大斜度定向井鉆井技術及應用

摘 要：目前我國經濟發展十分快速，各行各業都在十分快速的發展。石油天然氣開采與利用是各個國家經濟構架中的重要組成部分，對國家經濟發展起到了非常關鍵的作用。同時石油能源也影響著社會各個領域的發展。而推動石油開采的能力和產量，需要先進的科學技術作為支撐，從而才能提高油田的產量和生產效率。大斜度定向井工藝是定向井的一個分支，在其基礎上延伸出來的一類新的鉆井工藝，大斜度定向井是現階段最先進的油田開采工藝之一，能夠有效的降低油田開采的占有面積和范圍，快速提升油田開采產能，同時還能大大改善對油田周圍環境的影響，非常適應目前油田市場以及社會發展的需求。本文主要對大斜度定向井的認識、相關技術發展情況以及應用進行了研究。

關鍵詞：大斜度定向井；技術；應用

中圖分類號：TE243 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）15-0148-02

引 言

大斜度定向井鉆井技術穿越能力強，可提高鉆探對象的整體開發速率，一般根據井位分布特點與剖面進行防碰設計和密集叢式井井眼軌道整體設計，也能夠解決地面限制、地下限制、井眼碰撞等傳統鉆井技術問題。也是油氣勘探開發發展的需要，更是鉆井技術發展的需要。

1 大斜度定向井的認識

大斜度定向井主要是對油田斷塊油氣井邊緣的的油氣井存儲量進行開采、開發以及利用，大斜度定向井技術能夠使得油井實現一井雙靶甚至一井多靶的情況。達到油井能夠一井多層開采的目的，降低了鉆井口的數量，從而大大提升了油井生產的產量，減少了油氣井開采的經濟成本，同時還能有效降低對油氣井四周圍的壞境污染以及影響，因此，大斜度定向井是一項低成本投入、高能效產出的工藝措施。現階段所采用的大斜度定向井均為雙靶或者多靶的定向井，具有油氣井斜度較大、所產生的層級裸露長度大、范圍廣、靶心直徑短、油藏地理情況復雜以及油井開采溫度較高等鮮明的特征。由于長時間油井開采作業，造成大斜度定向井地層壓力系統被嚴重損壞，導致油井周圍的地層壓力出現不正常現象，從而會引發地層出水、漏失等各種油井生產事故，從而對油田鉆井施工、生產開發制造了很大的難題。尤其是當大斜度定向井的斜度和自然斜度的方向發生偏差或者方向錯誤，會使鉆井液的性能要求變的更加嚴格。難度比較大的大斜度三維定向井，設計的最大井斜角在46～85°之間，其斜度大、水平位移大，變動方位風險較大，增加了鉆井難度和成本（如圖1）。

2 項目大斜度定向井鉆井技術的難點闡述

①面積存在局限性，實際鉆井可用地面面積偏狹小，所以預計開挖150口油氣井可能井口分布會稍顯密集，其井口間距可能不足5m距離，而且在井眼軌道防碰設計與軌跡控制方面難度也會偏大。②大斜度定向井鉆井技術本身要求大位移和長定向井段，幾十口油氣井的布局位移可能要超過2500m。大位移所造成的大摩擦阻扭矩也會造成鉆井過程中防卡潤滑難度的增大。③該項目中大斜度定向井的井段相對不利于進行鉆井液攜砂技術環節，因為研究表明該項目所開采油氣井的井斜角度已經大于45°，在該角度狀況下井內巖屑容易形成沉積最后生成巖屑床。所以在這些油氣井的鉆井過程中可能會存在卡鉆風險。造斜點較淺，上部地層地層軟，初始造斜率低。在上部地層井段定向作業中選用1.5°，9-5/8導向馬達，在初始造斜階段采用單泵鉆進、雙泵測斜、控制鉆時的方法來控制造斜率。上部地層可鉆性好，機械鉆速高，巖屑產生量大，井下安全和MWD、導向馬達等儀器鉆具沖蝕嚴重。合適的鉆井液性能和排量，有效的多級凈化設備，優化鉆具組合降低鉆具壓耗。

3 大斜度定向井技術

3.1 扭矩和摩阻

①施工前利用軟件進行科學的扭矩和摩阻設計，施工中根據實際情況及時修正系數，準確計算，制定優先減少扭矩的措施。②鉆柱與套管與井壁之間的彈力和摩阻系數是決定摩阻扭矩的重要因素，而彈力的大小與鉆柱承受拉、壓及井眼的狗腿、鉆柱的外徑、井眼的直徑，鉆柱的重量及井斜有關；其中井眼的狗腿嚴重度是影響彈力的關鍵因素，施工中科學地調整導向馬達角度和結構，在保證造斜率的條件下，盡力減小“狗腿”，使軌跡平滑。③使用整體螺旋欠尺寸穩定器，減少彎外殼的總偏心度，減少鉆柱旋轉所產生的不平衡力的影響。④三開后最大限度地簡化鉆具結構，使用加重鉆桿替代鉆鋌、使用無磁抗壓縮鉆桿替代無磁鉆鋌、優化導向馬達上欠尺寸扶正器結構尺寸、使用斜坡鉆桿、適當延長扭方位井段等措施達到最大限度地保障井眼平緩過渡的目的以減少彈力。⑤通過調整泥漿性能，合理填加泥漿水基潤滑劑、及時加入極壓潤滑劑和固體潤滑劑，來增加鉆井液的潤滑性減小泥漿摩阻系數。調整鉆進參數，減少鉆柱的多次彎曲來減少摩阻。

