垦利16-1油田浅层大位移井钻井关键技术.pdf

第 卷第期 年 月中 国 海 上 油 气 “十 三 五”国 家 科 技 重 大 专 项“渤 海 油 田 高 效 钻 完 井 及 配 套 技 术 示 范（编 号：）”部 分 研 究 成 果。第 一 作 者 简 介：喻 贵 民，男，高 级 工 程 师，博 士，年 毕 业 于 西 南 石 油 学 院 矿 业 机 械 专 业，主 要 从 事 海 洋 钻 完 井 技 术 创 新 和 成 果 转 化 工作。地 址：天 津 市 滨 海 新 区 海 川 路 号 渤 海 石 油 管 理 局 大 厦座（邮 编：）。：。通 信 作 者 简 介：任 鹏 举，男，工 程 师，毕 业 于 中 国 石 油 大 学（北 京）油 气 井 工 程 专 业，获 硕 士 研 究 生 学 位，主 要 从 事 钻 完 井 设 计 工 作。地 址：天津 市 滨 海 新 区 海 川 路 号 渤 海 石 油 管 理 局 大 厦座（邮 编：）。：。文 章 编 号：?（）?：?引 用：喻 贵 民，韩 东 东，刘 峰，等垦 利 油 田 浅 层 大 位 移 井 钻 井 关 键 技 术中 国 海 上 油 气，（）：，（）：垦 利 油 田 浅 层 大 位 移 井 钻 井 关 键 技 术喻 贵 民，韩 东 东刘峰刘 东 东任 鹏 举向 良 炜（海 洋 油 气 高 效 开 发 全 国 重 点 实 验 室北 京 ；中 海 石 油（中 国）有 限 公 司 天 津 分 公 司天 津 ；中 海 油 能 源 发 展 股 份 有 限 公 司 工 程 技 术 分 公 司天 津 ）摘要垦 利 油 田 位 于 渤 海 南 部 海 域，是 典 型 边 际 油 田，该 油 田 油 藏 埋 深 浅 且 存 在 大 段 疏 松 砂 岩 地 层，为 大 位 移 井 钻 井 带 来 轨 迹 控 制 困 难、井 眼 延 伸 难 度 大 等 难 题。笔 者 从 地 质 背 景 出 发，分 析 了 研 究 区 域 大 位 移井 钻 井 的 技 术 难 点，以 井 为 例，分 析 了 浅 层 大 位 移 井 关 键 钻 井 技 术。研 究 表 明，井 眼 轨 迹 控 制技 术、井 下 工 况 监 测 与 控 制 技 术 的 应 用 对 于 精 确 控 制 浅 层 大 位 移 井 的 轨 迹 具 有 良 好 的 应 用 效 果，尤 其 是 工 具 的 应 用 实 现 了 动 态 连 续 测 斜、系 统 的 应 用 动 态 实 时 反 映 井 下 状 况 等，有 效 保 障 了 大 位移 井 眼 的 持 续 延 伸；钻 井 液 优 化 技 术 能 够 显 著 提 高 浅 层 大 位 移 井 钻 井 液 的 携 岩 性、润 滑 性 和 封 堵 性；水 泥 浆 体 系 和 加 长 胶 塞 的 应 用 有 效 保 障 了 浅 层 大 位 移 井 的 固 井 质 量。本 文 研 究 成 果 对 渤 海 油 田浅 层 大 位 移 井 的 钻 井 作 业 具 有 良 好 的 借 鉴 作 用，可 为 渤 海 油 田 增 储 上 产 提 供 有 力 的 技 术 支 持。关 键 词垦 利 油 田；大 位 移 井；井 眼 轨 迹；钻 井 液 优 化中 图 分 类 号：文 献 标 识 码：犓 犲 狔 狋犲 犮 犺 狀 狅犾狅 犵犻犲 狊 狅 犳 狊 犺 犪犾犾狅 狑 犲 狓 狋犲 狀 犱 犲 犱 狉 犲 犪 犮 犺 狑 犲犾犾 犱 狉犻犾犾犻 狀 犵 犻 狀 犓 犔 狅犻犾犳犻犲犾 犱 ，（犖 犪 狋犻 狅 狀 犪 犾 犓 犲 狔 犔 犪 犫 狅 狉 犪 狋狅 狉 狔 狅 犳 犗 犳 犳 狊 犺 狅 狉 犲 犗 犻犾 犪 狀 犱 犌 犪 狊 犈 狓 狆 犾 狅 犻狋 犪 狋犻 狅 狀，犅 犲犻 犼犻 狀 犵 ，犆 犺 犻 狀 犪；犆 犖 犗 犗 犆 犆 犺 犻 狀 犪 犔 犻 犿 犻狋犲 犱，犜 犻 犪 狀 犼犻 狀 犅 狉 犪 狀 犮 犺，犜 犻 犪 狀 犼犻 狀 ，犆 犺 犻 狀 犪；犆 犖 犗 犗 犆 犈 狀 犲 狉 犜 犲 犮 犺 犇 狉犻犾犾犻 狀 犵 牔 犘 狉 狅 犱 狌 犮狋犻 狅 狀 犆 狅，犜 犻 犪 狀 犼犻 狀 ，犆 犺 犻 狀 犪）犃 犫 狊狋狉 犪 犮狋：，中 国 海 上 油 气 年 月 ，犓 犲 狔 狑 狅 狉 犱 狊：；随 着 渤 海 油 田 勘 探 开 发 的 不 断 深 入，新 发 现 油田 中 边 际 油 田 占 比 越 来 越 多，其 储 量 规 模 小、动 用难 度 大，经 济 性 差，同 时 渤 海 海 域 受 生 态 保 护、航道 和 锚 地 等 因 素 影 响 的 储 量 大，开 发 受 限。