大斜度定向井钻井优化及施工探讨.pdf

2023年第9期西部探矿工程*收稿日期：2022-09-26作者简介：高宗英（1982-），男（汉族），河北抚宁人，工程师，现从事钻井技术管理工作。大斜度定向井钻井优化及施工探讨高宗英*（大庆钻探工程公司钻井一公司，黑龙江 大庆 163411）摘要：大斜度定向井钻井施工是目前钻井施工过程中重要的技术措施之一，其中需要优化的内容比较多，主要涉及到井眼轨迹、钻井液、固井、井身结构、钻具组合等内容，大斜度定向井钻井工程设计方案的确定需要根据勘探开发的实际情况，选择合适的钻头型号，建立完善的地层压力剖面图，在造斜段开展复合钻井、直井段采用防斜打直、目的层段引用旋转导向钻井、油基钻井液等技术，这样才能满足大斜度定向井快速钻井的需求。关键词：大斜度；定向井；钻井优化设计中图分类号：TE2 文献标识码：A 文章编号：1004-5716(2023)09-0073-03目前全球石油勘探开发领域中定向井钻井技术是比较先进的技术之一，在钻井勘探开发中有着广泛的应用。定向井钻井施工技术可以克服地层环境恶劣的条件，完成石油资源的开采工作，提升油气产量，避免对周边环境产生污染，是目前一项提升石油企业经济效益的重要技术手段。定向井钻井技术是沿着最初设计的井眼轨迹完成钻井施工流程。我国石油企业生产过程中，定向井钻井技术已经应用的十分广泛，取得了一定的成绩。在一些比较复杂的油藏开采过程中，定向井钻井技术有效地解决了可能出现的问题，实现油田开采效率的提升，保障油田的采收率。1钻井过程中需要考虑的问题1.1选择合适的井眼曲率井眼曲率在定向井钻井施工过程中不能太小，动力钻具造斜井段、扭方位井段和其它斜井段等长度会随着井眼曲率降低而增加，造成井眼轨迹控制难度较大，工作量增加，直接影响钻井速度。井眼曲率也不能太大，较大的井眼曲率会造成钻具在工作过程中产生较大摩擦阻力，长时间工作后就会出现偏磨现象，发生键槽卡钻事故，影响钻井工作的顺利开展。所以井眼曲率的选择，一定控制在合理的范围之内。1.2井眼尺寸我们在合理控制井眼曲率的同时，还要合理控制井眼尺寸的大小，通常情况下，大尺寸的井眼控制难度较低，操作更加方便；小尺寸的井眼需要对钻具有着更高的要求，操作比较困难，一旦出现井眼轨迹偏差就会影响钻进工作的有序开展。1.3钻井液设计定向井钻井液是钻井施工过程中的重中之重，主要的作用有以下几点：首先，起到一定的润滑和携砂作业，避免钻进过程中出现卡钻现象；然后，钻井液可以降低定向井钻柱拉伸与扭矩；最后，钻井液中加入适当的润滑剂后，会在套管表面形成保护。1.4造斜点的选择我们要根据地质的情况选择适当的造斜点，通常情况下，造斜点的选择要适当地浅一点，有效地降低地层钻进时的工作量和工作强度，产生的井眼轨迹也更加稳定，钻进过程中机械设备的磨损程度也会适当下降。1.5靶区形状和范围靶区形状和范围的确定是一项十分复杂的工作，需要参考较多的数据参数，主要为地质构造、产层位置、油田油井的分布情况等，作业人员根据数据参数最终确定科学合理的靶区大小。一般情况下，靶区的形状和范围不能太小，会增加作业成本，增加方位调整的次数，产生的井眼轨迹也会存在较大的误差。2钻井方案优化2.1井身结构优化设计井身结构的合理性是定向井钻井施工中的重点，水平方向上的位移延伸量随着摩阻扭矩的增加也会随732023年第9期西部探矿工程之增加，可能会增加钻进施工过程中发生故障的几率。我们根据大斜度井井身结构的实际情况对其从一开、二开方面进行设计优化，主要优化的内容为钻头尺寸、套管尺寸、井深、套管下入深度、环空水泥浆返深等方面。2.2井眼轨迹剖面优化设计根据该油田开发中的实际情况，需要选择不同的井眼轨迹剖面进行优化，通常情况下大斜度定向井井眼轨迹剖面主要选择的是“直增稳”三段井眼轨迹剖面和“直增稳降稳”五段进井眼轨迹剖面进行井眼轨迹的优化设计。3大斜度井钻井技术3.1井眼轨迹控制3.1.1增斜段井眼轨迹控制技术想要进一步地提升井眼轨优化设计后的稳定性及圆滑性，降低施工难度，减少施工工作量，我们以油田某大斜度井井眼轨迹优化设计为例，施工中造斜点的位置向上提升50m，井眼曲率更改为5/30m，实现钻井施工工作的更加方便、快捷，施工作业现场的可操作性更强。