浅析伊拉克鲁迈拉油田大位移“S”型定向井旋转导向技术应用

张青

摘 要：本文介绍了旋转导向钻井技术的工作原理及特点，并对前期设计和现场应用情况进行了描述，分析了旋转导向钻井技术具有井眼轨迹半滑、中靶精确、提高机械钻速、减少复杂事故等优点。旋转导向钻井技术在该井取得了成功应用，取得了较好的经济及社会效益，为伊拉克鲁迈拉油田后续大位移井的实施奠定了基础和提供了新的技术途径。

关键词：鲁迈拉；大位移井；定向井；旋转导向；井眼轨迹

Abstract： This paper describe the work principle of rotary steerable drilling technology， drilling program and drilling operation.Analyzeits advantage， such as borehole trajectory smoothing， target precision， increasing rate of penetration， reducing complex accident， and so on. Rotary steerable drilling technology has been successfully used in this well and got a good economic and social benefit， it will lay the foundation and find new technology path for the next large displacement well in Rumaila oilfield of Iraq.

Key words： Rumaila； large displacement well； directional well； rotary steerable； borehole trajectory

中图分类号：TE242 文献标识码：A

鲁迈拉油田位于伊拉克南部城市巴士拉以西50公里，是伊拉克第一大油田。油田分南北两部分，南鲁迈拉油田和北鲁迈拉油田共占地1800平方公里。该油田自开发以来，所钻井多为直井井型，近两年该油田开始布置一些定向井，该井为首钻的大位移“S”型定向井，代表着该油田钻井技术的新应用和提高，也为后续该技术的应用奠定了基础。

1 选择旋转导向的原因

1.1 避免卡钻事故再度发生

该井2014年12月21日开钻，表套Φ339.7mm×532m，技套Φ244.5mm× 2018.19m。2015年1月21日三开采用钻具组合8 1/2″ PDC 钻头X 0.41m+7″1.5度弯螺杆 X7.58m+8 1/4″稳定器 X 1.64m+6 3/4″ 浮阀接头 X 0.4m+6 3/4″定向接头 X 0.87m+6 3/4″MWD X 9.52m+6 3/4″无磁钻铤 X9.52m+6 3/4″螺旋钻铤 X 83.55m+6 1/2″机械震击器 X 5.56m+5″加重钻杆 X 139.92m复合钻进至井深2574.00m时发生卡钻事故，当时最近测点井深2549.21m，井斜21.31°、方位73.4°、位移604m，狗腿度0.73°/30m。发生卡钻后，多次尝试开顶驱旋转钻具、大吨位活动钻具、尝试启动震击器震击，均未成功后，后又经泡解卡剂、泡酸、泡油也均未解卡。最后决定测卡点、爆炸松扣起出自由段钻具、回填侧钻。

1.2 旋转导向系统较常规定向钻井的优点

（1）旋轉导向钻井技术其突出的优点是在旋转状态下实现井眼轨迹的实时导向，这种旋转状态下实现井眼轨迹的实时导向使得旋转导向方式下的钻柱所受到的摩阻和扭矩远小于传统的滑动导向方式，在同样条件下钻机作业的能力大大提高，钻机所能实现的大位移井的极限延伸能力大大增加。

（2）旋转导向方式下井眼清洗状况得以改善，这为钻井作业的安全性提供了有效的保证，特别是钻遇复杂地层时，钻井过程的安全性得到了保障。

（3）工具设计制造模块化、集成化，配有全系列标准的地层参数及钻井参数检测仪器，实现了地面—井下双向通讯系统，可根据井下传来的数据，在不起钻的情况下从地面发出指令改变井眼轨迹，缩短了非生产时间，提高钻井速度。

（4）井下这种闭环控制，定向钻井时不需要特殊的钻井参数，就可以保证最优的钻井过程，导向自动控制，实现了使钻出的井眼更平滑、垂深控制更有效，同时对下传指令能够确认反馈，降低了钻井风险，提高了油藏接触，使井筒定位更佳。

（5）可以在150℃以上的高温井中使用。

1.3 为后续大位移井探索一条有效途径和方法

通过该井旋转导向系统运用，从轨迹设计到具体钻井施工，证明旋转导向系统在该油田该种井型上是适合的，能够满足钻井实际的需要，从而为后续该类井有效施工探索出这条有效的途径和方法。

2 旋转导向系统基本组成及工作原理

2.1 系统组成

旋转导向钻井技术包括地而监控系统、井下旋转导向钻井工具系统和随钻测量系统。地面监控系统用来完成旋转（地质）导向二维建模、定向井水平井剖面设计或修正设计、底部钻具组合受力分析、井下信号解释处理、井眼轨迹参数计算等工作。旋转导向钻具组合主要由导向装置、传感器模块、双向通讯和动力模块、模块马达以及其他配套工具组成（如图1所示）。

