大位移井NP13-1346鉆井技術

李 杉

（渤海鉆探定向井技術服務公司，天津300280）

冀東油田3號人工島位于唐山市南堡海域、曹妃甸島西北側，水深5m 左右。全島吹沙造地面積200 畝，呈橢圓形展布，島體于2008 年11 月建成，設計油水井共235口，現已進入開發的后期，島上井網密布，井型復雜多樣。NP13-1346井就是部署在3號人工島上的一口大位移雙靶定向井，其井身軌跡的特點是井斜大、水平位移大、方位允許偏差小、靶圈半徑小。下面以此井為例，來依次分析井身結構設計優化、井眼清潔和井壁穩定技術、降摩阻和扭矩、井眼軌跡控制等關鍵技術。

1 設計概況

1.1 地質設計

本井位于河北省唐山市南堡開發區南堡鄉偏西約11.0km，冀東3 號人工島上，構造位置為南堡油田1 號構造南堡1-5 區南堡105X5 北斷塊構造較高部位，目的是為了滾動開發南堡1-5 區南堡105X5 北斷塊NgⅣ、Ed1油藏。

1.2 工程設計

在充分的考慮了地質條件和目標點的要求、地層特性、井身結構、造斜率、防碰關系等因素后，確定了NP13-1346井的剖面設計,見表1。

表1 NP13-1346井設計剖面

2 施工難點分析

（1）本井造斜點淺，井眼尺寸大，定向鉆進時不容易起井斜，同時本井防碰井較多，共計達17口，最近距離僅為3.87m，鄰井套管對測斜儀器干擾嚴重，防碰形勢嚴峻。

（2）本井設計井深為4252m,位移為2922.5m，井深位移都較大，造成了鉆機高負荷運行，同時鉆桿也易產生疲勞破壞。溫高較高,對MWD 的穩定性,鉆井液的維護及馬達壽命都有不同程度的影響。

（3）本井設計最大井斜為58.6°，屬于大斜度井,不利于鉆井液攜砂,且巖屑易被壓磨破碎,使鉆井液有害固相增加,不利于鉆井液性能的維護。

（4）三開后降斜點和扭方位點井深較深，且位于玄武巖底部，可鉆性較低，玄武巖本身對MWD還具有一定的磁干擾，對施工中扭方位的判斷有一定的影響。

（5）該井是一口大位移雙目標定向井，井身軌跡設計較為復雜，造成了井身軌跡不規則，大大地增加井眼軌跡控制的難度，同時裸眼段長，摩阻、扭矩大，增加了發生卡鉆和井下復雜情況的概率。

3 井身結構優化

目前國內外大位移定向井井身剖面設計需考慮的因素有；地質要求、地層巖性、造斜工具、井身結構等，綜合考慮以上各種因素優化的井眼軌跡會明顯改善井下摩阻和扭矩狀況，以及有助于增大水平位移的延伸；就降低摩阻和扭矩而言，大位移井一般采用懸鏈式井眼，即造斜率隨著井深的增加而逐漸增大的，但懸鏈式井眼缺點是井眼軌跡較長，增加實際施工工作量，延長鉆井周期；優點是鉆具與井壁間的接觸力為零，能有效地降低扭矩和摩阻[1-2]。而本井采用了優化后的雙增懸鏈剖面，該井身剖面具有傳遞鉆壓容易、復合鉆進扭矩小、附加拉力小等優點、有利于大位段的延伸及安全、快速鉆井。

4 井眼清潔和井壁穩定

有效的井眼清潔和井壁穩定是大位移井安全快速鉆井的重要因素。我們知道通常井斜35°～65°的井段被認為是鉆井液攜砂能力差，易形成巖屑床的井段。巖屑易在大斜度井段的大量沉積，造成扭矩增大，增加卡鉆風險?？梢哉f避免和破壞巖屑床的形成及井壁穩定是井眼清潔的核心，為此，本井采用了以下措施:

