以A油田AX1井为例探讨大位移井钻井关键技术

2020-04-01李泽群

石油和化工设备 2020年3期

关键词：摩阻链式岩屑

李泽群

（大庆钻探工程公司钻井一公司，黑龙江大庆 163411）

大位移井与常规钻井相比能够增加油气层的泄露面积，减少单井投资，提高单井产量，但在大位移井钻井施工中也存在着诸多技术难点，例如井眼轨迹控制难度大、井眼清洁困难、井壁稳定性差、摩阻扭矩大等，因此需要对大位移井钻井关键技术进行进一步的研究探讨。

1 大位移井优化设计技术

1.1 井身结构优化设计

大位移井的井身结构优化设计，主要应考虑以下几方面的因素：一是要封固住上部疏松地层，这样才能够有效地减少地层坍塌等事故的发生；二是要封固住狗腿度较大的造斜井段，这样就能够预防键槽卡钻等风险，同时套管内的摩阻系数要比裸眼井段的摩阻系数小得多，这样就可以降低裸眼井段的摩阻和扭矩。

以A油田施工的大位移井为例，根据A油田的地质特点及以往施工井的情况最终确定A油田AX1井的井身结构如表1所示。

表1 AX1井井身结构设计表

1.2 井眼轨道优化设计

在井眼轨道优化设计中，主要考虑井眼剖面的选择。目前主要有以下几种形式：变曲率剖面、三增剖面、悬链式剖面和准悬链式剖面。在这几种剖面类型中最为推崇的是悬链式剖面，因为这种剖面从理论上讲就是钻具与井壁之间不接触，因此钻具与井壁之间也就不存在摩阻力，钻井施工的摩阻和扭矩最小。但这种剖面只是一种理想状态下的剖面，在悬链式剖面基础上，根据大位移井钻井施工的实际情况，发展出准悬链式剖面，这种剖面具有悬链式剖面的优点，而且更贴近钻井实际，因此在大位移井剖面选择上一般都选择准悬链式剖面。结合以上分析，确定A油田AX1井井眼轨道剖面数据如表2所示。

表2 井眼轨道剖面数据表

1.3 钻井施工参数优化设计

在Φ215.9mm井段施工中，首先假定该井段的钻井平均机械钻速为6.2m/h，施工中的钻井液密度1.18g/cm3，黏度55S，塑性黏度28mPa.S，动切力10Pa。在该条件下对不同的钻井转盘转速和钻井施工排量应用Landmar软件进行模拟分析，模拟结果见图1所示。

图1 不同排量下岩屑床厚度对比图

从图1a和图1b可以看出，在钻井施工的转盘转速一定的情况下，随着钻井排量的增加，在大位移井下井壁产生的岩屑床厚度逐渐减少，而在相同的钻井排量情况下，随着钻井转盘转速的增加，在大位移井下井壁产生的岩屑床厚度也是逐渐减少的。在综合考虑钻井设备承受能力的情况下，在钻井泵压不超过25MPa的情况下，最终优化后的大位移井的钻井转盘转速不低于100r/min，钻井排量不低于30L/S，这样才能够有效地避免岩屑床的形成，能够使起钻和下钻过程不发生遇阻和遇卡，保证井下安全，使施工更加高效。

2 大位移井轨迹控制技术

2.1 增斜井段轨迹控制

在增斜井段轨迹控制中尽量简化钻具组合，采用加重钻杆代替钻铤，减小钻具组合与井壁之间的接触面积，降低增斜井段定向施工和复合施工的摩阻与施工扭矩。根据A油田AX1井井眼轨道设计情况和实际修正后的井眼轨道情况，最终选用1.25°单弯螺杆钻具配合MWD随钻测斜仪器进行施工。施工中首先根据这套钻具组合在这种井眼中的实际的造斜率来确定定向井段和复合井段的比例，这样既能够提高机械钻速，也能够降低施工摩阻，使井眼轨道更加光滑，保证施工安全。

2.2 稳斜段轨迹控制

在稳斜段施工中，根据井眼的实际条件，在简化钻具组合的基础上，应用倒装钻具组合和旋转导向钻井系统。旋转地质导向工具不仅能够在旋转条件下对井斜和方位进行调整，还拥有近钻头伽马和电阻率，能够及时发现储层的变化。钻具组合为Φ215.9mm钻头+Φ165mm旋转导向+Φ165mmLWD+Φ127.0mm无磁加重钻杆×9.5m+Φ127.0mm斜坡钻杆+Φ127.0mm加重钻杆×334.80m+Φ127.0mm钻杆。施工中以旋转地质导向工具不产生井下震动为原则，对施工参数进行优选，钻压80～120kN，转速100r/min～130r/min，排量34L/S，直至完钻井深。

3 井眼清洁技术

3.1 井眼清洁工具的应用

在大位移井施工中，由于偏心井眼的存在，使井眼底边的携带岩屑的能力非常低，因此就会在井眼底边形成岩屑床，为了解决井眼底边携带岩屑条件恶劣的情况，在大位移定向井施工的钻具组合中加入清砂钻杆，见图2所示。该工具通过螺旋流道对钻井液进行导向，对下井壁形成的岩屑床形成冲击作用，并将岩屑卷入槽道，在离心力作用下将其甩向高边，具备较强的岩屑床清除作用。