D油田外圍大井眼大斜度平臺井組定向技術

付 明

（大慶鉆探工程公司鉆井二公司，黑龍江大慶163413）

對于井斜大于45°，水垂比大于1 或水平位移大于1000m 的定向井，由于地質目標遠、垂深淺、井底位移大、水垂比大，施工中帶來了軌跡控制、位移延伸、井眼清潔、管柱下入等困難；叢式井組完成井多，井口間距小，造成軌跡優化、監測、控制、防碰困難；同時固井質量保證難題大。本文通過介紹D油田外圍大井眼大斜度平臺井組的施工情況，總結了該類型井的施工經驗。

1 概述

1.1 地質概況

本井地處S 盆地北部，是部署在SZ 地區N東斜坡帶N16區塊的4口評價控制井。地層具有以下特點：

（1）淺部地層成巖性差，膠結疏松，鉆井過程中注意防塌、防漏。

（2）N 五段至N 三段地層硬夾層較多；N 一段，Y二、三段地層泥巖中夾薄層砂巖或油頁巖，鉆井過程中注意防斜。

（3）N二段、QS組發育大段泥巖，易吸水剝落造漿性強，鉆井施工過程中預防井塌、鉆具泥包及卡鉆。

（4）本井區FY油層屬于原始地層壓力，鄰井測得壓力較低，并且裂縫比較發育，鉆井過程中注意防漏。

（5）油層部位鉆進時防油氣水侵、防井噴。

1.2 施工難點

N16-斜1 等4 口井，為S 盆地中央坳陷區SZ 凹陷N東斜坡帶N16區塊大斜度定向井，該4口井為一個平臺，井排線南北方向。4 口井中N16-斜1、N16-斜3、N16-斜4 三口井水平位移大于2000m，其中N16-斜3井水平位移達到2650.34m，最大井斜78.75°，穩斜段長2451.7m。由于地質目標遠、垂深淺、井底位移大、水垂比大，施工中帶來了軌跡控制、位移延伸、井眼清潔、管柱下入等困難；另外叢式井組完成井多，井口間距小，造成軌跡優化、監測、控制、防碰困難；同時固井質量保證難題大等難點和風險。

2 鉆井設計優化

2.1 井身結構優化

原井身結構為二開井身設計（表1），為降低施工難度，將井身結構更改為三開結構（表2）。增加一層技套，能夠大幅縮短地層浸泡時間，降低井壁失穩風險；能夠縮短裸眼段長度，降低摩阻扭矩，防止鉆進過程中拖壓，有利于井眼軌跡控制和提速。

表1 原井身結構設計數據表

表2 更改后的井身結構設計數據

以N16-斜3 井為例：按照套管內摩擦系數0.2、裸眼段摩擦系數0.35 計算，不下技套情況下鉆至井底位置時其上提摩阻為45.8kN，下放摩阻為28.6kN，鉆進扭矩26kN·m。同等條件下，若增加一層技套（下深1700m），則其上提摩阻降低為25.6kN，下放摩阻為20.5kN,鉆進扭矩為17.3kN·m，降幅分別為44.1%、28.3%、33.5%，效果明顯。

2.2 鉆井液體系優化

將淡水鉆井液體系改為鹽水鉆井液體系，增強體系的抑制性，有利于井眼的凈化。

2.3 井眼軌道剖面設計優化

建議采用準懸鏈線式，有效降低各工況的側向力，減小鉤載和扭矩。

2.4 鉆井參數優化

保持高轉速、大排量鉆進，井斜40°以后鉆井液環空返速力爭達到1.0m/s以上，最大限度保持井眼清潔。

2.5 鉆具組合方面優化

水垂比比較小時，使用MWD 儀器配合馬達控制軌跡，水垂比比較大時，使用MWD儀器配合旋轉導向控制軌跡或在保證能入靶的前提下采用穩斜鉆具，提高旋轉鉆進比例。為了降摩減扭，應增加減扭接箍和破壞巖屑床專用工具，三開或施工后期應簡化鉆具結構，底部鉆具組合中應不使用鉆鋌和加重鉆桿。為了防止劃出新井眼，應明確使用帶領眼的專用通井工具和通井鉆具組合。

