旋轉導向鉆井技術在昌吉油田JHW007水平井中的應用

張瑞平,徐廣飛,張宏阜,李焱坤,師 鋒

(中國石油西部鉆探定向井技術服務公司，新疆烏魯木齊 830026)

JHW007水平井位于準噶爾盆地東部隆起昌吉油田吉木薩爾吉174 井區致密油藏A 區，目的層為二疊系蘆草溝組。儲層巖性以云質粉細砂巖和白云巖為主，儲層厚度較大(跨度30～40 m)，發育多套含油薄砂層，儲層物性為中低孔特低滲，原油密度相對較大。優化水平井鉆井方案，延伸水平段長度和提高機械鉆速是昌吉油田致密油藏規模化開發的關鍵鉆井技術。

1 旋轉導向系統(PD)介紹

1.1 工作原理

旋轉導向鉆井系統(PD)由導向系統、控制系統和供電系統三部分組成。開泵后，PD井下發電機發電，測量系統測量到井底的井斜和方位，然后按照地面工程師的要求把其內部的電子控制部分指定在某一方位上，從而實現無論鉆柱如何旋轉，鉆頭始終對準所需的方位上，如需調整方位角，地面工程師給井下PD發送命令，泥漿首先通過導流閥分流，然后流向轉到該方向上的某個推力塊A，在泥漿壓力作用下推力塊A伸出，推擠井壁，井壁對鉆頭產生一個反作用力，從而把鉆頭推向地面工程師所需的方位。該推力塊A轉過這個位置后，泥漿的液壓作用就轉向下一個推力塊B，從而推力塊B伸出，推力塊A在井壁的擠壓下縮回去，周而復始，實現旋轉導向鉆進。

1.2 旋轉導向系統特點

(1)鉆柱旋轉時可進行導向鉆井 (100% 旋轉)，與常規螺桿鉆具相比，消除了滑動鉆進時的拖壓問題，提高機械鉆速，并且井眼平滑規則，降低卡鉆風險。

(2)可以使用較高的轉速旋轉進行導向鉆進，提高了井眼清潔效率，降低了巖屑床堆積的可能性。

(3)可用于大位移定向井、大斜度井、長水平段水平井鉆進。

(4)利用馬達推動PD，再配合PDC鉆頭，加大扭矩和轉速，更進一步提高鉆速。

(5)旋轉導向系統(PD)的局限性是全角變化率受地層影響比較明顯，造斜率不穩定(沒有螺桿鉆具穩定)，PD工作性能衰減的速度較快。JHW007井在入井使用100小時后，工作能力下降較大。

2 JHW007井施工難點和軌跡控制

2.1 施工技術難點

(1)水平段地層主要以泥巖、泥砂夾層為主，裸眼段較長，滑動鉆進摩阻大，托壓嚴重，井眼質量要求高，這些因素極大限制了機械鉆速和鉆井深度。

(2)滑動鉆井時巖屑攜帶困難，導致井眼凈化不良，使得定向過程容易發生粘卡。

(3)三維繞障水平井的軌跡控制和井眼防碰技術要求高。

(4)地層可鉆性差，機械鉆速低，鉆頭選型難度大。通過已完成井的鉆頭使用情況，優選鉆頭類型、形成適用于該區塊致密地層的PDC鉆頭是提高鉆速的關鍵。

2.2 技術措施

(1)針對長裸眼水平段鉆井的施工難題，本井使用旋轉導向系統很好地解決了井眼清潔、鉆壓傳遞、滑動定向、機械鉆速低等問題。鉆進過程中鉆具在不停的旋轉，大大降低井下復雜的發生。

(2)經分析已完成水平井的鉆頭使用情況，決定該井造斜段的兩趟鉆分別選用史密斯的φ215.9 mm牙輪鉆頭(GF20ODPS)和φ215.9 mmPDC鉆頭(SDi516MHUPX)；三開水平段選用史密斯的φ152.4 mm PDC鉆頭(MDi516UBPX4)完成。

