太原地熱井定向技術

王韜（江漢石油管理局鉆井二公司技術服務中心定向隊，湖北 潛江 433124）

太原地熱井定向技術

王韜（江漢石油管理局鉆井二公司技術服務中心定向隊，湖北 潛江 433124）

我國已建立較完善的地熱資源開發利用技術體系，地熱直接利用居世界首位。地熱能的開發手段是以鉆叢式井為主，江漢鉆井二公司以專業的資質，優質的隊伍，驕人的成績，已成功躋身行業前列。本文以承鉆中國電子科技集團第三十三所（下文簡稱第三十三所）供熱項目3口定向井為例，介紹了地層對定向作業的影響，并且針對叢式井的防碰，造斜段和穩斜段的控制難點，進行分段討論，提出了相應的解決方案。

叢式井定向技術；地層特點；防碰繞障；分段控制技術；難點分析

江漢鉆井二公司地熱經理部2016年共承鉆6口定向井，均已順利完鉆。定向井的平均鉆井周期在24天，比去年的31天縮短7天，特別是西-SSSS-7井以21.6天的鉆井周期創該工區記錄。在造斜段成功應用了強增斜鉆具組合進行復合鉆增斜，降低了該段50%的定向工作量。第三十三所平臺井施工過程中遇到叢式井的防碰，難鉆地層，穩斜段增斜快等難題，本文通針對上述難題，對太原地熱井定向技術展開討論，同時總結了一年的工作成果。

1 工程概況

太原工區是以叢式井開發太原盆地奧陶系、寒武系碳酸鹽熱儲層地熱能，井型多為定向井，井眼剖面為“直-增-穩”三段制，靶區為雙靶。設計最大井斜約32°，井深為2500m左右，井底位移1000m左右。

下面是對第三十三所平臺三口定向井定向工作量的分井段統計：

表1

三口井對比情況：

1、由于后兩口井繞障防碰，所以二開造斜段定向工作量較大，尤其是西-SSSS-8井；

2、二開穩斜段復合鉆增斜快，三口井在該井段都存在定向降斜情況；

3、使用相同鉆具組合，二開、三開定向工作量的多少分別取決于防碰繞障情況和中完井斜的大小，具體結合表1和下文中表4。

2 地層特點對定向施工的影響

2.1 二開地層

二開依次鉆遇劉家溝組、石千峰組、上石盒子、下石盒子、山西組、太原組和本溪組。

劉家溝組至石千峰組上部有100m左右的含礫石層，定向施工困難，對鉆頭傷害很大，二開第一趟一般鉆進300m左右鉆時變慢，起鉆后檢查，鉆頭肩部主切削齒磨損嚴重。造斜段剛好包含了這段地層，因此采用強增斜鉆具組合，通過優選鉆頭，定向增斜及復合鉆增斜保證一趟鉆鉆穿該地層并完成造斜段定向工作量。

石千峰組和上石盒子屬于不穩定地層，偶爾會出現掉塊，容易造成托壓、卡鉆等故障，主要采取避免在地層交接面定向作業以及定點循環等。

山西組和太原組含煤地層，易垮塌，一般采取不定向，不測斜，嚴控鉆井參數，復合鉆穿越。

2.2 三開地層

三開主要鉆遇峰峰組、上馬家溝組、下馬家溝組，鉆至亮甲山組時一般整口井定向工作量已完成。

在鉆遇峰峰組時，由于地層含質純灰巖以及石膏，鉆具靜止時容易粘附井壁形成托壓，一般出該地層后才根據需要進行定向作業，選擇在上馬家溝中上部快鉆時地層進行調整最好。

3 分段控制技術及難點分析

3.1 防碰情況

該區塊為叢式井施工，井口間距一般為6m，一開井深為460m左右，造斜點通常在500m附近。

表2 、直井段井身質量要求

依據設計要求，以一口井直井段500m為例，假使井斜從井口0°，按某一方位逐漸增至1°，井底位移將達到4.4m，則兩口井的井底位移之和超過井口間距，所以直井段防碰問題嚴重。

應對措施：1、要求增加井口間距，從理論上規避井碰故障；2、鉆進過程中，直井段防斜打直，嚴格執行吊測；定向隊依據測斜數據進行防碰掃描，做好監控工作，在施工過程中防止井碰故障。

