塔河油田定向井方位漂移規律研究及應用

魏志剛，王 逸，王偉志

（中石化西北油田分公司石油工程監督中心，新疆輪臺841600）

方位漂移指在鉆井過程中，受地層傾斜性、各向異性、鉆井參數和泥漿性能等因素影響而產生井眼方位變化的情況。新疆塔河油田奧陶系油藏儲層以溶洞裂縫為主。在鉆井過程中井眼普遍會發生方位角增加或減小的自然變化，即“方位漂移”，尤其在定向井施工中，方位漂移會影響定向中靶精度，且后期還需進行扭方位作業，從而產生一系列難題。據此，本文大量收集整理塔河油田的完井資料，對其進行系統分析，找出自然漂移的普遍規律，能在以后的作業中，采取相應措施，實現快速安全鉆井，提高一次定向成功率，達到提速提效目的。

1 方位漂移因素分析

1.1 地層因素影響

地層因素對方位漂移具有重要影響。前期研究表明影響方位偏移的地質因素有以下幾種，地層傾向、傾角、走向及可鉆性、地層各向異性等[1-3]。通過實鉆資料對比分析，地層各向異性更符合現場實踐結果，并廣泛用于國內外許多油田的鉆井井眼軌跡控制中。

（1）隨地層各向異性指數的增大，地層對方位漂移的影響作用加強。

（2）隨地層傾角的增大，地層對方位漂移的影響作用增強。當井眼方向與地層傾向形成一定夾角，可能導致嚴重漂移，即井斜方位有著垂直于地層走向方向漂移的趨勢。

（3）隨井斜角的增大，地層對井眼方位漂移影響效果減弱，方位趨于穩定。

1.2 鉆頭類型影響

鉆頭漂移在鉆井過程中非常普遍，大量研究數據表明PDC鉆頭一般出現左漂，牙輪鉆頭一般出現右漂[4]。使用PDC鉆頭鉆井時，受PDC本體長度、冠部形狀和保徑齒影響[5-6]，方位角變化通常表現為左漂趨勢。牙輪鉆頭在定向井水平井鉆進過程中通常表現為右漂趨勢（圖1）。

圖1 右漂與左漂模型圖

1.3 鉆具組合影響

在鉆具組合方面，對方位漂移產生影響的主要是前30~60m的鉆具組合[7]，穩定器能起到穩定方位漂移的作用，穩定器越多，方位漂移總趨勢變化越小。對穩斜鉆具組合，因穩定器較多，方位漂移趨勢變化不大，而對于增斜和降斜鉆具組合，方位漂移趨勢可能變化。較大剛度鉆具組合可以明顯減小方位漂移，而剛度小的鉆具組合則不易抵抗方位漂移[8]。

1.4 鉆井參數影響

在鉆井參數方面，鉆壓和轉速對方位會產生影響，適當的高轉速（90~110r/min）和中等鉆壓（10~15t），抑制方向右漂效果較好[9]。排量影響主要表現在井徑對鉆具組合的影響上，特別是軟地層，過大的排量會使井徑增大，降低穩定器使用效果[3]。

1.5 其他因素影響

鉆頭和扶正器旋轉時，受正壓力影響產生摩阻力。鉆頭和扶正器給井壁下側的摩阻力方向向左，同時，井壁下側也給鉆頭和扶正器一個反作用力，方向向右，此力具有將鉆頭和扶正器推向右的趨勢[10]。

井眼擴大率小于10%不易產生方位漂移，井眼擴大率大于10%則易產生方位漂移[8]。

2 新疆塔河區塊定向井方位漂移規律分析和應用

2.1 塔河工區定向井施工特點

新疆塔河油田位于塔里木盆地阿克庫勒凸起西南部，儲層埋藏深度在5000m以上。剖面以直—增—穩二維三段制為主，造斜點位置以奧陶系良里塔格組、恰爾巴克組和一間房組地層為主，設計造斜率在18°~26°/30m之間，定向段層位主要集中在一間房組。開發定向井水平段和穩斜段一般在300~500m之間，深井定向既影響鉆進速度又增加井下不安全因素，因方位漂移現象會直接影響中靶精度，并且在后期扭方位過程中帶來扭矩增大、井眼軌跡復雜等諸多問題。研究和利用塔河區塊方位漂移規律，優化鉆具組合、調整鉆井參數，在鉆進后期穩斜段和水平段減少方位漂移量和軌跡調整頻率，有利于精確中靶，縮短定向周期。

