桩海10A-1井深井轨迹控制技术总结

李志强（长江大学研究生院,湖北　荆州　434023　）

桩海10A-1井深井轨迹控制技术总结

李志强
（长江大学研究生院,湖北荆州434023）

摘要：桩海10A-1井是一口中石化重点井，位于渤海湾盆地埕宁隆起埕北低凸起东南部桩海10潜山南部低部位，完井井深4723m，最大井斜23.7°，是一口深井定向井，完钻层位下古生界。施工中，二开大井眼（Φ346.1mm）井段托压严重，定向困难，三开（Φ241.3mm）井段岩性变化较大，不易稳斜，四开小井眼（Φ149.2mm）井段套管间隙小，未使用动力钻具，常规钻具控制轨迹效果理想。本文通过分析施工过程中的轨迹控制，总结了几点深井轨迹控制技术的经验教训，为同类型井施工提供参考。

关键词：桩海10A-1井；桩海；渤海湾；深井；轨迹控制；经验

1　基本情况

桩海10A-1井是一口定向评价井，位于渤海湾盆地埕宁隆起埕北低凸起东南部桩海10潜山南部低部位，设计井深4839.15m。实际完钻井深4723.00m，完钻层位为下古生界，筛管完井。

1.1井身结构

隔水管桩入63米，外径1000mm，一开660.4mm井深516m，508mm下入508m，二开346.1mm钻头，井深2455m，273.1mm套管下入2452.17m，三开241.3mm钻头，井深4256.5m，177.8mm套管下入4254.86m，四开149.2mm钻头，井深4723m，114.3mm套管下入4208.45m。

1.2地质分层

桩海10A-1井井口位于桩海10井井口方位140.4°，距离64.6m处，构造位置为埕宁隆起埕北低凸起东南部桩海10潜山，位于桩西、埕岛和长堤三个潜山披覆构造带的结合部位，勘探面积大约160km2，处于多个断裂体系的结合部位。

其中的平原组垂直厚度502米，岩性以灰黄色粘土及松散砂岩互层；明化镇组垂直厚度847.38米，岩性以灰白色粗砂岩为主；馆陶组垂直厚度513.86米，岩性以灰白色砂砾岩、棕黄色泥岩、灰色细砾岩为主；东营组垂直深度707.78米，岩性以含砾细砂岩、灰色泥岩、浅灰色细砂岩不等厚互层；沙河街垂直厚度148.36米，岩性以深灰色泥岩、油泥岩、油页岩，大套浅灰色细砂岩、含砾细砂岩夹灰色、紫红色泥岩；中生界垂直厚度837.36米，岩性以浅灰色细砂、含砾细砂岩与灰色、紫红色泥岩；八陡组垂直厚度52.25米，岩性以灰色灰岩、泥灰岩，浅灰黄色灰岩夹薄层灰色、深灰色泥岩；马家沟组垂直厚度304.72米，岩性以浅灰黄色灰岩、浅灰色灰质白云岩夹薄层深灰色泥岩；冶里亮甲山组垂直厚度78.92米，岩性以浅灰色灰岩夹薄层深灰色泥岩；下古生界垂直厚度4.6米，岩性以大套浅灰色白云岩。

2　施工难点

深井井身结构层次相对较多，上部井段井眼较大，下部井段井段较长，都给施工带来了困难，其中有几点难点如下：

（1）摩阻对轨迹的影响。二开大井眼（Φ346.1mm）返砂不理想，造成摩阻较大，三开随着井深增加，摩阻也随之增大，使定向钻进困难，定向成功率低；

（2）钻头类型对轨迹的影响。PDC和牙轮外形不同，破岩机理不同，在使用过程中对轨迹影响不同，合理选择钻头至关重要；

（3）地层对轨迹的影响。本井在不同地层中钻进，岩性有泥岩、砂岩、灰岩和砾岩，对钻头产生的反作用力不同，使得不同地层中定向钻进效果也不同。

3　施工过程中技术难点分析

3.1摩阻分析

二开井眼较大，环空返速达不到理想返速值1.13m/s，造成返砂不完全。随着井深的增加，排量逐渐减少，泵压逐渐增大，这是由于返砂不完全，随着井深的增加，环空压耗逐渐增加，泵压也随之增大，限制了排量，使排量逐渐减小，返速更低，返砂更不好，形成恶性循环，随着井深的增加，这种现象越来越明显，直接导致摩阻增加。

三开井段随着井深的增加，钻具与套管、井壁间的接触增大，摩阻也相应的增加。

以上情况都是直接导致了定向时托压严重，实际操作过程中，下压到20t，钻头仍不能作用井底。

3.2钻头类型影响

对比使用PDC的1513-1670m井段和使用牙轮钻头的1670-1836m井段，同样的钻具组合，同是馆上段地层，岩性以砂泥互层。在使用效果上却截然不同:

