大斜度定向鉆井技術在束鹿坳陷的應用

梁永恒 公利華 張佳

摘要：華北油田束鹿坳陷的大斜度定向井施工，采用上部井眼直井防斜技術、定向段井眼均勻增斜技術和下部井段穩斜鉆進技術，優化鉆具組合，在鉆具中加入修眼接頭破除巖屑床的鉆井工藝，有效地解決了該地區大斜度定向井井斜大、控制段長和摩阻扭矩大等難題，同時減少了井下復雜，提高了機械鉆速，縮短了鉆井周期。

關鍵詞：束鹿坳陷;定向井;大斜度井;井眼軌跡控制;提高機械轉速

1 地質概況

束鹿坳陷位于河北省辛集市地區，由上至下鉆遇的地層分別為平原組、明化鎮組、館陶組、東營組和沙河街組。其中平原組和明化鎮組地層埋藏深度為945m左右，巖性為棕黃色粉砂巖與棕紅色泥巖呈不等厚互層，下部為紫紅色泥巖，泥質粉砂巖及粉砂質泥巖。地層傾角達到35-65°，容易起井斜。館陶組上部為綠灰色棕紅色泥質粉砂巖、紫紅色泥巖淺灰色砂巖、綠灰色泥巖，下部為淺灰色礫砂巖，含極純礫砂巖，對PDC鉆頭傷害很大，在該段需更換牙輪鉆頭鉆進。東營組和沙河街組斷層發育，有井壁垮塌和井漏風險。

2 束鹿坳陷大斜度定向井的井眼軌跡控制

2.1 上直段井眼防斜打直

一開導眼（井眼尺寸D444.5mm）及二開上部直井段（井眼尺寸D311.2mm）鉆進參數：鉆壓0-20kN，轉速：100 rpm，排量：32-50 L/s

為了使上部井眼盡可能防斜打直，在上部直井段井眼中下入鐘擺鉆具組合，采用鐘擺鉆具組合的高轉速低鉆壓鉆進參數能起到有效的防斜效果，同時采用高壓噴射水力破巖，大大提高了鉆井速度。在超過1000m的直井段使用了直螺桿+扶正器的鐘擺鉆具組合進行復合鉆進，機械鉆速和井身質量都有了顯著進步。實踐證明，直井段嚴格控制鉆壓，最大井斜控制在2°以內，效果良好，完全滿足設計要求，為后續工作打下了很好的基礎。

2.2 定向段的井眼軌跡控制

大斜度定向井顧名思義，其顯著特點是井斜角大（一般為50-75°），進而水平位移隨之增大（一般為1000-2000m），從而導致了鉆具與套管和井壁的接觸面積增大，鉆具組合承受的摩阻扭矩增大。因此減少鉆具組合承受的摩阻扭矩是大斜度定向井施工能否成功的關鍵因素。且該區塊為老油田，地面磕頭機遍布，老井數據不全，防碰施工困難大，在增斜過程中隨時關注磁場強度變化及時調整軌跡避開老井眼，防止相撞事故。經過井眼軌跡的優化設計，束鹿坳陷施工的大斜度定向井井身結構為直-增-穩-增-穩的五段制定向井，分段造斜盡可能降低摩阻、保證井下安全，兩定向段之間的穩斜段又能有效的為避讓老井提供安全調整井段。

（1）造斜段鉆進參數：鉆壓20-50 kN，轉速：DN+50 rpm，排量：32 L/s

二開采用210mm扶正器、1.5度螺桿，及時測斜，定向調整，定向采取滑動（5-7m）鉆進和轉動鉆進相結合的技術措施，既保證了造斜率滿足設計要求，又使得井眼軌跡相對圓滑，在第一穩斜段（井斜30°左右），通過控制鉆壓可有效的實現穩斜效果。在第二增斜段，造斜率穩定，滑動4-5米即可實現3°/30m增斜率。

單彎螺桿+MWD組合，可以隨時定向、扭方位或復合穩斜鉆進，而不會因造斜率低或狗腿度超標起下鉆改變鉆具組合，從而節約了起下鉆時間和提高了鉆進速度。在井眼軌跡控制上將增斜段的主要部分設計成變曲率井段，有利于減小增斜段的摩阻，并為穩斜段提供較大的軸向拉力。實際施工中加密測斜，將各測點的井斜數據及時輸入計算機處理，并相應地作出下一步井眼預測，及時指導生產，保證井眼軌跡不偏離設計軌道，同時井眼曲線曲率是變化的，給鉆柱提供一個最小的摩阻，有利于下部施工。

（2）穩斜段鉆進參數：鉆壓20-80 kN，轉速：DN+50 rpm，排量：34 L/s

配合單彎近鉆頭210mm/208mm扶正器、1.25度螺桿，在穩斜過程中，因地層因素及鉆頭磨損情況的影響，穩斜效果不好，需加大鉆壓控制井斜，當鉆遇礫巖時，又需減小鉆壓。當礫巖逐漸變純后，PDC鉆頭損傷嚴重，更換高速三牙輪鉆頭配合大鉆壓破巖效果尚可。

3 大斜度定向井的井壁潤滑和防卡

（1）在鉆進過程中加強監測，上直段要注意防止打斜，要加密測斜。

（2）使用18°斜坡鉆桿減少鉆具摩阻。

（3）穩斜段簡化鉆具結構，盡可能減少鉆鋌和穩定器數量，采用加重鉆桿代替部分鉆鋌，降低發生粘卡的機率。

（4）巖屑床在大斜度定向井中對安全施工是一個危險的因素。分析這種巖屑床的特點，僅采取增大排量、優選流型、固控清砂、提高泥漿攜砂和懸砂能力是不夠的。在增加修眼短節在斜井段鉆進中，根據井眼軌跡把隨鉆破鍵器安裝在井眼曲率大、井斜大的地方，達到一邊鉆進一邊清砂的目的。同時從工藝方面還需做到：第一，每鉆進200-300m進行一次短起下，破壞巖屑床的形成;第二，每打完一個單根倒劃眼或正劃眼一次，清潔修整井壁，循環帶砂;第三，盡量使用旋轉鉆進代替滑動鉆進，減緩和破壞巖屑床的形成，有利于泥漿攜砂。

（5）起下鉆注意控制速度，防止起鉆拔活塞造成井底壓力變小，造成地層流體進入井內，造成溢流等現象;下鉆分段循環，避免了環空憋堵造成井漏。

4認識與結論

（1）采用上部井眼直井防斜技術、定向段井眼均勻增斜技術和下部井段穩斜鉆進技術，優化鉆具組合，在鉆具中加入修眼接頭破除巖屑床的鉆井工藝，有效地解決了該地區大斜度定向井井斜大、控制段長和摩阻扭矩大等難題。

（2）定向井施工人員，要把地質、鉆井設計好好對比認真分析，每一個數據和提示，對施工都是很重要的。同時，施工前，能掌握盡量多的鄰近井軌跡變化特點，優化施工井施工方案和措施，使井眼軌跡施工做到最優，減少定向井段，增加鉆井速度。

（3）及時測斜、計算掃描防碰、跟蹤作圖，是保證井身軌跡和安全防碰的關鍵。使用無線隨鉆測斜儀（MWD），能夠及時準確掌握井身軌跡的變化趨勢，配合以使用帶單彎螺桿的導向鉆具及時調整，保證了井眼軌跡按設計要求嚴格控制，提高了剖面符合率及中靶精度，實現了優質、快速、安全鉆井。

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