顺北区块超深120mm小井眼定向技术难点及对策

董小虎，商 森

（西北油田分公司，新疆轮台841600）

塔河油田顺托果勒低隆北缘顺北井区主力油气藏构造奥陶系一间房组黄灰色泥晶灰岩含硅质团块，同时储层均位于断裂带附近，储层缝洞发育见图1，储层物性较好，适于采用水平井技术开发。2016年顺北地区部署完成的5口水平井都是以一间房组为目的层，造斜点井深均超过7270m，造斜点至B点垂差小于90m，全角变化率高达22°/30m，完钻井深最深达到8049.5m，5口井目的层钻进过程发生了不同程度的漏失，钻遇好的储集体。该地区定向钻井过程中遇到了一些技术难题,严重影响了钻井周期,在顺北区块缩短四开周期存在较大空间、总结相关技术要点，破解技术难题，找到适合顺北地区的优快定向钻井技术,有很大的现实意义。

1 技术难点

（1）井底预计静止最高温度可能达到160℃，对定向仪器和工具提出了较苛刻的要求，易导致定向仪器和工具的提前失效。普通螺杆钻具在高温条件下橡胶定子老化加速，使得螺杆工作寿命大幅缩短，增加起下钻次数，不利于提速。国产随钻测量仪器的工作温度不及国外的产品[1]，同时脉冲信号在长距离传输也使得信号衰减严重，仪器故障率显著增加。

（2）设计造斜点选择在地层岩性稳定的奥陶系一间房组，埋深超过7400m，同时一间房组也是地质预计储层发育段。造斜率高，造斜点深、地层硬度高含硅质团块，定向工具面难以摆到位，钻压不能有效传递到钻头上。顺北1-2井设计造斜点7447m，井眼尺寸120.65mm，造斜点与B点垂身85m，井斜从0°增至88°，全角变化率21.9°/30m，扭矩大、摩阻大，井身结构见图1。

（3）小井眼95mm螺杆工作稳定性差，寿命短，且小井眼88.9mm钻杆刚性弱，定向过程造斜率波动大，实钻过程中可能多次调整轨迹。小井眼螺杆弯度选择难度大，短半径水平井要求造斜率高且满足设计的井眼轨迹，实钻过程因造斜率、轨迹、螺杆寿命、仪器信号等原因需起钻，增加了定向施工周期。

（4）高温条件下钻井液高温稳定性、流变性、润滑性、井眼净化能力等调控难度大。

2 措施及实施

2.1 优选仪器及螺杆

根据对比选择，斯伦贝谢SLMPULSEG5和美国APS随钻测量仪器，抗高温稳定性满足要求。仪器相关参数见表1。

其中5口井选用了螺杆使用95mm直径的抗高温的高效定向弯螺杆（见表2），厂家及螺杆型号有天津立林5LZ95×7.0-ⅧSF、德州联合5LZ95×7.0-DG、北京石油机械厂5LZ95×7.0-DG。小螺杆在纯钻时间、安全性能等方面较低，Ø95mm螺杆平均纯钻时间49.5h，另外对于定向接头工具的性能要求高，钻具故障预防也是超深短半径水平的重点工作之一。

实践数据，立林和德州的螺杆稳定性好，安全使用时间50h，北石螺杆安全使用时间80h，但是螺杆功率高，振动剧烈，导致仪器故障多，顺北1-4H使用北石厂家螺杆期间发生3次仪器故障。

图1 顺北区块井身结构图

表1 随钻测量仪器参数对比

表2 螺杆使用情况统计表

2.2 轨迹控制优化，引用双增剖面

针对井超深、短半径水平段的特点，四开造斜段采用复合钻具组合，及时监测轨迹变化，确保井眼轨迹平滑、井眼质量好，降低钻具摩阻和扭矩，保证钻压有效传递。

钻具组合：Ø120.65mmPDC（百施特M0864）+Ø95mm螺杆+单流阀+Ø88.9mm无磁钻铤+MWD悬挂短节+接头+Ø88.9mm非标钻杆×16根+旁通阀+Ø88.9mm非标钻杆×114根+Ø88.9mm加重钻杆×45根+Ø101.6mm钻杆，选用Ø88.9mm非标钻杆的主要原因，技术尾管为Ø139.7mm套管，内径Ø124.3mm，标准Ø88.9mm钻杆无法通过。选用Ø88.9mm非标钻杆可以使环空间隙满足携砂要求，并较少环空阻力。