相 比于 直 井 和 普 通 定 向 井，大 位 移 井 可 以 有 效 开 发 受限 区 域 的 油 气 资 源 。根 据 标准，大 位 移 井 是 指 水 垂 比 大 于 或 等 于且 测 深 大于 的 井 或 水 平 位 移 超 过 的 井。大 位 移 井 钻 井 技 术 的 发 展 目 前 主 要 分 为个 阶段：第阶 段 主 要 是 利 用 地 层 增 降 斜 的 自 然 特征 结 合 底 部 钻 具 组 合 控 制 井 眼 轨 迹 以 及 斜 向 器 钻井；第阶 段 是 涡 轮 工 具 的 发 展，通 过 井 下 电 机 调 整工 具 面 以 实 现 定 向 钻 进；第阶 段 得 益 于 工具 的 诞 生，对 于 井 眼 轨 迹 的 精 确 监 测 使 得 大 位 移 井钻 井 有 了 巨 大 的 进 展；第阶 段 是 旋 转 导 向 工 具 的应 用，从 此 大 位 移 井 钻 井 进 入 自 动 化、精 细 化 控 制 的新 阶 段。前 人 对 于 大 位 移 井 钻 井 技 术 的 研 究 已 经 取 得 了一 些 成 果。年，朱 宽 亮 等系 统 介 绍 了 北 堡 西 大 位 移 井 的 钻 井 技 术，包 括 顶 部 驱 动、监测导 向 钻 具 井 眼 轨 迹 控 制、大 位 移 井 水 基 钻 井 液、高 速 线 性 振 动 筛、非 旋 转 钻 杆 保 护 器、摩 阻 扭 矩 预 测分 析、套 管 滚 轮 扶 正 器 和 大 满 贯 测 井钻 杆 输 送 测井 等 技 术，应 用 效 果 显 著。年，魏 宏 安 等介绍 了 低 扭 矩、低 摩 阻 短 节、旋 转 导 向 工 具、高 精 度 陀螺 仪、等 技 术 在 流 花 油 田 的应 用。年，等研 制 了 一 种 近 钻 头 倾角 测 量 工 具，提 高 了 轨 迹 控 制 精 度。年，等研 发 了 地 质 导 向 钻 井 技 术，可 以 根 据 地 层 性 质演 变 进 行 实 时 调 整。年，公 司 研 发 了钻 杆 数 据 传 输 技 术，建 立 了 从 井 下 到 地 面 的 高 速 遥测 通 道，可 以 实 现 信 息 传 输 到 井 下 工 具 的 闭 环 控 制从 而 确 保 大 位 移 井 的 精 确 钻 进。年，康 建 平 以 南 海 东 部 西 江 油 田、惠 州 油 田 为 例，分 析 了 大 位 移井 固 井 的 技 术 难 点，并 针 对 该 区 域 大 位 移 井 的 特 点，优 选 出 一 套 较 为 全 面 的 大 位 移 固 井 技 术，包 括 采 用偏 心 引 鞋 和 漂 浮 接 箍 的 漂 浮 下 套 管 技 术、低 密 高 强防 窜 水 泥 浆 体 系 等。年，张 凯 研 究 了 当 时 大庆 油 田 最 长 水 平 位 移 预 探 井 垣 平井 的 钻 井 技 术，对 井 眼 轨 迹、井 身 结 构 和 钻 具 组 合 等 进 行 了 优 化 设计，为 该 井 的 安 全 施 工 和 顺 利 完 钻 提 供 了 保 证。年，等 设 计 了 一 种 随 钻 测 量 工 具，不 仅可 以 进 行 常 规 的 井 斜、方 位，还 有 一 个 单 独 的 模 块监 测 井 下 信 息，包 括 井 下 压 力、钻 压、转 速、泥 浆 流量 等，可 以 实 时 识 别 井 下 情 况 和 钻 井 工 具 的 工 作状 态。年，王 先 洲 等 通 过 井 眼 轨 迹 控 制、降 摩 减 扭、优 化 钻 井 液、套 管 安 全 下 入 等 常 规 技 术的 优 化 和 集 成 应 用，成 功 实 施 了 大 位 移 井 南 堡 井，为 水 平 位 移 大 于 的 大 位 移 井 钻井 实 践 积 累 了 经 验。年，陈 新 勇 等 通 过 理论 分 析 和 模 拟 计 算，优 化 了 井 身 结 构 和 井 眼 轨 道，优 选 了 井 眼 轨 迹 控 制 方 式 和 钻 井 液 体 系，优 化 了钻 井 液 性 能，制 定 了 提 速 和 固 井 技 术 措 施，形 成 了华 北 油 田 杨 税 务 潜 山 油 气 藏 大 位 移 井 钻 井 完 井 关 键技 术。