太原工區(qū)定向井技術(shù)淺談

王 韜

太原工區(qū)定向井技術(shù)淺談

王 韜

自20世紀(jì)70年代以來(lái)太原盆地中南部，在奧陶系碳酸鹽巖地層發(fā)現(xiàn)了地?zé)豳Y源，這給清潔、環(huán)保、可持續(xù)的地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)提供了巨大開(kāi)發(fā)空間。以為太原經(jīng)濟(jì)區(qū)為中心供暖的地?zé)峋畱?yīng)用而生，其定向井技術(shù)也得以探索開(kāi)發(fā)。下面以兩口已完鉆定向井為例，從優(yōu)化定向施工設(shè)計(jì)、鉆具組合、地層巖性、鉆頭選型方面作以分析。目前，該工區(qū)的鉆井周期從開(kāi)始的超過(guò)設(shè)計(jì)周期到現(xiàn)在的節(jié)約周期，證明這些技術(shù)可行，并且值得推廣。

定向井；優(yōu)化施工設(shè)計(jì)；鉆具組合；鉆頭選型

由于太原市的南移開(kāi)發(fā)，南部地區(qū)離主城區(qū)較遠(yuǎn)，城市供熱能源缺乏，太原盆地的第一口探井TD-1井，揭露了奧陶系和寒武系兩套碳酸鹽熱儲(chǔ)層。由于城市規(guī)劃，集中供暖，開(kāi)發(fā)需求，在城中建立供暖設(shè)施，從儲(chǔ)熱層獲取能源，促使了太原定向井的發(fā)展。一般在一個(gè)平臺(tái)建立4～6口地?zé)峋?，保證周邊建筑的供暖需求，從井口到儲(chǔ)熱層的水平位移一般要達(dá)到800m以上，而且需要中雙靶，這就需要合理設(shè)計(jì)井眼軌跡，所以采用二維定向井就可以滿足要求。

1 TD-2井及西-GXWL-2井的基本情況和難點(diǎn)分析

1.1 基本數(shù)據(jù)

表1 TD2井和西-GXWL-2井的基本數(shù)據(jù)

TD-2井設(shè)計(jì)剖面類型：直-增-穩(wěn)-降；西-GXWL-2井設(shè)計(jì)剖面類型為：直-增-穩(wěn)。

1.2 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

表2 西-GXWL-2井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表

1.3 施工難點(diǎn)分析

造斜點(diǎn)較淺、造斜段較短以及穩(wěn)斜段很長(zhǎng)（約1 800m）的情況會(huì)導(dǎo)致全井摩阻偏大，造成井下安全施工風(fēng)險(xiǎn)。較長(zhǎng)的穩(wěn)斜段控制，使怎樣穩(wěn)斜成為后期施工的難點(diǎn)。通過(guò)者兩口定向井的施工，對(duì)幾種不同鉆具組合的探索，最終達(dá)到了預(yù)期的穩(wěn)斜效果，減少了約1/3的定向工作量。下文將具體介紹這些優(yōu)化措施。

2 優(yōu)化施工措施

2.1 地層巖性特征

通過(guò)造斜段可鉆性差的層位砂樣分析，位于劉家溝下部地層巖性為細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖間夾紫紅色泥巖，在TD-2井的該層位含有少量石英砂，可鉆性差，不利于定向施工。

2.2 優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)

由于該區(qū)塊的鉆井工程設(shè)計(jì)的造斜段包含了可鉆性差的劉家溝下部地層，鉆至該地層后鉆頭主切削齒經(jīng)常嚴(yán)重磨損，甚至報(bào)廢鉆頭，使得定向施工困難，造斜率也往往達(dá)不到要求。針對(duì)此問(wèn)題，可將設(shè)計(jì)剖面改為直-增-穩(wěn)-增-穩(wěn)，把可鉆性差的井段設(shè)計(jì)為穩(wěn)斜鉆進(jìn)，這樣就避免了在該位置定向施工困難問(wèn)題。

2.3 優(yōu)選鉆頭

鉆頭是鉆井過(guò)程中接觸井底的工具，質(zhì)量?jī)?yōu)良又與適應(yīng)地層的鉆頭是鉆井機(jī)械鉆速的根本保證。針對(duì)在該區(qū)塊造斜段含有可鉆性差地層，第一只定向鉆頭必須選擇抗磨性的胎體的PDC鉆頭，當(dāng)鉆至劉家溝下部，通過(guò)復(fù)合鉆穿過(guò)該地層后，可更為換鋼體的PDC鉆頭。

在二開(kāi)311.2mm井眼，通過(guò)試用不同廠家，不同型號(hào)的鉆頭，得出以下結(jié)論：

江鉆PDC鉆頭配合江鉆螺桿，造斜率較高，能達(dá)到0.16 （°）/m左右，但是其耐磨性不及深遠(yuǎn)和迪普的PDC鉆頭，在TD-2井整個(gè)二開(kāi)井段共用5只PDC鉆頭。特別是在劉家溝組報(bào)廢一只型號(hào)為KSD1662DGR的鋼體PDC鉆頭以及嚴(yán)重磨損一只型號(hào)為KM1652AR的胎體PDC鉆頭。

