易漏失定向井優快鉆井技術研究與應用

張韓偉

摘要：在定向井鉆井現場施工中往往會遇到一些特殊地層，孔隙度大、滲透性好，容易發生鉆井液的漏失。施工井區在定向施工過程中井漏問題突出，個別井井漏嚴重，不得不采取注灰措施，嚴重制約機械鉆速。通過對井區井身結構優化，加深技套下入深度，井漏復雜明顯降低，提高了鉆井效率。對井區井眼軌道進行優化，造斜點位置下移，減少軌跡控制段長度，增加復合鉆比例，提高機械鉆速。對井區鉆頭進行優選，單趟進尺和平均機械鉆速均得到有效提升。現場表明：井區定向井優快鉆井技術解決該區域地層漏失問題，三疊系機械鉆速得到有效提升，實現一趟鉆鉆完直井段、造斜段、穩斜段。

關鍵詞：海上油田；定向井；優快鉆井；井身結構；軌跡控制；機械鉆速

1鉆井技術難點

（1）不整合接觸，地層承壓能力低，井漏問題突出，嚴重制約機械鉆速；（2）三疊系下部地層均質性差，夾層多且含有不等徑礫石，地層可鉆性差，段厚在640m左右，一趟鉆鉆完

斜井段難度較大，鉆頭選型困難；（3）井區造斜點位置較深，PDC鉆頭定向過程中工具面不穩定，難以施加鉆壓，增加了軌跡控制難度和提速難度。

2井身結構優化

井身結構設計關系到鉆井施工的安全順利，合理的井身結構能最大限度地避免漏、噴、塌、卡等鉆井事故的發生，可提高鉆井的經濟效益。在進行井身結構設計時，以平衡地層孔隙壓力、防止壓漏地層為主要指導思想，綜合考慮鉆井設備狀況、鉆井工藝技術水平及

施工能力等因素，對井身結構進行優化。井區井漏問題突出，不整合接觸地層承壓能力低，在施工的10口定向井中，有8口井出現不同程度的井漏，嚴重制約著機械鉆速。斷塊井身結構設計中技套下入深度為2935m（見表1），該層位為白堿灘組砂巖層位，極易漏失。

針對這一問題開展井身結構優化，優化技套下入深度，施工時鉆穿白堿灘組中部砂巖進人穩定泥巖后中完，封固白堿灘組易漏砂巖層位，為后續定向施工提供安全保障。通過對技套下入深度進行優化（見表2），封固了白堿灘易漏層段，斷塊實施26口定向井中，只有1口出現井漏情況，大大減少了井漏復雜時間，延長了井下動力鉆具、隨鉆測量儀器的工作時間，提高了鉆井效率。

3井眼軌道優化

井眼軌道是指一口井開鉆之前，預先設計的井眼軸線形狀。在定向井施工之前，首先要考慮地質條件、鉆井目的的要求、鉆井工藝技術和施工技術水平等的實際情況，設計出該井的井眼軌道，為鉆井施工提供理論依據。井眼軌道優化有利于鉆井提速、提效，能夠減少井下鉆具的摩阻扭矩，優化時需要綜合考慮設計井深、層位、巖性、地層壓力等多種因素。井眼軌道優化主要遵循以下幾個方面的優化原則：剖面簡單，利于鉆井施工作業；造斜點、造斜井段地層穩定；井眼曲率變化均勻；利用地層自然造斜規律。井區選擇三段制井眼軌道，剖面類型為直一增一穩結構，根據斷塊的施工情況，將造斜點下移由原來的3128m下移至3455m。相應的斜井段軌跡控制長度由原來的822m縮短至 495m，斜井段鉆具組合下入趟次由原來的5.4次降低至2.2次，有4口井一趟鉆鉆完三開斜井段。通過軌道優化之后斜井段實鉆摩阻、扭矩有效降低。

常用的鉆頭選型方法主要有2種：一是根據所鉆地層的巖石力學性能分析，來推薦最優的鉆頭，這種方法主要適用于探井；二是根據區域已鉆井的鉆頭使用情況分析，綜合優選出合適的鉆頭。井區已在斷塊打了10口定向井，共使用了不同廠家鉆頭，經過對比分析，A鉆頭在機械鉆速和工具面穩定方面均有較好的效果。針對井區提出一趟鉆的要求，對該鉆頭進行進一步的優化。優選高強度13mm復合片切削齒，小角度布置切削齒，增加攻擊性的同時確保鉆頭鉆遇研磨性地層、夾層時有足夠的抗沖擊、抗研磨強度；增加了刀翼之間的排屑槽面積，優化直刀翼防卡設計；在鉆頭保徑處增加切削齒，增強保徑強度，同時能夠進一步破碎巖石掉塊；鉆頭頂部設計為淺內錐，增加了PDC鉆頭在定向時工具面的穩定性，提高鉆頭定向造效果。通過鉆頭優化，整體機械鉆速（見表3）得到有效提升，三開斜井段機械鉆速由原來的2.1m/h提升至2.8m/h，平均提速33.33%，平均單趟進尺有原來的195m提高到411m。

4軌跡控制技術

定向井軌跡控制就是改變鉆頭上的三維分力（鉆壓、變井斜力、變井斜方位）]迫使鉆頭按照設計軌跡方向鉆進直至人靶。定向井軌跡控制技術主要包含3個方面，直井段軌跡控制技術、造斜段軌跡控制技術和穩斜段軌跡控制技術。

4.1直井段軌跡控制技術

直井段軌跡控制不但要追求機械鉆速的提升，而且要保證優質的井身質量，即直井段井斜角、井斜變化率、并底水平位移滿足設計要求。三開時下入螺桿鉆具和隨鉆測量儀器，鉆進過程中隨鉆測量儀器監控軌跡變化情況，若出現井斜角、井斜變化率、井底水平位移變化過多，及時采取措施糾斜，確保直井段井身質量合格，為下步定向施工做好準備。

4.2造斜段軌跡控制技術

造斜段軌跡控制要在施工前優選好造斜工具和鉆具組合，一般工具選取的造斜能力比設計造斜率要高出10% -20%，施工前利用軟件計算鉆具組合造斜能力，確保實鉆軌跡能夠滿足設計造斜要求。在定向鉆進過程中需要根據實鉆軌跡計算出井下鉆具組合的實際造斜能力，并且預測出鉆頭處的井斜角、方位角，便于對待鉆軌跡進行優化。自然參數法是軌跡預測中用于定曲率預測模型的一種，這種方法是假設井斜變化率和方位變化率分別保持為常數，并且等于最后側段內的平均值。

5 結論

針對井區三疊系上部漏失嚴重、三疊系下部地層均質性差、含不等徑礫巖、機械鉆速低的工程技術難點，開展了井區定向井優快鉆井技術研究。通過優化井身結構，優化井眼軌道，優選抗研磨、抗沖擊PDC鉆頭，開展提速工具試驗，形成井區優快鉆井技術。

參考文獻：

[1] 大慶海拉爾油田鉆井提速難點與對策[J]. 李杉，云海濤. 石油鉆探技術. 2016（05）