大斜度定向钻井技术在束鹿坳陷的应用

梁永恒 公利华 张佳

摘要：华北油田束鹿坳陷的大斜度定向井施工，采用上部井眼直井防斜技术、定向段井眼均匀增斜技术和下部井段稳斜钻进技术，优化钻具组合，在钻具中加入修眼接头破除岩屑床的钻井工艺，有效地解决了该地区大斜度定向井井斜大、控制段长和摩阻扭矩大等难题，同时减少了井下复杂，提高了机械钻速，缩短了钻井周期。

关键词：束鹿坳陷;定向井;大斜度井;井眼轨迹控制;提高机械转速

1 地质概况

束鹿坳陷位于河北省辛集市地区，由上至下钻遇的地层分别为平原组、明化镇组、馆陶组、东营组和沙河街组。其中平原组和明化镇组地层埋藏深度为945m左右，岩性为棕黄色粉砂岩与棕红色泥岩呈不等厚互层，下部为紫红色泥岩，泥质粉砂岩及粉砂质泥岩。地层倾角达到35-65°，容易起井斜。馆陶组上部为绿灰色棕红色泥质粉砂岩、紫红色泥岩浅灰色砂岩、绿灰色泥岩，下部为浅灰色砾砂岩，含极纯砾砂岩，对PDC钻头伤害很大，在该段需更换牙轮钻头钻进。东营组和沙河街组断层发育，有井壁垮塌和井漏风险。

2 束鹿坳陷大斜度定向井的井眼轨迹控制

2.1 上直段井眼防斜打直

一开导眼（井眼尺寸D444.5mm）及二开上部直井段（井眼尺寸D311.2mm）钻进参数：钻压0-20kN，转速：100 rpm，排量：32-50 L/s

为了使上部井眼尽可能防斜打直，在上部直井段井眼中下入钟摆钻具组合，采用钟摆钻具组合的高转速低钻压钻进参数能起到有效的防斜效果，同时采用高压喷射水力破岩，大大提高了钻井速度。在超过1000m的直井段使用了直螺杆+扶正器的钟摆钻具组合进行复合钻进，机械钻速和井身质量都有了显著进步。实践证明，直井段严格控制钻压，最大井斜控制在2°以内，效果良好，完全满足设计要求，为后续工作打下了很好的基础。

2.2 定向段的井眼轨迹控制

大斜度定向井顾名思义，其显著特点是井斜角大（一般为50-75°），进而水平位移随之增大（一般为1000-2000m），从而导致了钻具与套管和井壁的接触面积增大，钻具组合承受的摩阻扭矩增大。因此减少钻具组合承受的摩阻扭矩是大斜度定向井施工能否成功的关键因素。且该区块为老油田，地面磕头机遍布，老井数据不全，防碰施工困难大，在增斜过程中随时关注磁场强度变化及时调整轨迹避开老井眼，防止相撞事故。经过井眼轨迹的优化设计，束鹿坳陷施工的大斜度定向井井身结构为直-增-稳-增-稳的五段制定向井，分段造斜尽可能降低摩阻、保证井下安全，两定向段之间的稳斜段又能有效的为避让老井提供安全调整井段。

（1）造斜段钻进参数：钻压20-50 kN，转速：DN+50 rpm，排量：32 L/s

二开采用210mm扶正器、1.5度螺杆，及时测斜，定向调整，定向采取滑动（5-7m）钻进和转动钻进相结合的技术措施，既保证了造斜率满足设计要求，又使得井眼轨迹相对圆滑，在第一稳斜段（井斜30°左右），通过控制钻压可有效的实现稳斜效果。在第二增斜段，造斜率稳定，滑动4-5米即可实现3°/30m增斜率。

单弯螺杆+MWD组合，可以随时定向、扭方位或复合稳斜钻进，而不会因造斜率低或狗腿度超标起下钻改变钻具组合，从而节约了起下钻时间和提高了钻进速度。在井眼轨迹控制上将增斜段的主要部分设计成变曲率井段，有利于减小增斜段的摩阻，并为稳斜段提供较大的轴向拉力。实际施工中加密测斜，将各测点的井斜数据及时输入计算机处理，并相应地作出下一步井眼预测，及时指导生产，保证井眼轨迹不偏离设计轨道，同时井眼曲线曲率是变化的，给钻柱提供一个最小的摩阻，有利于下部施工。

（2）稳斜段钻进参数：钻压20-80 kN，转速：DN+50 rpm，排量：34 L/s

配合单弯近钻头210mm/208mm扶正器、1.25度螺杆，在稳斜过程中，因地层因素及钻头磨损情况的影响，稳斜效果不好，需加大钻压控制井斜，当钻遇砾岩时，又需减小钻压。当砾岩逐渐变纯后，PDC钻头损伤严重，更换高速三牙轮钻头配合大钻压破岩效果尚可。

3 大斜度定向井的井壁润滑和防卡

（1）在钻进过程中加强监测，上直段要注意防止打斜，要加密测斜。

（2）使用18°斜坡钻杆减少钻具摩阻。

（3）稳斜段简化钻具结构，尽可能减少钻铤和稳定器数量，采用加重钻杆代替部分钻铤，降低发生粘卡的机率。

（4）岩屑床在大斜度定向井中对安全施工是一个危险的因素。分析这种岩屑床的特点，仅采取增大排量、優选流型、固控清砂、提高泥浆携砂和悬砂能力是不够的。在增加修眼短节在斜井段钻进中，根据井眼轨迹把随钻破键器安装在井眼曲率大、井斜大的地方，达到一边钻进一边清砂的目的。同时从工艺方面还需做到：第一，每钻进200-300m进行一次短起下，破坏岩屑床的形成;第二，每打完一个单根倒划眼或正划眼一次，清洁修整井壁，循环带砂;第三，尽量使用旋转钻进代替滑动钻进，减缓和破坏岩屑床的形成，有利于泥浆携砂。

（5）起下钻注意控制速度，防止起钻拔活塞造成井底压力变小，造成地层流体进入井内，造成溢流等现象;下钻分段循环，避免了环空憋堵造成井漏。

4认识与结论

（1）采用上部井眼直井防斜技术、定向段井眼均匀增斜技术和下部井段稳斜钻进技术，优化钻具组合，在钻具中加入修眼接头破除岩屑床的钻井工艺，有效地解决了该地区大斜度定向井井斜大、控制段长和摩阻扭矩大等难题。

（2）定向井施工人员，要把地质、钻井设计好好对比认真分析，每一个数据和提示，对施工都是很重要的。同时，施工前，能掌握尽量多的邻近井轨迹变化特点，优化施工井施工方案和措施，使井眼轨迹施工做到最优，减少定向井段，增加钻井速度。

（3）及时测斜、计算扫描防碰、跟踪作图，是保证井身轨迹和安全防碰的关键。使用无线随钻测斜仪（MWD），能够及时准确掌握井身轨迹的变化趋势，配合以使用带单弯螺杆的导向钻具及时调整，保证了井眼轨迹按设计要求严格控制，提高了剖面符合率及中靶精度，实现了优质、快速、安全钻井。

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