井眼轨迹连续控制钻井技术研究与应用.pdf

第 3 4卷 第 1 期 2 0 1 2年 1月 石 油 钻 采 工 艺 OI L DRI LLI NG PR0DUCT I ON TECHNOLOGY Vo 1 ． 3 4 No ．1 J a n ．2 0 1 2 文章编号 1 0 0 07 3 9 3 2 0 1 2 O 1 0 0 1 0 0 4 井眼轨迹连续控制钻井技术研究与应用 杨晓 峰 杜晶 晶 1 ． 长城钻探钻井技术服务公司 ， 辽宁盘锦 1 2 4 0 1 0 ； 2 ． 辽 河石 油装备总公 司， 辽宁盘锦1 2 4 0 1 0 引用格式杨晓峰 ， 杜晶晶． 井眼轨迹连续控制钻井技术研究与应用 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 1 2 ， 3 4 1 1 0 1 3 ． 摘要为提高井眼轨迹的控制能力， 缩短钻井周期， 节约钻井成本， 从井眼轨迹连续控制钻井技术原理和钻具组合 2个方 面进行了研究， 实现了通过采用高效优质钻头配合单弯螺杆造斜钻具， 并根据钻具结构的受力分析情况和施工技术要求， 合理 优选单弯螺杆的弯曲度数及上下稳定器的尺寸， 匹配合适的钻井参数， 仅一套钻具结构依次完成直井段、 造斜段、 稳斜段、 降斜 段等全井段的井眼轨迹控制过程的钻井技术方法。并通过实例分析， 证明应用该技术可大幅度地提高钻井效率， 可进一步推广 应 用 。 关键词 井眼轨迹 ；钻具组合；扶正器；连续控制；钻井周期 中图分类号 T E 2 4 3 文献标识码 A F u l l h o l e w e l l t r a j e c t o r y c o n t r o l d r i l l i n g t e c h n o l o g y s t u d y a n d a p p l i c a t i o n Y A N G X ia o f e n g ， D U J in g j in g 2 1 GW DCDr i l l i n g T e c h n o l o g y S e r v i c e s C o m p a n y ， P a n j i n 1 2 4 0 1 0 ， C h i n a ； 2 ． L i a o h e P e t r o l e u m E q u ip me n t C o m p a n y ， P a n j i n 1 2 4 0 1 0 ， C h i n a Ab s t r a c t T o i mp r o v e we l l t r a j e c t o r y c o n t r o l l i n g c a p a c i t y , s h o r t e n d r i l l i n g c y c l e ， a n d d e c r e a s e d r i l l i n g c o s t ， t h e t e c h n i q u e me c h a n i s m o f f u l l h o l e t r a j e c t o r y c o n t r o l d r i l l i n g a n d d r i l l i n g t o o l a s s e mb l y we r e s t u d i e d ． T h e h i g h e ffic i e n c y h i g h q u a l i t y b i t a n d s i n g l e b e n t s c r e w b u i l d i n g a s s e mb l y we r e mi x e d ． An d o n t h e b a s i s o f d r i l l i n g t o o l c o n s t r u c t i o n a l f o r c e b e a