陕北深造斜点定向技术

陕北深造斜点定向技术陕北地区小位移深造斜点定向井施工技术探讨摘要：小位移深造斜点定向井技术，有利于减少定向井扭方位及更换钻具组合的次数，能有效的缩短钻井周期，降低钻井成本。本文主要介绍小位移深造斜点定向井的剖面设计、定向初始方位的确定、井眼轨迹控制及安全施工技术等。该技术在陕北油田多口定向井中进行应用，取得了较好效果，全井未扭方位率达96%。关键词：造斜率靶区半径扭方位陕北盆地地质构造小而复杂，多为河、湖沉积相。地貌多为山丘，高原切割特征。开发这类小断块油气藏演唱常用多目标、小靶区定向井技术。所谓小位移深造斜点定向井，自定义为是根据陕北油田定向井的实际情况，一般情况下I靶位移小于150m，造斜点与I靶垂深差小于500m的井，可称为小位移深造斜点定向井。一般情况下定向工程师在定向前都要利用各区块的方位自然漂移规律来确定一个合适的方位提前角来避免扭方位，但方位漂移受地层、钻具组合、钻井参数等诸多因素的影响，要真正掌握一个区块的方位漂移规律难度相当大。很多情况下，根据经验制定的方位提前角并不合适，而导致施工井，尤其是位移较大、造斜点较浅、靶区半径小的定向井，为达到设计要求而多次更换钻具，增加了扭方位次数，钻井周期延长。为缓解这一问题的发生，可考虑利用小位移深造斜点定向钻井技术，确定井位时，在地面条件允许的情况下，设计位移尽量小；设计剖面时，选择造斜点尽可能深。虽然小位移深造斜点定向井存在直井段防斜打直要求高、深部地层定向造斜难度大及造斜段长等施工难点，但直井防斜技术的发展及随钻技术在定向井中的应用，为小位移深造斜点定向井的施工创造了条件。小位移深造斜点定向井，中靶方位范围大，而且斜井控制井段短，能有效地减少常规定向井施工中存在的更换钻具组合次数多，扭方位次数多的技术难题。实践证明，小位移深造斜点定向井钻井技术在降低定向井的扭方位及更换钻具组合次数、缩短钻井周期等方面效果良好。根据统计，从2001年至今，我们在陕北油田施工小位移深造斜点定向井28口，平均井深1950m，平均钻井周期为10.5天，平均机械钻速为18.5m/h，全井未扭方位率为96%，为调整井眼轨迹而更换钻具组合的次数明显减小，经济指标明显高于常规定向井。1.井身剖面设计技术小位移深造斜点定向井一般适用于单靶井或两靶间稳斜角在250左右的双靶井及两靶挂直稳斜角为00的双靶定向井。对双靶挂直定向井，一般设计成直—增—降—直或直—增—稳—降—直剖面。单靶及两靶稳斜角为250左右的双目标定向井，一般设计成直—增—稳剖面剖面设计无增斜段，以10-150/100m的造斜率直接定向造斜到稳斜角或最大井斜角，最大井斜角控制范围在150-250，降斜率选择范围一般为3-80/100m。选择造斜点时，综合考虑防碰绕障、最大井斜角、造斜段长度等因素，尽量下移造斜点，以减少斜井段的轨迹控制长度。小位移深造斜点定向井，虽然造斜率偏高，造斜段较长，但由于直井段长，斜井段短，其井眼剖面与常规造斜率(100/100m)的剖面相比，经摩阻分析预测，其摩阻值并未明显增加。表1为部分小位移深造斜点定向井剖面设计与摩阻预测值。表1部分小位移深造斜点定向井剖面设计与摩阻预测值井号1靶Ift11EOP(m)fI巒舉JW2J226612()2260175IF-763D」22-fl哼222350952180ISO10803D138148185018522Bf4515410040~tvr"253-69206317510n3DC33-Art251182160■Tnr117830C3u-1U.1860136216103.57630LizA.AbI?51760125126230创--520■pioT77OID5930fl39-■tjy1201201100160BO125JO2SJ«lA235140喷16060D12苦50252.初始造斜方位角的确定在定向井施工中，为避免扭方位，定向施工时要确定一个合适的初始造斜方位角，但受诸多因素的影响，要确定一个合适的初始方位角难度相当大，尤其是对位移大、斜井段轨迹控制较长的井。而对小位移深造斜点定向井而言，由于其位移小，造斜点相对较深，中靶所需的方位范围相对较大，斜井段轨迹控制井段相对较短，要确定一个合适的初始造斜方位角相对容易。