大斜度定向井鉆井優(yōu)化及施工探討

高宗英

（大慶鉆探工程公司鉆井一公司，黑龍江大慶 163411）

目前全球石油勘探開發(fā)領(lǐng)域中定向井鉆井技術(shù)是比較先進(jìn)的技術(shù)之一，在鉆井勘探開發(fā)中有著廣泛的應(yīng)用。定向井鉆井施工技術(shù)可以克服地層環(huán)境惡劣的條件，完成石油資源的開采工作，提升油氣產(chǎn)量，避免對周邊環(huán)境產(chǎn)生污染，是目前一項提升石油企業(yè)經(jīng)濟效益的重要技術(shù)手段。定向井鉆井技術(shù)是沿著最初設(shè)計的井眼軌跡完成鉆井施工流程。我國石油企業(yè)生產(chǎn)過程中，定向井鉆井技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用的十分廣泛，取得了一定的成績。在一些比較復(fù)雜的油藏開采過程中，定向井鉆井技術(shù)有效地解決了可能出現(xiàn)的問題，實現(xiàn)油田開采效率的提升，保障油田的采收率。

1 鉆井過程中需要考慮的問題

1.1 選擇合適的井眼曲率

井眼曲率在定向井鉆井施工過程中不能太小，動力鉆具造斜井段、扭方位井段和其它斜井段等長度會隨著井眼曲率降低而增加，造成井眼軌跡控制難度較大，工作量增加，直接影響鉆井速度。井眼曲率也不能太大，較大的井眼曲率會造成鉆具在工作過程中產(chǎn)生較大摩擦阻力，長時間工作后就會出現(xiàn)偏磨現(xiàn)象，發(fā)生鍵槽卡鉆事故，影響鉆井工作的順利開展。所以井眼曲率的選擇，一定控制在合理的范圍之內(nèi)。

1.2 井眼尺寸

我們在合理控制井眼曲率的同時，還要合理控制井眼尺寸的大小，通常情況下，大尺寸的井眼控制難度較低，操作更加方便；小尺寸的井眼需要對鉆具有著更高的要求，操作比較困難，一旦出現(xiàn)井眼軌跡偏差就會影響鉆進(jìn)工作的有序開展。

1.3 鉆井液設(shè)計

定向井鉆井液是鉆井施工過程中的重中之重，主要的作用有以下幾點：首先，起到一定的潤滑和攜砂作業(yè)，避免鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象；然后，鉆井液可以降低定向井鉆柱拉伸與扭矩；最后，鉆井液中加入適當(dāng)?shù)臐櫥瑒┖?，會在套管表面形成保護(hù)。

1.4 造斜點的選擇

我們要根據(jù)地質(zhì)的情況選擇適當(dāng)?shù)脑煨秉c，通常情況下，造斜點的選擇要適當(dāng)?shù)販\一點，有效地降低地層鉆進(jìn)時的工作量和工作強度，產(chǎn)生的井眼軌跡也更加穩(wěn)定，鉆進(jìn)過程中機械設(shè)備的磨損程度也會適當(dāng)下降。

1.5 靶區(qū)形狀和范圍

靶區(qū)形狀和范圍的確定是一項十分復(fù)雜的工作，需要參考較多的數(shù)據(jù)參數(shù)，主要為地質(zhì)構(gòu)造、產(chǎn)層位置、油田油井的分布情況等，作業(yè)人員根據(jù)數(shù)據(jù)參數(shù)最終確定科學(xué)合理的靶區(qū)大小。一般情況下，靶區(qū)的形狀和范圍不能太小，會增加作業(yè)成本，增加方位調(diào)整的次數(shù)，產(chǎn)生的井眼軌跡也會存在較大的誤差。

2 鉆井方案優(yōu)化

2.1 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

井身結(jié)構(gòu)的合理性是定向井鉆井施工中的重點，水平方向上的位移延伸量隨著摩阻扭矩的增加也會隨之增加，可能會增加鉆進(jìn)施工過程中發(fā)生故障的幾率。我們根據(jù)大斜度井井身結(jié)構(gòu)的實際情況對其從一開、二開方面進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化，主要優(yōu)化的內(nèi)容為鉆頭尺寸、套管尺寸、井深、套管下入深度、環(huán)空水泥漿返深等方面。

