五段制井眼降斜段钻井提速关键技术分析

王建龙 ，刘学松 ，郑永峰 ，许京国 ，张雯琼

（1.中国石油集团渤海钻探工程技术研究院，天津 300450；2.中国石油集团渤海钻探第一钻井公司，天津 300280；3.中国石油集团渤海钻探第三钻井公司，天津 300280）

五段制井眼是指井口与井眼之间有一定水平位移，且完钻井段是直井段的特殊定向井，剖面类型为直-增-稳-降-直[1]。降斜段钻柱弯曲应力指向下井壁，相当额外增加了钻柱与井壁之间的正应力，导致降斜段的摩阻大于增斜段和稳斜段，这就导致降斜段定向钻进托压问题严重，定向效率极低[2]。为此，本文提出了五段制井井斜段钻井提速关键技术，并在B16108井进行了现场试验，效果良好。

1 技术难点

（1）降斜段摩阻大，滑动钻进托压现象严重，导致滑动钻进机械钻速和降斜率较低。

（2）降斜初期，润滑剂、振动减阻等技术在一定程度上能缓解托压。但是，当井斜角降低到一定程度，滑动钻机托压问题会再次出现。随着井斜角的减小，滑动托压越来越严重，甚至无法继续滑动钻进，降斜困难。

（3）降斜段若采用常规钻具自然降斜，为保证降斜效果，一般要求轻压吊打，因此机械钻速会比较低。

2 关键技术及应用效果

针对上述技术难点，下面结合B16108井阐述降斜段提速关键技术及应用效果。B16108井是一口评价井，剖面类型为直-增-稳-降-稳，设计井深3 743.0 m，造斜终点井斜角24.62°，降斜终点井斜角1.87°，造斜段全角变化率2.7°/30m，降斜段全角变化率（-1.5）°/30m。该井自3 150 m～3 241 m，滑动钻进托压值300 kN左右，钻具托压频繁释放，导致定向困难，定向效率极低，滑动钻进平均机械钻速1.25 m/h，平均降斜率为1.4°/30m。

2.1 水力振荡器+单弯螺杆

降斜段井斜角≥15°井段，采用“水力振荡器（见图1）+1.5°单弯螺杆”降斜钻具主动降斜。这种提速工具组合，兼顾滑动机械钻速和降斜率：利用水力振荡器缓解托压，保证较高的滑动钻进机械钻速[3-8]；利用1.5°单弯螺杆主动降斜，保证较高的降斜率，以减少滑动进尺。为保证水力振荡器缓解托压的效果，应将水力振荡器安放在降斜点以上位置。

图1 水力振荡器结构示意图

图2 使用水力振荡器前后托压程度示意图

B16108井自3 241 m，井斜角25.4°，下入水力振荡器+1.5°单弯螺杆，具体钻具组合为：Φ215.9 mmPDC钻头+Φ172 mm1.5°马达+Φ165 mm 浮阀+Φ208 mm 扶正器+Φ165 mm无磁钻铤+Φ165 mmMWD+Φ165 mm无磁钻铤+Φ127 mm加重钻杆+Φ127 mm钻杆+Φ178 mm水力振荡器+Φ127 mm钻杆+Φ178 mm双极振荡短节+Φ127 mm钻杆。钻井参数为：钻压40 kN～60 kN，转速 65+螺杆，排量 30 L/s～32 L/s。

钻进至3 440 m，井斜角15.6°，平均机械钻速3.52 m/h。该井段滑动钻进钻压基本稳定在40 kN～80 kN，滑动钻进期间活动钻具次数明显减少（见图2），滑动钻进平均机械钻速1.92 m/h，提高53.6%；平均降斜率为1.75°/30m，提高25.0%。

继续钻进至3 443 m，井斜角15.6°，再次出现滑动托压现象，滑动钻进平均机械钻速降低至1.35 m/h，降斜率降至0.85°/30m（见图3）。随着降斜段井斜角的减小，水力振荡器缓解托压的能力逐渐削弱。现场应用数据表明，当井斜角小于15°，水力振荡器基本无法有效缓解降斜段托压。

2.2 常规钻具+螺杆式液动冲击器

当降斜段井斜角＜15°时，采用“常规钻具+螺杆式液动冲击器（见图4）”自然降斜，采用小钻压吊打，一般控制地面钻压10 kN～20 kN。螺杆式液动冲击器，包括冲击部分和马达部分，将轴向振动功能与井下马达集成一体化，既有马达提供扭矩和高速旋转的功能，又能够产生5 kN～10 kN的冲击力，辅助破岩，提高机械钻速[9，10]。

图3 使用水力振荡器后再次出现托压情况示意图

图4 螺杆式液动冲击器结构示意图

B16108井自3 443 m，井斜角15.6°，下入钟摆钻具+液动冲击器钻具组合，自然降斜，具体钻具组合为：Φ215.9 mmPDC钻头+Φ172 mm螺杆式液动冲击器+Φ165 mm浮阀+Φ127 mm加重钻杆+Φ214 mm扶正器+Φ165 mm无磁钻铤+Φ165 mmMWD+Φ165 mm无磁钻铤+Φ127 mm加重钻杆+Φ127 mm钻杆。钻井参数为：钻压10 kN～20 kN，转速65+液动冲击器，排量30 L/s～32 L/s。

这种钻具组合至完钻井深3 758 m，平均机械钻速达到4.35 m/h，降斜率达到0.95°/30m。该井段与利用“水力振荡器+单弯螺杆”相比平均机械钻速提高23.5%。

3 结语

五段制井降斜段摩阻大，滑动钻进托压现象严重，导致滑动效率低。可以根据井斜角的大小来优选提速技术，即降斜段井斜角≥15°井段，采用“水力振荡器+1.5°单弯螺杆”降斜钻具主动降斜，兼顾滑动钻进机械钻速和降斜率；井斜角＜15°井段，采用“常规钻具+螺杆式液动冲击器”自然降斜，保证较高机械钻速。

［1］徐慧峰，唐兴智，胡丰金.五段制定向井轨迹控制技术实践［J］.石油钻探技术，1994，22（1）：21-24.

［2］于建民，彭万勇，杨红艳，等.塔河油田“S”型井眼优快钻进技术［J］.新疆石油科技，2013，23（1）：5-7.

［3］李博.水力振荡器的研制与现场试验［J］.石油钻探技术，2014，42（1）：111-113.

［4］王建龙，王丰，张雯琼，等.水力振荡器在复杂结构井中的应用［J］.石油机械，2015，43（4）：54-58.

［5］石崇东，党克军，等.水力振荡器在苏36～8～18H井的应用［J］.石油机械，2012，40（3）：35-38.

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［8］明瑞卿.水力振荡器提速原理分析与现场试验［J］.石油工业技术监督，2015，（9）：7-9.

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［10］菅志军，张文华，刘国辉，等.石油钻井用液动冲击器研究现状及发展趋势［J］.石油机械，2001，29（11）：43-46.