太原工区定向井技术浅谈

王 韬

太原工区定向井技术浅谈

王 韬

自20世纪70年代以来太原盆地中南部，在奥陶系碳酸盐岩地层发现了地热资源，这给清洁、环保、可持续的地热资源开发提供了巨大开发空间。以为太原经济区为中心供暖的地热井应用而生，其定向井技术也得以探索开发。下面以两口已完钻定向井为例，从优化定向施工设计、钻具组合、地层岩性、钻头选型方面作以分析。目前，该工区的钻井周期从开始的超过设计周期到现在的节约周期，证明这些技术可行，并且值得推广。

定向井；优化施工设计；钻具组合；钻头选型

由于太原市的南移开发，南部地区离主城区较远，城市供热能源缺乏，太原盆地的第一口探井TD-1井，揭露了奥陶系和寒武系两套碳酸盐热储层。由于城市规划，集中供暖，开发需求，在城中建立供暖设施，从储热层获取能源，促使了太原定向井的发展。一般在一个平台建立4～6口地热井，保证周边建筑的供暖需求，从井口到储热层的水平位移一般要达到800m以上，而且需要中双靶，这就需要合理设计井眼轨迹，所以采用二维定向井就可以满足要求。

1 TD-2井及西-GXWL-2井的基本情况和难点分析

1.1 基本数据

表1 TD2井和西-GXWL-2井的基本数据

TD-2井设计剖面类型：直-增-稳-降；西-GXWL-2井设计剖面类型为：直-增-稳。

1.2 井身结构设计数据

表2 西-GXWL-2井井身结构设计数据表

1.3 施工难点分析

造斜点较浅、造斜段较短以及稳斜段很长（约1 800m）的情况会导致全井摩阻偏大，造成井下安全施工风险。较长的稳斜段控制，使怎样稳斜成为后期施工的难点。通过者两口定向井的施工，对几种不同钻具组合的探索，最终达到了预期的稳斜效果，减少了约1/3的定向工作量。下文将具体介绍这些优化措施。

2 优化施工措施

2.1 地层岩性特征

通过造斜段可钻性差的层位砂样分析，位于刘家沟下部地层岩性为细粒长石砂岩间夹紫红色泥岩，在TD-2井的该层位含有少量石英砂，可钻性差，不利于定向施工。

2.2 优化井身结构

由于该区块的钻井工程设计的造斜段包含了可钻性差的刘家沟下部地层，钻至该地层后钻头主切削齿经常严重磨损，甚至报废钻头，使得定向施工困难，造斜率也往往达不到要求。针对此问题，可将设计剖面改为直-增-稳-增-稳，把可钻性差的井段设计为稳斜钻进，这样就避免了在该位置定向施工困难问题。

2.3 优选钻头

钻头是钻井过程中接触井底的工具，质量优良又与适应地层的钻头是钻井机械钻速的根本保证。针对在该区块造斜段含有可钻性差地层，第一只定向钻头必须选择抗磨性的胎体的PDC钻头，当钻至刘家沟下部，通过复合钻穿过该地层后，可更为换钢体的PDC钻头。

在二开311.2mm井眼，通过试用不同厂家，不同型号的钻头，得出以下结论：

江钻PDC钻头配合江钻螺杆，造斜率较高，能达到0.16 （°）/m左右，但是其耐磨性不及深远和迪普的PDC钻头，在TD-2井整个二开井段共用5只PDC钻头。特别是在刘家沟组报废一只型号为KSD1662DGR的钢体PDC钻头以及严重磨损一只型号为KM1652AR的胎体PDC钻头。

四川深远和迪普的PDC钻头耐磨性好，但是配东远的螺杆造斜率偏低，一般只能达到0.13（°）/m左右，二开未有磨报废的钻头。一般用3只PDC就能打完二开进尺。

通过优选，深远DF1605BU/M323、DF1605BU/M223以及迪普DS664H钻头相对适应该区块的地层。

2.4 优选钻具组合

2.4.1 二开造斜段

定向钻具组合：Φ311.2mmPDC+Φ216mm×1.25°单弯螺杆（630*630）+Φ203mm定向接头+Φ203.2mm无磁钻铤（631* 630）*1根+631*410转换接头+Φ127mm加重钻杆×Φ17根+Φ127mm钻杆。

上述钻具组合为强增斜钻具组合，在第一增斜段将井斜增至15°后复合钻进，增斜效果为百米增斜6°左右，井斜小的情况下复合钻进增斜效果不明显。通过复合钻进来达到增斜目的，使轨迹更加平滑，降低摩阻，减少1/3的定向施工工作量，有效提高机械钻速。

2.4.2 二开稳斜段

定向钻具组合：Φ311.2mmPDC+Φ216mm×1.25°单弯螺杆（630*630）+Φ285mmSTB/Φ306mmSTB+Φ203mm定向接头+Φ203.2mm无磁钻铤（630*631）+631*410转换接头+Φ127 mm加重钻杆×Φ17根+Φ127mm钻杆。

稳斜效果：在TD-2井施工中应用的Φ306mmSTB，复合钻进稳斜效果为百米降斜约为0.5°；西-GXWL-2井施工中应用的Φ285mmSTB，复合钻进稳斜效果为百米增斜约为2°。2.4.3 三开稳斜段

钻具组合：Φ215.9mmPDC+Φ172mm×1.0°单弯螺杆+ Φ212mmSTB+Φ165mm定向接头+Φ165mm无磁钻铤+4A11* 410转换接头+Φ127mm加重钻杆×Φ17根+Φ127mm钻杆。

该钻具组合使用尺寸较大的上扶正器，以及1°的单弯螺杆，复合钻进稳斜效果比较理想，平均每百米降斜小于0.5°。

3 结束语

优化一口井的施工设计是提高钻井速度的前提工作，在后续的施工中可以逐渐调整钻具组合以达到对井斜的预期控制，以尽可能少的定向工作量完成一口定向井的施工。通过对比所使用过定向工具的钻进参数，进而优选出适应地层的定向工具以及合理的钻具组合，也就是所说的实践出真理。

[1] 张晓东.油田自动化管理探析[J].中国管理信息化，2014，（14）：43-44.

[2] 孙宾.自动化在油田管理中的应用分析[J].科技与企业，2015，（14）：49.

[3] 孟庆超.油田井场自动化管理监督系统分析[J].中国管理信息化，2010，（12）：26.

Taiyuan Area of the Directional Drilling Technology

Wang Tao

Since the 70s of last century，geothermal resources have been discovered in the Ordovician carbonate rocks in the central and southern part of the Taiyuan basin，which provides a great space for the development of clean，environmentally friendly and sustainable geothermal resources.Taiyuan economic zone as the central heating geothermal wells and the application of its directional drilling technology can also be explored and developed.The following two wells have been drilled directional wells，for example，from the optimization of directional construction design，drilling tool combination，stratigraphic lithology，bit selection.At present，the research of the drilling cycle from the beginning of the design cycle more than to the present saving cycle，proves that the technique is feasible and worthy of promotion.

directional well；optimization design；drilling tool combination；bit selection

TE243

B

1003-6490（2016）12-0022-02

2016-12-14

王韬（1986—），男，陕西宝鸡人，助理工程师，主要研究方向为钻井定向技术。