旋转导向钻井技术在昌吉油田JHW007水平井中的应用

张瑞平,徐广飞,张宏阜,李焱坤,师 锋

(中国石油西部钻探定向井技术服务公司，新疆乌鲁木齐 830026)

JHW007水平井位于准噶尔盆地东部隆起昌吉油田吉木萨尔吉174 井区致密油藏A 区，目的层为二叠系芦草沟组。储层岩性以云质粉细砂岩和白云岩为主，储层厚度较大(跨度30～40 m)，发育多套含油薄砂层，储层物性为中低孔特低渗，原油密度相对较大。优化水平井钻井方案，延伸水平段长度和提高机械钻速是昌吉油田致密油藏规模化开发的关键钻井技术。

1 旋转导向系统(PD)介绍

1.1 工作原理

旋转导向钻井系统(PD)由导向系统、控制系统和供电系统三部分组成。开泵后，PD井下发电机发电，测量系统测量到井底的井斜和方位，然后按照地面工程师的要求把其内部的电子控制部分指定在某一方位上，从而实现无论钻柱如何旋转，钻头始终对准所需的方位上，如需调整方位角，地面工程师给井下PD发送命令，泥浆首先通过导流阀分流，然后流向转到该方向上的某个推力块A，在泥浆压力作用下推力块A伸出，推挤井壁，井壁对钻头产生一个反作用力，从而把钻头推向地面工程师所需的方位。该推力块A转过这个位置后，泥浆的液压作用就转向下一个推力块B，从而推力块B伸出，推力块A在井壁的挤压下缩回去，周而复始，实现旋转导向钻进。

1.2 旋转导向系统特点

(1)钻柱旋转时可进行导向钻井 (100% 旋转)，与常规螺杆钻具相比，消除了滑动钻进时的拖压问题，提高机械钻速，并且井眼平滑规则，降低卡钻风险。

(2)可以使用较高的转速旋转进行导向钻进，提高了井眼清洁效率，降低了岩屑床堆积的可能性。

(3)可用于大位移定向井、大斜度井、长水平段水平井钻进。

(4)利用马达推动PD，再配合PDC钻头，加大扭矩和转速，更进一步提高钻速。

(5)旋转导向系统(PD)的局限性是全角变化率受地层影响比较明显，造斜率不稳定(没有螺杆钻具稳定)，PD工作性能衰减的速度较快。JHW007井在入井使用100小时后，工作能力下降较大。

2 JHW007井施工难点和轨迹控制

2.1 施工技术难点

(1)水平段地层主要以泥岩、泥砂夹层为主，裸眼段较长，滑动钻进摩阻大，托压严重，井眼质量要求高，这些因素极大限制了机械钻速和钻井深度。

(2)滑动钻井时岩屑携带困难，导致井眼净化不良，使得定向过程容易发生粘卡。

(3)三维绕障水平井的轨迹控制和井眼防碰技术要求高。

(4)地层可钻性差，机械钻速低，钻头选型难度大。通过已完成井的钻头使用情况，优选钻头类型、形成适用于该区块致密地层的PDC钻头是提高钻速的关键。

2.2 技术措施

(1)针对长裸眼水平段钻井的施工难题，本井使用旋转导向系统很好地解决了井眼清洁、钻压传递、滑动定向、机械钻速低等问题。钻进过程中钻具在不停的旋转，大大降低井下复杂的发生。

(2)经分析已完成水平井的钻头使用情况，决定该井造斜段的两趟钻分别选用史密斯的φ215.9 mm牙轮钻头(GF20ODPS)和φ215.9 mmPDC钻头(SDi516MHUPX)；三开水平段选用史密斯的φ152.4 mm PDC钻头(MDi516UBPX4)完成。

2.3 JHW007水平井轨迹控制技术

2.3.1 JHW007井身结构介绍

一开：用φ444.5 mm钻头钻至井深500 m，下入φ339.7 mm套管封住上部疏松含砾石地层。

二开：用φ241.3 mm钻头钻穿沙湾组至井深2 400 m；然后用φ215.9 mm钻头钻穿梧桐沟组至井深3 216 m(采用复合井眼)，下入φ177.8 mm套管。

三开：用φ152.4 mm钻头钻至完钻井深4 598 m，裸眼完井。

2.3.2 JHW007水平井轨迹控制

根据昌吉油田二叠系芦草沟组致密油藏总体开发部署，开展“工厂化”作业模式，在A区建立了三个丛式水平井钻井平台。JHW007井是2号平台的一口三维绕障水平井，井身剖面设计为“五段制”(见表1)，绕障距离为115 m。该井设计三维绕障扭方位井段分布在φ215.9 mm和φ152.4 mm井眼中，为了避免在大井斜井段和小井眼中扭方位，以及保障后续施工的顺利，对井身剖面进行优化，对造斜段的扭方位设计进行调整，把扭方位井段全部提到φ215.9 mm井眼中完成，在二开完钻前把方位调整到位，并将该井段用技套封固，降低三开水平段钻进摩阻，提高机械钻速。为了修正直井段钻进过程中产生井底位移漂移量，降低φ215.9 mm井眼造斜井段的狗腿度，决定造斜点上提至2 700 m，使之狗腿度能够满足后期施工要求。

表1 井身剖面设计数据

3 JHW007水平井施工简况

JHW007井于2013年5月10日一开钻进， 2013年5月28日由造斜点2 700 m开始钻进， 6月8日钻至井深3 216 m完成造斜段施工。6月20日使用Schlumberge公司的旋转导向钻井系统PowerDrive(简称PD)开始三开钻进； 6月30日钻至井深4 598 m完钻，水平段长度1 380 m。

JHW007水平井在井深2 700 m开始造斜钻进，造斜段进尺516 m，纯钻时间154.7 h，平均机械钻速3.34 m/h。造斜段实际工期11.1 d，设计造斜段工期25 d，节约工期13.9 d。三开水平段钻至井深4 598 m完钻，进尺1 380 m，纯钻时间126.54 h，三开施工工期10.67 d，设计工期27天，节约工期16.33 d。该井三开水平段使用旋转导向(PD)一趟钻完成，平均机械钻速达到8.83 m/h，较该区块目前平均机械钻速提高了264%。

三开水平段旋转导向钻具组合：φ152 mmPDC 钻头×0.2m+φ120mmPD旋转导向×5.49m+φ120mmMWD 短接×4.5m+φ120mm 无磁钻杆×9.48m+φ101.6mm 加重钻杆×3根+φ101.6mm 斜坡钻杆×90根+φ121mm 随钻震击器+φ121mm 软短接×3.1m+φ101.6 加重钻杆×15 根+φ101.6mm 钻杆。

钻井参数：钻压:40～60 kN，排量:13～15 L/s，泵压:18.8～30 MPa，转盘转速:70～90 r/min。

4 结论与认识

(1)该井水平段钻进中使用旋转导向系统，大大提高了机械钻速，降低了钻井成本，创造了昌吉油田致密油藏水平井钻井指标新纪录。

(2)PD使用全复合的钻进方式，不再受托压、摩阻增大的影响，使定向工程操作更为简单，能在复合钻进过程中实现工具面的调整。

(3)旋转导向系统钻井参数的要求比较严格，钻井过程中要严格执行操作规程要求，提高仪器的使用效率。

(4)旋转导向系统在该井的成功应用，为今后昌吉油田致密油藏钻进更长水平段(≥2 000 m)的水平井提供了借鉴和参考。

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