張青

摘 要：本文介紹了旋轉導向鉆井技術的工作原理及特點，并對前期設計和現場應用情況進行了描述，分析了旋轉導向鉆井技術具有井眼軌跡半滑、中靶精確、提高機械鉆速、減少復雜事故等優(yōu)點。旋轉導向鉆井技術在該井取得了成功應用，取得了較好的經濟及社會效益，為伊拉克魯邁拉油田后續(xù)大位移井的實施奠定了基礎和提供了新的技術途徑。

關鍵詞：魯邁拉；大位移井；定向井；旋轉導向；井眼軌跡

Abstract： This paper describe the work principle of rotary steerable drilling technology， drilling program and drilling operation.Analyzeits advantage， such as borehole trajectory smoothing， target precision， increasing rate of penetration， reducing complex accident， and so on. Rotary steerable drilling technology has been successfully used in this well and got a good economic and social benefit， it will lay the foundation and find new technology path for the next large displacement well in Rumaila oilfield of Iraq.

Key words： Rumaila； large displacement well； directional well； rotary steerable； borehole trajectory

中圖分類號：TE242 文獻標識碼：A

魯邁拉油田位于伊拉克南部城市巴士拉以西50公里，是伊拉克第一大油田。油田分南北兩部分，南魯邁拉油田和北魯邁拉油田共占地1800平方公里。該油田自開發(fā)以來，所鉆井多為直井井型，近兩年該油田開始布置一些定向井，該井為首鉆的大位移“S”型定向井，代表著該油田鉆井技術的新應用和提高，也為后續(xù)該技術的應用奠定了基礎。

1 選擇旋轉導向的原因

1.1 避免卡鉆事故再度發(fā)生

該井2014年12月21日開鉆，表套Φ339.7mm×532m，技套Φ244.5mm× 2018.19m。2015年1月21日三開采用鉆具組合8 1/2″ PDC 鉆頭X 0.41m+7″1.5度彎螺桿 X7.58m+8 1/4″穩(wěn)定器 X 1.64m+6 3/4″ 浮閥接頭 X 0.4m+6 3/4″定向接頭 X 0.87m+6 3/4″MWD X 9.52m+6 3/4″無磁鉆鋌 X9.52m+6 3/4″螺旋鉆鋌 X 83.55m+6 1/2″機械震擊器 X 5.56m+5″加重鉆桿 X 139.92m復合鉆進至井深2574.00m時發(fā)生卡鉆事故，當時最近測點井深2549.21m，井斜21.31°、方位73.4°、位移604m，狗腿度0.73°/30m。發(fā)生卡鉆后，多次嘗試開頂驅旋轉鉆具、大噸位活動鉆具、嘗試啟動震擊器震擊，均未成功后，后又經泡解卡劑、泡酸、泡油也均未解卡。最后決定測卡點、爆炸松扣起出自由段鉆具、回填側鉆。

1.2 旋轉導向系統(tǒng)較常規(guī)定向鉆井的優(yōu)點

（1）旋轉導向鉆井技術其突出的優(yōu)點是在旋轉狀態(tài)下實現井眼軌跡的實時導向，這種旋轉狀態(tài)下實現井眼軌跡的實時導向使得旋轉導向方式下的鉆柱所受到的摩阻和扭矩遠小于傳統(tǒng)的滑動導向方式，在同樣條件下鉆機作業(yè)的能力大大提高，鉆機所能實現的大位移井的極限延伸能力大大增加。

（2）旋轉導向方式下井眼清洗狀況得以改善，這為鉆井作業(yè)的安全性提供了有效的保證，特別是鉆遇復雜地層時，鉆井過程的安全性得到了保障。

（3）工具設計制造模塊化、集成化，配有全系列標準的地層參數及鉆井參數檢測儀器，實現了地面—井下雙向通訊系統(tǒng)，可根據井下傳來的數據，在不起鉆的情況下從地面發(fā)出指令改變井眼軌跡，縮短了非生產時間，提高鉆井速度。

（4）井下這種閉環(huán)控制，定向鉆井時不需要特殊的鉆井參數，就可以保證最優(yōu)的鉆井過程，導向自動控制，實現了使鉆出的井眼更平滑、垂深控制更有效，同時對下傳指令能夠確認反饋，降低了鉆井風險，提高了油藏接觸，使井筒定位更佳。

（5）可以在150℃以上的高溫井中使用。

1.3 為后續(xù)大位移井探索一條有效途徑和方法

通過該井旋轉導向系統(tǒng)運用，從軌跡設計到具體鉆井施工，證明旋轉導向系統(tǒng)在該油田該種井型上是適合的，能夠滿足鉆井實際的需要，從而為后續(xù)該類井有效施工探索出這條有效的途徑和方法。

2 旋轉導向系統(tǒng)基本組成及工作原理

2.1 系統(tǒng)組成

旋轉導向鉆井技術包括地而監(jiān)控系統(tǒng)、井下旋轉導向鉆井工具系統(tǒng)和隨鉆測量系統(tǒng)。地面監(jiān)控系統(tǒng)用來完成旋轉（地質）導向二維建模、定向井水平井剖面設計或修正設計、底部鉆具組合受力分析、井下信號解釋處理、井眼軌跡參數計算等工作。旋轉導向鉆具組合主要由導向裝置、傳感器模塊、雙向通訊和動力模塊、模塊馬達以及其他配套工具組成（如圖1所示）。