相 较 于 中 国 陆 地 油 田 和 南 海 油 田，渤 海 油 田 的大 位 移 井 开 发 起 步 稍 晚。针 对 渤 海 油 田 大 位 移 井 钻井 技 术 尤 其 是 浅 层 大 位 移 井 钻 井 技 术 的 研 究 相 对 较少，钻 井 经 验 不 足，亟 需 形 成 一 套 高 效 的 浅 层 大 位 移井 钻 井 技 术 体 系。根 据 年 统 计 的 世 界 钻 井 极限 包 络 线 数 据，垂 深 影 响 着 大 位 移 井 的 延 伸 距离，在 垂 深 左 右，水 平 位 移 超 过 时，就 达 到 了 国 际 公 认 的 最 难 大 位 移 井 范 围。而 渤 海 油田 油 藏 埋 深 较 浅，部 分 大 位 移 井 的 完 钻 垂 深 正 好 位第 卷第期喻 贵 民 等：垦 利 油 田 浅 层 大 位 移 井 钻 井 关 键 技 术 于 左 右，这 种 浅 层 的 大 位 移 井 开 发 难 度 极大。基 于 此，笔 者 研 究 了 垦 利 油 田 的 大 位 移 井钻 井 技 术，从 油 田 的 地 质 背 景 出 发，分 析 了 钻 井 的地 质 难 点 与 技 术 难 点，并 系 统 介 绍 了 浅 层 大 位 移井 钻 井 的 关 键 技 术 体 系，包 括 井 眼 轨 迹 控 制 技 术、钻 井 液 优 化 技 术、井 下 工 况 监 测 与 控 制 技 术、下 套管 相 关 技 术 与 固 井 相 关 技 术，并 以 井为 例 介 绍 了 技 术 体 系 的 应 用 效 果。研 究 和 现 场 应用 效 果 表 明，该 技 术 体 系 可 以 解 决 渤 海 油 田 大 位移 井 钻 井 过 程 中 存 在 的 技 术 难 点。本 研 究 为 渤 海油 田 乃 至 全 国 范 围 内 的 浅 层 大 位 移 井 的 高 效 钻 井提 供 了 技 术 借 鉴，为 渤 海 油 田 的 增 储 上 产 提 供 了技 术 支 持。区 域 地 质 背 景垦 利 油 田 位 于 渤 海 南 部 海 域，油 田 范 围 内平 均 水 深 约 ，构 造 上 位 于 莱 州 湾 凹 陷 南 部 斜 坡带，北 侧 紧 邻 莱 州 湾 凹 陷 北 洼，东 侧 紧 邻 莱 州 湾 凹 陷南 次 洼（图），为 走 滑 断 层 与 中 部 边 界 大 断 层 共 同控 制 的 复 杂 断 裂 半 背 斜 构 造。图 垦 利 油 田 构 造 位 置犉 犻犵 犛 狋狉 狌 犮狋 狌 狉 犲 狊犲狋狋犻 狀 犵 狅 犳 犓 犔 狅犻犾犳犻犲犾 犱 垦 利 油 田 为 典 型 的 边 际 油 田，“边 小 碎 深”特 点 显 著，海 洋 钻 井 的 高 成 本 决 定 了 其 常 规 井 眼 很难 实 现 经 济 有 效 开 发。同 时，其 所 在 的 渤 南 海 域 用海 矛 盾 突 出，渔 业 养 殖、航 道 锚 地 影 响 区 域 广，同 时毗 邻 生 态 红 区，严 重 限 制 油 田 的 开 发。大 位 移 井成 为 垦 利 油 田 经 济 有 效 开 发 的 必 要 手 段。然而，井 眼 轨 迹 控 制 困 难、大 井 斜 段 携 岩 困 难、下 套 管摩 阻 大 难 以 到 位、裸 眼 暴 露 时 间 长 容 易 诱 发 井 下 复杂 等 一 系 列 难 题 制 约 着 大 位 移 井 钻 井 技 术 的 发 展。造 斜 点 浅，丛 式 井 防 碰 严 重，井 眼 轨 迹 要 即 时 监 测；最 终 井 斜 角 大、造 斜 段 短、稳 斜 段 长，大 位 移 井 水 垂比 均 超 过 甚 至 部 分 大 位 移 井 设 计 水 垂 比 达 到，作 业 过 程 容 易 出 现 托 压 等 复 杂 情 况，因 此 在 保障 足 够 造 斜 率 的 前 提 下 要 避 免 大 狗 腿；同 时 由 于 浅部 地 层 疏 松，自 然 降 斜 严 重，马 达 钻 进 时 轨 迹 控 制 难度 进 一 步 增 大。另 外，垦 利 油 田 范 围 内 钻 井 揭 示 的 地 层 岩性 以 中细 粒 岩 屑 长 石 砂 岩 和 砂 泥 岩 互 层 为 主，整套 地 层 孔 隙 度 为 ，且 地 层 胶 结 极 其 疏松。