樁海10A-1井深井軌跡控制技術總結

李志強（長江大學研究生院,湖北　荊州　434023?。?/p>

樁海10A-1井深井軌跡控制技術總結

李志強
（長江大學研究生院,湖北荊州434023）

摘要：樁海10A-1井是一口中石化重點井，位于渤海灣盆地埕寧隆起埕北低凸起東南部樁海10潛山南部低部位，完井井深4723m，最大井斜23.7°，是一口深井定向井，完鉆層位下古生界。施工中，二開大井眼（Φ346.1mm）井段托壓嚴重，定向困難，三開（Φ241.3mm）井段巖性變化較大，不易穩斜，四開小井眼（Φ149.2mm）井段套管間隙小，未使用動力鉆具，常規鉆具控制軌跡效果理想。本文通過分析施工過程中的軌跡控制，總結了幾點深井軌跡控制技術的經驗教訓，為同類型井施工提供參考。

關鍵詞：樁海10A-1井；樁海；渤海灣；深井；軌跡控制；經驗

1　基本情況

樁海10A-1井是一口定向評價井，位于渤海灣盆地埕寧隆起埕北低凸起東南部樁海10潛山南部低部位，設計井深4839.15m。實際完鉆井深4723.00m，完鉆層位為下古生界，篩管完井。

1.1井身結構

隔水管樁入63米，外徑1000mm，一開660.4mm井深516m，508mm下入508m，二開346.1mm鉆頭，井深2455m，273.1mm套管下入2452.17m，三開241.3mm鉆頭，井深4256.5m，177.8mm套管下入4254.86m，四開149.2mm鉆頭，井深4723m，114.3mm套管下入4208.45m。

1.2地質分層

樁海10A-1井井口位于樁海10井井口方位140.4°，距離64.6m處，構造位置為埕寧隆起埕北低凸起東南部樁海10潛山，位于樁西、埕島和長堤三個潛山披覆構造帶的結合部位，勘探面積大約160km2，處于多個斷裂體系的結合部位。

其中的平原組垂直厚度502米，巖性以灰黃色粘土及松散砂巖互層；明化鎮組垂直厚度847.38米，巖性以灰白色粗砂巖為主；館陶組垂直厚度513.86米，巖性以灰白色砂礫巖、棕黃色泥巖、灰色細礫巖為主；東營組垂直深度707.78米，巖性以含礫細砂巖、灰色泥巖、淺灰色細砂巖不等厚互層；沙河街垂直厚度148.36米，巖性以深灰色泥巖、油泥巖、油頁巖，大套淺灰色細砂巖、含礫細砂巖夾灰色、紫紅色泥巖；中生界垂直厚度837.36米，巖性以淺灰色細砂、含礫細砂巖與灰色、紫紅色泥巖；八陡組垂直厚度52.25米，巖性以灰色灰巖、泥灰巖，淺灰黃色灰巖夾薄層灰色、深灰色泥巖；馬家溝組垂直厚度304.72米，巖性以淺灰黃色灰巖、淺灰色灰質白云巖夾薄層深灰色泥巖；冶里亮甲山組垂直厚度78.92米，巖性以淺灰色灰巖夾薄層深灰色泥巖；下古生界垂直厚度4.6米，巖性以大套淺灰色白云巖。

2　施工難點

深井井身結構層次相對較多，上部井段井眼較大，下部井段井段較長，都給施工帶來了困難，其中有幾點難點如下：

（1）摩阻對軌跡的影響。二開大井眼（Φ346.1mm）返砂不理想，造成摩阻較大，三開隨著井深增加，摩阻也隨之增大，使定向鉆進困難，定向成功率低；

（2）鉆頭類型對軌跡的影響。PDC和牙輪外形不同，破巖機理不同，在使用過程中對軌跡影響不同，合理選擇鉆頭至關重要；

（3）地層對軌跡的影響。本井在不同地層中鉆進，巖性有泥巖、砂巖、灰巖和礫巖，對鉆頭產生的反作用力不同，使得不同地層中定向鉆進效果也不同。

3　施工過程中技術難點分析

3.1摩阻分析

二開井眼較大，環空返速達不到理想返速值1.13m/s，造成返砂不完全。隨著井深的增加，排量逐漸減少，泵壓逐漸增大，這是由于返砂不完全，隨著井深的增加，環空壓耗逐漸增加，泵壓也隨之增大，限制了排量，使排量逐漸減小，返速更低，返砂更不好，形成惡性循環，隨著井深的增加，這種現象越來越明顯，直接導致摩阻增加。

三開井段隨著井深的增加，鉆具與套管、井壁間的接觸增大，摩阻也相應的增加。

以上情況都是直接導致了定向時托壓嚴重，實際操作過程中，下壓到20t，鉆頭仍不能作用井底。

3.2鉆頭類型影響

對比使用PDC的1513-1670m井段和使用牙輪鉆頭的1670-1836m井段，同樣的鉆具組合，同是館上段地層，巖性以砂泥互層。在使用效果上卻截然不同:

