淺析伊拉克魯邁拉油田大位移“S”型定向井旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)應(yīng)用

張青

摘 要：本文介紹了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的工作原理及特點(diǎn)，并對(duì)前期設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況進(jìn)行了描述，分析了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)具有井眼軌跡半滑、中靶精確、提高機(jī)械鉆速、減少復(fù)雜事故等優(yōu)點(diǎn)。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)在該井取得了成功應(yīng)用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益，為伊拉克魯邁拉油田后續(xù)大位移井的實(shí)施奠定了基礎(chǔ)和提供了新的技術(shù)途徑。

關(guān)鍵詞：魯邁拉；大位移井；定向井；旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向；井眼軌跡

Abstract： This paper describe the work principle of rotary steerable drilling technology， drilling program and drilling operation.Analyzeits advantage， such as borehole trajectory smoothing， target precision， increasing rate of penetration， reducing complex accident， and so on. Rotary steerable drilling technology has been successfully used in this well and got a good economic and social benefit， it will lay the foundation and find new technology path for the next large displacement well in Rumaila oilfield of Iraq.

Key words： Rumaila； large displacement well； directional well； rotary steerable； borehole trajectory

中圖分類號(hào)：TE242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

魯邁拉油田位于伊拉克南部城市巴士拉以西50公里，是伊拉克第一大油田。油田分南北兩部分，南魯邁拉油田和北魯邁拉油田共占地1800平方公里。該油田自開發(fā)以來，所鉆井多為直井井型，近兩年該油田開始布置一些定向井，該井為首鉆的大位移“S”型定向井，代表著該油田鉆井技術(shù)的新應(yīng)用和提高，也為后續(xù)該技術(shù)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

1 選擇旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向的原因

1.1 避免卡鉆事故再度發(fā)生

該井2014年12月21日開鉆，表套Φ339.7mm×532m，技套Φ244.5mm× 2018.19m。2015年1月21日三開采用鉆具組合8 1/2″ PDC 鉆頭X 0.41m+7″1.5度彎螺桿 X7.58m+8 1/4″穩(wěn)定器 X 1.64m+6 3/4″ 浮閥接頭 X 0.4m+6 3/4″定向接頭 X 0.87m+6 3/4″MWD X 9.52m+6 3/4″無磁鉆鋌 X9.52m+6 3/4″螺旋鉆鋌 X 83.55m+6 1/2″機(jī)械震擊器 X 5.56m+5″加重鉆桿 X 139.92m復(fù)合鉆進(jìn)至井深2574.00m時(shí)發(fā)生卡鉆事故，當(dāng)時(shí)最近測(cè)點(diǎn)井深2549.21m，井斜21.31°、方位73.4°、位移604m，狗腿度0.73°/30m。發(fā)生卡鉆后，多次嘗試開頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)鉆具、大噸位活動(dòng)鉆具、嘗試啟動(dòng)震擊器震擊，均未成功后，后又經(jīng)泡解卡劑、泡酸、泡油也均未解卡。最后決定測(cè)卡點(diǎn)、爆炸松扣起出自由段鉆具、回填側(cè)鉆。

1.2 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)較常規(guī)定向鉆井的優(yōu)點(diǎn)

（1）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)其突出的優(yōu)點(diǎn)是在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)井眼軌跡的實(shí)時(shí)導(dǎo)向，這種旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)井眼軌跡的實(shí)時(shí)導(dǎo)向使得旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向方式下的鉆柱所受到的摩阻和扭矩遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的滑動(dòng)導(dǎo)向方式，在同樣條件下鉆機(jī)作業(yè)的能力大大提高，鉆機(jī)所能實(shí)現(xiàn)的大位移井的極限延伸能力大大增加。

（2）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向方式下井眼清洗狀況得以改善，這為鉆井作業(yè)的安全性提供了有效的保證，特別是鉆遇復(fù)雜地層時(shí)，鉆井過程的安全性得到了保障。

