易漏失定向井優(yōu)快鉆井技術(shù)研究與應(yīng)用

張韓偉

摘要：在定向井鉆井現(xiàn)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(fā)生鉆井液的漏失。施工井區(qū)在定向施工過程中井漏問題突出，個別井井漏嚴(yán)重，不得不采取注灰措施，嚴(yán)重制約機(jī)械鉆速。通過對井區(qū)井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化，加深技套下入深度，井漏復(fù)雜明顯降低，提高了鉆井效率。對井區(qū)井眼軌道進(jìn)行優(yōu)化，造斜點位置下移，減少軌跡控制段長度，增加復(fù)合鉆比例，提高機(jī)械鉆速。對井區(qū)鉆頭進(jìn)行優(yōu)選，單趟進(jìn)尺和平均機(jī)械鉆速均得到有效提升?，F(xiàn)場表明：井區(qū)定向井優(yōu)快鉆井技術(shù)解決該區(qū)域地層漏失問題，三疊系機(jī)械鉆速得到有效提升，實現(xiàn)一趟鉆鉆完直井段、造斜段、穩(wěn)斜段。

關(guān)鍵詞：海上油田；定向井；優(yōu)快鉆井；井身結(jié)構(gòu)；軌跡控制；機(jī)械鉆速

1鉆井技術(shù)難點

（1）不整合接觸，地層承壓能力低，井漏問題突出，嚴(yán)重制約機(jī)械鉆速；（2）三疊系下部地層均質(zhì)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(qū)造斜點位置較深，PDC鉆頭定向過程中工具面不穩(wěn)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(jié)構(gòu)優(yōu)化

井身結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)系到鉆井施工的安全順利，合理的井身結(jié)構(gòu)能最大限度地避免漏、噴、塌、卡等鉆井事故的發(fā)生，可提高鉆井的經(jīng)濟(jì)效益。在進(jìn)行井身結(jié)構(gòu)設(shè)計時，以平衡地層孔隙壓力、防止壓漏地層為主要指導(dǎo)思想，綜合考慮鉆井設(shè)備狀況、鉆井工藝技術(shù)水平及

施工能力等因素，對井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。井區(qū)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(xiàn)不同程度的井漏，嚴(yán)重制約著機(jī)械鉆速。斷塊井身結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)優(yōu)化，優(yōu)化技套下入深度，施工時鉆穿白堿灘組中部砂巖進(jìn)人穩(wěn)定泥巖后中完，封固白堿灘組易漏砂巖層位，為后續(xù)定向施工提供安全保障。通過對技套下入深度進(jìn)行優(yōu)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(xiàn)井漏情況，大大減少了井漏復(fù)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(yōu)化

井眼軌道是指一口井開鉆之前，預(yù)先設(shè)計的井眼軸線形狀。在定向井施工之前，首先要考慮地質(zhì)條件、鉆井目的的要求、鉆井工藝技術(shù)和施工技術(shù)水平等的實際情況，設(shè)計出該井的井眼軌道，為鉆井施工提供理論依據(jù)。井眼軌道優(yōu)化有利于鉆井提速、提效，能夠減少井下鉆具的摩阻扭矩，優(yōu)化時需要綜合考慮設(shè)計井深、層位、巖性、地層壓力等多種因素。井眼軌道優(yōu)化主要遵循以下幾個方面的優(yōu)化原則：剖面簡單，利于鉆井施工作業(yè)；造斜點、造斜井段地層穩(wěn)定；井眼曲率變化均勻；利用地層自然造斜規(guī)律。井區(qū)選擇三段制井眼軌道，剖面類型為直一增一穩(wěn)結(jié)構(gòu)，根據(jù)斷塊的施工情況，將造斜點下移由原來的3128m下移至3455m。相應(yīng)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(yōu)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(jù)所鉆地層的巖石力學(xué)性能分析，來推薦最優(yōu)的鉆頭，這種方法主要適用于探井；二是根據(jù)區(qū)域已鉆井的鉆頭使用情況分析，綜合優(yōu)選出合適的鉆頭。井區(qū)已在斷塊打了10口定向井，共使用了不同廠家鉆頭，經(jīng)過對比分析，A鉆頭在機(jī)械鉆速和工具面穩(wěn)定方面均有較好的效果。針對井區(qū)提出一趟鉆的要求，對該鉆頭進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。優(yōu)選高強(qiáng)度13mm復(fù)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(qiáng)度；增加了刀翼之間的排屑槽面積，優(yōu)化直刀翼防卡設(shè)計；在鉆頭保徑處增加切削齒，增強(qiáng)保徑強(qiáng)度，同時能夠進(jìn)一步破碎巖石掉塊；鉆頭頂部設(shè)計為淺內(nèi)錐，增加了PDC鉆頭在定向時工具面的穩(wěn)定性，提高鉆頭定向造效果。通過鉆頭優(yōu)化，整體機(jī)械鉆速（見表3）得到有效提升，三開斜井段機(jī)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(jìn)尺有原來的195m提高到411m。

4軌跡控制技術(shù)

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(shè)計軌跡方向鉆進(jìn)直至人靶。定向井軌跡控制技術(shù)主要包含3個方面，直井段軌跡控制技術(shù)、造斜段軌跡控制技術(shù)和穩(wěn)斜段軌跡控制技術(shù)。

4.1直井段軌跡控制技術(shù)

直井段軌跡控制不但要追求機(jī)械鉆速的提升，而且要保證優(yōu)質(zhì)的井身質(zhì)量，即直井段井斜角、井斜變化率、并底水平位移滿足設(shè)計要求。三開時下入螺桿鉆具和隨鉆測量儀器，鉆進(jìn)過程中隨鉆測量儀器監(jiān)控軌跡變化情況，若出現(xiàn)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(zhì)量合格，為下步定向施工做好準(zhǔn)備。

4.2造斜段軌跡控制技術(shù)

造斜段軌跡控制要在施工前優(yōu)選好造斜工具和鉆具組合，一般工具選取的造斜能力比設(shè)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(shè)計造斜要求。在定向鉆進(jìn)過程中需要根據(jù)實鉆軌跡計算出井下鉆具組合的實際造斜能力，并且預(yù)測出鉆頭處的井斜角、方位角，便于對待鉆軌跡進(jìn)行優(yōu)化。自然參數(shù)法是軌跡預(yù)測中用于定曲率預(yù)測模型的一種，這種方法是假設(shè)井斜變化率和方位變化率分別保持為常數(shù)，并且等于最后側(cè)段內(nèi)的平均值。

5 結(jié)論

針對井區(qū)三疊系上部漏失嚴(yán)重、三疊系下部地層均質(zhì)性差、含不等徑礫巖、機(jī)械鉆速低的工程技術(shù)難點，開展了井區(qū)定向井優(yōu)快鉆井技術(shù)研究。通過優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)，優(yōu)化井眼軌道，優(yōu)選抗研磨、抗沖擊PDC鉆頭，開展提速工具試驗，形成井區(qū)優(yōu)快鉆井技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[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(shù). 2016（05）