大 位 移 井 钻 进 过 程 中 井 眼 清 洁 困 难，尤 其 是 井 中 国 海 上 油 气 年 月斜 角 范 围 内，返 砂 难 度 极 大；造 斜 段 主 要 为 大 井 眼 且 以 砂 岩 为 主，钻 屑 量 巨 大 进 一步 加 剧 井 眼 清 洁 难 度；同 时 由 于 裸 眼 暴 露 时 间 长，砂岩 容 易 垮 塌，因 此 要 时 刻 监 测 井 下 工 况，并 及 时 采 取相 应 措 施 以 防 止 井 下 复 杂 的 发 生。关 键 钻 井 技 术垦 利 油 田 常 规 定 向 井 井 身 结 构 为 三 开 设计，某 常 规 定 向 井 的 实 钻 井 身 结 构 见 图，表 层 井 眼 钻 至 左 右，且 表 层 即 开 始 造斜；井 眼 和 井 眼 段 较 长，多 为 稳 斜 段。图 常 规 定 向 井 井 身 结 构 图犉 犻犵 犛 狋狉 狌 犮狋 狌 狉 犲 犱 犻犪 犵 狉 犪 犿 狅 犳 犮 狅 狀 狏 犲 狀 狋犻狅 狀 犪犾 犱 犻狉 犲 犮狋犻狅 狀 犪犾 狑 犲犾犾 针 对 浅 层 大 位 移 井，较 长 的 井 眼段 和 井 眼 段 钻 进 时 间 长，容 易 诱 发 井 壁失 稳。井 为 垦 利 油 田 一 口 典 型 的浅 层 大 位 移 井，完 钻 井 深 ，水 平 位 移 ，其 实 钻 井 身 结 构 如 图所 示。图 犓 犔 犃 井 实 钻 井 身 结 构 图犉 犻犵 犃 犮狋 狌 犪犾 狊狋狉 狌 犮狋 狌 狉 犲 犱 犻犪 犵 狉 犪 犿 狅 犳 犠 犲犾犾 犓 犔 犃 常 规 方 案 与 优 化 后 的 井 身 结 构 对 比 如 表所示。主 要 的 优 化 方 案 为：表 层 深 钻，增 加 井 眼 的 下 深，降 低 井 眼 和 井 眼 的 钻 井 难 度。为 降 低 浅 部 地 层 裸眼 暴 露 时 间 长 带 来 的 漏 失 风 险，设 计 增 加 一 开 井 眼（套 管），以 降 低 各 井 段的 井 壁 失 稳 风 险、平 衡 各 井 段 的 作 业 难 度。表 犓 犔 犃 井 井 身 结 构 参 数犜 犪 犫 犾犲 犘 犪 狉 犪 犿 犲狋犲 狉狊 狅 犳 狑 犲犾犾 狊狋狉 狌 犮狋 狌 狉 犲 狅 犳 犠 犲犾犾 犓 犔 犃 方 案 开 次水 垂 比井 眼 结 构表 层（）下 深裸 眼 段 长常 规 方 案三 开 优 化 方 案四 开 针 对 浅 层 大 位 移 井 的 技 术 难 点，井 的 钻 井 关 键 技 术 包 括 井 眼 轨 迹 控 制 技 术、钻 井 液优 化 技 术、井 下 工 况 监 测 与 控 制 技 术、下 套 管 相 关 技术 和 固 井 相 关 技 术。井 眼 轨 迹 控 制 技 术大 位 移 井 水 平 延 伸 距 离 长，井 眼 轨 迹 控 制 困 难；同 时，为 减 少 纯 钻 时 间 以 降 低 井 壁 失 稳 风 险，定 向 钻进 均 采 用 马 达 钻 具 组 合，这 就 增 加 了 井 眼 轨 迹 的 控第 卷第期喻 贵 民 等：垦 利 油 田 浅 层 大 位 移 井 钻 井 关 键 技 术 制 难 度。井 全 井 段 均 采 用 马 达 钻 具 组合，如 表所 示。针 对 井 眼 轨 迹 控 制 困 难，一 方 面 要 通 过 优 选 马达 工 具 及 其 参 数 来 提 高 轨 迹 控 制 能 力，另 一 方 面 借助 动 态 连 续 测 斜 工 具 实 现 轨 迹 的 即 时 监测，同 时，借 助 径 向 震 动 短 节 缓 解 大 位 移 井 的托 压 现 象 以 保 证 井 眼 延 伸 顺 利。）马 达 优 选 及 参 数 优 化。二 开 为 主 要 造 斜 段，优 选 大 弯 角 马 达；而三 开 和 四 开 多 为 稳 斜 段，优 选 和 的 较 小弯 角 马 达。马 达 扶 正 套 均 较 井 眼 尺 寸 欠 左 右，保 证 马 达 具 有 足 够 的 造 斜 率。表 犓 犔 犃 井 钻 具 组 合犜 犪 犫 犾犲 犅 狅 狋狋 狅 犿 犺 狅犾犲 犪 狊狊犲 犿 犫 犾狔 狅 犳 犠 犲犾犾 犓 犔 犃 开 次钻 具 组 合一 开 钻 头 （）（马 达）（浮 阀）（倒 划 眼 扶 正 器）（非 磁 钻 铤）（动 态 连 续 测 斜工 具）（非 磁 钻 铤）（）（震 击 器）（转 换 接 头）（加 重 钻 杆）（钻 杆）二 开 钻 头 （）（马 达）（浮 阀）（倒 划 眼 扶 正 器）（非 磁 钻 铤）（动 态 连 续 测斜 工 具）（非 磁 钻 铤）（）（震 击 器）（转 换 接 头）（加 重 钻 杆）（钻 杆）（转 换 接 头）（径 向 震 动 短 