1513-1670m使用PDC定向时，定向过程频繁托压，工具面不稳，效果较差，井斜降↘0.08º/30m；

1670-1836m使用牙轮定向时，托压现象明显减少，工具面稳定，，定向效果明显，166m井斜降↘3.16º，平均↘0.57º/30m；

原因分析：

一是：牙轮与PDC的破岩机理不同，PDC主要是切削，钻进时平稳，而牙轮钻头是冲击、碾压。牙轮钻头工作时，会产生轴向振动，主要有两方面造成的。一方面是牙齿与井底的接触是单齿、双齿交替进行的，单齿着地时，牙轮的轮心处于最高位置，双齿着地时则轮心下降。牙轮在转动过程中，轮心位置不断上下变换，使钻头沿轴向作上下往复运动，这就产生了轴向振动，振动的频率与牙轮齿数及牙轮转速成正比。在旋转钻井中，钻头纵振频率一般为100～500次/min。另一方面，由于井底不平，钻头产生振幅较大的低频振动，频率一般低于50次/min。钻头轴向振动引起整个钻具的轴向振动，从而使钻具不易吸附井壁，减少了定向过程因钻具不转动而产生的摩阻；

二是：牙轮钻头与PDC钻头的结构不同。PDC上的切削齿是固定的，在工作时，遇可钻性好的砂岩，切削较容易，产生的扭矩较小，而遇可钻稍差的泥岩时，由于泥岩塑性较高，切削齿吃入少了，切不到，吃入多了，就会阻力大，甚至切不动，这就使扭矩变大。在本井馆上段砂泥互层段钻进，PDC扭矩波动较大，造成定向时反扭矩角也随之出现大的波动，导致工具面的波动，定向困难；而牙轮钻头由于牙轮的自转，工作时切削齿交替接触井底，破岩扭矩小，切削齿与井底接触面积小，扭矩波动较小，反扭矩角相对波动也较小，体现在定向过程中工具面稳定，定向效果好。

3.3地层因素分析

346.1mmSKH517G牙轮钻头钻遇馆上段与馆下段，同样的钻具组合，在不同的地层中呈现出了不同的定向效果。地层描述如下：馆上段（1350-1884m）上部以泥岩为主夹细砂岩、粉砂岩，下部为厚层细砂岩、中砂岩夹薄层泥岩；馆下段（1884-2442m）上部以泥岩为主，夹含砾砂岩、粗砂岩、细砂岩、粉砂岩，下部为厚层砾状砂岩（底砾岩）；

馆上段与馆下段使用效果如下：

馆上段：1670-1836m，定向全力降斜，每柱定向两根或两根半，到后来每柱定1根或1根半，托压现象明显减少，工具面稳定，定向效果明显，166m井斜降↘3.16º，平均↘0.57º/30m；

馆下段：定向托压严重，泥砂互层造成，工具面不稳，需反复调整，定向效果差，井斜增长↗0.6º/30m，方位↗1.4º/30m；

原因分析：主要原因是由于地层均质程度不同造成的，在馆上段中虽是泥砂互层，但砂岩主要是粉砂、细砂，粒径在0.01-0.25mm，与泥岩粒径偏差较小，地层较均质，在此井段钻进时钻时相差不大；而在馆下段井段中，因地层含有砾石，砂岩也有粗砂岩到粉砂岩不等，粒径相差较大的岩性混杂在一起，造成地层不均质，钻进时钻时波动较大。

4　经验及认识

通过以上的分析我们可以得出如下的结论

（1）二开初始阶段使用牙轮较好。从实际使用来看，同地层中1513-1670mPDC钻头平均钻速10.62m/h，1670-1838m牙轮钻头平均钻速11.08m/h。由此可见钻速相差不大，但就定向效果来看，牙轮钻头更有利于初始阶段的造斜、稳斜；

（2）二开大井眼段施工时，每钻进完一柱后，划眼2-3遍，延长循环时间，增加岩屑上返时间。定向前，进行循环，减少环空内的岩屑含量，有利于减少托压现象；

（3）进入馆上段前，将井身轨迹调整好，更换一只新的牙轮钻头，以复合钻进钻穿馆下段，避免在馆下段进行定向作业；从本井实际应用来看，SKH517G钻头钻穿馆底砾岩后，起出新度75%，完全满足钻穿馆底砾岩的需要；

（4）中途调整轨迹前，适当循环一段时间，泥浆上加入适当的润滑剂，可使用定向过程更加顺利；

（5）不同地层岩性对定向效果影响，同样钻压4t的情况下，在砂岩段工具面的反扭角为130度，而在泥岩段反扭角为330度，致使在砂泥互层井段进行定向时，会出现工具面不稳定，增加了定向的难度。

参考文献：

[1]李克向.钻井手册[S].北京:石油工业出版社,1990.

[2]周全兴.钻井工具使用手册[S].北京:科学出版社,1990.

[3]钻井工艺研究院.桩海10A-1井钻井工程设计[J].2013.

[4]胜利石油管理局地质录井公司.桩海10A-1井钻井地质设计[J]. 2013.

[5]胜利海洋钻井公司工程技术科.桩海10A-1井施工策划[S].2013.

作者简介：李志强（1972-），男，山东淄博人，高级工程师，主要从事：海上石油勘探开发工作。