冀東油田深層大斜度井井眼軌跡控制技術(shù)研究與應(yīng)用

馬海云，張軍鋒，賀鐵柱，郭 華，郝文龍，戴南燕

(1.中國(guó)石油冀東油田分公司工程監(jiān)督中心,河北唐山 063200；2.中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司國(guó)際工程公司；3.中國(guó)石油渤海鉆探工程有限公司井下作業(yè)分公司)

冀東油田深層大斜度井剖面有五段制，雙增雙穩(wěn)和三段制等類型，在井眼軌跡控制過(guò)程中主要應(yīng)用導(dǎo)向鉆井和常規(guī)鉆具鉆井技術(shù)，關(guān)鍵是鉆具組合的選配和鉆井參數(shù)的設(shè)置。由于井深大(超過(guò)6 000 m)，井溫高(最高超過(guò)200 ℃)，鉆遇多套地層層系，并且探井、評(píng)價(jià)井要求鉆井液熒光控制等因素，在井眼軌跡控制過(guò)程中鉆具承受的摩阻、扭矩大,定向托壓嚴(yán)重，無(wú)法有效控制軌跡。為此，需要對(duì)導(dǎo)向鉆具和單扶鉆具的造斜特性進(jìn)行分析，并通過(guò)總結(jié)在實(shí)施過(guò)程中軌跡控制的具體情況，不斷優(yōu)化底部鉆具組合和鉆井參數(shù)，解決現(xiàn)場(chǎng)遇到的難題[1-3]。

1 現(xiàn)場(chǎng)深井軌跡控制施工分析

(1)對(duì)于深井(超過(guò)6 000 m)、水平位移大(超過(guò)4 000 m)的井，井眼清潔困難，鉆具摩阻、扭矩大，托壓嚴(yán)重，深層造斜困難；

(2)裸眼段長(zhǎng)，地層自然造斜、方位漂移嚴(yán)重，長(zhǎng)穩(wěn)斜段復(fù)合鉆比例低；

(3)井漏層位多，穿漏層無(wú)法使用導(dǎo)向鉆具，影響軌跡控制；

(4)Φ311.1 mm井眼完鉆井深均大于4 200 m，受設(shè)備限制，鉆井泵排量不能滿足要求，導(dǎo)致泥漿攜砂困難，存在井下安全隱患，MWD儀器信號(hào)輸出質(zhì)量差。

(5)深井、超深井、超深水平井深層側(cè)鉆難度大；

(6)井溫高(潛山試油最高達(dá)214℃)，對(duì)工具、儀器抗高溫性能要求高。

表1中幾口井的軌跡控制不好，扭矩大、穩(wěn)斜段自然造斜率高，穩(wěn)斜效果差。

表1 深井穩(wěn)斜段自然增、降斜情況

2 地層自然造斜和方位漂移規(guī)律

通過(guò)對(duì)NP3-20、NP3-80、NP3-19等完鉆井和NP3-81、NP3-82、NP36-P3001、NP36-P3002等正鉆井實(shí)鉆數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出地層自然造斜、方位漂移規(guī)律，見(jiàn)表2。

(1)新堡古2平臺(tái)三開(kāi)φ311.1 mm井眼垂深2 000～4 000 m井段一般地層規(guī)律為穩(wěn)斜；

表2 南堡3號(hào)構(gòu)造深井自然造斜和方位漂移規(guī)律

(2)東營(yíng)組地層215.9 mm井眼自然降斜力較強(qiáng)，自然降斜率在-(1°～ 1. 5°)/30 m；

(3)東營(yíng)組下部地層(井深≥4 100 m),215.9 mm井眼呈現(xiàn)增斜趨勢(shì)，1.25°馬達(dá)不加欠尺寸扶正器組合，實(shí)鉆效果為：0.5°/30 m；

(4)沙河街組215.9 mm井眼呈現(xiàn)增斜趨勢(shì)(0.5°～1°/3 0m)，1.25°馬達(dá)+209 mm欠尺寸組合，實(shí)鉆效果為0.3°/30 m；

