，保证后期第一水平段和第二水平段的安全钻井，提高钻井时效。
三、轨迹控制技术
3.1 优化钻具结构
井眼轨迹控制的优劣，主要取决于所采用的钻具组合是否达到设计要求，能否满足井眼轨迹的要求。使用无磁承压钻杆加长无磁环境，防止地磁场对方位的影响，提高测量数据的精准性[4]。由于浅层阶梯水平井直井段短，造斜率高，在实际施工中通过进行短起下作业，及时倒装钻具，使加重钻杆处于钻具组合的上部，有利于后期顺利施工。
3.2优选造斜工具
为了优质高效钻井，控制好井身轨迹，避免发生井下事故，根据设计造斜率选择合理的造斜工具很关键。由于阶梯水平井的水平段可能在垂直剖面上多次升降，也可能在同一深度的水平面内多次穿越不同方向的油气层，因此要进行钻柱强度和摩阻计算，在选择造斜工具时要对钻具组合通过能力进行分析与评价[5]。
3.3 井身轨迹控制
在浅层水平井的水平段的钻进中，采取地质导向钻井技术，由于增加了电阻率及伽马等地质参数的测量，测量仪器的测斜零长在20.00m左右，这样对井底数据特别是井斜的预测对轨迹影响很大，由于预测存在的误差，可能造成实际轨迹与预测轨迹相差较大，导致井身轨迹控制失控。
四、施工实例
哈浅1-平1井为进一步评价哈浅1井区储层产能状况而部署的一口阶梯式水平井。设计造斜点51.06m，水平段设计了4个靶点，需同时开发两套油层，设计A、B靶点垂深331.85m，C、D靶点垂深339.85m，上下水平段间落差达8m。加之本井为该区块第一口水平井，造斜点浅，设计造斜率高，地质情况不明朗，施工工艺复杂，技术难度大。该井完井后将采用HDNS方式投产，先采C-D段，落实C-D段产能；然后采A-B段，落实A-B段产能。
4.1哈浅1-平1井身结构设计
浅层阶梯水平井在井身结构设计既要考虑保证优质、快速、安全钻井，又要满足钻井和采油工艺的要求，井身结构设计本着最简化的原则，从井下安全方面考虑， 为了降低环空压耗，降低井底循环压力，设计采用较大尺寸的井眼。
4.2工具仪器选择
4.2.1 造斜工具选择
哈浅1-平1井采用一开井眼Φ346.10mm造斜，设计造斜点51.06m，设计造斜率24.00°/100m。在造斜工具选择上，按照“宁高勿低”原则，一开造斜选择Φ216.00m单弯动力钻具。二开钻进过程中选用Φ197.00m单弯动力钻具，能够较好满足施工要求。
4.2.2 测量仪器选择
在测量仪器选择上选用的是目前先进的进口FEWD无线测量系统，它具有可靠的准确性和稳定性，操作方便，能有效缩短测量时间，提高生产效率。电子多点进行全井的轨迹测量，以校对轨迹数据。
4.3 施工措施
在钻进过程及时通过短起下钻作业来破坏岩屑床，大排量循环洗井作业来携岩洗井；采取定时间、定井段短起下钻、分段循环以及增加导向转盘钻进等机械的方法及时清除岩屑床。
斜井段轨迹监測依靠MWD随钻测量技术，通过MWD 随钻测量已钻井眼参数，运用LANDMARK软件及时计算全角变化率。根据设计要求，在需要测量地质参数的井段，使用FEWD 随钻地质导向，通过FEWD 随钻测井准确预测和监控已钻井眼的工程参数和地质参数，精确预测并控制下部待钻井眼轨迹，通过及时调整钻进参数，实现对井身轨迹的精确控制，及时选择最佳的施工方案。在水平段施工过程中，油藏工程师根据随钻测量的自然伽玛和电阻率曲线判断钻头位置是否在设计油层内，及时对井身轨迹进行调整，确保水平段均在油层内穿行，提高油层钻遇率。
五、结论与建议
1、通过实践证明，采用阶梯水平井技术开发埋藏较浅的多套油层的方案是可行的。
2、在设计阶梯水平井之前，提高地质认识程度，特别是油藏埋藏深度及走向，为了井下安全，尽量避免在第一着陆控制或第二着陆控制过程中对轨迹进行较大幅度的调整。
3、加强随钻测量仪器的更新，积极推广和应用新的钻井测量仪器和技术。如推广近钻头测量技术，降低轨迹控制的难度。
参考文献：
[1] 王广新，赫崇利，叶东庆，卢红刚.大庆敖南油田第一口阶梯水平井钻井实践[J].石油钻采工艺，2007，29（1）：12-14，21；
[2] 范江，张子香.利用水平井改善薄油层开发效果[J].石油学报，1995，16（2）：56-62；
[3] 王俊明，周明信，沙东，王雪滔，蔡万伟.张海502FH大位移分支水平井钻井技术[J].石油钻探技术，2007，35（5）：114-117；
[4] 孙文生，朱杰，涂志勇，李业.草20区块水平井钻井技术[J].内蒙古石油化工，2009，（12）：111-113
[5] 赵凯.浅议阶梯水平井钻井完井配套技术[J].黑龙江科技信息，2008，（26）：39.