大斜度定向井钻井技术

史红刚

(大庆钻探工程公司钻井一公司，黑龙江大庆163411)

永乐油田葡47区块位于松辽盆地中央坳陷区大庆长垣东斜坡，跨大庆长垣和三肇凹陷两个二级构造带，斜坡呈“山峰”状，由大庆长垣向东过渡到三肇凹陷。从葡47区块葡萄花油层顶面构造上看，构造南北方向起伏变化不大，西高东低，东西方向构造高差150 m。葡47区块发育25条大断层，断层均为正断层，以南北向、北北西向为主，断距为5～40 m，延伸长度1.8～14.2 km，油层有效孔隙度平均为19.7%，空气渗透率平均为45.0×10－3μm2，属中孔、低渗油层。由于区块内断层发育，不仅使构造复杂化，而且对油水分布产生较大的影响。为了进一步认识葡47区块葡萄花油层油水分布规律，增加油层泄露面积，提高单井产能，实现油藏的经济高效开发，部署了葡182－斜154井，施工中针对靶点多，靶区要求严的实际，采取合理的井眼轨迹控制方案，三个靶点按照地质要求均中靶，最后钻穿葡萄花油层留足20 m沉沙口袋完钻。葡182－斜154井完钻井深2057.00 m，垂深1221.53 m，水平位移1353.73 m，水垂比1.11。

1 施工难点分析

葡182－斜154井在井深400.00 m处开始造斜，至井深751 m一开完钻，井斜68.7°;二开裸眼稳斜井段达2306 m，施工中存在以下难点。

(1)大井眼造斜，上部地层松软，造斜率难以保证。

(2)稳斜井段长，井斜大，钻进过程中摩阻扭矩大，易发生钻具扭断事故。

(3)稳斜井段长，井斜大，返砂困难，易形成岩屑床，造成井下复杂。

(4)靶点多，靶区要求高，轨迹控制难度大。

(5)裸眼井段长，降斜段滑动钻进托压，机械钻速低，易发生粘、卡钻事故。

2 技术方案优化

2．1 井身结构优化设计技术

良好的井身结构设计能够降低定向井钻进中的摩阻扭矩，增加水平位移延伸量，减少井下事故复杂的发生［1］。葡182－斜154井采用二开结构设计，井身结构设计见表1。

表1 井身结构设计数据

2．2 井眼轨迹剖面优化设计

葡182－斜154井采用“直—增—稳—降—稳”五段制井眼轨迹设计，在311.2 mm钻进至400 m开始定向造斜，最大造斜率6°/30 m，最大井斜69.07°，方位86.19°(见表 2)。

表2 井眼轨迹剖面设计结果

3 大斜度井钻井技术

3．1 井眼轨迹控制技术

3．1．1 增斜段轨迹控制技术

为了便于施工，使井眼轨迹更加平稳圆滑，对原井眼轨迹设计进行修正［2］，提前50 m定向造斜，井眼曲率由原来的6°/30 m降低到5°/30 m，更便于施工，增强现场可操控性。钻具组合如下:311.2 mm钻头+216 mm螺杆(单弯双扶1.25°)+MWD+178 mm钻铤6根+127 mm加重钻杆20根 +127 mm钻杆。

钻进参数:钻压20～40 kN，转速40 r/min，排量55 L/s。

初始造斜先连续定向几个单根，摸清螺杆在该地层的实际造斜率［3］，然后详细记录每个单根的施工情况，根据最近两测点的井斜方位变化率，来准确预测井底的井斜方位。每一个测点都进行详细计算，采用滑动和复合钻进相结合方式，对井眼轨迹进行精确控制，至井深 765 m，井斜 68.7°，方位86.05°，一开完钻。

3．1．2 稳斜段轨迹控制技术

二开主要进行稳斜与降斜施工，在稳斜段施工中，选用0.75°单弯双扶正器螺杆，增强稳平效果;钻头选用四刀翼R4624钻头，相比五刀翼钻头在相同钻压下，能增大破岩能量，提高机械钻速。钻具组合如下:215.9 mm钻头+172 mm螺杆(单弯双扶0.75°)+MWD+178 mm 钻铤3根 +127 mm加重钻杆24根+127 mm钻杆。

钻进参数:钻压20～50 kN，转速40 r/min，排量37 L/s。

该钻具组合在嫩江组二段钻进中，呈现微降斜趋势，降斜率为2°/100 m，所以施工中每2～3个单根定向上挑2 m，保证井斜稳定在可控范围内。进入嫩江组一段后，该钻具组合基本呈现稳斜趋势，通过微调钻进参数，可以达到稳斜目的。

3．1．3 降斜段轨迹控制技术

钻进至井深1860.00 m起钻更换LWD进行降斜施工，同时为了更好地控制井眼轨迹，增加现场井眼轨迹控制可操控性，将稳斜段的0.75°单弯双扶螺杆更换为1°单弯单扶螺杆钻具，钻具组合如下:215.9 mm钻头+172 mm螺杆(单弯单扶1°)+LWD+178 mm钻铤3根+127 mm加重钻杆24根+127 mm钻杆。