(5)沙河街至徐莊地層215.9 mm井眼呈現(xiàn)降斜趨勢(shì)(-1°/30 m左右)；

(6)新堡古2平臺(tái)在設(shè)計(jì)方位90°以內(nèi)的各井，鉆井過(guò)程中實(shí)鉆軌跡左漂(0.5°～1°/30 m)。

3 解決措施和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

3.1 欠尺寸扶正器匹配

根據(jù)已鉆井施工經(jīng)驗(yàn)、地層自然造斜、方位漂移情況和欠扶組合受力分析結(jié)果，優(yōu)化欠尺寸扶正器的大小、形狀和安放位置，達(dá)到增斜、穩(wěn)斜和降斜的效果。不同井眼和井段匹配情況及軌跡控制現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果見(jiàn)表3。

表3 不同井眼和井段匹配情況及軌跡控制效果

3.2 常規(guī)單扶鉆具組合優(yōu)化應(yīng)用

3.2.1 常規(guī)單扶鉆具組合的使用條件

(1)南堡3號(hào)構(gòu)造地層容易發(fā)生嚴(yán)重井漏，導(dǎo)向鉆具無(wú)法實(shí)現(xiàn)隨鉆堵漏，如果發(fā)生失返性漏失，使用導(dǎo)向鉆具風(fēng)險(xiǎn)很大，容易發(fā)生井下復(fù)雜情況，因此使用常規(guī)單扶鉆具組合穿漏層井段；

(2)深層大段穩(wěn)斜段或降斜井段滑動(dòng)鉆進(jìn)托壓嚴(yán)重、工具面不穩(wěn)定，無(wú)法定向時(shí)，使用單扶鉆具組合實(shí)現(xiàn)軌跡控制；

(3)探潛山面之前使用單扶鉆具控制軌跡，避免之后發(fā)生井下復(fù)雜情況。

3.2.2 優(yōu)化南堡3號(hào)構(gòu)造單扶鉆具組合

針對(duì)南堡3號(hào)構(gòu)造深井多、井漏層位多，井下復(fù)雜的情況，按照在該區(qū)塊統(tǒng)計(jì)分析的自然造斜和方位漂移規(guī)律，通過(guò)優(yōu)化單扶尺寸與鉆頭的距離，調(diào)整鉆頭側(cè)向力，實(shí)現(xiàn)軌跡控制要求。優(yōu)化的單扶鉆具組合如下：

穩(wěn)斜鉆具組合：φ215.9 mm鉆頭+浮閥+φ158 mm短鉆鋌×1根(2～3 m)+φ212 mm扶正器+φ158 mm無(wú)磁鉆鋌×2根+φ208 mm扶正器+φ127 mm加重鉆桿+φ127 mm鉆桿+φ139.7 mm鉆桿。

微降鉆具組合:φ215.9 mm鉆頭+浮閥+φ158 mm短鉆鋌×1根(2.7～5m)+φ212 mm扶正器+φ158 mm無(wú)磁鉆鋌×2根+φ127 mm加重鉆桿+φ127 mm鉆桿+φ139.7 mm鉆桿。

強(qiáng)增鉆具組合：215.9 mm鉆頭×0.3 m+214 mm雙母穩(wěn)定器×1.74 m+浮閥×0.59 m+ MWD短節(jié)×0.6 m+165無(wú)磁鉆鋌×17.96 m +165 mm鉆鋌+139.7 mm加重鉆桿+139.7 mm鉆桿。

3.2.3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

(1) 應(yīng)用常規(guī)單扶增斜組合克服機(jī)泵條件不足的問(wèn)題。NP36-P3001井造斜點(diǎn)在4 015 m，三開(kāi)311.1 mm井眼鉆進(jìn)至井深4 001 m時(shí)，裸眼段長(zhǎng)達(dá)到2 000 m，泵壓達(dá)到額定泵壓22 MPa時(shí)循環(huán)排量不足40 L/s，機(jī)泵條件不能滿足施工要求。因此，采用單扶增斜鉆具組合，提高循環(huán)排量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)增斜目的。鉆具組合：311.1 mm鉆頭+310 mm雙母扶正器+203 mm無(wú)磁鉆鋌+無(wú)磁短節(jié)+203 mm無(wú)磁鉆鋌+203 mm鉆鋌×2根+139.7 mm加重鉆桿×21根+139.7 mm鉆桿。該鉆具組合鉆進(jìn)至三開(kāi)中完井深4 115 m井斜增至設(shè)計(jì)要求。軌跡控制情況見(jiàn)表4。