2.2 井眼軌跡剖面優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)該油田開發(fā)中的實際情況，需要選擇不同的井眼軌跡剖面進(jìn)行優(yōu)化，通常情況下大斜度定向井井眼軌跡剖面主要選擇的是“直—增—穩(wěn)”三段井眼軌跡剖面和“直—增—穩(wěn)—降—穩(wěn)”五段進(jìn)井眼軌跡剖面進(jìn)行井眼軌跡的優(yōu)化設(shè)計。

3 大斜度井鉆井技術(shù)

3.1 井眼軌跡控制

3.1.1 增斜段井眼軌跡控制技術(shù)

想要進(jìn)一步地提升井眼軌優(yōu)化設(shè)計后的穩(wěn)定性及圓滑性，降低施工難度，減少施工工作量，我們以油田某大斜度井井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計為例，施工中造斜點的位置向上提升50m，井眼曲率更改為5°/30m，實現(xiàn)鉆井施工工作的更加方便、快捷，施工作業(yè)現(xiàn)場的可操作性更強。鉆壓在具體的鉆井施工過程中需要處于20～40kN之間，轉(zhuǎn)速40r/min左右，排量55L/s左右。螺桿在井下地層中的實際造斜率需要我們參照相應(yīng)的實際內(nèi)容來確定，精準(zhǔn)地記錄下每個連續(xù)單根的施工數(shù)據(jù)參數(shù)，根據(jù)最近兩個井斜方位的變化率可以準(zhǔn)確地測量出井底井斜方位。根據(jù)每個測點實際情況的不同，對每個測點進(jìn)行準(zhǔn)確的計算，井眼軌跡的控制可以通過復(fù)合鉆進(jìn)及滑動等方式來完成，井眼軌跡優(yōu)化后井深達(dá)到了760m左右，井斜角達(dá)到了70°左右，鉆進(jìn)工作開展十分順利。

3.1.2 穩(wěn)斜段軌跡控制技術(shù)

穩(wěn)斜鉆進(jìn)施工工作是鉆進(jìn)施工中需要重點完成的內(nèi)容，穩(wěn)斜段在具體的施工過程中主要使用的設(shè)備為0.75°的單彎雙扶正器螺桿，保障了在鉆井作業(yè)施工過程中的穩(wěn)定性。鉆頭我們使用的為四刀鉆頭，相比較五刀鉆頭，在鉆壓不變的情況下，破巖能力更強，同時機械鉆進(jìn)速度也更快。鉆壓在實際的施工過程中保持在20～50kN 范圍之內(nèi)，轉(zhuǎn)速達(dá)到40r/min 左右，排量達(dá)到38L/s左右。在實際鉆進(jìn)施工過程中，鉆具組合降斜率為2°/100m，我們按照每2～3 個單根的模式在實際的施工中向上定向提升2m，這樣的情況下我們可以有效地控制井斜角，保障其處于可控范圍之內(nèi)。良好的鉆具組合在實際的鉆進(jìn)施工作業(yè)中也有著重要的作用，可以保障良好的穩(wěn)斜率，我們可以根據(jù)實際情況對鉆進(jìn)參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，達(dá)到穩(wěn)斜的目的。

3.1.3 降斜段軌跡控制技術(shù)

降斜施工在井深達(dá)到1800m 時開始進(jìn)行，當(dāng)進(jìn)行降斜施工之前，需要更換MWD 儀器，同時想要保障科學(xué)合理的控制井眼軌跡，還要對鉆井施工的可操作性進(jìn)一步提升。在鉆進(jìn)施工過程中，主要使用的設(shè)備為1°的單彎單扶正器螺桿，鉆壓在實際的施工中要保持在20～50kN 的范圍之內(nèi)，轉(zhuǎn)速達(dá)到40r/min 左右，排量達(dá)到38L/s左右。經(jīng)過實際的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，通過對靶點與鉆井參數(shù)的比較，井眼軌跡控制滿足設(shè)計需求。

3.2 安全鉆井技術(shù)

3.2.1 井眼清潔技術(shù)