2.2 導向原理（如圖2所示）

導向裝置造斜率的大小與每個導向肋塊在單位進尺中的伸縮次數無關。在導向造斜模式下，液壓系統(tǒng)可以對導向裝置提供7500個動力矢量，使其按照給定工具面和給定動力進行導向鉆進，而且可以隨時通過下傳指令重新定向。除造斜功能外，導向裝置還有穩(wěn)斜功能。通過井下自動控制的閉回路，在地面指令通過另一回路發(fā)至導向裝置后，自動控制功能開始接管，將每秒測得的井斜數據與指令比較并進行調節(jié)控制，從而達到平緩光滑的井眼軌跡。在穩(wěn)斜模式下，導向裝置自動向靶點井斜角進行平滑導向，在新指令到達之前，將靶點井斜角保持在±0.2度之內；而且穩(wěn)斜過程中也可以隨時通過下傳指令改變井眼方位。

3 工程設計

3.1 造斜點選擇原則

首先，考慮在現有定向或導向工具能力的范圍內，能否安全地滿足甲方或業(yè)主在地質上的要求，以達到鉆探或開發(fā)的目的。

其次，對地層要考慮到：

（1）造斜點應選在比較穩(wěn)定的地層，避免在巖石破碎帶，漏失地層，流砂層或容易坍塌等復雜地層定向造斜，以免出現井下復雜情況，影響定向施工。

（2）選在可鉆性較均勻的地層，避免在硬夾層定向造斜。

（3）在井眼方位漂移嚴重的地層鉆定向井，造斜點位置選擇應盡可能使斜井段避開方位自然漂移大的地層或利用井眼方位漂移的規(guī)律鉆達目標點。

最后，造斜點的深度選擇要考慮：

（1）造斜點高使得定向容易（起下鉆和測量快，容易定準，進尺快，動力鉆具工作時間短）；上部地層軟，形成的鍵槽軟，易破壞掉；用較小的井斜獲得的位移大。其缺點是軌跡控制井段變長，后面井段長，鉆具重，更容易形成鍵槽。通常達到穩(wěn)斜段后、下一層技套封固造斜段可避免鍵槽帶來的麻煩。

（2）造斜點低則定向困難，需要的造斜率和最大井斜相對要大。但需要控制的井段大大縮短，為了準確，往往采用隨鉆測量工具定向。

（3）對于設計垂深大、位移小的定向井，應采用深層定向造斜，以簡化井身結構和強化直井段鉆井措施，加快鉆井速度。對于設計垂深小，位移大的定向井，則應提高造斜點的位置，在淺層定向造斜，這樣既可減少定向施工的工作量，又可滿足大水平位移的要求。

3.2 井剖面與軌跡設計（表1）

4 實際應用情況

2015年1月31日下入鉆具組合8 1/2″ Cone bit+6 3/4″ 1.5deg Bend housing PDM+6 3/4″ MWD+6 3/4″ UP/UPU+6 3/4″ NM sub-filter+5″ HWDP+6 1/2″ mechanic jar+5″ HWDP旋轉鉆水泥塞到達設計造斜點2270m，滑動鉆進至2286m，旋轉鉆進至2292m后起鉆。

更換鉆具組合為旋轉導向鉆具組合8 1/2″ PDC bit+6 3/4″ ATK Steering Head+6 3/4″ OTK-LWD system+6 3/4″ Sub-float+6 3/4″ NM sub-filter+5″ HWDP+6 1/2″ mechanic jar+5″ HWDP，下到井底鉆進至2671m，短起鉆200m后繼續(xù)導向鉆進至2900m，發(fā)現旋轉導向傳遞信號丟失，起鉆檢查后，繼續(xù)下入該旋轉導向鉆具組合，鉆進至3152m后，短起鉆至2850m，繼續(xù)鉆進3383m，短起鉆至3100m，繼續(xù)鉆進，鉆至完鉆井深3487m。

5 結論及建議

（1）旋轉導向技術在定向鉆井中逐漸向著主流導向技術發(fā)展，由于其具有摩阻與扭阻小、鉆速高、成本低、建井周期短、井眼軌跡平滑易調控等優(yōu)點，將會在今后的定向鉆井服務中的應用顯著增加。

（2）該井采用旋轉導向鉆井技術有效地保障了該井的成功、順利按鉆井工程設計方案完井。本完鉆井深3487m，垂深3372m。為該油田后續(xù)該種大位移定向井鉆井方式提供了一種新的技術途徑。

（3）旋轉導向鉆井能根據實鉆地質情況及時調整軌跡，并保證井眼軌跡平滑，中靶精度高。同時旋轉導向這種鉆井方式能夠提高攜砂能力，減少了巖屑床的形成，良好的井眼條件保證了起下鉆摩阻及鈕矩較小，減少了井下復雜情況和事故率。

（4）旋轉導向較常規(guī)滑動定向相比，降低了定向期間鉆具不能旋轉所帶來的卡鉆幾率，同時正確地根據井型不同來合理選擇使用旋轉導向系統(tǒng)，可有效節(jié)約鉆井時間，從而達到節(jié)約鉆井成本的目的。

參考文獻

[1]李強，劉學峰，趙紅偉.塔河油田“S”型側鉆定向井鉆井技術[J].西部探礦工程，2011（09）.

[2]旋轉導向鉆井技術在川東北元壩地區(qū)超深水平井的應用[J].價值工程，2012（13）.