2.2 塔河油田方位漂移主要因素分析

2.2.1 塔河油田奧陶系地質構造

新疆塔河油田主要產層位于中下奧陶系碳酸鹽巖，儲層特征總體表現為南厚北薄，縱向上分帶明顯，橫向上具較強非均質性，儲層類型以孔隙、裂縫、孔洞為主[11-13]。巖性及沉積特征為一大套淺灰和灰色泥晶灰巖，以顆粒結構為主，雜質較少可鉆性較強，地層較平緩，穩斜段方位漂移存在左漂規律。

2.2.2 鉆具組合

鉆具組合對方位漂移的影響主要有以下幾方面:

（1）鉆具剛性。隨井眼尺寸增大鉆鋌外徑也隨之增大，剛性也隨之變大。在鉆進中鉆具不易彎曲，克服方位漂移的能力較強，方位會相對穩定。

（2）鉆具底部穩定器的位置和尺寸。通過調節穩定器安裝位置可以用來保持或者改變井斜變化，同時由于鉆具尺寸的改變增加了鉆具剛性，對方位漂移也產生了影響。

（3）鉆頭類型對方位產生的影響。PDC鉆頭在定向井或者水平井穩斜段中主要表現為方位左漂，PDC鉆頭冠部的結構設計對方位漂移有很大影響，冠部表現為扁平結構說明鉆頭耐磨性較強而對地層攻擊力較弱，主要應用于硬度較高地層，此時地層對鉆頭向左的反作用力較小，方位往往表現為右漂。而冠部為球形或者臺階狀的PDC鉆頭攻擊力較強，適用于可鉆性較強地層，方位表現為左漂。牙輪鉆頭通過牙輪自轉降低了扭矩、減輕鉆具振動，具有低扭矩特性，鉆進中在鉆具右旋作用下方位變化往往遵循右漂規律[6]。

2.2.3 鉆井參數

鉆井參數對方位漂移的影響因素主要有鉆壓、轉速和排量。鉆壓影響主要表現在隨著鉆壓加大，鉆頭和下部鉆具對地層釋放出更大的扭矩來克服地層對鉆具的反作用力，削弱了抗方位漂移的能力，使方位漂移量增大。轉盤帶動鉆具右旋會抑制方位左漂即方位右漂，但在大斜度井和水平井中，由于造斜的原因，井眼不規則，鉆具自重也會使鉆具貼于下井壁，造成鉆具和井壁摩擦力增大，轉速增大會削弱抑制方位左漂能力。排量的影響主要表現在井徑對鉆具組合的影響上，特別是軟地層，過大的排量會使井徑增大，造成鉆具在井眼內不居中，加大底部鉆具的橫向振動，降低穩定器對方位的穩定效果。

2.3 塔河工區定向井穩斜段方位漂移規律分析

2.3.1 不同井眼尺寸漂移規律分析

新疆塔河工區常見井眼尺寸有?250.8mm、?165.1mm、?149.2mm和?120mm四種，其中以?250.8mm和?149.2mm井眼為主。因?149.2mm井眼在井身結構中處于目的層井眼，有井眼深、環空小、摩阻大、鉆具柔性大等特點，出于井下安全考慮往往不使用穩定器。鉆具組合為?149.2mmPDC+?120mm螺桿+3-1/2″浮閥+?120mm坐鍵接頭+?120mm無磁鉆鋌+?120mm限流接頭+?120mm測斜接頭+?88.9mm無磁承壓鉆桿+?88.9mm鉆桿+?88.9mm加重鉆桿+?88.9mm鉆桿+311×D400轉換接頭+114.3mm鉆桿。

穩定器主要用于?250.88mm井眼，尺寸一般在?237mm~?243mm，穩定器位置在螺桿鉆具下端，屬于近鉆頭穩定器。鉆具組合為?250.88mmPDC鉆頭+?197mm單彎螺桿+?127mm浮閥+?177.8mm無磁鉆鋌+?177.8mmMWD無磁懸掛+?139.7mm非標DP+?139.7mm加重鉆桿+?139.7mm鉆桿。

在塔河油田各區塊共鉆成不同類型定向井60余口，本文從中選出29個實例，結合實鉆資料對不同井眼尺寸（?120mm、?149.2mm、?165.1mm及?250.8mm）穩斜方位漂移規律進行統計分析（見表1~表4）。

表1 ?120mm井眼穩斜段實鉆方位漂移情況

表2 ?149.2mm井眼穩斜段實鉆方位漂移情況

表4 ?250.8mm井眼穩斜段實鉆方位漂移情況

表3 ?165.1mm井眼穩斜段實鉆方位漂移情況

由表1~表4可知：

（1）在統計的29口定向井中，21口井方位漂移趨勢是左漂，3口井右漂，5口井方位趨于穩定。這個結論與我們之前描述的PDC鉆頭左手漂移規律吻合度較高，對于塔河區塊具有一定的現場指導意義。