根据施工经验，一般对第I靶点位移小于150m的定向井，初始造斜方位角的确定要充分考虑直井段井斜及地层方位漂移的影响，具体可按以下方法确定：设初始造斜方位角为0,直井段井底距靶心方位角为申，直井段所产生的水平位移为S^,靶区半径为R。参考邻井资料，若斜井段所在地层有较为明显的右漂趋势，则初始造斜方位角确定为SR'-'二arcsin21；反之则SR'+'=arcsin21??；若下部井段方位漂移相对较为稳定，则申=0°0,S'的具体计算见图12图10,S'计算简图图1中A为设计目标点，其N坐标为NA,E坐标为EA，钻完上部直井段测多点，数据经计算处理后，井眼处于B点，其N坐标为NB,E坐标为EB，则BANANNEE--='arctan?22)()(BABANNEES-+-=井眼轨迹控制技术3.1直井段轨迹控制小位移深造斜点定向井，其直井段的防斜比常规定向井更为重要，直井段的井身质量的好坏直接关系到小位移定向井能否快速顺利完成。如果直井段一旦打斜，造斜点处产生的位移过大，直接影响到下部井眼轨迹控制，调整余地减小，可能造成兼顾双靶困难或造斜段长度不够等问题，使施工难度大大增加，甚至造成填井侧钻。通过对陕北油田使用的各类防斜钻具组合进行优选，确定合适的直井段钻具组合。直井段小于700m，一般采用常规钟摆钻具组合：Q216mm钻头+Q165mmNDCx1 根 +Q159mmDCx1 根+Q214mmSTB+ei59mmDCx1 根 +Q214mmSTB+^159mmDCx6柱+Q127mmDP。钻井参数：钻压30-80kN,转速80-100rpm;排量30-35L/S;泵压5-10MPa。直井段大于700m，则采用双扶刚性钟摆钻具组合，该钻具适合于长直井段的钻进,双扶刚性钟摆钻具组合：Q216mm钻头+Q178mmNDCx1根+Q178mmDCx1根+Q197mm变径螺旋稳定器+Q178mmDCx1根+Q214mmSTB+Q165mmDCx1柱+ei59mmDCx5柱+^127mmDPo钻井参数：钻压30-140kN,转速80-100rpm;排量30-35L/S;泵压5-10MPa。在直井段施工中，必须使用单点测斜仪及时测斜，测斜间距不超过50米，根据测斜结果计算出井眼轨迹及时调整钻井参数。起钻时，测多点，计算上部直井段的井眼轨迹数据，做好待钻井段设计。若上部直井段井斜超标严重，产生的位移已经严重影响到下部井段的定向施工，轨迹控制难度已增加时，则必须提前定向造斜。为了直井段防斜打快，制定以下技术措施。3.1.1防斜措施（1） 钻压：根据测斜结果，及时调整钻井参数，若井斜有增大趋势时，适当降低钻压;（2） 送钻均匀;（3） 每打完1单根，划眼2次，充分修正井壁。严格执行施工措施，控制好直井段的井身轨迹，才能顺利完成下部井段的定向施工。3.1.2快速钻进措施（1）优选钻头型号。在较浅井段时，由于存在砾石层，使用常规Q216mm三牙轮钻头；在较深井段时，可考虑选用PDC钻头钻进。PDC钻头只需根据地层岩性选型合适、使用得当、有助于提高直井段的机械钻速有减少井斜的能力即可。（2） 优化喷嘴组合，尽可能应用高压喷射钻井技术。使用中长喷嘴、斜喷嘴，在喷嘴组合上使用不等径双喷组合，改善井底流场。（3） 保证钻井液具有良好的携砂能力及润滑性能，减少岩屑在井底的重复切削现象。3.2定向造斜段轨迹控制小位移深造斜点定向井其特点之一是造斜点较深，使用常规“弯接头+直螺杆”组合造斜，工具面不易转到位且不稳定，反扭角变化大，不能进行复合钻进，造斜难度大。为解决该问题，采用单弯螺杆钻具组合造斜较合适，该组合的优点表现为钻头使用时间长、钻速快、钻具转动容易、工具面易到位且稳定、反扭角正常、并能通过复合钻进，控制控制全角变化率不超标。使用的单弯螺杆钻具组合有2种,单弯单稳钻具组合：（1）Q216mm钻头+Q165mm单弯（带稳定器）导向螺杆+Q159mmNDC+Q159mmDCx3柱+Q127mmDP。（2）Q216mm钻头+Q165mm单弯导向螺杆+Q165mmNDC+e210-Q208mmSTB+ei59mmNDCx1根+Q159mmDCx3柱+Q127mmDP。钻井参数：钻压50-120kN,排量25-28L/S;泵压6-10MPa为保证定向造斜段具有一定的造斜率且不致“狗腿”超标，选择10-1.250的小角度单弯导向螺杆造斜，并根据实际造斜率大小，灵活调整钻井方式，使整个井段平均曲率接近于设计要求。现场经验表明，0.750单弯螺杆造斜率过小，1.50单弯螺杆造斜易蹩钻，易发生钻具事故。根据定向三维力学分析软件的理论分析及现场验证，组合（1）及组合（2）的造斜率见表2表2定向造斜钻具组合造斜率

