淺談高溫超深井軌跡控制技術

衣利明

摘 要：超深定向井、水平井鉆井技術是塔里木地區油氣開發的重要技術手段。針對地區油氣埋藏深、儲層非均質嚴重，鉆井施工工藝復雜的技術難點，形成了超深定向井、水平井鉆井工程優化設計、鉆具組合及鉆井參數優選技術、高溫高壓無線隨鉆測量技術等配套工藝技術，實現了規模應用，為今后西北地區新油田的開發、老油田的調整和凝析氣藏的開發提供了技術支撐。

關鍵詞：超深定向井;水平井; 軌跡控制; 鉆井液;摩阻;扭矩

一、鉆井過程中的主要技術難點

1. 直井段優快鉆井、防斜打直困難

由于油藏埋藏深，裸眼井段長，砂泥巖交互頻繁，易發生井漏、井塌、井斜等復雜情況，直井段優快鉆井和防斜打直困難。

2. 定向滑動施工難度大

由于井深、摩阻扭矩難以控制，選擇合理的鉆壓控制井眼軌跡難度大。在滑動鉆進時，隨著井斜的增大，鉆具貼在井眼下井壁上，鉆壓小傳不到鉆頭上，需要增大鉆壓，然而當鉆壓達到一定值時會突然釋放壓力，動力鉆具停止轉動，造成憋泵，定向滑動施工難度大。

3. 深部地層地溫高，施工難度大

深部地層地溫高，靜止溫度150℃，循環溫度130℃，超出一般無線隨鉆測量設備正常工作溫度范圍，且MWD無線隨鉆儀器井斜、方位、工具面信號滯后，對井眼軌跡控制造成一定難度。

二、主要技術措施

1. 超深定向井、水平井井眼軌道優化設計

在滿足一般定向井、水平井設計要求的同時，超深定向井、水平井井眼軌道優化設計應著重從以下四個方面考慮：最大限度地滿足開發要求;針對地層特點合理設計鉆井液性能參數，確保井眼質量和安全;以摩阻、扭矩最小為原則，合理確定靶前位移、造斜率等關鍵設計參數，最大限度地降低施工后期滑動鉆進難度;制定井下安全鉆井配套技術措施。

2. 鉆井工藝技術

2. 1井眼軌跡控制基本原則

直井段：采用鐘擺鉆具組合，調配鉆進參數，用多點進行監控，使直井段的最大井斜控制在2. 5°以內，水平位移小于25 m。一旦發現位移偏大，及時采用螺桿鉆具糾偏，控制井眼狗腿度，確保井身質量。

斜井段：根據多點數據，修改井身剖面設計;利用MWD測取數據并及時處理，監控預測井眼軌跡;選用度數合適的螺桿鉆具、優選鉆頭、優化鉆井參數，根據軌跡控制需要分別采取滑動和復合鉆進方式，提高鉆井速度;明確實鉆地層變化，及時調整井眼軌跡，為入靶前的軌跡調整做好準備，考慮到滑動鉆進時傳壓困難，入靶井段造斜率控制在（23°～28°） /30 m范圍內，確保準確鉆達目的層。

水平段：實鉆井眼軌跡要最大限度地控制在儲層物性好的部位中鉆進，通過加密測量，及時掌握井眼軌跡參數和井斜變化規律，減少滑動鉆進，實現井眼軌跡精確控制。

2. 2底部鉆具組合優選技術

根據設計井眼曲率和地層可鉆性選擇螺桿鉆具。對于井溫高、地層壓力大、鉆井液密度高、排量受限的井，采用多級耐高溫螺桿鉆具;。在保證正常鉆進的同時，調整鉆具組合降低測量盲點的距離。根據造斜率的高低優選鉆具組合，有利于軌跡控制、提高施工速度、保證施工安全。

針對超深定向井、水平井在下部斜井段及水平段地層托壓現象明顯、滑動鉆進時影響大，活動鉆具間隔時間過長極易發生粘卡事故的實際，需要提高井眼質量，減少滑動鉆進進尺，實現水平段導向鉆進和井身軌跡的微調。上部及斜井段選用2. 5°單彎鉆具;水平段導向鉆進時可選擇采用1. 25°螺桿鉆具或不帶扶正器1. 5°單彎。在實鉆井身軌跡接近上靶邊時，利用工具自然降斜率調整軌跡，達到中靶要求。

