一趟钻,一口井优快钻井技术的推广与应用

“一趟钻，一口井”优快钻井技术的推广与应用（钻井工程技术公司团委）*成果名称：“一趟钻，一口井”优快钻井技术的推广与应用*成果完成人： 盛明仁 李绪锋 王丹辉 蒲文学 邵忠 刘洪亮 张明春 廖少波 杨凯 张胜杰 王雷*完成人单位：钻井工程技术公司定向井公司*联系电话、成果背景介绍“一趟钻，一口井”优快钻井技术是以定向井井身轨迹控制技术为核心，加快定向钻井施工速度的新工艺、新技术，实现从定向、增斜、稳斜、扭方位作业到中靶一趟钻完井的钻井技术。伴随着近年来定向井工艺及相关配套工具设备的快速发展，胜利油田定向井施工质量、钻井速度及施工安全，都得到的长足的进步。特别是无线随钻测斜仪MWD技术的普及、PDC高效钻头+长效螺杆的推广使用，都加快定向井“一趟钻，一口井”优快钻井技术的发展。近年来，定向井水平井施工数量连年增加，钻井总投资下降和生产成本上升的矛盾日益突出，为最大限度的发挥钻井技术优势，保障油田勘探开发，公司牢固树立“为甲方降本增效、与甲方共赢共荣”和“提供优质服务、提供全新技术”的理念，不断加强钻井工艺研究，加大定向井仪器、装备和工具投入，运用无线随钻测量技术、轨迹控制推行复合钻井等技术，发挥整体钻井技术优势，创新形成了2000米以下中浅井“一趟钻，一口井”的的优快钻井技术，有效提高了钻井速度，降低了生产成本，取得了巨大的经济效益。 二、主要内容和创新点综合运用定向井公司独有的丛式井、大位移井、超薄油藏井、阶梯式井、鱼骨状井等16种水平井钻井工艺配套技术和20余种定向井井眼轨迹控制技术，以及先进的MWD无线随钻和LWD地质导向钻井技术，针对不同市场、不同区域、不同区块、不同地质类型、不同工程技术需求，努力打造和形成适应油田勘探开发要求和外部市场需求的先进技术系列。在油田内部2000米以下中浅井定向施工中，根据井型特点优选不同类型的钻具组合，优选PDC+长效螺杆+MWD（无线随钻测斜仪）复合钻具组合，合理确定钻井参数，既保障定向钻进的增斜效果，又保证复合钻进的稳定性。1、理论创新影响定向井井眼轨迹的主要因素有：地质因素；岩石可钻性，不均匀性及其各向异性，地应力以及地层倾角和倾向等；下部钻柱组合、钻井参数；钻头类型及与地层的相互作用。井眼轨迹变化是上述诸因素互相作用和平衡的结果。复合钻具组合在定向施工时，主要是采用滑动钻进的方式，利用单弯弯曲对钻头切削造成偏心的原理进行井斜角和井斜方位角的调整从而控制井身轨迹。复合钻具组合在复合钻进施工时，由于近钻头单弯扶正器受单弯弯曲的影响，旋转状态下可以近似的接近满眼状态，因此，可以用常规近钻头扶正器钻具组合的方式分析复合钻具组合在复合钻进施工时的力学特征。我们知道任何下部钻柱组合的力学性能都要集中反映在钻头上，表示下部钻柱组合力学性能的基本特征量是： 钻头侧向力特征量，分解为： 井斜力，Fy； 方位力，FX。 钻头转角，分解为：倾角，；扭转角，。 图一 各特征量定义的示意图 A向1和A向2分别表示从上向下看井底时的钻头侧向力和钻头轴线投影； 井斜力Fy沿井眼高边方向线，即井底处井眼轴线所在垂直平面与井底平面的交线，Fy为正，表示指向井眼上侧，反之表示指向井眼下侧。Fy反应增斜或降斜趋势。 方位力Fx在井底平面内与Fy垂直。该力在高边方位右侧时表示增方位趋势，左侧为减方位趋势。 钻头倾角为井底井眼轴线的切线与钻头偏转轴线之间的夹角。正的为钻头向上翘。 钻头扭转角为钻头偏转轴线与前述高边方位线之间的夹角。 不同类型的钻具组合的上述特征量对其性能的影响差别很大。由于钻柱转动，上述特征量是脉动的，即受钻柱运动状态的影响。 对多稳定器的稳斜钻具组合，侧向力是主要的，钻头转角很小。因此，可以只按侧向力来调整钻具组合。 