太原地热井定向技术.doc

太原地热井定向技术摘 要：我国已建立较完善的地热资源开发利用技术体系，地热直接利用居世界首位。地热能的开发手段是以钻丛式井为主，江汉钻井二公司以专业的资质，优质的队伍，骄人的成绩，已成功跻身行业前列。本文以承钻中国电子科技集团第三十三所（下文简称第三十三所）供热项目3口定向井为例，介绍了地层对定向作业的影响，并且针对丛式井的防碰，造斜段和稳斜段的控制难点，进行分段讨论，提出了相应的解决方案。关键词：丛式井定向技术 地层特点 防碰绕障 分段控制技术 难点分析前言江汉钻井二公司地热经理部2016年共承钻6口定向井，均已顺利完钻。定向井的平均钻井周期在24天，比去年的31天缩短7天，特别是西-SSSS-7井以21.6天的钻井周期创该工区记录。在造斜段成功应用了强增斜钻具组合进行复合钻增斜，降低了该段50%的定向工作量。第三十三所平台井施工过程中遇到丛式井的防碰，难钻地层，稳斜段增斜快等难题，本文通针对上述难题，对太原地热井定向技术展开讨论，同时总结了一年的工作成果。一、工程概况太原工区是以丛式井开发太原盆地奥陶系、寒武系碳酸盐热储层地热能，井型多为定向井，井眼剖面为“直-增-稳”三段制，靶区为双靶。设计最大井斜约32，井深为2500m左右，井底位移1000m左右。下面是对第三十三所平台三口定向井定向工作量的分井段统计：表1井 号二开造斜段/定向进尺（m）二开稳斜段/定向进尺（m）三开稳斜段/定向进尺（m）定向比例防碰情况西-SSSS-6井314/99776/391088/216%无西-SSSS-7井366/133705/40964/318%有西-SSSS-8井352/178764/44878/6211%有三口井对比情况： 1、由于后两口井绕障防碰，所以二开造斜段定向工作量较大，尤其是西-SSSS-8井；2、二开稳斜段复合钻增斜快，三口井在该井段都存在定向降斜情况；3、使用相同钻具组合，二开、三开定向工作量的多少分别取决于防碰绕障情况和中完井斜的大小，具体结合表1和下文中表4。二、地层特点对定向施工的影响2.1二开地层二开依次钻遇刘家沟组、石千峰组、上石盒子、下石盒子、山西组、太原组和本溪组。刘家沟组至石千峰组上部有100m左右的含砾石层，定向施工困难，对钻头伤害很大，二开第一趟一般钻进300m左右钻时变慢，起钻后检查，钻头肩部主切削齿磨损严重。造斜段刚好包含了这段地层，因此采用强增斜钻具组合，通过优选钻头，定向增斜及复合钻增斜保证一趟钻钻穿该地层并完成造斜段定向工作量。石千峰组和上石盒子属于不稳定地层，偶尔会出现掉块，容易造成托压、卡钻等故障，主要采取避免在地层交接面定向作业以及定点循环等。山西组和太原组含煤地层，易垮塌，一般采取不定向，不测斜，严控钻井参数，复合钻穿越。2.2 三开地层三开主要钻遇峰峰组、上马家沟组、下马家沟组，钻至亮甲山组时一般整口井定向工作量已完成。在钻遇峰峰组时，由于地层含质纯灰岩以及石膏，钻具静止时容易粘附井壁形成托压，一般出该地层后才根据需要进行定向作业，选择在上马家沟中上部快钻时地层进行调整最好。三、分段控制技术及难点分析3.1防碰情况该区块为丛式井施工，井口间距一般为6m，一开井深为460m左右，造斜点通常在500m 附近。表2、直井段井身质量要求井深（m）井斜角（）全角变化率（/25）水平位移（m）平均井径扩大率（%）0-505.5111015依据设计要求，以一口井直井段500m为例，假使井斜从井口0，按某一方位逐渐增至1，井底位移将达到4.4m，则两口井的井底位移之和超过井口间距，所以直井段防碰问题严重。