2.2 导向原理（如图2所示）

导向装置造斜率的大小与每个导向肋块在单位进尺中的伸缩次数无关。在导向造斜模式下，液压系统可以对导向装置提供7500个动力矢量，使其按照给定工具面和给定动力进行导向钻进，而且可以随时通过下传指令重新定向。除造斜功能外，导向装置还有稳斜功能。通过井下自动控制的闭回路，在地面指令通过另一回路发至导向装置后，自动控制功能开始接管，将每秒测得的井斜数据与指令比较并进行调节控制，从而达到平缓光滑的井眼轨迹。在稳斜模式下，导向装置自动向靶点井斜角进行平滑导向，在新指令到达之前，将靶点井斜角保持在±0.2度之内；而且稳斜过程中也可以随时通过下传指令改变井眼方位。

3 工程设计

3.1 造斜点选择原则

首先，考虑在现有定向或导向工具能力的范围内，能否安全地满足甲方或业主在地质上的要求，以达到钻探或开发的目的。

其次，对地层要考虑到：

（1）造斜点应选在比较稳定的地层，避免在岩石破碎带，漏失地层，流砂层或容易坍塌等复杂地层定向造斜，以免出现井下复杂情况，影响定向施工。

（2）选在可钻性较均匀的地层，避免在硬夹层定向造斜。

（3）在井眼方位漂移严重的地层钻定向井，造斜点位置选择应尽可能使斜井段避开方位自然漂移大的地层或利用井眼方位漂移的规律钻达目标点。

最后，造斜点的深度选择要考虑：

（1）造斜点高使得定向容易（起下钻和测量快，容易定准，进尺快，动力钻具工作时间短）；上部地层软，形成的键槽软，易破坏掉；用较小的井斜获得的位移大。其缺点是轨迹控制井段变长，后面井段长，钻具重，更容易形成键槽。通常达到稳斜段后、下一层技套封固造斜段可避免键槽带来的麻烦。

（2）造斜点低则定向困难，需要的造斜率和最大井斜相对要大。但需要控制的井段大大缩短，为了准确，往往采用随钻测量工具定向。

（3）对于设计垂深大、位移小的定向井，应采用深层定向造斜，以简化井身结构和强化直井段钻井措施，加快钻井速度。对于设计垂深小，位移大的定向井，则应提高造斜点的位置，在浅层定向造斜，这样既可减少定向施工的工作量，又可满足大水平位移的要求。

3.2 井剖面与轨迹设计（表1）

4 实际应用情况

2015年1月31日下入钻具组合8 1/2″ Cone bit+6 3/4″ 1.5deg Bend housing PDM+6 3/4″ MWD+6 3/4″ UP/UPU+6 3/4″ NM sub-filter+5″ HWDP+6 1/2″ mechanic jar+5″ HWDP旋转钻水泥塞到达设计造斜点2270m，滑动钻进至2286m，旋转钻进至2292m后起钻。

更换钻具组合为旋转导向钻具组合8 1/2″ PDC bit+6 3/4″ ATK Steering Head+6 3/4″ OTK-LWD system+6 3/4″ Sub-float+6 3/4″ NM sub-filter+5″ HWDP+6 1/2″ mechanic jar+5″ HWDP，下到井底鉆进至2671m，短起钻200m后继续导向钻进至2900m，发现旋转导向传递信号丢失，起钻检查后，继续下入该旋转导向钻具组合，钻进至3152m后，短起钻至2850m，继续钻进3383m，短起钻至3100m，继续钻进，钻至完钻井深3487m。

5 结论及建议

（1）旋转导向技术在定向钻井中逐渐向着主流导向技术发展，由于其具有摩阻与扭阻小、钻速高、成本低、建井周期短、井眼轨迹平滑易调控等优点，将会在今后的定向钻井服务中的应用显著增加。

（2）该井采用旋转导向钻井技术有效地保障了该井的成功、顺利按钻井工程设计方案完井。本完钻井深3487m，垂深3372m。为该油田后续该种大位移定向井钻井方式提供了一种新的技术途径。

（3）旋转导向钻井能根据实钻地质情况及时调整轨迹，并保证井眼轨迹平滑，中靶精度高。同时旋转导向这种钻井方式能够提高携砂能力，减少了岩屑床的形成，良好的井眼条件保证了起下钻摩阻及钮矩较小，减少了井下复杂情况和事故率。

（4）旋转导向较常规滑动定向相比，降低了定向期间钻具不能旋转所带来的卡钻几率，同时正确地根据井型不同来合理选择使用旋转导向系统，可有效节约钻井时间，从而达到节约钻井成本的目的。

参考文献

[1]李强，刘学峰，赵红伟.塔河油田“S”型侧钻定向井钻井技术[J].西部探矿工程，2011（09）.

[2]旋转导向钻井技术在川东北元坝地区超深水平井的应用[J].价值工程，2012（13）.