高温高压定向井技术在顺北区块的应用

吴国荣(中石化江汉石油工程公司钻井钻井二公司西部分公司，新疆 巴音郭楞 841600)

0 引言

随着西北油田分公司顺北区块勘探开发的深入，高温高压小井眼定向技术的改进和应用显得尤为重要，2017年至2019年两年间，西北油田分公司部署在顺北区块的井基本深度为8000～9000m。根据以前施工井经验，顺北区块该深度温度基本为150～180℃，在该温度范围内国内外抗高温仪器、螺杆工具选择性不高。在本井的施工过程中，螺杆选择立林180℃抗高温螺杆，仪器选择美国进口APS抗高温仪器或国产郑州士奇抗高温仪器。根据该井施工的成功经验，归纳总结先进施工经验并推广应用。

1 顺北5-15H井螺杆钻具选择

选择螺杆主要从两方面考虑，一为造斜所需螺杆造斜率，二为满足耐高温性能。

(1)从螺杆造斜率着手。顺北5-15H施工前，针对顺北区块149.1mm井眼，同深度、同层位井螺杆造斜率做了详细的研究与调研。选择出适合该井造斜率的螺杆。顺北工区之前施工井149.1mm井眼螺杆造斜率总结如表1所示。

表1 顺北工区之前施工井149.1mm井眼螺杆造斜率总结

施工完成后，根据每趟钻施工情况总结出顺北5-15H井螺杆造斜率情况，如表2所示。

表2 顺北5-15H井螺杆造斜率情况

(2)从温度方面选择该井所用螺杆，首先的摸清该区块不同深度所对应地层温度。根据之前已钻井，统计出以下地层温度规律，如图1所示。

图1 地层温度规律

从上图可以看出，在顺北区块最高温度一般为180℃左右。根据此依据我们在顺北5-15H施工中选择立林180℃抗高温螺杆。在顺北5-15H施工过程中，经过MWD仪器测得地层温度，如表3所示。

表3 MWD仪器测得地层温度

根据现场MWD仪器所测井底温度，我们可以看出前4趟钻最高温度为154℃，由于顺北区块距离基地较远，螺杆供应上有着距离远，供应周期长等特点，150℃单弯螺杆在使用过程中有一定的风险，地层温度随时会突破螺杆最大耐温极限，造成施工中断。为了保证施工连续性，我们选择了更为保险的抗高温180℃单弯螺杆。

2 顺北5-15H井MWD仪器的选择与使用情况

顺北区块由于地温梯度较高，油层埋藏深，加之小井眼钻进仪器故障率很高，根据前面已钻井施工情况，每口井，因为仪器故障起下钻次数基本为4～5次，严重耽误钻井时效。在仪器的选用上，我们选择了更加可靠，故障率低的美国APS抗高温180℃无限随钻仪器。在整个使用过程中，运行情况良好，仅有一趟钻因为探管损坏，起钻更换，优于同时期顺北施工定向井。顺北5-15H井定向施工中仪器使用情况统计，如表4所示。

在第二趟钻仪器因为故障起钻检查后，我们发现损坏原因主要为仪器在井底震动过大，造成仪器疲劳损坏。整个第二趟钻施工中仪器震动值最大可以达到40G以上。如图2所示，根据仪器在井底的受力分析，整个仪器在井底所受的震动主要有三个方面，分别是横向震动、纵向震动、旋转震动。分析到震动来源后，在后几趟钻的施工中，我们不断的调节钻进转速、钻压、排量等钻进参数找出震动最小的钻进参数搭配。仪器实时测得的震动值有着明显的变小趋势。并且为了进一步减小来自纵向的震动，我们在探管和电池筒之间加入一截空的加长筒，来进一步减小震动。可以看到在后续的定向施工中，仪器故障率明显降低，节约了时效。

表4 顺北5-15H井定向施工中仪器使用情况

图2 仪器在井底的受力分析

3 顺北5-15H轨迹控制技术

顺北5-15H井四开井眼149.1mm，井底垂深7000多米，井底高温高压，在轨迹控制上存在一下难点。(1)井深达到8000多米，井段较长，循环压耗大，泥浆排量小，造成岩屑携带差，定向容易托压。(2) 88.9mm小钻具刚性差，定向过程中容易出现钻具自锁性托压。(3)井段长，摩阻大，工具面摆放困难，造成造斜率过低，影响轨迹。(4)部分井段可能含有硅制团块或破碎带，钻时极高，造斜率低，影响轨迹中靶点。

为了解决这些难题我们针对性的提出了一系列解决措施。(1)采用了多活动钻具、滑动钻进前提高泥浆的润滑性等方法来克服由于摩阻和扭矩所带来的钻进困难。(2)为了控制好轨迹在所要求的范围内运行，采起了勤测斜、勤计算等办法。为了能准确的入B点，每测一组数据都要设计出几种方案，选择其中最合理的一种方案。(3)在摆放工具面角时，每次转完转盘后，采起了多活动钻具的办法。(4)为确保钻具和井下安全，施工中尽量简化钻具组合，少用接头，用加重钻杆代替钻铤。

顺北5-15H井是一口超深定向斜井，最大井斜78.8°，设计狗腿12°，属于中长半径定向井。由于首次在顺北工区施工，切井深较深，某些地层甚至还有硅制团块，极为影响造斜率。在轨迹控制上以宁高勿低为原则。第一趟钻下入2°单弯螺杆，实际狗腿16°/30m，打出井斜余量，防止后面遇到难打地层造斜率跟不上，也为后续下入低度数螺杆做准备。设计和实钻轨迹如表5所示。

表5 设计和实钻轨迹

4 结语

(1)本井为超深定向井，在施工中也要按照设计控制好井身轨迹，确保井下安全，必须控制好增斜率。因此，选择合适的弯壳体螺杆和准确的预计井底的实际井斜，是增斜段成功的关键。

(2)预计本井井底静止温度160℃，循环温度140℃左右，在施工中下入质量和精度优良的立林耐高温180℃的仪器和使用性能优良耐高温180℃的螺杆钻具，是施工成功的关键。

(3)在钻井液方面，其润滑性能尤为重要，在保证钻井液性能的同时，还应注意泥浆的固相含量，因此，固控设备一定要使用并维护好。同时要根据井下的实际情况，及时进行短起下钻作业，消除岩屑床，保证起下钻作业的顺利和通畅[1]。

(4)在增斜段的施工中由于小钻具带仪器，排量比较小，所以存在岩屑携带困难、易形成岩屑床、岩屑细小的问题，除了工程技术配合，固控设备运用外，在各项设备允许的情况下，要尽可能的增大循环排量，以利于携岩和保障井下安全。

(5)本井距离轮台基地较远，在后面的施工中螺杆、仪器维修供应较远。物资保障需充分。