大位移井NP13-1346钻井技术

李 杉

（渤海钻探定向井技术服务公司，天津300280）

冀东油田3号人工岛位于唐山市南堡海域、曹妃甸岛西北侧，水深5m 左右。全岛吹沙造地面积200 亩，呈椭圆形展布，岛体于2008 年11 月建成，设计油水井共235口，现已进入开发的后期，岛上井网密布，井型复杂多样。NP13-1346井就是部署在3号人工岛上的一口大位移双靶定向井，其井身轨迹的特点是井斜大、水平位移大、方位允许偏差小、靶圈半径小。下面以此井为例，来依次分析井身结构设计优化、井眼清洁和井壁稳定技术、降摩阻和扭矩、井眼轨迹控制等关键技术。

1 设计概况

1.1 地质设计

本井位于河北省唐山市南堡开发区南堡乡偏西约11.0km，冀东3 号人工岛上，构造位置为南堡油田1 号构造南堡1-5 区南堡105X5 北断块构造较高部位，目的是为了滚动开发南堡1-5 区南堡105X5 北断块NgⅣ、Ed1油藏。

1.2 工程设计

在充分的考虑了地质条件和目标点的要求、地层特性、井身结构、造斜率、防碰关系等因素后，确定了NP13-1346井的剖面设计,见表1。

表1 NP13-1346井设计剖面

2 施工难点分析

（1）本井造斜点浅，井眼尺寸大，定向钻进时不容易起井斜，同时本井防碰井较多，共计达17口，最近距离仅为3.87m，邻井套管对测斜仪器干扰严重，防碰形势严峻。

（2）本井设计井深为4252m,位移为2922.5m，井深位移都较大，造成了钻机高负荷运行，同时钻杆也易产生疲劳破坏。温高较高,对MWD 的稳定性,钻井液的维护及马达寿命都有不同程度的影响。

（3）本井设计最大井斜为58.6°，属于大斜度井,不利于钻井液携砂,且岩屑易被压磨破碎,使钻井液有害固相增加,不利于钻井液性能的维护。

（4）三开后降斜点和扭方位点井深较深，且位于玄武岩底部，可钻性较低，玄武岩本身对MWD还具有一定的磁干扰，对施工中扭方位的判断有一定的影响。

（5）该井是一口大位移双目标定向井，井身轨迹设计较为复杂，造成了井身轨迹不规则，大大地增加井眼轨迹控制的难度，同时裸眼段长，摩阻、扭矩大，增加了发生卡钻和井下复杂情况的概率。

3 井身结构优化

目前国内外大位移定向井井身剖面设计需考虑的因素有；地质要求、地层岩性、造斜工具、井身结构等，综合考虑以上各种因素优化的井眼轨迹会明显改善井下摩阻和扭矩状况，以及有助于增大水平位移的延伸；就降低摩阻和扭矩而言，大位移井一般采用悬链式井眼，即造斜率随着井深的增加而逐渐增大的，但悬链式井眼缺点是井眼轨迹较长，增加实际施工工作量，延长钻井周期；优点是钻具与井壁间的接触力为零，能有效地降低扭矩和摩阻[1-2]。而本井采用了优化后的双增悬链剖面，该井身剖面具有传递钻压容易、复合钻进扭矩小、附加拉力小等优点、有利于大位段的延伸及安全、快速钻井。

4 井眼清洁和井壁稳定

有效的井眼清洁和井壁稳定是大位移井安全快速钻井的重要因素。我们知道通常井斜35°～65°的井段被认为是钻井液携砂能力差，易形成岩屑床的井段。岩屑易在大斜度井段的大量沉积，造成扭矩增大，增加卡钻风险。可以说避免和破坏岩屑床的形成及井壁稳定是井眼清洁的核心，为此，本井采用了以下措施:

（1）调整钻井液流变参数的同时提高钻井液的携砂能力。本井采用了聚合物钻井液体系，及时添加携砂材料，调整钻井液的流变参数，保持体系较低的摩阻系数，钻进过程中发现摩阻系数升高或活动钻具拉力异常时，适当增加润滑剂用量。当井斜达到40°以上时，为有效清洁井眼，提高了钻井液的触变性，改变钻井液携砂能力。明下泥岩发育段，为保持井壁稳定，钻井液中及时补充足量降滤失剂、抑制剂等相关处理剂，确保泥岩井段钻井液具有强抑制、低滤失，并可形成较好的泥饼。钻遇厚层玄武岩和玄武质泥岩段，在进入相应地层前100m 左右，按要求足量补充抑制防塌剂、封堵剂等处理剂，提高钻井液封堵性和抑制性，严格控制高温高压滤失量，并根据实际地层压力逐渐提高钻井液密度。

（2）适当提高排量。排量是净化井眼的一个关键因素。因为大斜度井段钻井液携砂能力差，所以尽量提高大位移井的排量，使之大于设计临界排量，改善井眼清洗效率。本井311.1mm 井眼稳斜段一直使用65L/s 的大排量钻进，钻井液返速高达3.1m/s，既加快了钻速，又提高了携砂效果。