鮎具it合卑弯度数潸动钻进违斜孚亠q复合钻进54斛率鮎具it合卑弯度数潸动钻进违斜孚亠q复合钻进54斛率组合⑴篆86-5.891-1.5组舍（1}L254.6"911-1.5组合⑵13.22-L847.25^0,5组合（2）1.254.11-6,16-C.25-D.5（1） 定向造斜一般使用单点测斜仪（有条件使用有线随钻或无线随钻最好）监测井眼轨迹。井斜角a大于5度后，尽量调整工具面到设计要求。（2） 钻头型号。造斜井段使用高效三牙轮钻头，以适应单弯螺杆的高转速及复合钻进的需要；另夕卜可考虑使用PDC钻头进行定向造斜。虽然PDC钻头钻进扭矩大，对钻压极为敏感，反扭角变化大，工具面难以控制，但如使用随钻测斜仪监测工具面，送钻方法得当是可以解决此问题的。（3） 优选钻压。采用试钻法，确定最优钻压值，使机械钻速达到较高值。一般滑动钻进时使用泵压比螺杆悬空泵压升高1-1.5MPa时，此时机械钻速普遍较高。（4） 送钻要均匀。防止反扭角波动过大而影响造斜效果。3.3稳斜段轨迹控制稳斜段一般使用2种钻具组合:（1）常规微增钻具组合：Q216mm钻头+Q214mmSTB+ei59mmNDCxI根+^214STB+^159mmDCx1根+Q214mmSTB+Q159mmDCx6柱+Q127mmDP。（2）常规稳斜钻具组合：Q216mm钻头+Q214mmSTB+ei59mmDCx2根+^214STB+^159mmNDCx1根+Q214mmSTB+Q159mmDCx2根+Q214mmSTB+Q159mmDCx6柱+Q127mmDP。钻井参数：钻压180kN,转速60rpm;排量30L/s;泵压8-12MPa。根据轨迹预测结果，如需20/100m的增斜率钻进才能中靶或稳斜井段为易降斜地层时，则选用组合（1）;如能稳斜中靶，则选用组合（2）钻进。3.4降斜段轨迹控制降斜段采用常规钟摆钻具组合。施工时，一般视轨迹控制情况，先以50kN钻压钻进20m，再以120-140kN钻压钻进。钻进过程中，使用单点测斜仪器监测井眼轨迹，视测斜情况，及时调整钻进参数或钻具组合，必要时上动力钻具降斜。3.5方位调整虽然小位移深造斜点定向井能有效避免扭方位，但钻遇某些方位漂移异常地层时，则扭一次方位也是难以避免的。钻具组合一般选用造斜钻具组合（2），扭方位成功后，实施复合钻进，以充分使用好钻头。调整方位时，要求将方位扭到靶心，可避免二次扭方位。实例C22-36井为1口单靶小位移定向井，设计井深2130米，位移116米，方位285度，靶区半径为30m，设计剖面为直一增一稳三段制。直井段使用双扶正器刚性钟摆钻具，二开后1只SH22Q216mm钻头钻进至1306m，机械钻速19m/h。再用1只SH22钻头钻达造斜点1850m。直井段钻进时，使用单点测斜仪监测井眼轨迹，起钻前测多点。经计算，直井段底部井眼参数为：井深1700m时，井斜角为2.20,方位角为2650,垂直井深为1696.8m。使用定向井设计软件做好下部井段设计，调整井身剖面设计如下：井底至靶心方位角为292.6度，井底至靶心位移为102.9m,以120/100m的造斜率直接造斜到18.920后稳斜钻进中靶。考虑邻井下部地层有减方位趋势，确定初始造斜方位角为2960。在井深1700m，下入定向造斜钻具组合（1）,钻头为Q216mmSH22,定向滑动造斜到井深1857.9m，此时井斜为190，方位角为296.8度，考虑到下部地层为易降斜地层，采用微增钻具进行稳斜钻进，至井深2156m完钻，稳斜效果较好。全井未扭方位，靶心距为8.06m，全井机械钻速为16.04m/h,钻井周期为8.5无全井完钻仅用5趟起下钻,大大提高了钻井时效,缩短了