节）（转 换 接 头）（钻 杆）三 开 钻 头 （）（马 达）（浮 阀）（倒 划 眼 扶 正 器）（测 井 工 具）（动 态 连 续 测 斜 工 具）（非 磁 钻 铤）（震 击 器）（转 换 接 头）（加 重 钻 杆）（钻 杆）（转 换 接 头）（径 向 震 动 短节）（转 换 接 头）（钻 杆）四 开 钻 头 （）（马 达）（浮 阀）（测 井 工 具）（动 态 连 续 测 斜 工 具）（非 磁 钻 铤）（震 击 器）（加 重 钻 杆）（钻 杆）（径 向 震 动 短 节）（钻 杆）在 造 斜 段，初 始 造 斜 采 用 测 量 工 具 的 下 限 排 量 作业（工 具 下 限 排 量 ），减 小 钻 井 液 对 地 层 的 冲 蚀，便 于 提 高 造 斜 钻 进 中 的钻 压；造 斜 作 业 中，采 用 高 钻 压（不 超 过），增 加 组合 的 弯 曲 程 度 从 而 提 高 造 斜 率，同 时 能 大 幅 度 提 高机 械 钻 速；低 排 量、高 钻 压 参 数 下 连 续 造 斜 而 不 进 行倒 划 眼，保 证 造 斜 效 果。进 入 稳 斜 段 后，逐 渐 提 高 排量 至 测 量 工 具 的 上 限 排 量（工 具下 限 排 量 ，工 具 上限 排 量 ）；由 于 地 层 自 然 降 斜，旋 转 钻 进时 提 高 钻 压（不 超 过 ），保 证 足 够 的 机 械 钻 速 以 减少 降 斜 幅 度；钻 完 立 柱 后 大 排 量 循 环，倒 划 净 化 井 眼。）动 态 连 续 测 斜 工 具。工 具 使 用 六 轴 重 力 计 和 磁 力 计 传 感 器进 行 高 频 测 量，可 以 实 现 一 柱 内 多 次 加 密 测 斜，测 量数 据 经 过 温 度、工 具 本 体 转 速、数 据 滞 后 等 校 正 后 移除 误 差，根 据 校 正 后 的 测 量 值 通 过 动 态 测 斜 公 式 求解 测 斜 数 据，并 传 输 到 地 面 优 选 最 精 确 的 测 点，从 而提 高 了 井 眼 轨 迹 的 精 确 性。同 时，工 具 可提 供 动 态 测 斜，降 低 了 大 位 移 井 停 泵 等 待 时 间 带 来的 卡 钻 风 险。）径 向 震 动 短 节。三 开、四 开 地 层 以 疏 松 砂 泥 岩 为 主，自 然 降 斜 严重，基 于 中 靶 考 虑 稳 斜 段 时 常 需 要 根 据 测 斜 数 据 再次 造 斜 以 调 整 井 眼 轨 迹。然 而，在 大 井 斜 段 滑 动 钻进 过 程 中 存 在 严 重 的 钻 具 托 压 情 况，现 场 作 业 中 采用 径 向 震 动 短 节 以 缓 解 钻 具 托 压。相 较 于传 统 的 水 力 振 荡 器 工 具，变 轴 向 震 动 为 径 向，减 少 钻 具 与 井 壁 的 摩 擦，不 仅 更 容 易 缓 解 托 压，还 利于 保 护 底 部 钻 具。钻 井 液 优 化 技 术针 对 大 位 移 井 携 岩 困 难 的 问 题，对 井 不 同 开 次 的 钻 井 液 体 系 进 行 了 优 化，各 开 次钻 井 液 体 系 及 配 方 如 表。中 国 海 上 油 气 年 月表 犓 犔 犃 井 各 开 次 钻 井 液 体 系犜 犪 犫 犾犲 犇 狉犻犾犾犻 狀 犵 犳犾狌 犻 犱 犱 狌 狉犻 狀 犵 犱 狉犻犾犾犻 狀 犵 犻 狀 狊犲 犮狋犻狅 狀 狊 狅 犳 犠 犲犾犾 犓 犔 犃 开 次钻 井 液 体 系配 方一 开海 水 膨 润 土 浆烧 碱纯 碱膨 润 土二 开海 水 膨 润 土 浆烧 碱纯 碱膨 润 土海 水 聚 合 物（转 换）烧 碱纯 碱 （交 联 淀 粉）（抗 盐 增 黏 剂）（黄 原 胶）（润 滑 剂）重 晶 石三 开 （环 保 型 水 基 钻 井 液）烧 碱纯 碱 （交 联 淀 粉）（包 被 剂）（抗 盐 增 黏 剂）（抑 制 剂）（低 黏 聚 阴离 子 纤 维 素）（润 滑 剂）重 晶 石四 开 钻 井 液 的 优 化 主 要 有个 方 面：一 是 优 选 钻 井液 体 系，主 要 变 化 在 于 比 常 规 钻 井 液 体 系 多 一 次 转换，形 成 了 海 水 膨 润 土 浆 转 换 为 海 水 聚 合 物 再 转 换为 体 系；二 是 优 选 多 种 添 加 剂，提 高钻 井 液 的 携 岩、润 滑 与 封 堵 性 能。）钻 井 液 体 系 优 选。