3.2 二開造斜段控制

實際造斜段一般為500m-800m，其中包含劉家溝中下部和石千峰上部約100m的多礫石可鉆性差地層，所以實際適合定向增斜的井段只有不足200m。通過探索，第一趟鉆先利用強增斜鉆具組合，定向增斜至約16°，再通過復合鉆增斜至平均井斜，之后起鉆更換穩斜鉆具組合。

鉆具組合：

Φ311.2mmPDC+Φ216mm×1.25°單彎螺桿+Φ203 mm定向接頭+Φ203 mm無磁鉆鋌*1根+631*4A10轉換接頭+Φ158mm鉆鋌*6根+4A11*410轉換接頭+Φ127mm鉆桿

該鉆具組合定向造斜率最高可以達到0.18°/m，復合鉆每百米增斜7°。

優點：可以減輕一半定向增斜任務；當井斜達到平均井斜時，按鉆頭的磨損情況也可以起鉆，同時更換穩斜鉆具和新鉆頭。現將二開第一趟鉆起情況如下：

表3

難點在于：第一次定向增斜多了，復合鉆會過早達到平均井斜，必須要更換穩斜鉆具組合，將減少該趟鉆進尺；定向增斜少了，起鉆前又達不到平均井斜，必須再進行定向作業。

應對措施：結合井隊預計準確第一只鉆頭的進尺，調和好兩方面的矛盾，根據實際情況調整剖面，以復合鉆增斜替代定向施工。

3.3 二開穩斜段控制

二開穩斜段普遍需要控制800m-900m，設計平均井斜為32°～33°。

鉆具組合：

Φ311.2mmPDC+Φ216mm×1.25°單彎螺桿+Φ285mm扶正器+Φ203 mm定向接頭+Φ203 mm無磁鉆鋌*1根+631*4A10轉換接頭+Φ158mm鉆鋌*6根+4A11*410轉換接頭+Φ127mm鉆桿

二開穩斜段難點在于抑制復合鉆增斜趨勢，本平臺三口井在該井段復合鉆每百米增斜2°至4°。目前由于條件限制，只有靠定向作業控制井斜。

在穿煤層（山西組和太原組）時，復合鉆平均每百米增斜3°至4°，由于煤層易垮塌，造成卡鉆故障，鉆遇煤層期間不允許定向作業。而穿過煤層后僅有約100m中完，一般優先考慮中完，剩余的定向工作量留在三開完成，所以中完時的井斜基本都大于平均井斜，見表4。

應對措施：1、判斷好煤層復合鉆情況，預留復合鉆增斜空間；2、使用外徑為Φ290mm、Φ295mm的扶正器，或者更換1°單彎螺桿。

3.4 三開穩斜段控制

三開穩斜段長，一般需要控制900m至1000m。

鉆具組合：

Φ215.9mmPDC+Φ172mm×1.0°單彎螺桿（430*4A10）+Φ 210mm扶正器+Φ165mm定向接頭+Φ158mm無磁鉆鋌*1根+Φ 158mm鉆鋌*6根+4A11*410轉換接頭+Φ127mm鉆桿

該鉆具組合定向造斜率為0.15°/m左右，復合鉆情況統計如下：

表4

一般三開的定向工作量主要是由于中完井斜過大造成的，使得三開必降斜。由于三開使用水基泥漿，摩阻和扭矩在后期會很高，定向作業風險大，所以井眼軌跡圓滑很重要。

應對措施：1、使用Φ212mm扶正器，增加擴劃眼次數；2、定向作業。

4 結語

叢式井的安全是一切工作的前提，首先要杜絕井碰故障，其次是優化控制，提速提效。定向技術關鍵是收集好現場的第一手資料，進行統計分析，找出問題根源，應用所學知識一一解決。對于地熱井定向技術方面，本人總結如下：

（1）叢式井在整拖距離上要滿足施工安全要求；

（2）直井段防斜打直，既要保證施工安全，又要滿足井身質量要求；

（3）根據各井的設計方位，合理布局，避免防碰繞障或者降低施工難度；

（4）通過增加扶正器和螺桿的選擇范圍，以抑制較長穩斜段的復合鉆增斜趨勢，避免或者減少定向降斜工作；

（5）做好定向施工記錄，以便下口井參考，選擇地層穩定的快鉆時地層進行定向施工，避開可鉆性差、多夾層、地層交接面等復雜地層。

王韜（1986-），男,籍貫：陜西寶雞,學歷：本科,職稱：助理工程師,研究方向：鉆井定向技術,從事工作：鉆井定向工程師。