r i n g a n a l y s i s a n d o p e r a t i n g t e c h n i q u e r e q u i r e me n t s ， t h e s i n g l e b e n t a n g l e o f t h e s c r e w a n d t h e s i z e s o f u p p e r a n d l o we r s t a b i l i z e r s we r e o p t i m i z e d ， a n d t h e a p p l i c a b l e d r i l l i n g p a r a me t e r s we r e ma t c h e d ， t o c a r r i e d o u t t h e f u l l h o l e tr a j e c t o r y c o n t r o l d r i l l i n g f o r a l l t h e f o u r s e c t i o n s o f v e rt i c a l s e c t i o n ， b u i l d u p s e c t i o n ， a n g l e h o l d i n g s e c t i o n ， a n d dro p o ff s e c t i o n ， wi t h me r e l y o n e s u i t dr i l l i n g a s s e mb l y ． Re a l c a s e r e s u l t s p r o v e d t h e t e c h n i q u e c o u l d i mp r o v e d r i l l i n g e ffi c i e n c y s i g n i fi c a n t l y ． Ke y wo r d s w e l l t r a j e c t o ry； dri l l i n g t o o l a s s e mb l y ； s t a b i l i z e r ； tr a j e c t o ry c o n t r o l ； d r i l l i n g c y c l e 随着辽河油 田勘探开发的不断深入 ， 各种定 向 井和水平井井身质量要求更加严格， 靶区半径越来 越小 ， 双 目标 、 垂直靶定 向井和多 目标井数量越来越 多 ， 施工难度越来越大。为满足油田开发要求 ， 提高 定 向井和水平井井身质量 和钻井速度 ， 为此开发 出 适合辽河油田地层特点的一般水平井、 丛式井井眼 轨迹连续控制钻井技术， 使其适合大、 中曲率半径的 水平井和大斜度井⋯， 随时调整井眼轨迹， 确保井身 质量， 有效地提高井眼轨迹控制能力和钻井速度。 1 井眼轨迹连续控制技术原理及钻具组合 1 ． 1 技术原理 在下部钻具组合中， 单弯螺杆本身弯曲角度使 钻头相对螺杆倾斜 ， 钻头在偏心距作用下不断切 削 井眼一侧井壁， 从而使井眼发生倾斜， 达到了造斜目 的 。 二开时， 首先用转盘带动导向钻具旋转， 使工具 面不断改变 ， 失去造斜 能力完成直井段钻进 。当钻 基金项目中石油长城钻探工程有限公司2 0 1 0 年局级重点科研项目 “ 无线随钻测井系统 L wD 研制” 编号2 0 1 0 A 0 4 部夯成果。 作者简介杨晓峰 ， 1 9 8 3年生。2 0 0 6 年毕业于大庆石油学院测控技术与仪器专业， 主要从事国内外各种 MWD、 L WD和钻井新技术的现 场应用和技 术推广工作 ， 助理 工程 师。电话 0 4 2 7 7 2 6 5 5 8 6 。E ma i l y a n g x i a o f e n g 2 0 0 9 1 2 6 ．c o rn。 