研 究 区 域 常 规 定 向 井 一般 仅 使 用 海 水 膨 润 土 浆 体 系 和 体 系钻 井 液，井 在 二 开 下 部 井 段 转 换 为 海水 聚 合 物 体 系。二 开 初 始 造 斜 时，往 往 造 斜 率 较 大，选 用 抑 制 性 较 差 的 海 水 膨 润 土 浆，形 成 较 大 的 井 眼，有 利 于 起 钻 和 下 套 管；而 随 着 井 斜 的 增 大，岩 屑 难 以带 出，井 眼 清 洁 的 难 度 加 大，因 此 转 换 为 海 水 聚 合 物体 系 作 为 过 渡，既 增 强 了 钻 井 液 的 携 岩 能 力，又 保 证足 够 的 井 眼 扩 大 率 以 减 少 后 续 作 业 难 度。三 开 开 钻即 使 用 体 系 钻 水 泥 塞 和 套 管 附 件，保证 足 够 的 携 岩 能 力，尽 可 能 维 护 大 井 斜 井 眼 的 清 洁。）钻 井 液 添 加 剂 的 优 选。浅 层 大 位 移 井 对 于钻 井 液 添 加 剂 的 要 求 主 要 包 括：高 效 携 岩、降 摩 减 阻和 高 效 封 堵。优 选 提 切 剂 ：实 现 低 表观 黏 度 情 况 下由提 高 到，显 著 提 高携 岩 能 力。优 选 润 滑 剂 ：实 现 起 下钻 无 启 动 摩 阻，扭 矩 降 低 率 达 ，裸 眼 下 套 管 摩擦 系 数 较 同 类 井 减 小 。优 选 物 理 封 堵 剂 和 化 学 固 壁 剂 的 复 配 使用，从 物 理 和 化 学 双 重 角 度 实 现 了 对 孔 隙、裂 缝的 封 堵，也 实 现 了 对 地 层 本 身 特 性 的 改 造，使 得 钻 井液 难 以 渗 滤 进 地 层，有 效 减 少 了 大 位 移 井 裸 眼 暴 露时 间 长 的 漏 失 风 险。井 下 工 况 监 测 与 控 制 技 术大 位 移 井 钻 井 周 期 长、钻 井 难 度 大，需 要 对 井 下工 况 进 行 实 时 监 测 与 分 析，即 时 发 现 井 下 复 杂 情 况并 采 取 针 对 性 措 施。）引 入 井 下 动 态 参 数 监 测 系 统，该 系统 包 含 个 钻 井 力 学 和 动 态 传 感 器，能 够 精 准 监 测井 底 ，并 结 合 软 件 模 拟 反 推 岩 屑 浓 度，即 时 反馈 井 眼 清 洁 情 况；监 测 钻 压、悬 重 及 扭 矩，及 时 识 别井 下 复 杂 情 况；监 测 马 达 涡 轮 转 速，实 时 评 估 井 下 马达 托 压 情 况 与 钻 具 状 况，及 时 发 现 钻 具 异 常。）钻 具 疲 劳 程 度 分 析 技 术：浅 层 大 位 移 井 轨 迹复 杂，钻 具 受 力 同 样 复 杂，容 易 产 生 疲 劳 破 坏 导 致 钻具 断 裂 或 刺 漏。作 业 前，通 过 钻 进、倒 划 眼 等 工 况 下的 模 拟，计 算 钻 具 的 疲 劳 系 数，及 时 对 钻 具 的 疲 劳 程度 进 行 分 析 并 提 前 准 备 应 对 措 施。以 井 为 例，分 析 该 井 完 钻 后 倒 划 眼 前 工 况下 的 钻 具 疲 劳 分 析 曲 线，井 作 业 所 用 的 全 部 钻杆 入 井，疲 劳 系 数 异 常 点 主 要 分 为种 类 型：一 是 钻杆 处 于 浅 部 地 层，所 受 扭 矩 较 高，这 类 钻 杆 出 井 后 应该 及 时 检 查，同 时 也 应 该 进 行 倒 换，防 止 这 一 批 钻 杆长 期 承 受 较 大 的 扭 矩；二 是 曲 线 上 标 记 的 异 常 点，由于 井 眼 轨 迹 的 因 素 造 成 了 对 应 钻 杆 的 较 高 的 应 力 状态，同 时 由 于 此 时 是 钻 杆 全 部 入 井 的 状 态，因 此 所 受应 力 较 高 的 钻 杆 也 会 承 受 较 长 的 时 间，因 此 需 要 出井 后 重 点 检 查。漂 浮 旋 转 复 合 下 套 管 技 术大 位 移 井 由 于 其 井 斜 大、水 平 延 伸 段 长，套 管 下放 摩 阻 大，甚 至 出 现 遇 阻 导 致 套 管 下 入 不 到 位 的 情况。垦 利 油 田 的 大 位 移 井 采 取 漂 浮 接 箍 下 套管 为 主，并 常 备 旋 转 下 套 管 工 具 作 为 辅 助 的 作 业思 路。漂 浮 接 箍 下 套 管 技 术 是 近 年 来 针 对 大 位 移 井 的下 套 管 技 术，其 结 构 图 如 图所 示。