浅谈高温超深井轨迹控制技术

衣利明

摘 要：超深定向井、水平井钻井技术是塔里木地区油气开发的重要技术手段。针对地区油气埋藏深、储层非均质严重，钻井施工工艺复杂的技术难点，形成了超深定向井、水平井钻井工程优化设计、钻具组合及钻井参数优选技术、高温高压无线随钻测量技术等配套工艺技术，实现了规模应用，为今后西北地区新油田的开发、老油田的调整和凝析气藏的开发提供了技术支撑。

关键词：超深定向井;水平井; 轨迹控制; 钻井液;摩阻;扭矩

一、钻井过程中的主要技术难点

1. 直井段优快钻井、防斜打直困难

由于油藏埋藏深，裸眼井段长，砂泥岩交互频繁，易发生井漏、井塌、井斜等复杂情况，直井段优快钻井和防斜打直困难。

2. 定向滑动施工难度大

由于井深、摩阻扭矩难以控制，选择合理的钻压控制井眼轨迹难度大。在滑动钻进时，随着井斜的增大，钻具贴在井眼下井壁上，钻压小传不到钻头上，需要增大钻压，然而当钻压达到一定值时会突然释放压力，动力钻具停止转动，造成憋泵，定向滑动施工难度大。

3. 深部地层地温高，施工难度大

深部地层地温高，静止温度150℃，循环温度130℃，超出一般无线随钻测量设备正常工作温度范围，且MWD无线随钻仪器井斜、方位、工具面信号滞后，对井眼轨迹控制造成一定难度。

二、主要技术措施

1. 超深定向井、水平井井眼轨道优化设计

在满足一般定向井、水平井设计要求的同时，超深定向井、水平井井眼轨道优化设计应着重从以下四个方面考虑：最大限度地满足开发要求;针对地层特点合理设计钻井液性能参数，确保井眼质量和安全;以摩阻、扭矩最小为原则，合理确定靶前位移、造斜率等关键设计参数，最大限度地降低施工后期滑动钻进难度;制定井下安全钻井配套技术措施。

2. 钻井工艺技术

2. 1井眼轨迹控制基本原则

直井段：采用钟摆钻具组合，调配钻进参数，用多点进行监控，使直井段的最大井斜控制在2. 5°以内，水平位移小于25 m。一旦发现位移偏大，及时采用螺杆钻具纠偏，控制井眼狗腿度，确保井身质量。

斜井段：根据多点数据，修改井身剖面设计;利用MWD测取数据并及时处理，监控预测井眼轨迹;选用度数合适的螺杆钻具、优选钻头、优化钻井参数，根据轨迹控制需要分别采取滑动和复合钻进方式，提高钻井速度;明确实钻地层变化，及时调整井眼軌迹，为入靶前的轨迹调整做好准备，考虑到滑动钻进时传压困难，入靶井段造斜率控制在（23°～28°） /30 m范围内，确保准确钻达目的层。

水平段：实钻井眼轨迹要最大限度地控制在储层物性好的部位中钻进，通过加密测量，及时掌握井眼轨迹参数和井斜变化规律，减少滑动钻进，实现井眼轨迹精确控制。

2. 2底部钻具组合优选技术

根据设计井眼曲率和地层可钻性选择螺杆钻具。对于井温高、地层压力大、钻井液密度高、排量受限的井，采用多级耐高温螺杆钻具;。在保证正常钻进的同时，调整钻具组合降低测量盲点的距离。根据造斜率的高低优选钻具组合，有利于轨迹控制、提高施工速度、保证施工安全。

针对超深定向井、水平井在下部斜井段及水平段地层托压现象明显、滑动钻进时影响大，活动钻具间隔时间过长极易发生粘卡事故的实际，需要提高井眼质量，减少滑动钻进进尺，实现水平段导向钻进和井身轨迹的微调。上部及斜井段选用2. 5°单弯钻具;水平段导向钻进时可选择采用1. 25°螺杆钻具或不带扶正器1. 5°单弯。在实钻井身轨迹接近上靶边时，利用工具自然降斜率调整轨迹，达到中靶要求。