应对措施：1、要求增加井口间距，从理论上规避井碰故障；2、钻进过程中，直井段防斜打直，严格执行吊测；定向队依据测斜数据进行防碰扫描，做好监控工作，在施工过程中防止井碰故障。3.2二开造斜段控制实际造斜段一般为500m-800m，其中包含刘家沟中下部和石千峰上部约100m的多砾石可钻性差地层，所以实际适合定向增斜的井段只有不足200m。通过探索，第一趟钻先利用强增斜钻具组合，定向增斜至约16，再通过复合钻增斜至平均井斜，之后起钻更换稳斜钻具组合。钻具组合：311.2mmPDC+216mm1.25单弯螺杆+203 mm定向接头+203 mm无磁钻铤*1根+631*4A10转换接头+158mm钻铤 *6根+4A11*410转换接头+127mm钻杆该钻具组合定向造斜率最高可以达到0.18/m，复合钻每百米增斜7。优点：可以减轻一半定向增斜任务；当井斜达到平均井斜时，按钻头的磨损情况也可以起钻，同时更换稳斜钻具和新钻头。现将二开第一趟钻起情况如下：表3井 号西-SSSS-6井西-SSSS-7井西-SSSS-8井起钻井深（m）778853780起钻原因更换稳斜钻具钻头磨损更换稳斜钻具难点在于：第一次定向增斜多了，复合钻会过早达到平均井斜，必须要更换稳斜钻具组合，将减少该趟钻进尺；定向增斜少了，起钻前又达不到平均井斜，必须再进行定向作业。应对措施：结合井队预计准确第一只钻头的进尺，调和好两方面的矛盾，根据实际情况调整剖面，以复合钻增斜替代定向施工。3.3二开稳斜段控制二开稳斜段普遍需要控制800m-900m，设计平均井斜为3233。钻具组合：311.2mmPDC+216mm1.25单弯螺杆+285mm扶正器 +203 mm定向接头+203 mm无磁钻铤*1根+631*4A10转换接头+158mm钻铤 *6根+4A11*410转换接头+127mm钻杆二开稳斜段难点在于抑制复合钻增斜趋势，本平台三口井在该井段复合钻每百米增斜2至4。目前由于条件限制，只有靠定向作业控制井斜。在穿煤层（山西组和太原组）时，复合钻平均每百米增斜3至4，由于煤层易垮塌，造成卡钻故障，钻遇煤层期间不允许定向作业。而穿过煤层后仅有约100m中完，一般优先考虑中完，剩余的定向工作量留在三开完成，所以中完时的井斜基本都大于平均井斜，见表4。应对措施：1、判断好煤层复合钻情况，预留复合钻增斜空间；2、使用外径为290mm、295mm的扶正器，或者更换1单弯螺杆。3.4三开稳斜段控制三开稳斜段长，一般需要控制900m至1000m。钻具组合：215.9mmPDC+172mm1.0单弯螺杆（430*4A10）+210mm扶正器+165mm定向接头+158mm无磁钻铤 *1根+158mm钻铤*6根+4A11*410转换接头+127mm钻杆该钻具组合定向造斜率为0.15/m左右，复合钻情况统计如下：表 4井 号扶正器外径中完井斜设计方位三开稳斜情况西-SSSS-6井210mm38.3315基本稳斜西-SSSS-7井210mm36.715复合钻百米增斜1.5左右西-SSSS-8井210mm39.490复合钻百米增斜1.5左右一般三开的定向工作量主要是由于中完井斜过大造成的，使得三开必降斜。由于三开使用水基泥浆，摩阻和扭矩在后期会很高，定向作业风险大，所以井眼轨迹圆滑很重要。 应对措施：1、使用212mm扶正器，增加扩划眼次数；2、定向作业。四、结论及建议丛式井的安全是一切工作的前提，首先要杜绝井碰故障，其次是优化控制，提速提效。定向技术关键是收集好现场的第一手资料，进行统计分析，找出问题根源，应用所学知识一一解决。对于地热井定向技术方面，本人总结如下： 1、丛式井在整拖距离上要满足施工安全要求；2、直井段防斜打直，既