（3）工具設(shè)計(jì)制造模塊化、集成化，配有全系列標(biāo)準(zhǔn)的地層參數(shù)及鉆井參數(shù)檢測(cè)儀器，實(shí)現(xiàn)了地面—井下雙向通訊系統(tǒng)，可根據(jù)井下傳來的數(shù)據(jù)，在不起鉆的情況下從地面發(fā)出指令改變井眼軌跡，縮短了非生產(chǎn)時(shí)間，提高鉆井速度。

（4）井下這種閉環(huán)控制，定向鉆井時(shí)不需要特殊的鉆井參數(shù)，就可以保證最優(yōu)的鉆井過程，導(dǎo)向自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了使鉆出的井眼更平滑、垂深控制更有效，同時(shí)對(duì)下傳指令能夠確認(rèn)反饋，降低了鉆井風(fēng)險(xiǎn)，提高了油藏接觸，使井筒定位更佳。

（5）可以在150℃以上的高溫井中使用。

1.3 為后續(xù)大位移井探索一條有效途徑和方法

通過該井旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)運(yùn)用，從軌跡設(shè)計(jì)到具體鉆井施工，證明旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)在該油田該種井型上是適合的，能夠滿足鉆井實(shí)際的需要，從而為后續(xù)該類井有效施工探索出這條有效的途徑和方法。

2 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)基本組成及工作原理

2.1 系統(tǒng)組成

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)包括地而監(jiān)控系統(tǒng)、井下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具系統(tǒng)和隨鉆測(cè)量系統(tǒng)。地面監(jiān)控系統(tǒng)用來完成旋轉(zhuǎn)（地質(zhì)）導(dǎo)向二維建模、定向井水平井剖面設(shè)計(jì)或修正設(shè)計(jì)、底部鉆具組合受力分析、井下信號(hào)解釋處理、井眼軌跡參數(shù)計(jì)算等工作。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具組合主要由導(dǎo)向裝置、傳感器模塊、雙向通訊和動(dòng)力模塊、模塊馬達(dá)以及其他配套工具組成（如圖1所示）。

2.2 導(dǎo)向原理（如圖2所示）

導(dǎo)向裝置造斜率的大小與每個(gè)導(dǎo)向肋塊在單位進(jìn)尺中的伸縮次數(shù)無關(guān)。在導(dǎo)向造斜模式下，液壓系統(tǒng)可以對(duì)導(dǎo)向裝置提供7500個(gè)動(dòng)力矢量，使其按照給定工具面和給定動(dòng)力進(jìn)行導(dǎo)向鉆進(jìn)，而且可以隨時(shí)通過下傳指令重新定向。除造斜功能外，導(dǎo)向裝置還有穩(wěn)斜功能。通過井下自動(dòng)控制的閉回路，在地面指令通過另一回路發(fā)至導(dǎo)向裝置后，自動(dòng)控制功能開始接管，將每秒測(cè)得的井斜數(shù)據(jù)與指令比較并進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，從而達(dá)到平緩光滑的井眼軌跡。在穩(wěn)斜模式下，導(dǎo)向裝置自動(dòng)向靶點(diǎn)井斜角進(jìn)行平滑導(dǎo)向，在新指令到達(dá)之前，將靶點(diǎn)井斜角保持在±0.2度之內(nèi)；而且穩(wěn)斜過程中也可以隨時(shí)通過下傳指令改變井眼方位。

3 工程設(shè)計(jì)

3.1 造斜點(diǎn)選擇原則

首先，考慮在現(xiàn)有定向或?qū)蚬ぞ吣芰Φ姆秶鷥?nèi)，能否安全地滿足甲方或業(yè)主在地質(zhì)上的要求，以達(dá)到鉆探或開發(fā)的目的。

其次，對(duì)地層要考慮到：

（1）造斜點(diǎn)應(yīng)選在比較穩(wěn)定的地層，避免在巖石破碎帶，漏失地層，流砂層或容易坍塌等復(fù)雜地層定向造斜，以免出現(xiàn)井下復(fù)雜情況，影響定向施工。

（2）選在可鉆性較均勻的地層，避免在硬夾層定向造斜。

（3）在井眼方位漂移嚴(yán)重的地層鉆定向井，造斜點(diǎn)位置選擇應(yīng)盡可能使斜井段避開方位自然漂移大的地層或利用井眼方位漂移的規(guī)律鉆達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。