2.6 防碰措施優化

井口間距建議采用7m，防止鄰井磁干擾，提高測量精度。并優化井組間單井的造斜點位置，做好防碰設計。

3 施工具體措施

（1）施工中采取中轉數打鉆（100～130r/min），高轉數劃眼（160～190r/min），打完一個單根劃眼2～3 次，循環6min以上。

（2）施工中堅持每鉆進100～150m短起200～250m和“兩短一長”的短起方式，全井起鉆時堅持倒劃眼，倒劃眼起鉆的排量、轉數與鉆進時相同，上提速度根據扭矩、返砂情況確定。

（3）進入到N 二段后，保持鉆井液密度在設計上限，若出現井壁失穩征兆，立即加重，并強化鉆井液封堵性，保證井壁穩定。

（4）改善泥餅質量，保證鉆井液中潤滑劑含量（3%～8%），并根據現場實際施工情況及時補充潤滑材料。

（5）提高鉆井液的抑制性，充分利用好固控設備（振動篩篩布100 目以上、清潔器篩布120 目以上），并及時排放錐形罐沉砂，清除有害固相，嚴格控制含砂量和膨潤土含量。

（6）優化鉆井參數，避免巖屑床形成。通過計算，保持轉速45r/min 時，機械鉆速7～30m/h 的情況下其裸眼和套管內所需的最小排量分別為34.5L/s 和35.8L/s。但是，當考慮10%井眼擴大率時，鉆速小于25m/h 的情況下，不形成巖屑床所需要的最小排量增大為38.6L/s。

通過轉速對巖屑床的影響分析發現，同等條件下，轉速越大其產生巖屑床的最小排量越小，即高轉速有利于破壞巖屑床，因此現場施工中在條件允許的情況下建議采用較高的轉速。

綜合分析，在當前的技術條件下，巖屑床的形成難以避免，但是施工中應采取必要的工程措施破壞巖屑床或者降低巖屑床的厚度：

（1）保持最低排量36L 以上，復合鉆進轉速50～110r/min。

（2）優化軌跡控制提高復合鉆進比例，通過較高的鉆具轉速來抑制巖屑床的形成。

（3）保證鉆井液性能，控制井眼擴大率。提高鉆井液的抑制性和攜巖能力，同時嚴格控制起下鉆速度避免抽吸和激動壓力，嚴格控制井眼擴大率。

（4）鉆進完一個單根后劃眼2～3 遍，堅持每鉆進100～150m短起下200～250m破壞已經形成的巖屑床，下鉆到底大排量循環鉆井液，直至震動篩無巖屑返出再鉆進。

4 現場應用情況

通過優化井身結構、鉆井設計，制定針對性的現場施工技術措施，成功地施工了N16 區塊一組平臺4 口井，鉆井時效如表3所示。

表3 鉆井時效表

由表3可知，由于初次施工工序銜接問題，該平臺的第一口井的鉆井時效較設計周期增加了1.47d，且較其他3口井都長，經過工序組織，嚴格執行現場施工技術方案，總結施工經驗教訓，后3口井的鉆井時效明顯提升。

5 存在問題及應對措施

（1）扭矩值變化大，1575～3149m 扭矩值在15～26kN·m 范圍內變化；上提下放摩阻逐漸增大，每次短起下后摩阻變大。采取每鉆進一個單根充分循環25～30min，待巖屑充分返出后再進行鉆進的措施，扭矩增大趨勢有所緩解。

（2）1°雙螺扶螺桿穩斜能力時好時壞，在1689～2048m 降斜趨勢較快，需要每根單根定向4～5m 才能穩斜；軌跡調整頻繁，滑動鉆進段長，影響鉆進速度。采取提前預判井斜變化趨勢，調整鉆進參數的方法，使得每根單根滑動鉆進不超過4m，控制穩斜段狗腿度，有效降低了調整對鉆速的影響。

（3）為充分返砂，循環時間較長，但是長時間循環，彎螺桿易碰撞井壁，造成井壁不穩定、形成新井眼等情況。采取每打完一個單根循環時把工具面擺到0°，避免鉆頭刮井壁造成降斜趨勢或形成新井眼。

（4）大斜度、大尺寸井眼，起鉆易出現遇阻、超拉現象，此時立即開泵循環，倒劃眼，井眼暢通后再起鉆；開泵下放鉆具避免井下巖屑上返與鉆具上行同時進行，造成擼死卡鉆。

6 結論

（1）形成了成熟的大斜度大井眼井鉆井技術。

（2）紙上鉆井優化設計，保證了實鉆井眼軌跡平滑，利于鉆速的提高。

（3）制定的大斜度大井眼施工措施，保證了鉆井順利施工。

（4）為公司施工大斜度大井眼井提供了技術保障。