基岩大斜度定向井昌探1井优化设计与应用

王玉玺

（大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆163413）

随着对松辽盆地北部古中央隆起带基岩钻探，发现储层好坏受裂缝影响较大，因此，在已钻隆探X3东北部，更靠近徐西断裂带，断层活动明显的裂缝发育区部署了一口基岩大斜度定向井昌探1井，由于松辽盆地基底构造特征极为复杂，受多期构造运动影响，断层类型多样、组合复杂，增加了钻井设计与现场施工的难度。因此，针对该井在钻井过程中可能遇到的难点与风险，进行了井身结构设计、井眼轨道设计、钻头优选、钻进参数设计、钻井液设计等。

1 昌探1井难点分析

昌探1井是一口部署在松辽盆地古中央隆起带的大斜度定向井（最大井斜角81.95°），地质目标为花岗岩淋滤型风化壳和断层破碎带，地质勘探风险较高，钻井施工风险升高，主要有以下难点：

（1）上部地层存在多处断层，易井漏井斜：嫩四段中部约830m，青二、三段上部约1620m各钻遇一断层，易发生井斜和井漏，且青山口地层泥岩不稳定，有井壁失稳风险。

（2）营城组地层破裂压力系数小最低仅1.4，地层承压能力低，防漏与防气窜矛盾突出，应从固井工艺上解决防漏防窜问题。

（3）二开葡萄花油层存在高压注水，对井控安全和钻井液密度要求更高：300m范围内有1口油井，500m范围以内有2口注水井。

（4）基岩岩性复杂，处裂缝发育区，易井漏：风化壳顶部岩石整体破碎，储集空间主要为裂缝和溶蚀孔，以裂缝为主，易发生井漏。

（5）基底岩石硬度大，可钻性差，研磨性强，钻井速度慢：目的层岩性主要为花岗岩，岩石可钻性级值达到8~10.5，限制了PDC钻头的应用，是提速的瓶颈。

2 昌探1井钻井优化设计

2.1 轨道优化

为了达到勘探效果最优化，昌探1井设计为一口大斜度定向井。根据地质提供靶点连线回归出最大井斜角为81.95°，依据《水平井施工技术规范》，设计造斜率为4.5°~5°/30m，反算出造斜点为2975.23m，同时采用5段制双弧双增剖面，提高中靶率。昌探1井井眼轨道剖面设计表见表1。

表1 井眼轨道剖面设计表（垂直投影面0.00゜）

2.2 井身结构优化

由于本井受注水开发影响，葡萄花油层(1490.00~1545.00m)设计泥浆密度为1.50g/cm3，营城组破裂压力系数最低为1.40，安全窗口窄。因此，将技术套管下至登二底3374.00m（营城顶，井斜角61.17°），封隔不同压力层系，封住葡萄花高压注水层，嫩江组、青山口组不稳定泥岩，基本实现储层专打；且为保证油层固井质量，采用尾管+尾管回接方式固井，保证井筒完整性，同时解决了井口带压的问题；在地质设计基础上，通过裂缝/破碎带详细地质预测，给出了四个易漏层段：A段（3540.00~3733.00m），B段（3969.00~4079.00m），C段（4235.00~4327.00m)，D段（4417.00~4700.00m），根据裂缝形态和发育特征，提前50m采用针对性的随钻堵漏措施，从而降低井漏等复杂发生几率，保证安全施工。根据以上考虑，优化后的井身结构设计见图1。

图1 优化后的井身结构设计

2.3 钻头优化设计

针对12-1/4″大井眼造斜段砂砾岩互层，优选了牙轮+PDC复合钻头，复合钻头定向特点为工具面稳、速度快，可有效解决牙轮钻头速度慢、PDC钻头工具面不稳的双重矛盾，提高了大井眼造斜效率，其效果与8-1/2″井眼基本相当。造斜能力对比见表2。

表2 钻头造斜能力对比表

针对基底岩石硬度大，可钻性差，研磨性强，钻井速度慢等问题，统计了周围邻井钻头使用情况，发现牙轮钻头效果优于PDC和复合钻头，因此，推荐三开采用贝克休斯的进口牙轮钻头。钻头优选见表3钻头及钻井参数优化设计。

2.4 钻井参数优化设计

在以往施工试验基础上，持续推广“三大两高”，强化钻井参数，昌探1井在设备允许的情况下，将二开排量由50L/s提高至60L/s，将三开排量由25L/s提高至38L/s，在保证井眼清洁的同时，可尽可能发挥螺杆的功率，可有效提高钻速。钻井参数优化见表3钻头及钻井参数优化设计。

表3 钻头及钻井参数优化设计

2.5 钻井液优化设计

二开井段优选钾盐共聚物钻井液体系，具有很好的抑制页岩水化，可防止嫩江组、请伤口组泥岩地层膨胀、剥落、坍塌的能力，三开井段优选麦克巴的UL⁃TRADRIL水基钻井液体系，保障井下安全和井筒质量。

2.6 钻井周期预测

通过集成应用邻井实钻效果好的优势技术，绘制了钻井学习曲线，指导本井施工，进行了本井各段最优技术的筛选和应用推荐，以此进行了周期预测，学习曲线见图2。

图2 古中央隆起带基岩水平井钻井学习曲线

3 昌探1井现场施工情况

3.1 井身结构

由于在井身结构设计时进行了优化，使井身结构设计较适应实际情况，与钻井现场实际井身结构符合率相当高。一开下至300m与设计一致；二开探登娄库底3370m中完，三开井深为4900m。

3.2 实钻钻头情况

经过岩石可钻性极值分析、提速工具应用和钻头优选技术，钻井现场钻头使用效果良好，机械钻速较高，设计机械钻速与实际机械钻速符合率非常高。设计和实钻钻头使用对比情况见表4。

表4 昌探1井设计和实钻钻头使用对比情况

3.3 井身质量情况

（1）井斜。一开及二开直井段，井斜控制在限制井斜范围内，造斜及调整井段基本与设计吻合。最大井斜角：76.79°，所在井深：4327m。设计和实际全井井斜对比图见图3。

图3 昌探1井设计和实际全井井斜对比图

（2）井径。二开315mm井眼平均井径扩大率4.52%，二开311.2mm井眼平均井径扩大率-1.77%；三开215.9mm井眼平均井径扩大率12.31%。设计和实际井径对比图见图4。

图4 昌探1井设计和实际井径对比图

3.4 实钻效果

昌探1井，完钻斜深4900.00m/垂深3857.67m，平均机械钻速4.20m/h，钻井周期120.67d，建井周期158.54d。本井未出现方案设计原因导致的工程、质量事故及井控风险。

将昌探1井按照邻井的平均井深（4321.5m）进行折算，其钻井周期为101.35d，和邻井平均钻井周期（127.25d）相比，钻井周期缩短了20.35%，且无井口带压现象。按照70钻机日费15万元/d计算，本井和邻井相比，平均节约成本100万元左右。

4 结论

（1）合理的井身结构，必封点的选取使得隆探X3钻井施工顺利完成，没有事故复杂情况发生。

（2）二开2227.87~2791m井段使用两趟液动旋冲钻井工具+PDC，其他井段采用定向仪器+螺杆，三开基底钻进采用高速牙轮钻头，取得了显著提速和缩短周期的效果。

（3）采用具有良好润滑性和封堵防塌能力的有机硅聚磺钻井液体系，保证井壁稳定性以及井内钻井液静止状态下的井下安全，使得施工顺利进行。