漂 浮 接 箍 在 套管 的 特 定 位 置 接 入，漂 浮 接 箍 到 浮 箍 之 间 的 套 管 内不 灌 浆，纯 空 气 段 的 套 管 在 井 眼 中 呈 漂 浮 状 态，从 而减 少 了 下 套 管 的 阻 力，使 得 套 管 能 够 顺 利 下 到 位，等 下 到 位 后 再 打 开 漂 浮 接 箍 将 套 管 灌 满。这 种第 卷第期喻 贵 民 等：垦 利 油 田 浅 层 大 位 移 井 钻 井 关 键 技 术 图 漂 浮 接 箍 结 构 图犉 犻犵 犛 狋狉 狌 犮狋 狌 狉 犲 犱 狉 犪 狑 犻 狀 犵 狅 犳 犳犾狅 犪 狋犻 狀 犵 犮 狅犾犾犪 狉工 作 模 式 克 服 了 大 位 移 井 下 套 管 摩 阻 大 的 问 题，其最 大 的 难 点 在 于 漂 浮 段 长 度 的 确 定：首 先 利 用 作 业井 起 下 钻 的 钩 载 反 演 摩 阻 系 数，然 后 利 用 模 拟 软 件根 据 下 套 管 实 际 的 深 度、尺 寸、磅 级、钻 井 液 密 度 等参 数 进 行 下 套 管 模 拟 得 到 不 同 漂 浮 长 度 的 下 入 悬重，最 后 在 确 保 悬 重 的 情 况 下 优 选 漂 浮 长 度。以 井 下 套 管 为 例阐 述 漂 浮 长 度 的 确 定 方 法：）首 先 利 用 本 井 下 钻 钩 载 反 演 摩 阻 系 数，得 到套 管 内 摩 阻 系 数犳 ，裸 眼 段 内 摩 阻 系 数犳 ；考 虑 的 摩 阻 系 数 附 加 量 确 定 下 套 管 的 最 终 摩 阻 系 数 分 别 为犳 ，犳 。）设 置 模 拟 条 件 为 钻 井 液 密 度 为 ，入 井 套 管 为 磅 级 磅 级、钢 级，下 入深 度 ，大 钩 自 重 。代 入 摩 阻 系 数犳 ，犳 得 到 不 同 漂 浮 长 度 条 件 下 的 到 位 悬重 余 量，如 表所 示。表 悬 重 模 拟 结 果 记 录犜 犪 犫 犾犲 犛 狌 狊 狆 犲 狀 狊犻狅 狀 狊犻 犿 狌 犾犪 狋犻狅 狀 狉 犲狊 狌 犾狋狊漂 浮 长 度漂 浮 段 全 部 入 井 时 悬 重漂 浮 段 悬 重 余 量套 管 到 位 悬 重套 管 悬 重 余 量 注：摩 阻 系 数：犳 ，犳 。）根 据 研 究 区 域 的 作 业 经 验，套 管 下 入 过 程 中 至少 要 有 左 右 的 悬 重 余 量（除 去 大 钩 自 重 ），即套 管 到 位 悬 重 至 少 要 达 到 左 右。根 据 上 述模 拟 结 果，漂 浮 长 度 至 少 要 达 到 。另 外，为尽 可 能 减 少 漂 浮 段 空 气 置 换 时 间，漂 浮 段 也 不 宜 过长，综 合 考 虑，本 井 下 套 管 的 漂 浮 长度 为 。井 套 管 下入 过 程 顺 利，未 出 现 任 何 遇 阻 情 况。）考 虑 到 浅 层 大 位 移 井 的 高 难 度，在 应 用 漂 浮接 箍 下 套 管 技 术 的 基 础 上 辅 助 以 旋 转 下 套 管 技 术，在 漂 浮 接 箍 下 套 管 出 现 下 入 遇 阻 时 即 时 连 接 旋 转 下套 管 工 具，确 保 下 套 管 万 无 一 失。旋 转 下 套 管 技 术 是 依 靠 旋 转 下 套 管 工 具（图）的 技 术，其 上 接 顶 驱，下 接 套 管 并 与 其 密 封 连 接。依靠 顶 驱 下 套 管 工 具 形 成 了 钻 井 液 的 密 封 循 环 回 路，在 大 位 移 井 套 管 下 入 遇 阻 后，立 即 连 接 旋 转 下 套 管 中 国 海 上 油 气 年 月图 旋 转 下 套 管 工 具 结 构 图犉 犻犵 犛 狋狉 狌 犮狋 狌 狉 犲 犮 犺 犪 狉狋 狅 犳 狉 狅 狋 犪 狋犻 狀 犵 狋 犺 犲 犮 犪 狊犻 狀 犵工 具 并 建 立 钻 井 液 循 环，低 转 速 转 动 套 管 下 放 通 过遇 阻 点。套 管 旋 转 下 放 大 大 降 低 了 下 入 摩 阻，有 利于 套 管 安 全 下 入 到 位。结 合 研 究 区 域 作 业 经 验，针 对 大 位 移 井 推 荐 旋 转下 套 管 的 参 数 为：下 放 速 度 ，排 量 ，转 速 或 。大 位 移 井 固 井 相 关 技 术浅 层 大 位 移 井 垂 深 浅 且 地 层 疏 松，但 是 水 平 延伸 段 长、裸 眼 暴 露 时 间 长，因 此 要 优 选 低 密 度 高 早 强的 水 泥 浆 体 系 做 好 储 层 保 护，同 时 也 要 提 高 长 延 伸段 的 水 泥 顶 替 效 率。）