易漏失定向井优快钻井技术研究与应用

张韩伟

摘要：在定向井钻井现场施工中往往会遇到一些特殊地层，孔隙度大、渗透性好，容易发生钻井液的漏失。施工井区在定向施工过程中井漏问题突出，个别井井漏严重，不得不采取注灰措施，严重制约机械钻速。通过对井区井身结构优化，加深技套下入深度，井漏复杂明显降低，提高了钻井效率。对井区井眼轨道进行优化，造斜点位置下移，减少轨迹控制段长度，增加复合钻比例，提高机械钻速。对井区钻头进行优选，单趟进尺和平均机械钻速均得到有效提升。现场表明：井区定向井优快钻井技术解决该区域地层漏失问题，三叠系机械钻速得到有效提升，实现一趟钻钻完直井段、造斜段、稳斜段。

关键词：海上油田；定向井；优快钻井；井身结构；轨迹控制；机械钻速

1钻井技术难点

（1）不整合接触，地层承压能力低，井漏问题突出，严重制约机械钻速；（2）三叠系下部地层均质性差，夹层多且含有不等径砾石，地层可钻性差，段厚在640m左右，一趟钻钻完

斜井段难度较大，钻头选型困难；（3）井区造斜点位置较深，PDC钻头定向过程中工具面不稳定，难以施加钻压，增加了轨迹控制难度和提速难度。

2井身结构优化

井身结构设计关系到钻井施工的安全顺利，合理的井身结构能最大限度地避免漏、喷、塌、卡等钻井事故的发生，可提高钻井的经济效益。在进行井身结构设计时，以平衡地层孔隙压力、防止压漏地层为主要指导思想，综合考虑钻井设备状况、钻井工艺技术水平及

施工能力等因素，对井身结构进行优化。井区井漏问题突出，不整合接触地层承压能力低，在施工的10口定向井中，有8口井出现不同程度的井漏，严重制约着机械钻速。断块井身结构设计中技套下入深度为2935m（见表1），该层位为白碱滩组砂岩层位，极易漏失。

针对这一问题开展井身结构优化，优化技套下入深度，施工时钻穿白碱滩组中部砂岩进人稳定泥岩后中完，封固白碱滩组易漏砂岩层位，为后续定向施工提供安全保障。通过对技套下入深度进行优化（见表2），封固了白碱滩易漏层段，断块实施26口定向井中，只有1口出现井漏情况，大大减少了井漏复杂时间，延长了井下动力钻具、随钻测量仪器的工作时间，提高了钻井效率。

3井眼轨道优化

井眼轨道是指一口井开钻之前，预先设计的井眼轴线形状。在定向井施工之前，首先要考虑地质条件、钻井目的的要求、钻井工艺技术和施工技术水平等的实际情况，设计出该井的井眼轨道，为钻井施工提供理论依据。井眼轨道优化有利于钻井提速、提效，能够减少井下钻具的摩阻扭矩，优化时需要综合考虑设计井深、层位、岩性、地层压力等多种因素。井眼轨道优化主要遵循以下几个方面的优化原则：剖面簡单，利于钻井施工作业；造斜点、造斜井段地层稳定；井眼曲率变化均匀；利用地层自然造斜规律。井区选择三段制井眼轨道，剖面类型为直一增一稳结构，根据断块的施工情况，将造斜点下移由原来的3128m下移至3455m。相应的斜井段轨迹控制长度由原来的822m缩短至 495m，斜井段钻具组合下入趟次由原来的5.4次降低至2.2次，有4口井一趟钻钻完三开斜井段。通过轨道优化之后斜井段实钻摩阻、扭矩有效降低。

常用的钻头选型方法主要有2种：一是根据所钻地层的岩石力学性能分析，来推荐最优的钻头，这种方法主要适用于探井；二是根据区域已钻井的钻头使用情况分析，综合优选出合适的钻头。井区已在断块打了10口定向井，共使用了不同厂家钻头，经过对比分析，A钻头在机械钻速和工具面稳定方面均有较好的效果。针对井区提出一趟钻的要求，对该钻头进行进一步的优化。优选高强度13mm复合片切削齿，小角度布置切削齿，增加攻击性的同时确保钻头钻遇研磨性地层、夹层时有足够的抗冲击、抗研磨强度；增加了刀翼之间的排屑槽面积，优化直刀翼防卡设计；在钻头保径处增加切削齿，增强保径强度，同时能够进一步破碎岩石掉块；钻头顶部设计为浅内锥，增加了PDC钻头在定向时工具面的稳定性，提高钻头定向造效果。通过钻头优化，整体机械钻速（见表3）得到有效提升，三开斜井段机械钻速由原来的2.1m/h提升至2.8m/h，平均提速33.33%，平均单趟进尺有原来的195m提高到411m。

4轨迹控制技术

定向井轨迹控制就是改变钻头上的三维分力（钻压、变井斜力、变井斜方位）]迫使钻头按照设计轨迹方向钻进直至人靶。定向井轨迹控制技术主要包含3个方面，直井段轨迹控制技术、造斜段轨迹控制技术和稳斜段轨迹控制技术。

4.1直井段轨迹控制技术

直井段轨迹控制不但要追求机械钻速的提升，而且要保证优质的井身质量，即直井段井斜角、井斜变化率、并底水平位移满足设计要求。三开时下入螺杆钻具和随钻测量仪器，钻进过程中随钻测量仪器监控轨迹变化情况，若出现井斜角、井斜变化率、井底水平位移变化过多，及时采取措施纠斜，确保直井段井身质量合格，为下步定向施工做好准备。

4.2造斜段轨迹控制技术

造斜段轨迹控制要在施工前优选好造斜工具和钻具组合，一般工具选取的造斜能力比设计造斜率要高出10% -20%，施工前利用软件计算钻具组合造斜能力，确保实钻轨迹能够满足设计造斜要求。在定向钻进过程中需要根据实钻轨迹计算出井下钻具组合的实际造斜能力，并且预测出钻头处的井斜角、方位角，便于对待钻轨迹进行优化。自然参数法是轨迹预测中用于定曲率预测模型的一种，这种方法是假设井斜变化率和方位变化率分别保持为常数，并且等于最后侧段内的平均值。

5 结论

针对井区三叠系上部漏失严重、三叠系下部地层均质性差、含不等径砾岩、机械钻速低的工程技术难点，开展了井区定向井优快钻井技术研究。通过优化井身结构，优化井眼轨道，优选抗研磨、抗冲击PDC钻头，开展提速工具试验，形成井区优快钻井技术。

参考文献：

[1] 大庆海拉尔油田钻井提速难点与对策[J]. 李杉，云海涛. 石油钻探技术. 2016（05）