（1）調整鉆井液流變參數的同時提高鉆井液的攜砂能力。本井采用了聚合物鉆井液體系，及時添加攜砂材料，調整鉆井液的流變參數，保持體系較低的摩阻系數，鉆進過程中發現摩阻系數升高或活動鉆具拉力異常時，適當增加潤滑劑用量。當井斜達到40°以上時，為有效清潔井眼，提高了鉆井液的觸變性，改變鉆井液攜砂能力。明下泥巖發育段，為保持井壁穩定，鉆井液中及時補充足量降濾失劑、抑制劑等相關處理劑，確保泥巖井段鉆井液具有強抑制、低濾失，并可形成較好的泥餅。鉆遇厚層玄武巖和玄武質泥巖段，在進入相應地層前100m 左右，按要求足量補充抑制防塌劑、封堵劑等處理劑，提高鉆井液封堵性和抑制性，嚴格控制高溫高壓濾失量，并根據實際地層壓力逐漸提高鉆井液密度。

（2）適當提高排量。排量是凈化井眼的一個關鍵因素。因為大斜度井段鉆井液攜砂能力差，所以盡量提高大位移井的排量，使之大于設計臨界排量，改善井眼清洗效率。本井311.1mm 井眼穩斜段一直使用65L/s 的大排量鉆進，鉆井液返速高達3.1m/s，既加快了鉆速，又提高了攜砂效果。

（3）適當增加劃眼和短起下次數?；瑒鱼@進時，每鉆進一單根應大幅活動鉆具一次，清除井壁上的巖屑，防止粘卡。上部地層要注意控制好鉆速，搞好短起下，達到最大井斜角后，每鉆進一根立柱要充分循環清洗井眼。每鉆進200～250m，或純鉆時間超過24h短起下鉆一次[3]。二開后堅持打完立柱劃眼和定時短起下，有效地防止了巖床的形成和沉砂現象。

5 降摩阻和扭矩

摩阻與扭矩是制約大位移定向井技術發展的最主要的障礙。摩阻與扭矩主要是由于鉆柱與井壁的摩擦而產生的,本井在這方面采取了以下措施：

（1）本井選取在較淺的井深處造斜，同時本井設計的狗腿度也較小，有利于井眼的軌跡的平滑，進一步降低了鉆具與井壁之間的摩阻和扭矩，本井的順利施工都證明了這種雙增懸鏈式剖面對于降低摩阻和扭矩是非常有益的。

（2）在定向段和扭方位井段,加入適量的潤滑劑和鉆井液處理劑，來提高鉆井液潤滑性能,降低鉆井摩阻。同時也使用了固體潤滑劑如石墨、塑料小球等處理劑，從實際使用效果來看，效果還是很明顯的。

（3）固控設備的使用，合理的使用各種固控設備，有效地降低了鉆井液中有害的固相顆粒的含量。本井使用的是兩臺無級電動泵，做到了大排量洗井，有效地凈化了井眼，破壞了巖屑床的形成，可以降低鉆柱和井壁之間的摩擦系數，從而大幅度地降低扭距和摩阻。

（4）在定向鉆具組合中用無磁抗壓縮鉆桿替代常規的無磁鉆鋌，可減小鉆具與井壁之間的摩阻。同時使用隨鉆震擊器，減小滑動鉆進時鉆具與井壁的摩擦阻力[4]。

6 鉆具組合選擇和軌跡控制

鉆具組合的選擇和井眼軌跡控制是大位移井的重要技術。本井鉆具選擇合理,三開后使用了倒裝鉆具組合，以減少鉆具和井壁的接觸面積。此外全井采用了導向馬達＋MWD 來控制井眼軌跡。它的優點是隨時監測井眼軌跡,隨時調整井眼軌跡,測斜準確不誤鉆井時間等,是鉆大位移井比較有利的設備。

（1）一開直井段及造斜井段（0～503m）詳細鉆具組合如下：444.5mm 牙輪鉆頭+244mm 馬達（1.5°）+203mm浮閥+203mm無磁鉆鋌×1根+203mmMWD短節+203mm無磁鉆鋌×1根+139.7mm加重鉆桿×15根+127mm 鉆桿。