1513-1670m使用PDC定向時，定向過程頻繁托壓，工具面不穩，效果較差，井斜降↘0.08o/30m；

1670-1836m使用牙輪定向時，托壓現象明顯減少，工具面穩定，，定向效果明顯，166m井斜降↘3.16o，平均↘0.57o/30m；

原因分析：

一是：牙輪與PDC的破巖機理不同，PDC主要是切削，鉆進時平穩，而牙輪鉆頭是沖擊、碾壓。牙輪鉆頭工作時，會產生軸向振動，主要有兩方面造成的。一方面是牙齒與井底的接觸是單齒、雙齒交替進行的，單齒著地時，牙輪的輪心處于最高位置，雙齒著地時則輪心下降。牙輪在轉動過程中，輪心位置不斷上下變換，使鉆頭沿軸向作上下往復運動，這就產生了軸向振動，振動的頻率與牙輪齒數及牙輪轉速成正比。在旋轉鉆井中，鉆頭縱振頻率一般為100～500次/min。另一方面，由于井底不平，鉆頭產生振幅較大的低頻振動，頻率一般低于50次/min。鉆頭軸向振動引起整個鉆具的軸向振動，從而使鉆具不易吸附井壁，減少了定向過程因鉆具不轉動而產生的摩阻；

二是：牙輪鉆頭與PDC鉆頭的結構不同。PDC上的切削齒是固定的，在工作時，遇可鉆性好的砂巖，切削較容易，產生的扭矩較小，而遇可鉆稍差的泥巖時，由于泥巖塑性較高，切削齒吃入少了，切不到，吃入多了，就會阻力大，甚至切不動，這就使扭矩變大。在本井館上段砂泥互層段鉆進，PDC扭矩波動較大，造成定向時反扭矩角也隨之出現大的波動，導致工具面的波動，定向困難；而牙輪鉆頭由于牙輪的自轉，工作時切削齒交替接觸井底，破巖扭矩小，切削齒與井底接觸面積小，扭矩波動較小，反扭矩角相對波動也較小，體現在定向過程中工具面穩定，定向效果好。

3.3地層因素分析

346.1mmSKH517G牙輪鉆頭鉆遇館上段與館下段，同樣的鉆具組合，在不同的地層中呈現出了不同的定向效果。地層描述如下：館上段（1350-1884m）上部以泥巖為主夾細砂巖、粉砂巖，下部為厚層細砂巖、中砂巖夾薄層泥巖；館下段（1884-2442m）上部以泥巖為主，夾含礫砂巖、粗砂巖、細砂巖、粉砂巖，下部為厚層礫狀砂巖（底礫巖）；

館上段與館下段使用效果如下：

館上段：1670-1836m，定向全力降斜，每柱定向兩根或兩根半，到后來每柱定1根或1根半，托壓現象明顯減少，工具面穩定，定向效果明顯，166m井斜降↘3.16o，平均↘0.57o/30m；

館下段：定向托壓嚴重，泥砂互層造成，工具面不穩，需反復調整，定向效果差，井斜增長↗0.6o/30m，方位↗1.4o/30m；

原因分析：主要原因是由于地層均質程度不同造成的，在館上段中雖是泥砂互層，但砂巖主要是粉砂、細砂，粒徑在0.01-0.25mm，與泥巖粒徑偏差較小，地層較均質，在此井段鉆進時鉆時相差不大；而在館下段井段中，因地層含有礫石，砂巖也有粗砂巖到粉砂巖不等，粒徑相差較大的巖性混雜在一起，造成地層不均質，鉆進時鉆時波動較大。

4　經驗及認識

通過以上的分析我們可以得出如下的結論

（1）二開初始階段使用牙輪較好。從實際使用來看，同地層中1513-1670mPDC鉆頭平均鉆速10.62m/h，1670-1838m牙輪鉆頭平均鉆速11.08m/h。由此可見鉆速相差不大，但就定向效果來看，牙輪鉆頭更有利于初始階段的造斜、穩斜；

（2）二開大井眼段施工時，每鉆進完一柱后，劃眼2-3遍，延長循環時間，增加巖屑上返時間。定向前，進行循環，減少環空內的巖屑含量，有利于減少托壓現象；

（3）進入館上段前，將井身軌跡調整好，更換一只新的牙輪鉆頭，以復合鉆進鉆穿館下段，避免在館下段進行定向作業；從本井實際應用來看，SKH517G鉆頭鉆穿館底礫巖后，起出新度75%，完全滿足鉆穿館底礫巖的需要；

（4）中途調整軌跡前，適當循環一段時間，泥漿上加入適當的潤滑劑，可使用定向過程更加順利；

（5）不同地層巖性對定向效果影響，同樣鉆壓4t的情況下，在砂巖段工具面的反扭角為130度，而在泥巖段反扭角為330度，致使在砂泥互層井段進行定向時，會出現工具面不穩定，增加了定向的難度。

參考文獻：

[1]李克向.鉆井手冊[S].北京:石油工業出版社,1990.

[2]周全興.鉆井工具使用手冊[S].北京:科學出版社,1990.

[3]鉆井工藝研究院.樁海10A-1井鉆井工程設計[J].2013.

[4]勝利石油管理局地質錄井公司.樁海10A-1井鉆井地質設計[J]. 2013.

[5]勝利海洋鉆井公司工程技術科.樁海10A-1井施工策劃[S].2013.

作者簡介：李志強（1972-），男，山東淄博人，高級工程師，主要從事：海上石油勘探開發工作。