最后，造斜點(diǎn)的深度選擇要考慮：

（1）造斜點(diǎn)高使得定向容易（起下鉆和測(cè)量快，容易定準(zhǔn)，進(jìn)尺快，動(dòng)力鉆具工作時(shí)間短）；上部地層軟，形成的鍵槽軟，易破壞掉；用較小的井斜獲得的位移大。其缺點(diǎn)是軌跡控制井段變長(zhǎng)，后面井段長(zhǎng)，鉆具重，更容易形成鍵槽。通常達(dá)到穩(wěn)斜段后、下一層技套封固造斜段可避免鍵槽帶來的麻煩。

（2）造斜點(diǎn)低則定向困難，需要的造斜率和最大井斜相對(duì)要大。但需要控制的井段大大縮短，為了準(zhǔn)確，往往采用隨鉆測(cè)量工具定向。

（3）對(duì)于設(shè)計(jì)垂深大、位移小的定向井，應(yīng)采用深層定向造斜，以簡(jiǎn)化井身結(jié)構(gòu)和強(qiáng)化直井段鉆井措施，加快鉆井速度。對(duì)于設(shè)計(jì)垂深小，位移大的定向井，則應(yīng)提高造斜點(diǎn)的位置，在淺層定向造斜，這樣既可減少定向施工的工作量，又可滿足大水平位移的要求。

3.2 井剖面與軌跡設(shè)計(jì)（表1）

4 實(shí)際應(yīng)用情況

2015年1月31日下入鉆具組合8 1/2″ Cone bit+6 3/4″ 1.5deg Bend housing PDM+6 3/4″ MWD+6 3/4″ UP/UPU+6 3/4″ NM sub-filter+5″ HWDP+6 1/2″ mechanic jar+5″ HWDP旋轉(zhuǎn)鉆水泥塞到達(dá)設(shè)計(jì)造斜點(diǎn)2270m，滑動(dòng)鉆進(jìn)至2286m，旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)至2292m后起鉆。

更換鉆具組合為旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具組合8 1/2″ PDC bit+6 3/4″ ATK Steering Head+6 3/4″ OTK-LWD system+6 3/4″ Sub-float+6 3/4″ NM sub-filter+5″ HWDP+6 1/2″ mechanic jar+5″ HWDP，下到井底鉆進(jìn)至2671m，短起鉆200m后繼續(xù)導(dǎo)向鉆進(jìn)至2900m，發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向傳遞信號(hào)丟失，起鉆檢查后，繼續(xù)下入該旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具組合，鉆進(jìn)至3152m后，短起鉆至2850m，繼續(xù)鉆進(jìn)3383m，短起鉆至3100m，繼續(xù)鉆進(jìn)，鉆至完鉆井深3487m。

5 結(jié)論及建議

（1）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)在定向鉆井中逐漸向著主流導(dǎo)向技術(shù)發(fā)展，由于其具有摩阻與扭阻小、鉆速高、成本低、建井周期短、井眼軌跡平滑易調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)，將會(huì)在今后的定向鉆井服務(wù)中的應(yīng)用顯著增加。

（2）該井采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)有效地保障了該井的成功、順利按鉆井工程設(shè)計(jì)方案完井。本完鉆井深3487m，垂深3372m。為該油田后續(xù)該種大位移定向井鉆井方式提供了一種新的技術(shù)途徑。

（3）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井能根據(jù)實(shí)鉆地質(zhì)情況及時(shí)調(diào)整軌跡，并保證井眼軌跡平滑，中靶精度高。同時(shí)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向這種鉆井方式能夠提高攜砂能力，減少了巖屑床的形成，良好的井眼條件保證了起下鉆摩阻及鈕矩較小，減少了井下復(fù)雜情況和事故率。

（4）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向較常規(guī)滑動(dòng)定向相比，降低了定向期間鉆具不能旋轉(zhuǎn)所帶來的卡鉆幾率，同時(shí)正確地根據(jù)井型不同來合理選擇使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)，可有效節(jié)約鉆井時(shí)間，從而達(dá)到節(jié)約鉆井成本的目的。

參考文獻(xiàn)

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