大王北油田五段制定向井轨迹控制技术

王钢

摘 要：从2013年开始，胜利油田河口采油厂在大王北地区布置数十口五段制定向井，五段制定向井施工与普通三段制定向井相比施工有一定的难度。在大王北地区，开发的主力油层多在垂深3100m-3500m的沙二段，如何更好地利用地层和各种降斜钻具达到对轨迹的精确控制对于定向工程师来说尤为重要，本文主要就笔者2013年到2014年在该地区负责和参与施工的多口五段制定向井总结一下该地区该井型的轨迹控制技术。

关键词：五段制定向井；轨迹控制；直螺杆钟摆钻具

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.059

1 五段制定向井施工难点

1.1 降斜点的选择和降斜率的判断

五段制定向井设计轨迹为“直-增-稳-降-直”，其中降斜阶段的轨迹控制最为重要，也可以说是整个井定向施工过程最为核心的部分。在井斜增到一定数值之后，结合设计选择在什么深度进行降斜，是继续选择原定向增斜钻具定向降斜还是起钻更换常规钻具组合这都是定向工程师需要考虑的问题，如果不能正确选择降斜点和判断降斜率，往往会导致后期施工的被动。五段制井施工中，增斜段轨迹对降斜段轨迹控制的影响有如定向井施工中，直井段轨迹对增斜段轨迹控制的影响一样大。

1.2 降斜工具的选择

在钻井过程中，多起一趟钻看似暂时增加了钻井周期和成本，但适时的更换更合理的钻具却往往意味着后期施工难度的减小。在降斜阶段，常规的方法是用弯螺杆直接定向降斜，在井深不是很深的情况下，往往是可行的；但是到了一定深度后，随着井斜的增大和斜井段的不断加长，摩擦阻力逐渐增加，如果泥浆性能不是特别适于定向又处理效果不理想时，定向降斜难度近一步增加，滑动钻进钻时延长，这样就需要起钻更换钻具组合，各种欠尺寸扶正器和常规钻具的配合使用成为更加理想的选择，而在这些钻具里如何根据本井的实际情况选择最适合的钻具又成为一个难题。

2 大王北地区五段制井设计特点

斜井段长意味着跨越地层比较多，从馆陶组到沙二段。地层岩性复杂，期间通过以往钻井经验看，需要数次更换钻头才能达到优化钻时，缩短工期的效果。双靶点就是我们俗称的桶靶，在A靶和B靶之间任何一个点的轨迹都不能超出靶区要求，这样的设计意味着更加严格的轨迹控制，而对于后期普遍采用常规钻具复合的方法，这样的靶点设计增加了后期施工的不确定性，同时增加了施工难度。所以对于前期增斜段井斜和方位提出了更高的精度要求。

其实20米的靶半径对于常规的三段制3000米以上的定向井来说不算小，但是由于大王北地区进入沙河街组之后经常会出现的方位漂移问题，常规钻具的不可控制性弊端就会体现出来，该地区施工的井后期经常因为方位漂移问题起钻更换钻具，这就大大增加了施工的难度。

可以看出，由于诸多的不确定因素，大王北地区的五段制定向井施工难度不亚于一口普通的水平井。笔者根据一年多来在该地区的施工经验和教训，从以下几个方面提出了轨迹控制的一些优化方案。

钻具组合优选。

（1）直井段钻具（以8寸半井眼为例）。钻具组合如下：Φ215.9mm牙轮钻头+Φ177.8mm钻铤18m（含无磁钻铤1根）+Φ215mm螺旋扶正器+Φ177.8mm钻铤28m+Φ127mm钻杆。

（2）造斜段钻具。1）Φ215.9mm钻头+Φ171.5mm1.25°单弯动力钻具+Φ158.8mm无磁钻铤9m+MWD+Φ127mm加重钻杆+Φ127mm钻杆，这是常规的动力钻具定向：关于第一趟定向钻具钻头的选型，大北10-斜221井造斜点在东营组，大北14-斜15井造斜点在馆陶组，根据实钻经验，斜221井下的PDC钻头，斜15井下的是牙轮钻头，在大北地区的馆陶组底部接近进入东营组的地层有砾石层，对PDC钻头的磨损比较严重，而采用牙轮钻头打穿馆陶组后下PDC成为在大北地区比较常用的钻头使用方法。2）Φ215.9mmPDC钻头+Φ171.5mm1.25°单弯动力钻具 +Φ210.00mm欠尺寸扶正器+Φ158.8mm无磁钻铤9m+MWD+Φ158.8mm钻铤27m+Φ127mm加重钻杆+Φ127mm钻杆，这种钻具组合在大王北地区也是有井队使用过的，这种组合优点是直接利用大北有些地区复合钻降斜的地层特点，将造斜段和稳斜段还有降斜段合并为一趟钻具组合，还能利用螺杆钻具进行定向滑动钻进，调整轨迹。

3 设计方位影响

设计方位向东（东北、东南）时，复合钻以增斜为主，基本在3°/100m以上，这个设计方位的井在定向时最好多留点增斜余量，位移可以稍微落后于设计。

设计方位在东北方向，方位比较稳定，在井斜10°以下才开始发生漂移；设计方位在东南方向，方位变化较大。

设计方位向东南方向时，9米小钟摆+直螺杆钻具组合能很好的稳定方位。欠尺寸扶正器越近钻头越稳定方位。

设计方位向西（西北、西南）时，复合钻以降斜为主，在造斜段，井斜控制的和设计越接近越好，位移当然也是贴近设计或者稍微超前于设计都是可以考虑的。在这个设计方位上，PDC+弯螺杆+扶正器这种稳斜组合能起到降斜钻具的作用。这种钻具组合还能够定向，可以使不好控制的常规降斜段难度减小，在这个设计方位上是可以考虑使用的。

设计方位向西南时，方位变化率特别大，而且根据笔者经验这个设计方位常规钻具降斜降的很快，所以这个设计方位要特别注意。

设计方位在西北时，方位变化要稳定，基本以稳方位为主。9米小钟摆+直螺杆在最易出问题的设计西南方位依然能够很好的稳定井斜和方位，在降斜比较快的西南方向上，地层的特点很好的弥补了小钟摆钻具在降斜率上的欠缺。

4 结论与建议

大北地区的五段制定向在设计方位上的规律可以用来优化定向施工方案。合理利用地层特点选择最适合的钻头能够大大的缩短钻井周期，有时适当的起钻更换钻头反而能起到事半功倍的效果。五段制定向的位移可以为定向工程师所用，合理的根据实钻轨迹来选择位移，并且利用到降斜上能够大大的降低施工难度。各种降斜工具中，直螺杆钟摆钻具在实用性和效率上是最好的。模式化施工可以大大提高工作效率，保障了轨迹圆滑的同时，还节省了大量的起下钻和轨迹调整时间，大大缩短建井周期，降低投资成本。