大斜度定向井鉆井施工過程中，井壁很容易受到巖屑重力的影響，產(chǎn)生巖屑沉淀現(xiàn)象，長時間的巖屑沉淀就會造成井下出現(xiàn)巖屑床，通常情況下大斜度井想要將巖屑進(jìn)行清理，難度比較大，上返的距離比較長，所以我們就要實時檢測施工作業(yè)過程中振動篩的返砂能力，加強鉆井液的攜砂能力，避免在井下產(chǎn)生巖屑床，影響井下鉆井施工工作的順利開展。一般我們可以采取以下幾點措施：首先，鉆井液的排量一定要滿足需求，具有較好的流動性，才能實現(xiàn)攜砂能力的提升。鉆井施工過程中排量要大于35L/s，環(huán)空上返的速度控制在1.5m/s 范圍，達(dá)到鉆井施工作業(yè)中紊流攜砂的目的。然后，巖屑的清除可以適當(dāng)?shù)厥褂靡恍┫冗M(jìn)、高效的機械設(shè)備，鉆井施工過程中，大斜度井的上返距離通常情況下都比較長，同時鉆井施工中產(chǎn)生的巖屑形狀為細(xì)碎狀，因此我們在對巖屑進(jìn)行清理時比較麻煩，想要有效解決巖屑清理問題，我們目前可以使用四級固控設(shè)備，主要為160目的震動篩，同時配合高速離心機，可以有效清除鉆井施工中的巖屑，達(dá)到井眼清潔的目的。

3.2.2 減小摩擦阻力降低扭矩

減摩阻降扭接頭在鉆井施工過程中的應(yīng)用，效果十分明顯，其裝置主要安裝在鉆桿的接頭位置，隨著芯軸、鉆桿一起旋轉(zhuǎn)，直接接觸套管與外套的內(nèi)壁，芯軸在轉(zhuǎn)動的過程中產(chǎn)生的摩擦阻力相對較小，同時在鉆井液中添加一定量的潤滑劑，起到了很好的潤滑作用，最大程度地保留了鉆井施工過程中扭矩傳遞能量，降低傳遞損失，降低了鉆井作業(yè)施工中與鉆桿產(chǎn)生的摩擦阻力。

想要降低鉆井施工過程中井壁與鉆柱之間的摩擦阻力，就是科學(xué)合理地調(diào)整泥漿性能，嚴(yán)格控制泥漿的失水率，達(dá)到泥漿餅厚度減少的目的，科學(xué)合理地控制摩阻扭矩，實現(xiàn)鉆井施工工作的順利開展。井眼的凈化、巖屑床的破壞，可以對井壁與鉆柱之間的摩擦系數(shù)控制在最小值，達(dá)到有效控制扭矩及摩擦阻力的目的。扭矩及摩擦阻力的變化是最直觀反映鉆井施工過程中井眼凈化程度變化的，通過觀察扭矩及摩擦阻力的變化可以對井眼凈化采取科學(xué)合理的措施。

3.2.3 井壁穩(wěn)定技術(shù)

井壁圍巖在大斜度定向井鉆井施工過程中，會受到來自切向、徑向、垂直方向上各種力的作用，同時還會受到抽吸壓力及剪切應(yīng)力的影響。我們以某油田大斜度定向井施工為例，在實際的鉆井施工過程中，我們將井眼失水量進(jìn)行科學(xué)合理的控制，保持在4mL的范圍內(nèi)，在此時的施工環(huán)境下，井壁上會形成泥餅，而泥餅有著薄而韌的特點，同時控制起下鉆的施工速度，我們需要將每柱起鉆時間控制在3min 以上，避免因為快速起鉆造成鉆井施工過程中井壁出現(xiàn)失穩(wěn)問題。

4 結(jié)束語

經(jīng)過以上的研究和分析發(fā)現(xiàn)，鉆井施工過程中，大斜度定向井鉆井施工難度比較大，所以靶區(qū)的形狀和范圍需要進(jìn)行嚴(yán)格的控制，我們再對鉆井施工進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的時候，需要參照整個流程，科學(xué)合理地選擇鉆井參數(shù)及鉆具組合，在鉆井施工的不同階段，需要采用不同的井眼軌跡控制技術(shù)，實現(xiàn)科學(xué)合理地對井眼軌跡進(jìn)行準(zhǔn)確控制，促進(jìn)大斜度定向井鉆井施工質(zhì)量和施工進(jìn)度的有序開展。