钻压在具体的钻井施工过程中需要处于 2040kN之间，转速40r/min左右，排量55L/s左右。螺杆在井下地层中的实际造斜率需要我们参照相应的实际内容来确定，精准地记录下每个连续单根的施工数据参数，根据最近两个井斜方位的变化率可以准确地测量出井底井斜方位。根据每个测点实际情况的不同，对每个测点进行准确的计算，井眼轨迹的控制可以通过复合钻进及滑动等方式来完成，井眼轨迹优化后井深达到了760m左右，井斜角达到了70左右，钻进工作开展十分顺利。3.1.2稳斜段轨迹控制技术稳斜钻进施工工作是钻进施工中需要重点完成的内容，稳斜段在具体的施工过程中主要使用的设备为0.75的单弯双扶正器螺杆，保障了在钻井作业施工过程中的稳定性。钻头我们使用的为四刀钻头，相比较五刀钻头，在钻压不变的情况下，破岩能力更强，同时机械钻进速度也更快。钻压在实际的施工过程中保持在2050kN范围之内，转速达到40r/min左右，排量达到38L/s左右。在实际钻进施工过程中，钻具组合降斜率为2/100m，我们按照每23个单根的模式在实际的施工中向上定向提升2m，这样的情况下我们可以有效地控制井斜角，保障其处于可控范围之内。良好的钻具组合在实际的钻进施工作业中也有着重要的作用，可以保障良好的稳斜率，我们可以根据实际情况对钻进参数进行微调，达到稳斜的目的。3.1.3降斜段轨迹控制技术降斜施工在井深达到1800m时开始进行，当进行降斜施工之前，需要更换MWD仪器，同时想要保障科学合理的控制井眼轨迹，还要对钻井施工的可操作性进一步提升。在钻进施工过程中，主要使用的设备为1的单弯单扶正器螺杆，钻压在实际的施工中要保持在2050kN的范围之内，转速达到40r/min左右，排量达到38L/s左右。经过实际的调查研究发现，通过对靶点与钻井参数的比较，井眼轨迹控制满足设计需求。3.2安全钻井技术3.2.1井眼清洁技术大斜度定向井钻井施工过程中，井壁很容易受到岩屑重力的影响，产生岩屑沉淀现象，长时间的岩屑沉淀就会造成井下出现岩屑床，通常情况下大斜度井想要将岩屑进行清理，难度比较大，上返的距离比较长，所以我们就要实时检测施工作业过程中振动筛的返砂能力，加强钻井液的携砂能力，避免在井下产生岩屑床，影响井下钻井施工工作的顺利开展。一般我们可以采取以下几点措施：首先，钻井液的排量一定要满足需求，具有较好的流动性，才能实现携砂能力的提升。钻井施工过程中排量要大于35L/s，环空上返的速度控制在1.5m/s范围，达到钻井施工作业中紊流携砂的目的。然后，岩屑的清除可以适当地使用一些先进、高效的机械设备，钻井施工过程中，大斜度井的上返距离通常情况下都比较长，同时钻井施工中产生的岩屑形状为细碎状，因此我们在对岩屑进行清理时比较麻烦，想要有效解决岩屑清理问题，我们目前可以使用四级固控设备，主要为160目的震动筛，同时配合高速离心机，可以有效清除钻井施工中的岩屑，达到井眼清洁的目的。3.2.2减小摩擦阻力降低扭矩减摩阻降扭接头在钻井施工过程中的应用，效果十分明显，其装置主要安装在钻杆的接头位置，随着芯轴、钻杆一起旋转，直接接触套管与外套的内壁，芯轴在转动的过程中产生的摩擦阻力相对较小，同时在钻井液中添加一定量的润滑剂，起到了很好的润滑作用，最大程度地保留了钻井施工过程中扭矩传递能量，降低传递损失，降低了钻井作业施工中与钻杆产生的摩擦阻力。想要降低钻井施工过程中井壁与钻柱之间的摩擦阻力，就是科学合理地调整泥浆性能，严格控制泥浆的失水率，达到泥浆饼厚度减少的目的，科学合理地控制742023年第9期西部探矿工程摩阻扭矩，实现钻井施工工作的顺利开展。井眼的净化、岩屑床的破坏，可以对井壁与钻柱之间的摩擦系数控制在最小值，达到有效控制扭矩及摩擦阻力的目的。扭矩及摩擦阻力的变化是最直观反映钻井施工过程中井眼净化程度变化的，通过观察扭矩及摩擦阻力的变化可以对井眼净化采取科学合理的措施。3.2.3井壁稳定技术井壁围岩在大斜度定向井钻井施工过程中，会受到来自切向、径向、垂直方向上各种力的作用，同时还会受到抽吸压力及剪切应力的影响。