对增斜钻具，钻头侧向力很大（103至104N），因此，侧向力起控制作用，转角影响次之。 影响下部钻柱性能的参数很多，按显著性排列的顺序是： 稳定器位置和个数决定钻柱组合类型的基本参数；稳定器直径或稳定器与井眼的间隙；原井眼曲率井斜变化率和方位变化率；井斜角； 钻压； 钻挺刚度； 转速；稳定器类型。图二图三综上，可以得到以下结论：在单弯动力钻具上部加一合适尺寸的扶正器，如图三，可以起到良好的控制井斜角的作用；通过改变L2的长度，也可起到良好的控制井斜角的作用；在相应的地层，通过钻压可以起到对复合钻具组合的井斜控制力调节。 由此我们可以认识到，利用复合钻具组合完成对定向井斜井段的全程控制是可行的。2、技术创新在使用复合钻具组合的过程中常常遇到以下问题：井下复杂情况将影响复合钻具在定向井钻井中使用的效果。由于定向井具有一定的井斜和位移,井下情况相对于直井较复杂,影响了钻井施工。PDC钻头的选型和使用，影响着复合钻具在定向井中的使用效果，PDC钻头的不合理使用既浪费了成本又延长了钻井周期，又会造成其先期损坏及井下情况变差等不良后果，井底不干净和井口落物破坏PDC钻头的聚晶复合片；顿钻和溜钻致使钻头寿命降低。在定向井钻进施工中采用复合钻具钻进，经常会出现螺杆的先期损坏现象，原因主要有：螺杆自身质量问题；旧螺杆和多次人井螺杆对其使用时间没有准确的统计数字；不合理的泵压；排量、钻压和不合理的操作等，螺杆损坏主要表现在旋转短节断裂、万向轴扭断、悬挂轴承松散、内螺旋杆脱落等。设备原因也对复合钻具的使用造成影响。主要有柴油停止转动时间过长、泥浆泵上水不好、绞车脱档、传动链条及转盘链条断脱、地面高压管汇刺穿、冲管损坏等设备原因，容易造成井下复杂情况，间接影响了单弯螺杆+PDC钻头的使用。人为的操作失误与不当操作，非专业岗位人员操作，容易发生顿钻、溜钻等钻井事故，致使螺杆及PDC钻头先期损坏，影响复合钻具使用寿命。(6)其他意外原因： 杂物如凡尔胶皮等由泥浆泵吸人钻具造成螺杆堵塞，硬性块状物落人井内 蹩坏螺杆及钻头，刺钻具造成的意外起钻等，都会影响复合钻具的正常使用。在中深定向井极大唯一定向井的施工中，随着摩阻扭矩的增加，易发生粘滑震动，造成定向调整困难，同时易发生憋泵等井下不正常现象，增加了施工时间，降低了螺杆的使用寿命。通过多年的实践研究，做好以下工作可以有效的避免以上问题：做好入井前的准备工作。首先对设备做全面检查，保证动力设备运转良好，泥浆泵上水良好，三级净化设备运转正常；其次是做好PDC钻头入井准备工作。使用PDC钻头的前一只钻头不能用老，以避免井底有新落的钻头牙齿，钻进和起下钻时喇叭口使用刮泥器，防止井口落物，保证井底干净，PDC钻头入井的上一趟钻起钻前调整好泥浆性能并充分循环，保证井眼安全畅通；再次是做好螺杆、钻具及接头的检查。优选钻井参数，使用合理的钻压和泥浆排量，合理选择和使用PDC钻头，坚持岗位操作规范化，实行持证上岗制度，制定防卡操作规程及防漏操作规程并坚持防卡、防漏操作，避免顿钻、溜钻；按规定钻压均匀送钻，杜绝因错误操作而造成螺杆和PDC钻头先期损坏及井下复杂情况的发生。在解决在复合钻具组合定向造斜时的随钻仪器工具面控制困难问题，定向造斜前向泥浆中混入适量乳化原油，地质原因也可混入同等数量的无荧光润滑剂。在操作上加强责任心，耐心细致，送钻做到勤送少送，尽量按要求送钻。加强技术管理，保证井下安全，为复合钻具组合创造安全良好的使用环境。起下钻时测后效，确定合理的泥浆比重，保证近钻井；强化坐岗制度，坚持井架工、泥浆工、场地工三岗位员工坐岗制度，避免溢流、出水、井漏等复杂情况的发生。实现复合钻具组合优快钻井，上面提到的是硬件设施的保障，软件方面就是轨迹控制，轨迹的精确控制在施工过程中至关重要，我们建议在施工过程中把握这么一个原则“少滑动，多复合”。