为 做 好 浅 层 大 位 移 井 的 储 层 保 护，优 选 低 密度 高 早 强 的 水 泥 浆 体 系 体 系。该 体 系 通 过 加 入 增 强 材 料 、分 散 材 料 等 添 加 剂 使 得 水 泥 浆 具 有 低 密 度、低 流 变、高 早 强的 特 性：低 密 度、低 流 变 降 低 了 环 空 压 耗，既 能 提高 水 泥 浆 的 顶 替 效 率，又 能 降 低 漏 失 风 险，从 而 保护 储 层；而 水 泥 石 （）早 期 强 度 仅 用 ，小 时 强 度 较 常 规 低 密 体 系 提 升 近 （），缩 短 了 长 延 伸 段 的 井 壁 失 稳 风 险。）通 过 应 用 加 长 胶 塞 以 及 优 化 固 井 参 数 提 高水 平 延 伸 段 的 水 泥 顶 替 效 率：胶 塞 长 度 由 加长 到 ，叶 翼 数 量 由 常 规 的道 增 加 到道，增大 胶 塞 叶 翼 与 套 管 内 壁 的 摩 擦，从 而 增 加 顶 替 效 率；通 过 软 件 模 拟，合 理 加 放 扶 正 器，保 证 套 管 居 中 度；优 化 注 替 排 量，保 证 顶 替 效 率。现 场 应 用 效 果应 用 上 述 钻 井 关 键 技 术 的 井 取 得了 很 好 的 作 业 效 果，钻 井 作 业 时 间 共 计 ，相 较于 施 工 设 计 节 约 （图）。井 完 钻 井 深图 犓 犔 犃 井 作 业 时 效 图犉 犻犵 犠 狅 狉 犽 犻 狀 犵 狆 犲 狉犳 狅 狉 犿 犪 狀 犮 犲 狅 犳 犠 犲犾犾 犓 犔 犃 ，水 垂 比 ，打 破 了 渤 海 地 区 的 水 垂 比 记录。下 面 从 中 靶 情 况、钻 井 液 应 用 效 果、下 套 管 作 业时 效 等 多 方 面 分 析 井 的 作 业 效 果。）井 眼 轨 迹 控 制 技 术 与 井 下 工 况 监 测 与 控 制技 术 的 应 用 实 现 了 马 达 钻 具 组 合 精 准 中 靶 且 井 眼 轨迹 平 滑 无 大 狗 腿：井 的 两 个 靶 点 的 靶 心 距 分 别为 和 。中 靶 前 造 斜 段 的 最 大 全 角 变化 率 仅 为 （）。）钻 井 液 优 化 技 术 的 应 用 实 现 了 全 井 段 返 砂正 常，平 均 倒 划 眼 速 度 ，甚 至 高 于 该 区 块 探井 直 井 的 倒 划 眼 速 度（口 直 井 平 均 倒 划 眼 速 度 为 ），未 出 现 沉 砂 卡 钻 情 况；起 下 钻 过 程 扭 矩小 且 无 启 动 摩 阻；同 时，钻 遇 断 层 附 近 的 馆 陶 组 和 沙三 中 段 均 未 出 现 漏 失 现 象。）漂 浮 旋 转 复 合 下 套 管 技 术 与 大 位 移 井 固 井相 关 技 术 的 应 用 实 现 了 套 管、套 管 和 尾 管 下 入 速 度 分别 为 、，均 高 于 渤海 地 区 平 均 下 套 管 时 效；下 套 管 过 程 无 遇 阻 情 况，全程 未 使 用 旋 转 下 套 管 工 具。固 井 质 量 良 好，四 开 井段 均 未 发 生 漏 失 现 象，且 水 泥 顶 替 过 程 均 为 一 次 碰压 成 功。结 论）垦 利 油 田 为 典 型 的 边 际 油 田，同 时 用海 矛 盾 突 出，渔 业 养 殖、航 道 锚 地 影 响 区 域 广，同 时毗 邻 生 态 红 区，严 重 限 制 油 田 的 开 发，大 位 移 井 成 为开 发 此 类 受 限 油 田 的 有 效 手 段。）井 眼 轨 迹 控 制 技 术、井 下 工 况 监 测 与 控 制 技术 的 应 用 对 于 精 确 控 制 浅 层 大 位 移 井 的 轨 迹 具 有 良第 卷第期喻 贵 民 等：垦 利 油 田 浅 层 大 位 移 井 钻 井 关 键 技 术 好 的 应 用 效 果，尤 其 是 工 具 的 应 用 实 现 了动 态 连 续 测 斜、系 统 的 应 用 动 态 实 时 反 映井 下 状 况 等，有 效 保 障 了 大 位 移 井 眼 的 持 续 延 伸，应用 井 井 实 现 了 水 垂 比 的 突 破。）井 眼 轨 迹 控 制 技 术、钻 井 液 优 化 技 术、井 下工 况 监 测 与 控 制 技 术、漂 浮 旋 转 复 合