2. 3鉆進參數優選技術

在超深定向井、水平井鉆進過程中，由于所鉆地層的非均質和地層存在一定傾角，導致復合鉆進時鉆壓對工具自然造斜率敏感。在調整井眼軌跡滑動鉆進時，采用點震式送鉆，螺桿鉆具保持0. 5～1MPa的壓差，在螺桿鉆具不憋泵的情況下，選擇鉆時快的鉆壓鉆進。斜井段和水平段導向鉆進時，工具的自然造斜能力對施加的鉆壓較為敏感，鉆壓的大小要綜合考慮所鉆地層巖性的可鉆性對鉆具的影響，要兼顧鉆具的承壓能力、鉆具的使用時間等。

由于地面設備、高壓管匯及馬達的耐壓性能的限制，超深井井眼循環壓耗的影響，排量難以提高，需要合理選擇鉆井液排量。選擇15～17 L / s的排量，以滿足儀器測量、馬達正常運轉的最佳工作狀態，達到延長馬達壽命、充分清洗井眼及攜砂目的。

2. 5無線測量技術

在施工中主要采用下鉆過程中分段循環降溫的方法，解決無線隨鉆測量儀器MWD額定工作溫度低于地層溫度無法正常工作的問題。

2. 6鉆頭選型

為了滿足井眼軌跡控制、提高生產時效，在鉆井施工中鉆頭選擇應遵循以下原則：一是在井斜角小于30°時選擇三牙輪鉆頭，保證工具面的穩定，滿足設計造斜率;二是在井斜角大于30°及水平段鉆進時，盡量選用PDC鉆頭以減少起下鉆次數，提高鉆井速度。

3. 鉆井液技術

鉆井液體系要保證具有較強的懸浮和攜砂能力、較好的防塌和良好的潤滑性能，保證鉆井速度加快和施工安全。

4. 安全鉆井措施

斜井段、水平段采用倒裝鉆具并定期倒換鉆具，定期探傷，下井工具定期換新;控制好鉆井參數，防止鉆具事故的發生;選擇優質鉆井液和合理的鉆井液排量，做好鉆井液四級凈化;定期、定深搞短起下，保證井眼暢通，達到破壞巖屑床的目的;搞好井控工作，熟練“四七”動作，搞好井口觀察記錄防噴、防漏;滑動鉆進時鉆壓根據鉆具受力情況設定鉆壓上限，掌握好活動鉆具時間;斜井段、水平段下鉆遇阻嚴格遵守“一沖、二通、三劃眼”的原則，防止小井眼造成卡鉆，實現安全鉆進的原則。

三、現場應用

順西3井是由中石化中原鉆井承包的一口水平井，該井造斜點6376m，完鉆7178m，設計真方位：116.84？。海拔：1028.32m，補心高：10m，磁偏角：3.17？，造斜井段造斜率為：24？/30m。

該井于2016年08月27日由井深 6376m開始定向造斜，2016年10月13日井深7718m完鉆，在施工中通過采用以上技術措施，有效地解決了鉆具摩阻和扭矩大、地層托壓嚴重、滑動鉆進時對鉆壓較敏感、動力鉆具憋泵、高溫條件下儀器信號傳遞不連續等問題，鉆井周期46.54天。

四、認識及結論

（1）轉盤鉆進時，扭矩較大，如果使用雙扶正器進行增斜鉆進，容易發生斷鉆具事故，盡量使用螺桿帶儀器復合鉆鉆進。

（2）采用滑動和復合鉆進相結合，可以安全、有效地解決鉆壓傳遞困難的問題。

（3）斜井段及水平段施工時，簡化鉆具組合，加強鉆具探傷及倒換，可以有效地防止由鉆具疲勞破壞引起的鉆具事故。

（4）水平段可使用彎度較小的單彎+ PDC鉆頭的鉆具組合，能夠減少起下鉆的次數、降低復合鉆進時的扭距、減少擺工具面的時間，提高鉆井的時效。

（5）在下鉆途中分段循環鉆井液，可以降低儀器的工作環境溫度，使儀器能在適宜的溫度下正常工作。

參考文獻：

[ 1 ] 王琦，孫海芳，賀兆順，等. 超深水平井鉆井技術在塔里木DH1- H2井的應用[ J ]. 西部探礦工程， 2004 （9） ： 80 - 82.

[ 2 ] 陳世春， 王樹超. 超深水平井鉆井技術[ J ]. 石油鉆采工藝，2007， 29 （4） ： 6 - 9 .