同时建议对地层自然造斜规律以及方位自然漂移规律进行研究，充分利用地层造斜和方位漂移，化害为利提高钻井速度。总结了以下几条技术措施：对单靶点斜井段较短的定向井，可以利用常规动力钻具组合复合钻增斜的特点，减小增斜段最大井斜，以复合钻进的方式实现增斜入靶。提前了解区块地层方位自然漂移规律，定向过程中充分考虑方位漂移量，有意识的对方位进行调整，减少稳斜段定向调方位的工作量，特别是PDC钻头在稳斜段后期往往定向比较困难，这种方式可以有效提高钻进效率，而且保证井眼轨迹平滑。稳斜段井斜自然增降幅度不大的情况下，可以通过调整钻压和划眼方式来对井斜进行微控。3、装备及工具创新实现复合钻具组合优快钻井装备基础是：高效钻头定向PDC的使用。定向PDC较一般PDC钻头的具有以下优点：保径较短，反扭角较小，定向施工工具面较稳定，同时定向效果较好。长效动力钻具的使用。目前动力钻具的发展方向一般为中低转速、大扭矩。胜利油田目前动力钻具的使用可以达到150小时左右。MWD无线随钻测斜仪的使用。胜利定向井目前装备的MWD无线随钻测斜仪已进入成熟化应用第二代水平，完全可以满足优快钻井的需求。重点做好以下工作：可变径扶正器的研发和使用；旋转导向系统的引进、使用和研发；可适应多地层及定向施工要求的PDC高效钻头的研发引进；可长时间连续使用高效螺杆的引进、使用和研发；可长时间连续使用MWD（国产化）研发和使用。三、成果应用情况1、油田内部。自2008年推广“一趟钻，一口井”施工模式以来，首先在渤南油田、现河油田、长堤油田等共有 70余口井进行推广应用，一趟钻最长工作时间146小时，最长钻进井段1571米，以高效PDC钻头+长效单弯动力钻具+欠尺寸扶正器+MWD无线随钻测斜仪井下钻具组合为代表的优快钻井组合（以下简称复合钻具组合）获得了较大成功，并体现出了较大的现实技术、经济优势。通过“一趟钻，一口井”的优快钻井技术的推广与应用，油田内部完井数量从2008年的638口增加到2010年的729口，创收增加3850万元，租赁费和材料费分别降低385万元和515万元，经济效益明显。其中，在新河50丛式井组34口井的施工中，综合运用定向井优快钻井、防碰绕障、导向钻井等先进钻井技术，圆满完成施工任务。该平台有14口井以 “一趟钻，一口井”的施工模式完成，实现了斜井段的快速钻进，最快的机械钻速达到了30.59米/小时。在油田最大的海油陆采大型丛式井组老168平台58口井的施工中，有32口井实现了“一趟钻，一口井”施工，采用先进的仪器、软件和井下工具，成功应用“大型丛式井组海油陆采钻井技术”、“大井眼松软超浅地层定向技术”、“裸眼侧钻技术”、“三维防碰绕障”和“长斜井段轨迹稳定”等技术，使得平均单井钻井周期比方案设计提前3.4天，与老163块对比，建产周期缩短一年，投产初期单井平均日产原油提高了4.8吨，有效提高了钻井速度，缩短了钻井周期，体现出“一趟钻，一口井”优快钻井技术的“含金量”，为油田的增储上产发挥重要的技术支撑作用。2、国际市场。在公司墨西哥国际市场EPC项目施工中，面对施工井型多为中短半径水平井，井身结构特点很难运用一根马达完成从定向到完钻的施工，而同区块施工的国外知名定向井公司使用的是井下可调马达（马达的弯度可调整）的困难，大胆将“一趟钻，一口井”优快钻井技术引入该区块施工，成功运用大度数可复合钻进动力钻具，首次在高难度水平井E-1063H的施工中实现了“一趟钻，一口井”，创下了EPC项目的建井周期最短记录。在之后完成的26口水平井的施工中，有22口井实现了“一趟钻，一口井”，斜井段平均用时56.81小时，与建井周期相比平均节约79.46小时，取得了极大的经济效益，赢得了广泛的市场认同，形成了