大斜722井軌跡控制技術

黨龍

摘 要：大斜722是勝利油田的一口重點探井，目的是了解該井區沙三段含油氣情況。在深入分析全井鉆井技術難點的基礎上，根據地層特點采用3段制井眼軌跡設計，優選了鉆具結構，在追求安全、穩定、快速的前提下，制定了“PDC鉆頭+動力鉆具”等施工技術措施。實踐證明，該井的技術措施保證了鉆井施工的順利進行，為該區塊的鉆井施工提供了借鑒。

關鍵詞： 定向鉆井 軌跡控制 鉆井技術

1井身軌跡控制的主要技術問題

（1）設計的直井段長，造斜點在2100.00m，直井段防斜打直要求高。

（2）地層巖性不均，巖石可鉆性差，機械鉆速低，更換鉆頭頻繁，鉆頭選型困難，鉆井周期長。

（3）軌跡控制段長，在該地區可供借鑒的經驗很少。

2 技術對策

2.1 鉆頭優選

利用巖石可鉆性、硬度和抗壓強度等基礎數據優選鉆頭是目前常用的優選方法。從安全鉆井及便于現場定向施工的角度考慮，采取分段精細控制的方式，優化各井段井眼軌跡控制方案。造斜段施工在東營組，泥巖夾砂質泥巖、粉砂巖，地層較硬，使用HJT517鉆頭能有效提高機械鉆速，結合近幾年已完成的定向井，東營組造斜段多使用型號為HJT517鉆頭，平均機械鉆速在4.59 m/h左右。穩斜段施工難點集中在研磨性強的沙三下，下人PDC鉆頭胎體受損嚴重（起出的PDC鉆頭，磨損掉近1/3左右），使用HJT537GK牙輪鉆頭，機械鉆速在1.50 m/h，單只鉆頭純鉆時間在60 h左右，與PDC鉆頭相比，在鉆頭進尺方面具有優勢。

2.2 優化鉆井參數

2.2.1 鉆壓的優選

鉆壓的優選是提高鉆井速度的重要手段。鉆壓過小會影響機械鉆速，但鉆壓如果超過螺桿鉆具允許的最大工作載荷，除了會導致螺桿鉆具的先期損壞外，還會導致井下螺桿滯動，影響作業效率。

因此，要依據鉆具、鉆頭、地層的可鉆性和井眼的狀況等選擇合適的鉆壓。造斜段使用PDC鉆頭定向鉆進伴隨著工具面不穩定的問題，合理地采用4-6t小鉆壓均勻送鉆，且從造斜段整體上考慮來控制每一根的鉆進，適當放寬工具面在士20°變動，以達到快速鉆進且滿足井眼軌跡控制要求的目的。

2.2.2 鉆具組合及參數選擇

二開直井段采用“塔式”鉆具組合：F311.10mmHAT127鉆頭 +630×630雙母接頭+F203.20mm無磁鉆鋌+F203.20mm鉆鋌+F178.00mm鉆鋌+F127.00mm加重鉆桿+F127.00mm鉆桿，鉆壓：80-120KN，轉速：50-70rpm，排量：32-35L/s，泵壓：10-12MPa。

定向段基于修正的“三點定圓法”理論【2】，通過分析螺桿的彎角度數，螺桿和鉆挺的尺寸，以及鉆壓、轉速等鉆井參數對鉆具組合造斜率的影響，優選出定向鉆具組合：F215.90mm鉆頭 +F172.00mm*1.50°單彎動力鉆具+F158.80mm無磁鉆鋌+4A11×410無磁配合接頭+F165.00mm無磁懸掛+F127.00mm無磁承壓鉆桿+F127.00mm加重鉆桿+F127.00mm鉆桿，鉆壓：40-60KN，轉速：40-60rpm，排量：30-32L/s，泵壓：10-14MPa。

穩斜段通過實踐證明，螺桿鉆具帶欠尺寸扶正器具有很好的穩斜穩方位作用，因此采用鉆具組合：F215.90mm鉆頭 +F172.00mm*1.25°單彎動力鉆具+F210.00mm扶正器+F158.80mm無磁鉆鋌+4A11×410無磁配合接頭+F165.00mm無磁懸掛+F127.00mm無磁承壓鉆桿+F127.00mm加重鉆桿+F127.00mm鉆桿，鉆壓：40-60KN，轉速：40-60rpm，排量：30-32L/s，泵壓：10-14MPa。