钻进参数:钻压20～50 kN，转速40 r/min，排量37 L/s。

该钻具组合主要进行降斜施工，井斜由71°降至34°，平均降斜率在(1.5°～2°)/30 m 左右，能够很好地满足钻井施工需要。

3．2 安全钻井技术

3．2．1 井眼清洁技术

大斜度井定向井钻进过程岩屑在自重作用下向下井壁沉积，很容易形成岩屑床［4］。岩屑上返过程中路程很长，岩屑被磨得很细，很难从钻井液中清除，钻进过程中随时监测震动筛返砂情况，采取有力技术措施携带岩屑，清除岩屑床。

(1)足够排量和钻井液良好流变性携带岩屑。采用F1300钻井泵170 mm缸套钻进，排量保持在34 L/s以上，保证环空上返速度在1.5 m/s左右，实现紊流携岩。适当增加钻井液的流变性能以满足悬浮、携砂能力，在现场施工中，钻井液的动塑比一直控制在0.5以上。

(2)高效固相控制设备清除岩屑。大斜度定向井岩屑上返过程中路程很长，岩屑被磨得很细，很难从钻井液中清除，所以葡182－斜154井采用4级固控设备，二台振动筛全部更换为160目筛布，并配置高速离心机，及时清除钻井液中有害固相含量，保证井眼净化。

(3)勤划眼和短起下钻制度。每打完一个单根都要划眼3遍，坚持钻进150～200 m短起下300～400 m，短起下钻到底大排量循环钻井液，直至震动筛无岩屑返出方可钻进。

3．2．2 减小摩擦阻力降低扭矩技术

(1)应用减摩降扭接头，减摩接头安装在钻杆接头处，外套(非旋转)与套管内壁接触，而心轴与钻杆一起旋转［5］。由于心轴与非旋转外套摩擦副的动摩擦系数较小，独有的钻井液自润滑性，从而达到减小扭矩传递损失，对保护套管和钻杆之间磨损起到很好的保护作用。

(2)调整泥浆性能，降低钻柱与井壁之间的摩擦系数，降低泥浆失水，降低泥饼厚度，从而降低了摩阻扭矩。

(3)净化井眼，破坏岩屑床，可降低钻柱与井壁之间的摩擦系数，从而大幅度地降低扭矩和摩擦阻力。扭矩和摩擦阻力的变化很大程度上提示着井眼的净化程度，据此可以决定是否采用适当的措施净化井眼。

3．2．3 井壁稳定技术

在大斜度定向井中，井壁围岩除受径向、切向和垂直向应力外，还承受着剪切应力的作用，此外还受抽吸压力、“激动”压力的影响。葡182－斜154井施工中215.9 mm井眼控制失水量 ＜4 mL/30 min，使井壁形成薄而坚韧的泥饼，严格控制起下钻速度，起钻要求每柱不低于3 min，以免起钻过快引起抽吸，造成井壁失稳。下钻要求每小时不超过10柱，防止由于压力“激动”造成井漏，下钻到底开泵先小排量顶通，待泥浆正常返出后逐渐提高正常排量。

4 施工效果

4．1 创出施工高效率

葡182－斜154井一开进尺765 m，一开纯钻进时间53 h，一开平均机械钻速14.43 m/h;二开进尺1292 m，二开纯钻进时间48.25 h，二开平均机械钻速26.78 m/h，全井平均机械钻速20.32 m/h。

4．2 轨迹控制符合设计要求

葡182－斜154井完钻井深2057.00 m，垂深1221.53 m，水平位移1353.73 m，水垂比1.11，各靶点设计与实钻参数对比见表3和图1。

表3 设计与实钻数据对比

图1 设计与实钻垂直投影

5 结论

(1)在靶区要求严格的情况下，施工前优化设计，施工中选用合理的钻具组合和钻井参数，实现了对井眼轨迹的精确控制。

(2)在稳斜段应用0.75°双扶螺杆钻具，通过调整钻进参数，能够达到稳斜目的。

(3)施工中通过调整泥浆性能，配以合理的安全技术措施，保证了大斜度定向井的安全施工。

(4)葡182－斜154大斜度定向井的钻探成功，为今后施工同类型井提供了可借鉴的经验。

［1］ 张瑞平，丁浩，陈水新，等．扎那诺尔油田套管开窗侧钻定向井钻井技术［J］．探矿工程(岩土钻掘工程)，2012，39(7):28－30．

［2］ 向军文．定向对接连通井轨迹设计［J］．探矿工程(岩土钻掘工程)，2011，38(5):11 －14．

［3］ 孟祥波，陈春雷，孙长青．徐深21－平1井轨迹控制技术［J］．探矿工程(岩土钻掘工程)，2014，41(1):30 －32．

［4］ 李振杰，徐云鹏．定向井处理粘吸卡钻事故的技术方法［J］．探矿工程(岩土钻掘工程)，2010，37(6):24 －27．

［5］ 姚爱国，高辉，方小红．定向钻进技术的发展与应用［J］．探矿工程(岩土钻掘工程)，2012，39(S1):62 －65．