杨晓峰等 井眼轨迹连续控制钻 井技术研 究与应用 达设计造斜井深时 ， 停转盘 ， 滑动定 向钻进造斜 ；当 井斜 、 方位达到设计要求后， 启动转盘恢复旋转钻具 稳斜钻进 ；需要增斜 、 降斜 、 扭方位 时， 停转盘 ， 继续 滑动定 向钻进 J 。这样 ， 就此一套钻具组合 ， 就可以 完成直井段、 造斜段、 稳斜段、 降斜段等整个井眼轨 迹的控制过程， 并可随时进行轨迹调整， 从而提高井 眼轨迹控制能力 ， 减少起下钻换钻具次数 ， 减轻工人 的劳动强度 ， 提高钻井速度 ， 确保井身质量 。 1 ． 2 钻具组合 导 向钻井 系统的井下钻具组合是导 向钻井系统 的核心部分 ， 应具备以下要求 1 具有较大的适用范 围， 可满足不同设计造斜率的要求； 2 具有较长的使 用寿命 ； 3 可实现滑动定 向钻井与转盘旋转钻井 2 种钻井方式； 4 不需要更换井下钻具组合， 可以完成 钻直井和改变井眼走 向的双重工作 ； 5 能钻 出平滑 的井眼轨迹 ， 控制狗腿严重度 ； 6 尽量减小井径的扩 大率 ， 为后期完井提供 良好的井眼条件。 应用井眼轨迹连续控制钻井技术在钻定 向井和 水平井时， 不仅满足以上要求， 还应满足井身质量的 要求 。通过对导 向钻具 的力 学分 析， 找出其组合 的 造 、 降斜能力及稳斜效果 ， 才能达到预期效果 _ 4 J 。 井 眼轨迹连 续控制 钻井技术 常用钻 具组合 为 1 O 2 4 1 m m钻头 O1 9 7 m m 0 ． 7 5 。 单弯螺杆 下 mm可调定位接头 O1 7 8 mm无磁钻铤 1根 O1 7 8 mm钻铤 2根 O1 2 7 mm加重钻杆 5柱 O1 2 7 mm 钻杆。 2 O 2 1 5 mm 钻头 O1 6 5 mm 0 ． 7 5 。 单弯螺 杆 下带 0 2 1 0 mm扶 正器0 2 1 0 mm 扶正器 1 6 5 mm可调定位接头 O1 5 9 mm无磁钻铤 1 根 O1 5 9 mm钻铤 2根 O1 2 7 mm加 重钻杆 5柱 1 2 7 mm钻杆 。 该钻具组合类似普通造斜钻具， 注意单弯螺杆 的度数需要根据地层 的造斜率来选择 ， 以略高于设 计的 1 0 ％～ 2 0 ％ 为基准。螺杆后的欠 尺寸扶正器的 配备很重要 J ， 在转盘转时能取得较好的稳斜效果 ， 使钻头沿直线钻进 。 2 现场应用 2 ． 1 在浅水平井区块应用 杜 4 8断块位 于辽河 断陷盆地西部 凹陷西斜坡 中段， 构造形态为一个由北西向南东倾斜的单斜构 造。该块主要含油层系为沙河街组四段上部杜家 台 油层 ， 油藏埋深 8 5 2 ～ 1 3 3 4 m， 储层平 面及纵 向物性 差异大 ， 非均质性严重， 为典型的薄互层稠油油藏 J 。 杜 4 8 一 杜 H5 井轨迹类型为 “ 直一增一稳一增一 增一稳一降一稳一降一稳” 。该井的井眼轨迹设计 带 0 2 3 8 mm扶 正 器 0 2 3 6 mm 扶 正 器 O1 7 8 剖面节点数据见表 1 。 表 1 杜 4 8 ． 杜 H5 井的井眼轨迹设计剖面节点数据 根据该 井的地质设计 和工程设计 ， 经分析有 以 下施工难点。 1 轨道设计与控制难度大。该井水平段设计为 三阶梯式 ， 所 以轨迹设计难度增加 ， 从而在实钻 中轨 迹控制难度也相应增加。 2 造斜段的岩性为不等粒砂岩及砾岩， 粒径大， 地层较为疏松， 井径不规则， 影响施工造斜率， 井眼 曲率不易控制。 1 2 石油钻采工艺 2 0 1 2年 1 月 第 3 4卷 第 1 期 3 入靶前井斜要达到 1 0 6 ． 5 7 。 ， 油层胶结十分疏 松 ， 造斜率不易保证 ， 着陆点控制困难 J 。 4 井眼轨迹控制精度高。靶 区半径上下 0 ． 5 m， 左右 2 m， 轨迹控制精度高。水平段靶点多 ， 特别是 井斜变化大， 后期降斜加压困难， 轨迹不易控制。 该 井采用常规定 向井技术完成需要 下人满 眼 轨迹 连续 控制技术可 以完 成从二开到完钻 的全部 井段 J 。