四川深遠(yuǎn)和迪普的PDC鉆頭耐磨性好，但是配東遠(yuǎn)的螺桿造斜率偏低，一般只能達(dá)到0.13（°）/m左右，二開(kāi)未有磨報(bào)廢的鉆頭。一般用3只PDC就能打完二開(kāi)進(jìn)尺。

通過(guò)優(yōu)選，深遠(yuǎn)DF1605BU/M323、DF1605BU/M223以及迪普DS664H鉆頭相對(duì)適應(yīng)該區(qū)塊的地層。

2.4 優(yōu)選鉆具組合

2.4.1 二開(kāi)造斜段

定向鉆具組合：Φ311.2mmPDC+Φ216mm×1.25°單彎螺桿（630*630）+Φ203mm定向接頭+Φ203.2mm無(wú)磁鉆鋌（631* 630）*1根+631*410轉(zhuǎn)換接頭+Φ127mm加重鉆桿×Φ17根+Φ127mm鉆桿。

上述鉆具組合為強(qiáng)增斜鉆具組合，在第一增斜段將井斜增至15°后復(fù)合鉆進(jìn)，增斜效果為百米增斜6°左右，井斜小的情況下復(fù)合鉆進(jìn)增斜效果不明顯。通過(guò)復(fù)合鉆進(jìn)來(lái)達(dá)到增斜目的，使軌跡更加平滑，降低摩阻，減少1/3的定向施工工作量，有效提高機(jī)械鉆速。

2.4.2 二開(kāi)穩(wěn)斜段

定向鉆具組合：Φ311.2mmPDC+Φ216mm×1.25°單彎螺桿（630*630）+Φ285mmSTB/Φ306mmSTB+Φ203mm定向接頭+Φ203.2mm無(wú)磁鉆鋌（630*631）+631*410轉(zhuǎn)換接頭+Φ127 mm加重鉆桿×Φ17根+Φ127mm鉆桿。

穩(wěn)斜效果：在TD-2井施工中應(yīng)用的Φ306mmSTB，復(fù)合鉆進(jìn)穩(wěn)斜效果為百米降斜約為0.5°；西-GXWL-2井施工中應(yīng)用的Φ285mmSTB，復(fù)合鉆進(jìn)穩(wěn)斜效果為百米增斜約為2°。2.4.3 三開(kāi)穩(wěn)斜段

鉆具組合：Φ215.9mmPDC+Φ172mm×1.0°單彎螺桿+ Φ212mmSTB+Φ165mm定向接頭+Φ165mm無(wú)磁鉆鋌+4A11* 410轉(zhuǎn)換接頭+Φ127mm加重鉆桿×Φ17根+Φ127mm鉆桿。

該鉆具組合使用尺寸較大的上扶正器，以及1°的單彎螺桿，復(fù)合鉆進(jìn)穩(wěn)斜效果比較理想，平均每百米降斜小于0.5°。

3 結(jié)束語(yǔ)

優(yōu)化一口井的施工設(shè)計(jì)是提高鉆井速度的前提工作，在后續(xù)的施工中可以逐漸調(diào)整鉆具組合以達(dá)到對(duì)井斜的預(yù)期控制，以盡可能少的定向工作量完成一口定向井的施工。通過(guò)對(duì)比所使用過(guò)定向工具的鉆進(jìn)參數(shù)，進(jìn)而優(yōu)選出適應(yīng)地層的定向工具以及合理的鉆具組合，也就是所說(shuō)的實(shí)踐出真理。

[1] 張曉東.油田自動(dòng)化管理探析[J].中國(guó)管理信息化，2014，（14）：43-44.

[2] 孫賓.自動(dòng)化在油田管理中的應(yīng)用分析[J].科技與企業(yè)，2015，（14）：49.

[3] 孟慶超.油田井場(chǎng)自動(dòng)化管理監(jiān)督系統(tǒng)分析[J].中國(guó)管理信息化，2010，（12）：26.

Taiyuan Area of the Directional Drilling Technology

Wang Tao

Since the 70s of last century，geothermal resources have been discovered in the Ordovician carbonate rocks in the central and southern part of the Taiyuan basin，which provides a great space for the development of clean，environmentally friendly and sustainable geothermal resources.Taiyuan economic zone as the central heating geothermal wells and the application of its directional drilling technology can also be explored and developed.The following two wells have been drilled directional wells，for example，from the optimization of directional construction design，drilling tool combination，stratigraphic lithology，bit selection.At present，the research of the drilling cycle from the beginning of the design cycle more than to the present saving cycle，proves that the technique is feasible and worthy of promotion.

directional well；optimization design；drilling tool combination；bit selection

TE243

B

1003-6490（2016）12-0022-02

2016-12-14

王韜（1986—），男，陜西寶雞人，助理工程師，主要研究方向?yàn)殂@井定向技術(shù)。