（3）适当增加划眼和短起下次数。滑动钻进时，每钻进一单根应大幅活动钻具一次，清除井壁上的岩屑，防止粘卡。上部地层要注意控制好钻速，搞好短起下，达到最大井斜角后，每钻进一根立柱要充分循环清洗井眼。每钻进200～250m，或纯钻时间超过24h短起下钻一次[3]。二开后坚持打完立柱划眼和定时短起下，有效地防止了岩床的形成和沉砂现象。

5 降摩阻和扭矩

摩阻与扭矩是制约大位移定向井技术发展的最主要的障碍。摩阻与扭矩主要是由于钻柱与井壁的摩擦而产生的,本井在这方面采取了以下措施：

（1）本井选取在较浅的井深处造斜，同时本井设计的狗腿度也较小，有利于井眼的轨迹的平滑，进一步降低了钻具与井壁之间的摩阻和扭矩，本井的顺利施工都证明了这种双增悬链式剖面对于降低摩阻和扭矩是非常有益的。

（2）在定向段和扭方位井段,加入适量的润滑剂和钻井液处理剂，来提高钻井液润滑性能,降低钻井摩阻。同时也使用了固体润滑剂如石墨、塑料小球等处理剂，从实际使用效果来看，效果还是很明显的。

（3）固控设备的使用，合理的使用各种固控设备，有效地降低了钻井液中有害的固相颗粒的含量。本井使用的是两台无级电动泵，做到了大排量洗井，有效地净化了井眼，破坏了岩屑床的形成，可以降低钻柱和井壁之间的摩擦系数，从而大幅度地降低扭距和摩阻。

（4）在定向钻具组合中用无磁抗压缩钻杆替代常规的无磁钻铤，可减小钻具与井壁之间的摩阻。同时使用随钻震击器，减小滑动钻进时钻具与井壁的摩擦阻力[4]。

6 钻具组合选择和轨迹控制

钻具组合的选择和井眼轨迹控制是大位移井的重要技术。本井钻具选择合理,三开后使用了倒装钻具组合，以减少钻具和井壁的接触面积。此外全井采用了导向马达＋MWD 来控制井眼轨迹。它的优点是随时监测井眼轨迹,随时调整井眼轨迹,测斜准确不误钻井时间等,是钻大位移井比较有利的设备。

（1）一开直井段及造斜井段（0～503m）详细钻具组合如下：444.5mm 牙轮钻头+244mm 马达（1.5°）+203mm浮阀+203mm无磁钻铤×1根+203mmMWD短节+203mm无磁钻铤×1根+139.7mm加重钻杆×15根+127mm 钻杆。

由于一开井段有小绕障及浅层定向，因此未使用欠尺寸稳定器。同时考虑防碰要求，因此直井段必须垂直，不能产生大的侧位移，因此安装的时候要求井口必须垂直，同时钻进时通过严格控制钻压及时投测单点测斜，保证了直井段垂直钻进，井斜始终控制在2°以内，并且顺利通过了一开井段的所有防碰井。

（2）二开造斜井段及稳斜井段（503～1302m）详细钻具组合如下：311.1mm 钻头+244mm 马达（1.5°）+280mm 欠尺寸稳定器+203mm 浮阀+ 203mm 无磁钻铤×1根+203mmMWD短节+165mm无磁抗压缩钻杆×1 根+139.7mm 加 重 钻 杆×14 根+165mm 震 击 器+139.7mm加重钻杆×3根+127mm 钻杆。

本井段比较关键，在造斜工具的选用方面采用1.5°角度的导向马达，由于井眼较大、起斜难的特点，采取连续滑动钻进和导向钻进结合，既保证了造斜率的同时又可以避免狗腿度较大的问题。施工过程中做到了准确预测井底井斜，及时调整井眼轨迹，使实钻轨迹始终紧贴设计轨迹。此外井眼较大，钻进速度较快，井底沉砂较多，每钻进完一个立柱后，采取大排量和高转速反复划眼，直到振动筛处无明显沉砂为止，既清洁了井壁又保证了井底无沉砂堆积。最大限度地保证了井下安全。

本井设计最大井斜为58.6°，参考了本地区其他井的施工记录和地层漂移规律，311.1mm 井眼稳斜段井斜微降，方位小漂，因此本井定向结束后井斜为61.23°，比设计的高2.63°，为后面井段的降斜留了余量。本井设计造斜为2.3°/30m,实际平均造斜率2.1°/30m，避免了过高的造斜率造成较大的摩阻和扭矩，保证了井眼轨迹的平滑。

（3）二开稳斜井段（1302～2503m）：311.1mm 钻头+244mm马达（1.5°）+280mm欠尺寸稳定器+203mm浮 阀+ 203mm 无 磁 钻 铤×1 根+203mmMWD 短 节+165mm 无磁抗压缩钻杆×1 根+139.7mm 加重钻杆×14根+165mm 震击器+139.7mm 加重钻杆×3 根+127mm钻杆。