3.2 井眼清潔

①排量是確保井眼清潔的基礎，通過計算得出確保井眼清潔所需的最小排量和最優的流變參數，在各井段的施工中充分滿足排量的要求。②控制調整井段的曲率，采取措施使用低角度導向馬達，減少復合鉆進與滑動鉆進的間隔，使間隔控制在4m-6m之間，在保證井眼平滑的同時，清除復雜段巖屑，堅固井壁防止鍵槽。③施工中實時監測井下拉力、阻力、扭矩的變化，適時調整泥漿性能，保證井壁穩定、井眼潤滑，泥漿懸砂和攜砂正常。④嚴格規范循環劃眼短起下工藝，鉆保證井眼處于良好狀況。

3.3 對鉆井液技術的使用

油氣井工程在地質勘察期間發現其儲層擁有強水敏、強鹽敏特性，且不均質地層存在易漏特征，存在強封堵性kcl成膜封堵低侵入鉆井液可能性。所以考慮為該工程鉆井液選擇多種材料復配，例如石墨、原油配合擠壓潤滑劑，復配混合鉆井液能夠更有效減摩減扭。而且在鉆進地層前250m時，還要在鉆井液中添加大量的聚合醇、磺化瀝青和單向壓力封堵劑，這些都能提高鉆井液的抑制性特性并將API濾失量控制在4ml以內。通過這一技術改進，鉆井液的封堵性與抑制性有所強化，可以在一定程度上降低復雜巖性地層的坍塌壓力，對井段井壁穩定性有一定保持作用。

3.4 對油氣井井眼的凈化

要在施工過程中徹底清除大斜度定向井鉆井過程中所形成的巖屑床，所以要采用井眼清潔技術，保證鉆井液的動塑比始終大于0.5，這樣有利于提升攜巖性能，也能有效增加噴井直徑，增大鉆井液排量。該工程將井眼鉆井液排量控制在大于30mL/s，且每一次氣鉆都會泵入150m長的稠漿塞推砂，提高固控設備使用率，特別是優化對雙離心機的使用效率。另外，PDC鉆頭配合牙輪鉆頭交替使用，主要以PDC鉆頭為首選，牙輪鉆頭配合修正井壁位置，做到對井眼的徹底清潔，清潔后再開始短程起下鉆。

3.5 對油氣井的密集叢式井井眼軌道設計與控制

整體油氣井井口區域面積偏小，井網相對密集，所以在井眼軌道設計過程前要對整體井口進行相應優選，然后才能開展軌道防碰設計。具體優化內容包括鉆井實施順序、施工實測數據，其井眼軌道防碰設計的主要原則為：首先制造300m以上的斜點深度，保證其造斜率在6-10°/30m。在井內設計二維軌道，這樣有效減少空間占用程度，同時也為軌道調整預留利用空間。另外，防碰繞障軌道的設計預造斜方位應該緊靠偏移井口連線位置，以此獲得最大的井眼有效間距。在這一調整過程中，主要依據完鉆臨井施工狀況來完成預造斜方位布置。最后，要保證井眼軌跡圓滑，隨時根據井內狀況來采取簡化鉆具組合，配合欠尺寸穩定器來優化技術實施過程，確保大斜度定向井精確中靶，安全施工。考慮上述參數，對鉆井玄武巖底層進行高效PDC鉆頭配合導向鉆具、MWD復合鉆井等技術，能達到提升機械鉆速，縮短鉆井周期的有效目的。

3.6 對鉆井井場整體進行優化布局

如上文所述，井口布置采用井叢排方式，它的井口呈線形排列，并分成若干分組，排間距在20～50m左右，同一排井口間距為3～5m。為了迎合海上的常規鉆機整體拖動施工技術，該項目還在南北方向布置了兩排叢式井，每一井口間距設置在5m，排間距為50m，全島設置油氣井150口。

3.7 水力噴射泵工藝

水力噴射泵生產工藝具有構造簡易、維護快捷、泵體排量大、具有較高的耐腐蝕能力等特點，被世界各大油田的大斜度定向井中所使用。目前我國也在對這項技術進行研制與開發，雖然介入比較晚，但是現階段有了比較大的發展，預計在未來將會在各大油田大斜度定向井中得到進一步推廣和應用。

4 結 語

大斜度定向井鉆井技術的難點與要點進行了詳細分析，主要采用密集叢式井井眼軌道設計配合軌跡控制，也對復雜地層鉆井技術與井身結構進行了全面優化設計，大斜度定向井技術是定向井的一個分支，在其基礎上延伸出來的一類新的鉆井工藝。本文對該技術的應用進行了闡述。

參考文獻

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收稿日期：2018-4-13