2.3 JHW007水平井軌跡控制技術

2.3.1 JHW007井身結構介紹

一開：用φ444.5 mm鉆頭鉆至井深500 m，下入φ339.7 mm套管封住上部疏松含礫石地層。

二開：用φ241.3 mm鉆頭鉆穿沙灣組至井深2 400 m；然后用φ215.9 mm鉆頭鉆穿梧桐溝組至井深3 216 m(采用復合井眼)，下入φ177.8 mm套管。

三開：用φ152.4 mm鉆頭鉆至完鉆井深4 598 m，裸眼完井。

2.3.2 JHW007水平井軌跡控制

根據昌吉油田二疊系蘆草溝組致密油藏總體開發部署，開展“工廠化”作業模式，在A區建立了三個叢式水平井鉆井平臺。JHW007井是2號平臺的一口三維繞障水平井，井身剖面設計為“五段制”(見表1)，繞障距離為115 m。該井設計三維繞障扭方位井段分布在φ215.9 mm和φ152.4 mm井眼中，為了避免在大井斜井段和小井眼中扭方位，以及保障后續施工的順利，對井身剖面進行優化，對造斜段的扭方位設計進行調整，把扭方位井段全部提到φ215.9 mm井眼中完成，在二開完鉆前把方位調整到位，并將該井段用技套封固，降低三開水平段鉆進摩阻，提高機械鉆速。為了修正直井段鉆進過程中產生井底位移漂移量，降低φ215.9 mm井眼造斜井段的狗腿度，決定造斜點上提至2 700 m，使之狗腿度能夠滿足后期施工要求。

表1 井身剖面設計數據

3 JHW007水平井施工簡況

JHW007井于2013年5月10日一開鉆進， 2013年5月28日由造斜點2 700 m開始鉆進， 6月8日鉆至井深3 216 m完成造斜段施工。6月20日使用Schlumberge公司的旋轉導向鉆井系統PowerDrive(簡稱PD)開始三開鉆進； 6月30日鉆至井深4 598 m完鉆，水平段長度1 380 m。

JHW007水平井在井深2 700 m開始造斜鉆進，造斜段進尺516 m，純鉆時間154.7 h，平均機械鉆速3.34 m/h。造斜段實際工期11.1 d，設計造斜段工期25 d，節約工期13.9 d。三開水平段鉆至井深4 598 m完鉆，進尺1 380 m，純鉆時間126.54 h，三開施工工期10.67 d，設計工期27天，節約工期16.33 d。該井三開水平段使用旋轉導向(PD)一趟鉆完成，平均機械鉆速達到8.83 m/h，較該區塊目前平均機械鉆速提高了264%。

三開水平段旋轉導向鉆具組合：φ152 mmPDC 鉆頭×0.2m+φ120mmPD旋轉導向×5.49m+φ120mmMWD 短接×4.5m+φ120mm 無磁鉆桿×9.48m+φ101.6mm 加重鉆桿×3根+φ101.6mm 斜坡鉆桿×90根+φ121mm 隨鉆震擊器+φ121mm 軟短接×3.1m+φ101.6 加重鉆桿×15 根+φ101.6mm 鉆桿。

鉆井參數：鉆壓:40～60 kN，排量:13～15 L/s，泵壓:18.8～30 MPa，轉盤轉速:70～90 r/min。

4 結論與認識

(1)該井水平段鉆進中使用旋轉導向系統，大大提高了機械鉆速，降低了鉆井成本，創造了昌吉油田致密油藏水平井鉆井指標新紀錄。

(2)PD使用全復合的鉆進方式，不再受托壓、摩阻增大的影響，使定向工程操作更為簡單，能在復合鉆進過程中實現工具面的調整。

(3)旋轉導向系統鉆井參數的要求比較嚴格，鉆井過程中要嚴格執行操作規程要求，提高儀器的使用效率。

(4)旋轉導向系統在該井的成功應用，為今后昌吉油田致密油藏鉆進更長水平段(≥2 000 m)的水平井提供了借鑒和參考。

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