由于一開井段有小繞障及淺層定向，因此未使用欠尺寸穩定器。同時考慮防碰要求，因此直井段必須垂直，不能產生大的側位移，因此安裝的時候要求井口必須垂直，同時鉆進時通過嚴格控制鉆壓及時投測單點測斜，保證了直井段垂直鉆進，井斜始終控制在2°以內，并且順利通過了一開井段的所有防碰井。

（2）二開造斜井段及穩斜井段（503～1302m）詳細鉆具組合如下：311.1mm 鉆頭+244mm 馬達（1.5°）+280mm 欠尺寸穩定器+203mm 浮閥+ 203mm 無磁鉆鋌×1根+203mmMWD短節+165mm無磁抗壓縮鉆桿×1 根+139.7mm 加 重 鉆 桿×14 根+165mm 震 擊 器+139.7mm加重鉆桿×3根+127mm 鉆桿。

本井段比較關鍵，在造斜工具的選用方面采用1.5°角度的導向馬達，由于井眼較大、起斜難的特點，采取連續滑動鉆進和導向鉆進結合，既保證了造斜率的同時又可以避免狗腿度較大的問題。施工過程中做到了準確預測井底井斜，及時調整井眼軌跡，使實鉆軌跡始終緊貼設計軌跡。此外井眼較大，鉆進速度較快，井底沉砂較多，每鉆進完一個立柱后，采取大排量和高轉速反復劃眼，直到振動篩處無明顯沉砂為止，既清潔了井壁又保證了井底無沉砂堆積。最大限度地保證了井下安全。

本井設計最大井斜為58.6°，參考了本地區其他井的施工記錄和地層漂移規律，311.1mm 井眼穩斜段井斜微降，方位小漂，因此本井定向結束后井斜為61.23°，比設計的高2.63°，為后面井段的降斜留了余量。本井設計造斜為2.3°/30m,實際平均造斜率2.1°/30m，避免了過高的造斜率造成較大的摩阻和扭矩，保證了井眼軌跡的平滑。

（3）二開穩斜井段（1302～2503m）：311.1mm 鉆頭+244mm馬達（1.5°）+280mm欠尺寸穩定器+203mm浮 閥+ 203mm 無 磁 鉆 鋌×1 根+203mmMWD 短 節+165mm 無磁抗壓縮鉆桿×1 根+139.7mm 加重鉆桿×14根+165mm 震擊器+139.7mm 加重鉆桿×3 根+127mm鉆桿。

本井段鉆壓不超過40kN 時，井斜微降，通過調整鉆壓40～60kN,井斜微增，通過調整鉆井參數即可控制井眼軌跡，避免了滑動鉆進來調整軌跡，極大地提高了鉆進速度。進入明化地層后，井斜小漂嚴重，通過鉆壓已經控制不了了，因為之前造斜段已經留出井斜的余量，因此本井段也沒有頻繁的進行滑動鉆進調整。實踐證明，參考鄰井施工經驗和考慮地層漂移規律不僅可以提高轉動鉆進方式的比例，還可以盡量減少井眼軌跡的調整的頻率，從而提高機械鉆速。因此開鉆之前，除了要熟讀設計外，盡可能的搜集一些本地區其他井的鉆井資料，如地層分析、有無特殊巖性、造斜率大小等，了解這些資料后，應用到待鉆井施工井中，可以大大減少不必要的工作量，加快鉆進速度。

（4）三開穩斜及扭方位井段（2503～3707m）：215.9mm 鉆頭+172mm 馬達（1.5°）+210mm 欠尺寸穩定 器+165mm 浮 閥+ 172mm 無 磁 鉆 鋌×1 根+172mmMWD 短 節+165mm 無 磁 抗 壓 縮 鉆 桿×1 根+127mm 鉆桿×14 根+165mm 震擊器+139.7mm 加重鉆桿×3根+127mm 鉆桿。