表4 NP36-P3001井造斜段單扶鉆具控制軌跡

(2) 應(yīng)用常規(guī)增斜組合克服機(jī)速慢定向托壓?jiǎn)栴}。NP36-P3001井四開(kāi)4 115～4 555 m沙河街組井段段長(zhǎng)440 m,由于定向托壓嚴(yán)重，導(dǎo)向鉆具無(wú)法定向，且泵壓高。因此，采用優(yōu)化使用常規(guī)增斜鉆具組合實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)增斜要求，根據(jù)方位漂移規(guī)律，調(diào)整轉(zhuǎn)速40～85 r/min，實(shí)現(xiàn)方位控制。該鉆具組合為215.9 mm鉆頭×0.3 m+214 mm雙母穩(wěn)定器×1.74 m+浮閥×0.59 m+ MWD短節(jié)×0.6 m+165無(wú)磁鉆鋌×17.96 m +204 mm欠尺寸穩(wěn)定器×1.55 m+165 mm鉆鋌×27.36 m+139.7 mm加重鉆桿+139.7 mm鉆桿。

4 南堡3號(hào)構(gòu)造深井穩(wěn)斜段軌跡控制效果

通過(guò)井眼控制技術(shù)的應(yīng)用，南堡3號(hào)構(gòu)造深井穩(wěn)斜段復(fù)合鉆比例大大提高，同時(shí)，機(jī)械鉆速明顯提高，井眼軌跡圓滑，降低了托壓等軌跡控制難度，為后期施工創(chuàng)造了良好的井眼環(huán)境。井眼軌跡控制效果見(jiàn)表5。

5 結(jié)論與建議

(1) 導(dǎo)向鉆具欠尺寸扶正器與地層匹配技術(shù)和優(yōu)化的單扶鉆具組合的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)深層大斜度井深部井段的井眼軌跡控制，大大提高深井長(zhǎng)穩(wěn)斜段的復(fù)合鉆比例，降低了井眼曲率和卡鉆、測(cè)井阻卡等復(fù)雜情況的發(fā)生，提高了鉆井整體經(jīng)濟(jì)效益。

(2) 優(yōu)化的常規(guī)單扶鉆具組合的使用，在實(shí)現(xiàn)深井易井漏等復(fù)雜井段的井眼軌跡控制的同時(shí)，能隨鉆防漏、堵漏施工，避免了井下復(fù)雜情況和埋儀器、井控安全等風(fēng)險(xiǎn)。

(3) 深層大斜度井的井眼軌跡控制是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，不能只靠導(dǎo)向和單扶鉆具進(jìn)行井眼軌跡控制，還需要各方的協(xié)調(diào)配合，需要優(yōu)化剖面設(shè)計(jì)、優(yōu)化鉆井液體系和研究抗更高溫度的螺桿和測(cè)斜儀器，來(lái)共同實(shí)現(xiàn)井眼軌跡控制。

(4) 不同區(qū)塊、不同方向的地層自然造斜和方位漂移規(guī)律不一樣，建議下步對(duì)不同區(qū)塊，不同方向的鉆井井眼軌跡控制開(kāi)展針對(duì)性的研究。

[1] 李繼豐.導(dǎo)向鉆井技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].采油工程,2005,(4):3-5.

[2] 樓一珊.柔性鐘擺鉆具糾斜的理論分析[J].鉆采工藝,1996,19(5):12-13.

[3] 白家祉,蘇義腦.井斜控制理論與實(shí)踐[M].山東東營(yíng):石油大學(xué)出版社,1990：98-106.