我们以某油田大斜度定向井施工为例，在实际的钻井施工过程中，我们将井眼失水量进行科学合理的控制，保持在4mL的范围内，在此时的施工环境下，井壁上会形成泥饼，而泥饼有着薄而韧的特点，同时控制起下钻的施工速度，我们需要将每柱起钻时间控制在3min以上，避免因为快速起钻造成钻井施工过程中井壁出现失稳问题。4结束语经过以上的研究和分析发现，钻井施工过程中，大斜度定向井钻井施工难度比较大，所以靶区的形状和范围需要进行严格的控制，我们再对钻井施工进行优化设计的时候，需要参照整个流程，科学合理地选择钻井参数及钻具组合，在钻井施工的不同阶段，需要采用不同的井眼轨迹控制技术，实现科学合理地对井眼轨迹进行准确控制，促进大斜度定向井钻井施工质量和施工进度的有序开展。参考文献：1王学友.大斜度定向井钻井设计优化分析及其应用探讨J.西部探矿工程,2020,32(10):47-48，52.2何鑫.大斜度定向井钻井优化设计J.中国石油和化工标准与质量,2020,40(9):226-227.3王成实.大斜度定向井钻井的优化设计研究J.石化技术,2018,25(11):216.4吴德山,董振国,崔春兰.大斜度定向井钻井设计优化及应用实践J.煤炭科学技术,2018,46(4):58-64.5陈涛,赵思军,常小绪,汪勇,李勇政,朱旭.四川盆地川东地区复杂地层大斜度超深定向钻井技术J.天然气勘探与开发,2018,41(1):101-107.（上接第72页）4现场实施2021 年 6 月 17 日，LN-X 井固井施工。固井前1.5m3/min排量循环不漏失，并按此排量充分循环钻井、调整钻井液性能后，提高排量至固井需要的3.6m3/min测试漏失速度。在 3.6m3/min 的排量下漏失率达到70%，1.5m3/min的排量下则停止漏失，漏失率与排量有较好的对应关系，见表6。测漏速后开始施工，主要施工步骤如下：车注密度1.03g/cm3前置液10m3，排量1.5m3/min；车注密度 1.35g/cm3领浆 120m3，排量 1.5m3/min；车注密度1.86g/cm3胶乳自愈合水泥浆 42m3，排量 3.3m3/min；泵替密度1.60g/cm3加重泥浆30m3，排量3.3m3/min；泵替密度1.27g/cm3泥浆60m3，前期排量3.6m3/min、按漏点 3500m 控制水泥浆漏失量 35m3后降排量至 1.50.9m3/min。替浆最后20m3混浆返出地面，固井施工正常碰压。碰压后关井环空压力11MPa，48h后放压降为0。胶结测井结果显示尾浆段合格率 94%、优质率66%，油水层得到良好封固。5结论针对LN-X井油层段井径异常扩大、油水层间窜流风险高的难题，通过变排量，克服了固井漏失与全井封固之间的矛盾，解决了该井生产套管油层段固井顶替问题；使用自愈合水泥浆体系实现对水层的封堵和防窜，有效降低层间窜流风险。该井固井施工顺利、固井质量合格，技术措施可为老区调整井固井、复杂油水关系井固井提供借鉴。参考文献：1康玉柱.塔里木盆地油气藏（田）特征J.石油实验地质,2000,22(2):115-120.2陈秀艳,罗平,贾进华,等.塔北中部石炭系东河砂岩物源及沉积体系J.海相油气地质,2013,18(2):23-30.3Sutton D,Sabins L.New Evaluation for Annular Gas Flow PotentialJ.Oil Gas Journal,1984,82(51):109-112.4孙晓杰,余纲,瞿志浩,等.自愈合水泥在塔里木油田碎屑岩固井中的应用J.油气勘探与开发,2017,35(4):63-67.5田宝振,李清洁,覃毅,等.塔中碎屑岩井自愈合水泥浆固井技术J.钻井液与完井液,2016,33(6):84-90.6邹建龙,姚坤全,汤少兵,等.胶乳水泥固井技术在LG地区X井的应用J.天然气工业,2011,31(7):56-62.表6目的层不同环空返速模拟顶替效率循环排量（L/s）604025漏失率（%）7033075