三開后，通過地質分析了解到下部地層可鉆性較好，定向鉆具下到底后，轉動鉆進（鉆壓40kN，轉速：45r/min），測斜數據顯示，井斜微降，方位小漂，故調整鉆井參數，鉆壓控制在40～60kN，排量為30L/s。通過改變鉆壓參數后，井斜仍然微降，方位依舊小漂。故工具面放在右45°進行滑動鉆進6m 進行調整，測斜之后發現幾乎沒有效果，因為井斜微降對軌跡的影響不大，于是滑動鉆進5m 全力增方位，效果仍舊不理想，方位勉強維持不小漂。后續井段通過偶爾的滑動鉆進來調整井斜和方位，因為地層的可鉆性較好，定向的效果還不錯。針對三開扭方位作業，由于是在玄武巖地層中扭方位，結合鄰井的施工記錄和地層的自然漂移規律，決定將扭方位的始點后置30m，終點向前調整，提前30～50m結束扭方位作業,避開可鉆性較差的玄武巖底部。從測斜數據來看，GT 和BT 都有不同程度的超標，說明玄武巖地層對測斜參數還是有影響的，此后測斜時密切注意方位的變化，及時調整工具面和滑動鉆進進尺，從而保證了整個玄武巖井段內的井眼軌跡仍然壓線。

（5）三開扭方位井段及穩斜段（3707～4252m）：215.9mm 鉆頭+172mm 馬達（1.5°）+210mm 欠尺寸穩定 器+165mm 浮 閥+ 172mm 無 磁 鉆 鋌×1 根+172mmMWD 短節+165mm 無磁抗壓縮鉆桿×1 根+127mm 鉆桿×14 根+165mm 震擊器+139.7mm 加重鉆桿×3根+127mm 鉆桿。

由于馬達到了規定使用時間，于是原鉆具換了新馬達后繼續使用，當下鉆剩余8柱時，下鉆出現了遇阻的情況，考慮到本井并沒有大狗腿井段，而最大井斜達到了61.23°，判斷應該是井底沉砂所致，于是采取大排量洗井，間斷循環劃眼下鉆，最后順利下鉆到底。大量的沉砂說明在井眼清潔這方面做得還不夠好，仍需加強。扭方位后期出現了托壓的現象：當鉆壓加大時，出現頻繁瞬間釋放的現象，同時泵壓上升，井下鉆具產生較大的反扭矩，工具面變化嚴重，這極大影響了造斜率和滑動鉆進的速度，通過對井內注入一定量的潤滑劑后，托壓現象有所緩解，基本施工趨于正常。當井深為3843m時，已中本井的第一個靶點A，靶心距為5.96m，當井深為3941m時，中本井的第二個靶點B，靶心距為3.79m。全井身質量完全合格，最終順利完井。設計軌跡與實鉆軌跡參數對比見圖1。

圖1 設計軌跡與實鉆軌跡參數對比圖

7 認識與體會

（1）加大排量、適當加強劃眼和短起下作業、保持固控設備完好有效，及時有效地清除有害固相含量、根據實際情況調整泥漿性能及參數，都可以保持井眼清潔和井壁的穩定。

（2）優化剖面設計、合理地選擇和優化鉆具組合、良好的泥漿性能、準確地控制井眼軌跡、減少滑動鉆進的比例、可以有效地降低摩阻和扭矩。

（3）施工前要分析待鉆井的地質資料,了解地層傾角和傾向，分析同區塊鄰井的資料,分析已鉆井的造斜規律和方位漂移規律，最后結合待鉆井的設計情況，確定合適的造斜率和方位變化率。

（4）堅持短起下和劃眼技術措施，能夠有效地破壞巖屑床的形成、同時可以修復井壁，降低摩阻，保證井眼順滑暢通。

（5）全井使用柔性鉆具組合，用非磁抗壓縮鉆桿替代非磁鉆鋌，用加重鉆桿替代鉆鋌，用斜坡鉆桿替代普通鉆桿，在大斜度井段采用了倒裝鉆具組合，使鉆具與井壁的接觸面積減少，避免了大斜度井段易出現的粘附及鍵槽卡鉆的井下事故。