（2）在塔河工區的不同井眼中隨井眼尺寸的增大，減小方位左漂的趨勢并不明顯。

新疆塔河工區穩斜段運用PDC鉆頭普遍具有方位左漂的規律（見表5），隨鉆具剛性的減小漂移量逐步增大，表中?250.8mm井眼100m漂移量遠大于其他井眼的原因主要是井斜角較小，對井斜角小于30°的定向井方位易發生漂移。

表5 PDC鉆頭在斜井段方位漂移的總結

2.3.2 不同鉆井參數漂移規律分析

TH12281H井是塔河油田奧陶系油藏12區的一口?149.2mm三開制開發水平井。該井設計方位275.88°，鉆進至6205m時需穩斜，段長172m，實際方位為276.68°。現場通過調整鉆壓和轉速來達到抑制方位左漂的目的，穩斜段從井深6205m復合鉆進至6353m，井眼方向從276.68°左漂至274.98°又右漂至275.88°，穩方位效果較明顯。實施的具體措施是將鉆壓由40~50kN降到30~40kN，轉速由40r/min降到25r/min。

通過鉆井參數調整使實鉆方位始終保持大于設計方位1°以內，在進入穩斜段時保證實鉆方位線在設計方位線右邊，離中靶30~70m，根據中靶預測結果，可利用方位左漂規律，結合鉆井參數調整達到更好的中靶效果。設計靶框左右10m，實鉆中靶橫距僅0.5m。

3 塔河油田方位漂移的現場控制技術

通過理論分析和實鉆井統計，得出塔河工區穩斜段PDC鉆頭鉆進方位左漂規律，利用漂移規律在造斜段預留方位可給穩斜段更大的復合鉆進空間，通過調整復合鉆進參數，也可以有效減小方位漂移量，達到減少滑動鉆進提高鉆進效率的目的。下面通過TH123119H、TH12281H井現場施工舉例：

TH123119H井是塔河油田奧陶系油藏12區的一口?149.2mm三開制開發水平井。該井鉆至井深6179m定向結束起鉆，實測6179m方位為150.75°，而設計靶方位為149.8°，給穩斜段預留了近1°方位空間（圖2），該井水平段鉆具組合為?149.2mmPDC+?120mm單彎螺桿+3-1/2″浮閥+?120mm坐鍵接頭+?120mm無磁鉆鋌+?120mm限流接頭+?120mm測斜接頭+?88.9mm無 磁 承 壓 鉆 桿+?88.9mmDP×19柱+?88.9mmHWDP×44根+?88.9mmDP+114.3mmDP。

圖2 TH123119H井入靶方位水平投影圖

利用穩斜段方位左漂規律，通過在造斜段以滑動鉆進的方式將實鉆方位線控制在設計方位線右邊，實測方位大于設計方位1°，這樣就可以提前預留出1°方位左漂的空間，這在造斜過程中是容易實現的。從預留方位的效果可以看出從井深6189m復合鉆進至6347m，段長158m，方位從150.75°左漂至148.45°，左漂2.3°，僅比設計方位小1.35°滿足剖面要求。預留方位法有效增大了復合鉆進空間，提高了鉆進效率。

TH10244CH井是塔河油田奧陶系油藏10區的一口?149.2mm二開制側鉆水平井。該井鉆進至5913.03m進行穩斜段施工，段長70m。從測斜數據看，在井深為5913m時，實鉆方位比設計方位大3°，按此趨勢繼續鉆進肯定脫靶。經認真分析，并參考PDC鉆頭左手漂移規律，決定暫不進行扭方位施工。根據PDC鉆頭左手漂移規律，方位有減小的趨勢，施工完正好和設計方位相近，誤差不超1°，也方便了后面增斜段施工，一次定向成功率100%（圖3）。該井穩斜段采用鉆具組合為?149.2mmPDC鉆頭+120mm單彎螺桿+單流閥+坐鍵接頭+?120mm無磁鉆鋌+限流接頭+?88.9mm無磁承壓+?88.9mm鉆桿×3根+旁通閥+?88.9mm鉆桿×48根+?88.9mm加重鉆桿×29根+?88.9mm鉆桿+?114.3mm鉆桿。

圖3 TH10244CH井穩斜段方位水平投影圖

4 結論與建議

（1）塔河油田定向井穩斜段使用PDC鉆頭鉆進時，方位普遍存在左漂的規律，可以通過調整鉆井參數來實現施工目的。經現場實鉆驗證，吻合程度較高，因此對塔河油田不同區塊的定向鉆井都具有積極的指導意義。

（2）通過大數據分析歸納總結方位漂移規律，并將之建立檔案、入庫，方便調取，可便于之后定向井預留方位，減少滑動比例，提高一次定向成功率，達到提速提效的目的。