该 井从二开到入靶 的钻具组合和水平段 相 同 ， 只是倒装 的加重钻杆改变 了位置 ， 钻具组合 如表 2 。相 比杜 4 8 ． 杜 H4井二开到完钻 的时间节 省 l - 3 1 d ， 平均机械钻速为 2 4 ． 5 6 m／ h ， 平均钻井周 期 3 ． 7 9 d ， 比未应用井节省 1 ． 7 6 d ， 提高了钻速 ， 缩 钻具、 造斜钻具、 稳斜钻具、 降斜钻具。而利用井眼 短了钻井周期。 表2 杜 4 8 ． 杜 H 5井的钻具组合 2 ． 2 在侧钻水平井的应用 杜 8 4块属于超稠油油藏 ， 已完钻井揭露的地层 自下而上 为中上元古界 、 下第三系沙河街组 的第 系平原组地层 j 。油层地面呈 向南东倾斜的单斜构 造 ， 倾角 2 ～ 3 。 ， 与下伏地层呈不整合接触， 油层埋深 5 2 4 ～ 6 9 5 m。为有效提高老井产能 ， 决定对杜 8 4 一 馆 四段 、 沙三段 、 沙一 二段 ， 上第三系馆陶组和第 四H2 3 1 C H实施侧钻 ， 设计剖面节点数据见表 3 。 表 3 杜 8 4 一 馆 H 2 3 ． 1 C H设计剖面节点数据 该井 8 2 8 ～ l 5 4 6 m的钻具组合为O 2 1 5 ．9 mm钻 头 O1 6 5 mm 1 ． 5 。 单 弯螺 杆 定位 接 头 O1 7 8 mm 无 磁 钻 铤 X 1根 O1 2 7 mm加 重 钻 杆 3根 Ol 2 7 mm斜坡 钻杆 6 0根 O1 2 7 mm加 重钻 杆 1 2 根 O1 7 7 ． 8 钻铤 6 根 O1 2 7 mm斜坡钻杆 。 根据设计采用的这套钻具组合完全可以满足造斜率 的要求 ， 运用井眼轨迹连续控制技术完成一系列的 增斜一稳斜一降斜一稳斜 ， 节省倒换钻具 和起下钻 的时间 ， 同比其他侧钻井作业周期缩短了将近 1 ． 5 d 。 2 ． 3 在中深水平井的应用 兴古 7 块属于辽河断陷盆地西部凹陷中南段兴 隆台潜山兴古 7 断块区， 兴古 7 - H 2 5 3 井属于兴古 7 块。该井设计完钻井深 5 1 5 5 ． 3 3 r n ， 水平段长 8 7 4 ． 6 4 m， 并有 3 个分支， 分支 l 为 4 4 3 0 - 4 7 2 9 m， 分支 2 为4 5 7 8 N 4 8 8 1 ．7 m， 分支 3 为4 7 2 8 ～ 5 0 2 8 m。该井 的钻具组合见表4 。 表 4 兴古 7 - H 2 5 3井的钻具组合 井段 ／ m 钻具组合 备注 ； 9 8 ～ 4 2 8 2 03 1 1 ． 9 mm钻 头 1 ． 5 。 螺杆 配合接三开 头 定位 接 头 配合 接 头 无磁 2根定 向 钻铤 4 根 4根加重钻杆 钻杆 4 2 8 2至 完钻 0 2 1 5 ． 9 mm钻 头 1 ． 2 5 。 螺杆 配合接三 开 头 定位接 头 配合接 头 无磁 2 根水平 _ 2根加 重钻杆 2 0根钻杆 4根 加重段 钻杆 2根钻铤 钻杆 井眼轨迹连续控制钻井技术在兴古 7 - H 2 5 3井 ， 虽然一趟钻不能完成全井的钻进过程， 但在起钻前均 已调整好 了井斜 、 方位， 使定 向作业均一次成功 ， 特别是 3 个分支侧钻主眼在沿主眼钻进的过程中， 应 用该技术保持较高的平均机械钻速 1 3 ． 5 m ／ h ， 同样 取得了较好的应用效果。 3 结论 1 井眼轨迹连续控制技术可以及时对井眼轨迹 杨晓峰等 井眼轨迹连续控制钻 井技术研 究与应用 1 3 进行调整， 提高了井眼轨迹的控制能力和控制精度。 2 井眼轨迹连续控制技术简化了钻具组合， 减 少了起下钻对井眼的抽汲 ， 确保了井下安全。 3 井眼轨迹连续控制技术减少了起下钻作业次 数 ， 减轻劳动强度 ， 提高了生产 效率 ， 缩短了钻井周 期 ， 节约了钻井成本 。 参考文献 [ 1 ] 刘超， 周玉海， 吴红玲 ， 等 ． 控制压力钻井技术在衡 6井 的应用 [ J ]． 