太原工區定向井技術淺談

王 韜

太原工區定向井技術淺談

王 韜

自20世紀70年代以來太原盆地中南部，在奧陶系碳酸鹽巖地層發現了地熱資源，這給清潔、環保、可持續的地熱資源開發提供了巨大開發空間。以為太原經濟區為中心供暖的地熱井應用而生，其定向井技術也得以探索開發。下面以兩口已完鉆定向井為例，從優化定向施工設計、鉆具組合、地層巖性、鉆頭選型方面作以分析。目前，該工區的鉆井周期從開始的超過設計周期到現在的節約周期，證明這些技術可行，并且值得推廣。

定向井；優化施工設計；鉆具組合；鉆頭選型

由于太原市的南移開發，南部地區離主城區較遠，城市供熱能源缺乏，太原盆地的第一口探井TD-1井，揭露了奧陶系和寒武系兩套碳酸鹽熱儲層。由于城市規劃，集中供暖，開發需求，在城中建立供暖設施，從儲熱層獲取能源，促使了太原定向井的發展。一般在一個平臺建立4～6口地熱井，保證周邊建筑的供暖需求，從井口到儲熱層的水平位移一般要達到800m以上，而且需要中雙靶，這就需要合理設計井眼軌跡，所以采用二維定向井就可以滿足要求。

1 TD-2井及西-GXWL-2井的基本情況和難點分析

1.1 基本數據

表1 TD2井和西-GXWL-2井的基本數據

TD-2井設計剖面類型：直-增-穩-降；西-GXWL-2井設計剖面類型為：直-增-穩。

1.2 井身結構設計數據

表2 西-GXWL-2井井身結構設計數據表

1.3 施工難點分析

造斜點較淺、造斜段較短以及穩斜段很長（約1 800m）的情況會導致全井摩阻偏大，造成井下安全施工風險。較長的穩斜段控制，使怎樣穩斜成為后期施工的難點。通過者兩口定向井的施工，對幾種不同鉆具組合的探索，最終達到了預期的穩斜效果，減少了約1/3的定向工作量。下文將具體介紹這些優化措施。

2 優化施工措施

2.1 地層巖性特征

通過造斜段可鉆性差的層位砂樣分析，位于劉家溝下部地層巖性為細粒長石砂巖間夾紫紅色泥巖，在TD-2井的該層位含有少量石英砂，可鉆性差，不利于定向施工。

2.2 優化井身結構

由于該區塊的鉆井工程設計的造斜段包含了可鉆性差的劉家溝下部地層，鉆至該地層后鉆頭主切削齒經常嚴重磨損，甚至報廢鉆頭，使得定向施工困難，造斜率也往往達不到要求。針對此問題，可將設計剖面改為直-增-穩-增-穩，把可鉆性差的井段設計為穩斜鉆進，這樣就避免了在該位置定向施工困難問題。

2.3 優選鉆頭

鉆頭是鉆井過程中接觸井底的工具，質量優良又與適應地層的鉆頭是鉆井機械鉆速的根本保證。針對在該區塊造斜段含有可鉆性差地層，第一只定向鉆頭必須選擇抗磨性的胎體的PDC鉆頭，當鉆至劉家溝下部，通過復合鉆穿過該地層后，可更為換鋼體的PDC鉆頭。

在二開311.2mm井眼，通過試用不同廠家，不同型號的鉆頭，得出以下結論：

江鉆PDC鉆頭配合江鉆螺桿，造斜率較高，能達到0.16 （°）/m左右，但是其耐磨性不及深遠和迪普的PDC鉆頭，在TD-2井整個二開井段共用5只PDC鉆頭。特別是在劉家溝組報廢一只型號為KSD1662DGR的鋼體PDC鉆頭以及嚴重磨損一只型號為KM1652AR的胎體PDC鉆頭。

四川深遠和迪普的PDC鉆頭耐磨性好，但是配東遠的螺桿造斜率偏低，一般只能達到0.13（°）/m左右，二開未有磨報廢的鉆頭。一般用3只PDC就能打完二開進尺。

通過優選，深遠DF1605BU/M323、DF1605BU/M223以及迪普DS664H鉆頭相對適應該區塊的地層。

2.4 優選鉆具組合

2.4.1 二開造斜段

定向鉆具組合：Φ311.2mmPDC+Φ216mm×1.25°單彎螺桿（630*630）+Φ203mm定向接頭+Φ203.2mm無磁鉆鋌（631* 630）*1根+631*410轉換接頭+Φ127mm加重鉆桿×Φ17根+Φ127mm鉆桿。

上述鉆具組合為強增斜鉆具組合，在第一增斜段將井斜增至15°后復合鉆進，增斜效果為百米增斜6°左右，井斜小的情況下復合鉆進增斜效果不明顯。通過復合鉆進來達到增斜目的，使軌跡更加平滑，降低摩阻，減少1/3的定向施工工作量，有效提高機械鉆速。

2.4.2 二開穩斜段

定向鉆具組合：Φ311.2mmPDC+Φ216mm×1.25°單彎螺桿（630*630）+Φ285mmSTB/Φ306mmSTB+Φ203mm定向接頭+Φ203.2mm無磁鉆鋌（630*631）+631*410轉換接頭+Φ127 mm加重鉆桿×Φ17根+Φ127mm鉆桿。

穩斜效果：在TD-2井施工中應用的Φ306mmSTB，復合鉆進穩斜效果為百米降斜約為0.5°；西-GXWL-2井施工中應用的Φ285mmSTB，復合鉆進穩斜效果為百米增斜約為2°。2.4.3 三開穩斜段

鉆具組合：Φ215.9mmPDC+Φ172mm×1.0°單彎螺桿+ Φ212mmSTB+Φ165mm定向接頭+Φ165mm無磁鉆鋌+4A11* 410轉換接頭+Φ127mm加重鉆桿×Φ17根+Φ127mm鉆桿。

該鉆具組合使用尺寸較大的上扶正器，以及1°的單彎螺桿，復合鉆進穩斜效果比較理想，平均每百米降斜小于0.5°。

3 結束語

優化一口井的施工設計是提高鉆井速度的前提工作，在后續的施工中可以逐漸調整鉆具組合以達到對井斜的預期控制，以盡可能少的定向工作量完成一口定向井的施工。通過對比所使用過定向工具的鉆進參數，進而優選出適應地層的定向工具以及合理的鉆具組合，也就是所說的實踐出真理。

[1] 張曉東.油田自動化管理探析[J].中國管理信息化，2014，（14）：43-44.

[2] 孫賓.自動化在油田管理中的應用分析[J].科技與企業，2015，（14）：49.

[3] 孟慶超.油田井場自動化管理監督系統分析[J].中國管理信息化，2010，（12）：26.

Taiyuan Area of the Directional Drilling Technology

Wang Tao

Since the 70s of last century，geothermal resources have been discovered in the Ordovician carbonate rocks in the central and southern part of the Taiyuan basin，which provides a great space for the development of clean，environmentally friendly and sustainable geothermal resources.Taiyuan economic zone as the central heating geothermal wells and the application of its directional drilling technology can also be explored and developed.The following two wells have been drilled directional wells，for example，from the optimization of directional construction design，drilling tool combination，stratigraphic lithology，bit selection.At present，the research of the drilling cycle from the beginning of the design cycle more than to the present saving cycle，proves that the technique is feasible and worthy of promotion.

directional well；optimization design；drilling tool combination；bit selection

TE243

B

1003-6490（2016）12-0022-02

2016-12-14

王韜（1986—），男，陜西寶雞人，助理工程師，主要研究方向為鉆井定向技術。