本井段钻压不超过40kN 时，井斜微降，通过调整钻压40～60kN,井斜微增，通过调整钻井参数即可控制井眼轨迹，避免了滑动钻进来调整轨迹，极大地提高了钻进速度。进入明化地层后，井斜小漂严重，通过钻压已经控制不了了，因为之前造斜段已经留出井斜的余量，因此本井段也没有频繁的进行滑动钻进调整。实践证明，参考邻井施工经验和考虑地层漂移规律不仅可以提高转动钻进方式的比例，还可以尽量减少井眼轨迹的调整的频率，从而提高机械钻速。因此开钻之前，除了要熟读设计外，尽可能的搜集一些本地区其他井的钻井资料，如地层分析、有无特殊岩性、造斜率大小等，了解这些资料后，应用到待钻井施工井中，可以大大减少不必要的工作量，加快钻进速度。

（4）三开稳斜及扭方位井段（2503～3707m）：215.9mm 钻头+172mm 马达（1.5°）+210mm 欠尺寸稳定 器+165mm 浮 阀+ 172mm 无 磁 钻 铤×1 根+172mmMWD 短 节+165mm 无 磁 抗 压 缩 钻 杆×1 根+127mm 钻杆×14 根+165mm 震击器+139.7mm 加重钻杆×3根+127mm 钻杆。

三开后，通过地质分析了解到下部地层可钻性较好，定向钻具下到底后，转动钻进（钻压40kN，转速：45r/min），测斜数据显示，井斜微降，方位小漂，故调整钻井参数，钻压控制在40～60kN，排量为30L/s。通过改变钻压参数后，井斜仍然微降，方位依旧小漂。故工具面放在右45°进行滑动钻进6m 进行调整，测斜之后发现几乎没有效果，因为井斜微降对轨迹的影响不大，于是滑动钻进5m 全力增方位，效果仍旧不理想，方位勉强维持不小漂。后续井段通过偶尔的滑动钻进来调整井斜和方位，因为地层的可钻性较好，定向的效果还不错。针对三开扭方位作业，由于是在玄武岩地层中扭方位，结合邻井的施工记录和地层的自然漂移规律，决定将扭方位的始点后置30m，终点向前调整，提前30～50m结束扭方位作业,避开可钻性较差的玄武岩底部。从测斜数据来看，GT 和BT 都有不同程度的超标，说明玄武岩地层对测斜参数还是有影响的，此后测斜时密切注意方位的变化，及时调整工具面和滑动钻进进尺，从而保证了整个玄武岩井段内的井眼轨迹仍然压线。

（5）三开扭方位井段及稳斜段（3707～4252m）：215.9mm 钻头+172mm 马达（1.5°）+210mm 欠尺寸稳定 器+165mm 浮 阀+ 172mm 无 磁 钻 铤×1 根+172mmMWD 短节+165mm 无磁抗压缩钻杆×1 根+127mm 钻杆×14 根+165mm 震击器+139.7mm 加重钻杆×3根+127mm 钻杆。

由于马达到了规定使用时间，于是原钻具换了新马达后继续使用，当下钻剩余8柱时，下钻出现了遇阻的情况，考虑到本井并没有大狗腿井段，而最大井斜达到了61.23°，判断应该是井底沉砂所致，于是采取大排量洗井，间断循环划眼下钻，最后顺利下钻到底。大量的沉砂说明在井眼清洁这方面做得还不够好，仍需加强。扭方位后期出现了托压的现象：当钻压加大时，出现频繁瞬间释放的现象，同时泵压上升，井下钻具产生较大的反扭矩，工具面变化严重，这极大影响了造斜率和滑动钻进的速度，通过对井内注入一定量的润滑剂后，托压现象有所缓解，基本施工趋于正常。当井深为3843m时，已中本井的第一个靶点A，靶心距为5.96m，当井深为3941m时，中本井的第二个靶点B，靶心距为3.79m。全井身质量完全合格，最终顺利完井。设计轨迹与实钻轨迹参数对比见图1。

图1 设计轨迹与实钻轨迹参数对比图

7 认识与体会

（1）加大排量、适当加强划眼和短起下作业、保持固控设备完好有效，及时有效地清除有害固相含量、根据实际情况调整泥浆性能及参数，都可以保持井眼清洁和井壁的稳定。

（2）优化剖面设计、合理地选择和优化钻具组合、良好的泥浆性能、准确地控制井眼轨迹、减少滑动钻进的比例、可以有效地降低摩阻和扭矩。

（3）施工前要分析待钻井的地质资料,了解地层倾角和倾向，分析同区块邻井的资料,分析已钻井的造斜规律和方位漂移规律，最后结合待钻井的设计情况，确定合适的造斜率和方位变化率。

（4）坚持短起下和划眼技术措施，能够有效地破坏岩屑床的形成、同时可以修复井壁，降低摩阻，保证井眼顺滑畅通。

（5）全井使用柔性钻具组合，用非磁抗压缩钻杆替代非磁钻铤，用加重钻杆替代钻铤，用斜坡钻杆替代普通钻杆，在大斜度井段采用了倒装钻具组合，使钻具与井壁的接触面积减少，避免了大斜度井段易出现的粘附及键槽卡钻的井下事故。