石油钻采_T - 艺， 2 0 0 9 ， 3 1 3 3 4 3 7 ． [ 2] 伊明， 陈若铭， 兰祖权， 等 ． 控压钻井系统研究 [ J ]． 石 油钻 采工艺 ， 2 0 1 0 ， 3 2 S 0 6 9 ． 7 2 ． [ 3] 李慧， 黄本生， 刘清友 ． 微小井眼钻井技术及应用前景 [ J ]． 钻采工 艺， 2 0 0 8 ， 3 1 2 4 2 4 5 ． 【 4] 崔龙连， 汪海阁， 葛云华， 等 ． 新型径向钻 井技术 [ J ]． 石 油钻 采工艺 ， 2 0 0 8 ， 3 ff6 2 9 3 3 ． [ 5] 娄铁强， 杨立军 ． 乌兹别克斯坦 巨厚盐层水平井钻井技 术 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 0 8 ， 3 ff6 1 6 2 0 ． [ 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的超 深水平 井。该 井属典 型 “ 三高” 气井， 地质条件复杂， 施工难度极大。 自2 0 1 0年 2月 1 0日开 钻 以 来， 以 安 全 提 速、 技 术提速 、 管理提 速 、 工期提 速为 目标 。针 对该 井上部 陆 相 地层 易 出水、 易塌 、 岩石 可钻性差 、 蹩跳 钻严 重、 机械 钻速低， 下部海相地层 多套压力体 系共存、 易喷、 易漏、 易黏卡、 高含 H ， s 、 高温高压、 仪器工具性能受限、 钻具 强度低 、 钻 井液性能要 求高等 系列疑 难 问题 ， 制 定 了详 细的各开次提 速提效方案及施工安全保障措施。在 硬 件 管 理上 ， 配 备 了 目前 国 内科技 含 量 最 高、 最先 进 的Z J 1 2 0 D B型交流变频 电驱动钻机 ， 以5台美国卡特 3 5 1 2 B型 柴 油发 电机 组 为动 力 ， 循 环 系统 配备 了 3台 F 一 1 6 0 0 HL泥浆泵及北石 5 0 0 T顶驱 1台。 现场施_Y - 中， 在保障井下安全的前提下积极应用钻 井新工艺。一开钻进中， 应用泡沫钻进工艺， 平均机械 钻速 3 ． 7 2 m ／ h ， 比设计钻井周期提前 6 4 d 。二开钻进中， 应 用空气钻钻至井深 3 0 5 4 ． 5 i r l ， 平均机械钻速 9 ．4 3 m ／ h ， 是设计机械钻速的 1 ． 1 8 倍 ， 比设计周期提前 5 0 ． 4 2 d 。三 开钻进 中， 在 3 0 6 6 ． 7 4 5 4 3 ． 3 1 1 1 井段使用液相欠平衡钻 井技术 ， 平均机械钻速 1 ． 1 2 m ／ h 。期 间， 先后 尝试应用了 陆相地层 P D C 螺杆、 水力脉冲空化射流钻井、 涡轮 孕镶 金刚石钻头等多项提速新技术， 创国内 3 1 4 ． 1 mm钻头钻 深最深和 0 2 7 9 ． 4 m m套管下深最深 2项纪录。四开钻 进 中， 在 6 6 8 0 ～ 6 9 8 6 ． 3 2 1 T I 井段使 用 B A K E R H U G H E S 旋转地质导向钻井技术， 钻具在旋转中实现定向钻进， 极大地减低了钻具在井眼内静止带来的黏卡风险， 实钻 井眼轨迹 与设计 高度 一致 ， 造斜段 井壁 光滑， 井眼质量 好。导眼段回填后 ， 在井深 6 5 1 5 11 1 处侧钻， 用时仅 5 d ， 比区域平均侧 钻施 工周期 减少 1 0 d 。五开钻进 中， 使 用 We a t h e r f o r d 滑动 导向钻 井技 术 ， 配合抗 高温、 高润滑性 优质钻井液技术、 套管防磨接头技术、 油气层保护技术， 有效解 决水平段 高温条件下的轨迹控 制、 托 压黏卡、 套 管保护等系列难题， 保证了精确中靶 ， 钻遇 2 1 5 1 T I 优质 储层 ， 提前 实现地质 目的。 该井的完钻 ， 为国内外同类型超深水平井的施工积 累了经验 。 供稿石艺