2.2.3 鉆井液方面要考慮幾個因素：

1）鉆井液材料要先進行熒光測試，排除干擾；

2）排量要為螺桿鉆具提供足夠的動力；

3）提高粘度和切力，能充分地攜帶巖屑；

4）合理地提高鉆井液密度，降低失水，增加井壁穩定性；

5）加人足夠的防塌劑、防卡劑和潤滑劑。

2.3 井眼軌跡控制技術

本井采用直-增-穩三段制軌跡剖面，直井段和造斜段鉆進過程中要加強監測，及時判斷軌跡發展趨勢并對鉆井參數進行調整，確保符合設計要求。

2.3.1 打好直井段

直井段要防斜打直，加強井斜控制，確保井壁穩定，防止鍵槽及掉塊。必須堅持每鉆進50～100 m即監測一次井斜及方位，并根據監測結果及時合理地調整鉆具組合和鉆進參數。 直井段主要采用塔式鉆具組合，優化鉆井參數，嚴格控制鉆壓，輕壓吊打防止井斜，打完直井段再測電子多點數據，在鉆達造斜點時，井底水平位移3.12m，上部井斜角最大僅為1.22°，直井段井斜角得到了有效控制。

2.3.2 增斜段

造斜點選在東營組，地層以灰色、深灰色泥巖、油泥巖為主夾砂巖，增斜段完沙一段未穿，沙一段上部主要以灰質泥巖為主，間雜灰質油泥巖，泥質白云巖，分布比較均勻，較硬。選用Φ212 mm（1.50°）單彎螺桿，采用滑動與復合鉆進比為1.15：1的方式，造斜率及井眼圓滑都得到了很好的保障。

2.3.3 穩斜段

該段施工地層過沙一段、沙二段、沙三段，沙一段下部頁理發育，以灰質泥巖為主，間雜泥質粉砂巖，油頁巖。沙二段以灰色、灰綠色、紫紅色泥巖、砂質泥巖為主，夾灰色粉砂巖、泥質粉砂巖、白云質粉砂巖、灰質粉砂巖、不等厚互夾薄層灰黃色白云巖，淺灰色灰質白云巖。沙三上以深灰色泥巖、砂質泥巖、灰質油泥巖為主夾砂巖。沙三中主要是灰色砂礫巖與深灰色泥巖、灰褐色油泥巖、油面巖、灰質泥巖不等厚互層。沙三下以灰色砂礫巖為主，含片麻巖、石英、長石，夾深灰色泥巖、灰褐色油泥巖、油面巖、灰質泥巖，采取“PDC鉆頭+螺桿”快速鉆具結構，平均鉆速為3.87m/h，鉆遇片麻巖PDC鉆頭磨損嚴重（如圖2、所示），換HJT537GK鉆頭。利用復合鉆進時方位的飄移規律進行微調，減少用滑動鉆進調整方位，使軌跡圓滑，并對滑動鉆進過的井段進行通井和修整井眼，這對整個井眼軌跡及井下安全都能起到很大作用。

2.4 復雜情況的預防

粘附卡鉆的主要原因是鉆井液柱壓力對地層孔隙壓力的正壓差過大，這在常規鉆井中發生次數較多。對于定向井，鉆具（特別是鉆挺）在井眼內始終不居中，總是要靠向井壁的一側，發生粘附卡鉆的可能性就更大。除此，巖屑返出不及時，穩斜段過長導致摩阻扭矩增大會引起鉆具疲勞損壞等。因此，為了預防復雜情況，采取以下措施：

1） 精細施工，控制全角變化率，確保井眼軌跡圓滑。

2） 選用優質鉆井液，加人適量的潤滑劑，提高鉆井液的潤滑性，降低濾餅厚度。

3） 在滿足井控安全的前提下，合理使用鉆井液密度，盡可能降低液柱壓力與地層壓力的正壓差。

4） 測斜時，先劃眼一遍，靜止時間不要超過3-5 min，盡量減少鉆具靜止的時間。

5） 在滿足井眼軌跡控制要求的前提下，盡量簡化下部鉆具結構，減少鉆挺數量。

3 結論與認識

1） 針對探井施工的重點和難點，制定合理的施工方案，對現場施工有明確的指導性。優選鉆頭是提高機械鉆速的最佳方案，在該區塊定向施工中，采用PDC配套鉆井技術可有效提高機械鉆速。

2） 優選鉆具組合，選擇合適的鉆井參數，確保實鉆軌跡按設計延伸。對鉆具組合的造斜率要結合考慮地層各向異性、井眼幾何參數、鉆具本身幾何參數等諸因素的影響，保證井眼圓滑。

3） 針對該區定向井從造斜點至目的層重點做好防漏、防塌、防卡工作，控制好鉆井液密度和流變性，降低摩阻及復雜情況發生。

4） 在快進入取芯段時，要考慮取芯作業時對軌跡的影響，適當微調，打好提前量。

參考文獻：

[1] 陳平等.鉆井與完井工程[M].北京：石油工業出版社，2005

[2] 張勝杰、汪旭偉.利用修正的三點定圓法計算單彎螺桿造斜率及其應用[J].內蒙古石油化工，2015；41（1）：35-36