钻井参数：钻压10～20kN；排量8～11L/s；泵压18.5MPa；转速螺杆为定向段轨迹平滑，减少造斜段调整轨迹的起下钻次数，造斜井段通过优化更好地满足轨迹要求，这样可缩短因调整轨迹需要而更换不同弯度螺杆的起下钻频次，对比图2、图3，第一次造斜率越大，后期增斜更为容易。顺北1-5H即为双增剖面，通过下钻到底后采用2°弯度螺杆增斜钻至井斜50°，改2.5°螺杆提高造斜率，从50°增斜直90°。水平段钻进井段1.5°螺杆复合钻进。

图2 顺北1-2H井定向段设计与实钻轨迹对比图

图3 顺北1-5H井定向段设计与实钻轨迹对比图

2.3 钻井液性能优化

为了降低超深短半径水平井的施工复杂，要求钻井液具有较好的润滑性，利于水平段钻井提速，减少目的层施工周期。因此，一间房灰岩地层选用聚磺混油钻井液体系，确保井眼清洁、减阻防卡和防硫化氢。

（1）润滑降阻技术。采用聚磺混油钻井液体系，3%黄化酚醛树脂+3%褐煤树脂提高抗高温稳定性，2%液体润滑剂+2%固体润滑剂提高润滑性，一次混入乳化好的原油，含油量在6%～8%，提高钻井液润滑性能，维持钻井液极压润滑系数在0.06。4%的乳化沥青提高防塌性，大中小分子量处理剂的合理搭配，形成薄而韧的滤饼。

（2）预防压差技术。顺北区块一间房地层裂缝发育、地层压力系数为1.1～1.2g/cm3，实钻中钻井液密度控制在1.25～1.32g/cm3，降低压差卡钻风险并保证井控安全。

（3）高温流变性和稳定性。为了保证高温流变性和沉降稳定性，选用优质的抗高温材料，3～5kg/cm3聚阴离子纤维素，20kg/cm3高软化点乳化沥青，8kg/cm3抗高温稀释剂，调整膨润土含量，防止高温增稠或高温稀释，影响高温稳定性，钻井液密度1.32g/cm3，粘度48～52s,塑性粘度16～18mPa·s，动切力6～8Pa，静切力3/7Pa。

（4）硫化氢防护。pH值调整至9.5以上，并钻进期间添加除硫剂，每钻进50m加入200kg处理剂。

顺北1-5H钻井液性能：密度1.32g/cm3；粘度48s；塑粘16mPa·s；动切6Pa；静切3/7Pa；失水4.6mL；泥饼0.5mm；pH10；含砂 0.1%；固含 13%；坂含 26kg/m3；Kf0.0524；Cl-21000mg/L；Ca2+220mg/L；HTHP 12mL/150℃，含油5%。

3 应用效果

通过要求使用抗高温的定向仪器和螺杆工具，提高定向轨迹增斜段的可操作性，增强钻井液抗高温性、润滑性，克服了超深120.65mm小井眼短半径水平井温度高、钻具强度低、造斜率高、摩阻大的多项技术难题，安全高效地完成了5口超深短半径水平井的施工任务，时效和周期见表3。其中顺北1-4 H井完钻斜深8049.5m,顺北1-5H完钻垂深7576m,创国内定向井斜深和垂深记录。

4 结论及建议

（1）推荐选用的“抗高温螺杆+MWD”进行顺北超深短半径水平井定向施工，天津立林和德州联合的95mm螺杆稳定性好，与定向仪器匹配度高，可以作为首选。但进一步缩短定向段周期，需提高螺杆的使用寿命。斯伦贝谢SLMPULSEG5和美国APS仪器，抗高温稳定性满足要求，仪器通过自带充电电池工作，电池的工作时间有待进一步增加。

（2）定向段推荐采用“PDC钻头 +2.25°～2.5°弯螺杆+高温MWD”组合，执行“双增剖面”的轨迹设计方案，保证轨迹平滑，达到减小摩阻的要求。

（3）水平段定向钻井参数，钻压10～20kN，排量8～11L/s；泵压18.5MPa可满足施工要求。

（4）针对顺北井区一间房组地质特性，形成了相应的顺北超深水平井钻井液技术，并提出了钻井液关键性能指标。但是针对超深高温井钻井液稳定的评价，有待进一步明确评价标准。

表3 顺北区块四开井段时效分析表

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