2. 3钻进参数优选技术

在超深定向井、水平井钻进过程中，由于所钻地层的非均质和地层存在一定倾角，导致复合钻进时钻压对工具自然造斜率敏感。在调整井眼轨迹滑动钻进时，采用点震式送钻，螺杆钻具保持0. 5～1MPa的压差，在螺杆钻具不憋泵的情况下，选择钻时快的钻压钻进。斜井段和水平段导向钻进时，工具的自然造斜能力对施加的钻压较为敏感，钻压的大小要综合考虑所钻地层岩性的可钻性对钻具的影响，要兼顾钻具的承压能力、钻具的使用时间等。

由于地面设备、高压管汇及马达的耐压性能的限制，超深井井眼循环压耗的影响，排量难以提高，需要合理选择钻井液排量。选择15～17 L / s的排量，以满足仪器测量、马达正常运转的最佳工作状态，达到延长马达寿命、充分清洗井眼及携砂目的。

2. 5无线测量技术

在施工中主要采用下钻过程中分段循环降温的方法，解决无线随钻测量仪器MWD额定工作温度低于地层温度无法正常工作的问题。

2. 6钻头选型

为了满足井眼轨迹控制、提高生产时效，在钻井施工中钻头选择应遵循以下原则：一是在井斜角小于30°时选择三牙轮钻头，保证工具面的稳定，满足设计造斜率;二是在井斜角大于30°及水平段钻进时，尽量选用PDC钻头以减少起下钻次数，提高钻井速度。

3. 钻井液技术

钻井液体系要保证具有较强的悬浮和携砂能力、较好的防塌和良好的润滑性能，保证钻井速度加快和施工安全。

4. 安全钻井措施

斜井段、水平段采用倒装钻具并定期倒换钻具，定期探伤，下井工具定期换新;控制好钻井参数，防止钻具事故的发生;选择优质钻井液和合理的钻井液排量，做好钻井液四级净化;定期、定深搞短起下，保证井眼畅通，达到破坏岩屑床的目的;搞好井控工作，熟练“四七”动作，搞好井口观察记录防喷、防漏;滑动钻进时钻压根据钻具受力情况设定钻压上限，掌握好活动钻具时间;斜井段、水平段下钻遇阻严格遵守“一冲、二通、三划眼”的原则，防止小井眼造成卡钻，实现安全钻进的原则。

三、现场应用

顺西3井是由中石化中原钻井承包的一口水平井，该井造斜点6376m，完钻7178m，设计真方位：116.84？。海拔：1028.32m，补心高：10m，磁偏角：3.17？，造斜井段造斜率为：24？/30m。

该井于2016年08月27日由井深 6376m开始定向造斜，2016年10月13日井深7718m完钻，在施工中通过采用以上技术措施，有效地解决了钻具摩阻和扭矩大、地层托压严重、滑动钻进时对钻压较敏感、动力钻具憋泵、高温条件下仪器信号传递不连续等问题，钻井周期46.54天。

四、认识及结论

（1）转盘钻进时，扭矩较大，如果使用双扶正器进行增斜钻进，容易发生断钻具事故，尽量使用螺杆带仪器复合钻钻进。

（2）采用滑动和复合钻进相结合，可以安全、有效地解决钻压传递困难的问题。

（3）斜井段及水平段施工时，简化钻具组合，加强钻具探伤及倒换，可以有效地防止由钻具疲劳破坏引起的钻具事故。

（4）水平段可使用弯度较小的单弯+ PDC钻头的钻具组合，能够减少起下钻的次数、降低复合钻进时的扭距、减少摆工具面的时间，提高钻井的时效。

（5）在下钻途中分段循环钻井液，可以降低仪器的工作环境温度，使仪器能在适宜的温度下正常工作。

参考文献：

[ 1 ] 王琦，孙海芳，贺兆顺，等. 超深水平井钻井技术在塔里木DH1- H2井的应用[ J ]. 西部探矿工程， 2004 （9） ： 80 - 82.

[ 2 ] 陈世春， 王树超. 超深水平井钻井技术[ J ]. 石油钻采工艺，2007， 29 （4） ： 6 - 9 .