工程地质一体化在宁XX-3井的应用

王 能，邹亚平，田秀明

（大庆钻井工程技术研究院，黑龙江 大庆 163413）

1 施工基本情况

宁XX-3 井为三开水平开发井，位于XX 区块，是宁XX平台的第三口井。设计井深4791m，实际完钻井深4950m，水平段长1400m，完钻层位志留系龙马溪组，钻井周期：49.1d，三开钻井周期23d。

2 提速效果

（1）三开钻井周期23d，较同平台邻井宁XX-1 井三开钻井周期40.2d节省了11d，缩短了27.2%；较2020年上半年XX 区块三开平均钻井周期58.2d，缩短了49.8%。

（2）三开平均机械钻速9.5m/h，较同平台邻井宁XX-1井提速13.1%；较2020 年上半年XX 区块三开平均机械钻速6.3m/h，提速50.8%。

（3）优质储层钻遇率100%。

3 技术措施

3.1 提前制定地质导向方案和预测A点

制定宁XX-3 井地质工程一体化技术方案，进行多方交流和讨论，并且在制定工程方案的基础上，以安全平稳为前提条件下，制定宁XX-3 井地质工程一体化施工方案。同时基于地震构造模型，融合测井数据及录井数据进行迭代刻画，实现区域地震地质模型精细化，对A 靶点进行重新预测，预测A 靶点垂深3151m，较设计A 靶点垂深3113m 加深38m，与实钻A靶点垂深3154m 误差仅为3m。同时在精细化地质模型基础上，编制地质导向方案，进行地质和工程的专业化讨论，修正地质工程一体化方案和形成地质工程一体化施工意见。

3.2 轨迹优化

通过地震数据解释和地质建模,A 靶点预测为3226m。以预测的A点垂深，结合上部井段实钻轨迹，重新设计四开待钻轨迹。韩家店—石牛栏井段，总结平台前两口井该地层的自然规律，自然降斜，减少滑动定向钻进进尺；造斜段保证井眼轨迹平滑，小狗腿入窗；水平段提前预判地层走向，低狗腿调整，减小摩阻、扭矩和仪器震动，保障后期安全，快速地钻进。

3.3 优选钻头。

依托KeepDrilling大数据，从纯钻时间、机械转速、趟钻进尺等方面，分析比较各厂家钻头在长宁区块的应用情况及宁XX-2 钻头使用情况，参照表1，优选了NOV 的TK56-Z1 型号钻头，该钻头型号为目前最新设计，短柄径、5 刀翼、单排齿、16mm 切削齿，刚体钻头，具有很强的攻击性和稳定性，同时具有抗振动强的特性。

表1 XX区块三开215.9mm钻头使用情况

3.4 优选钻井液参数

通过WELLPLAN软件模拟，推荐钻井液（密度上限2.09g/cm3情况下）塑性粘度上限为53mPa·s,动切力上限为10.5Pa。

3.5 采用震荡螺杆

推荐并采用震荡螺杆，解决韩家店、石牛栏底部，地层硬度高、可钻性差、滑动钻进托压严重、造斜困难、机械钻速低等问题（宁XX-3 的机械钻速钻速达到6.51m/h，较宁XX-2机械钻速3.97m/h提高了64%）。

3.6 更换振动筛筛目

振动筛200目筛布全部更换为260目。

4 工程地质一体化施工

（1）工程地质多方协作。

①根据宁XX-2 井施工效果，龙一12 中部仪器振动超标严重，宁XX-3放宽旋转导向ATC 振动控制级别，由控制在6级以内放宽8.5级以内；震动持续超标时间不超过30min，既保证机械钻速，又减小振动对仪器的伤害。将该地层机械钻速由5～7m/h 提升到9～10m/h。

②地质导向将井斜从84.5°降至83.5°穿层，并结合“多频次、小倾角”调整措施，保证轨迹平滑，确保施工安全。

（2）造斜段精细控制，确保准确入靶。本井实际靶点与设计靶点垂深相差41m，误差大。通过钻前地质模拟，预测靶点位置与实际仅差3m，在实钻中，通过在造斜段确立了5个控制点，不断修正地质模型，保证了精确中靶。通过对比，5个控制点设计深度与实际钻遇深度，以及设计钻遇轨迹和实际钻遇轨迹高度吻合，轨迹误差在1.6°以内。

（3）水平段基于地震横向预判技术，将水平段划分为“三低两高”五个区域，综合利用伽马成像和元素录井进行精细轨迹控制，在整体水平段倾角变化范围自下倾6.0°至上倾0.5°的大幅度变化范围情况下，通过提前预判，提前调整，实现水平段轨迹优化控制和优质储层钻遇率100%的“双优”指标，最大狗腿2.1°/30m，超2°/30m只有1个点，有效实现了水平段轨迹平滑效果。

（4）针对宁XX-3井造斜段扭矩波动大的现象，使用WELLPLAN 工程软件进行分析、模拟并结合实际优选最佳的转速和钻压，保证机械钻速和井下安全，同时模拟井下摩阻和岩屑床位置、厚度，科学指导短起下和起钻作业。

（5）远程进行技术支持，通过Keepdrilling系统实时监控录井数据和钻井参数，及时发现井上异常情况，同时通过远程实时伽马数据传输，根据地质模型和地震数据对钻遇情况进行提前预判，针对风险级别及时下发施工风险提示单。

（6）ATC 旋转导向精细化操作。通过多方协调精选技术骨干、精细施工方案、精准控制轨迹，技术专家驻井指导技术难点，积极组织协调工程地质一体化团结协作，讨论制定了各项保障措施：

①利用导向头造斜率计算软件及动态旋转方位曲线方向变化趋势，实时优化调整导向头肋板压力和电流，尽量避免狗腿度超标和局部超标，保证井眼轨迹平滑。

②合理利用ATC 旋转导向工具轨迹指令调整模式：造斜段使用Steer Mode，水平段使用Hold Mode，充分发挥两种不同模式对轨迹控制的优势，保证井眼轨迹平滑，减小局部狗腿度、减小摩阻、扭矩以及仪器导向头振动创造有利的井下条件。

③通过提前预测井斜、方位在地层中的漂移量，在立柱打完磨压过程中，下发指令，减少单独发指令的次数；制定停泵测斜程序，接完立柱直接开泵测斜，减少测斜停关泵的时间(通过这两个措施，每立柱可节省15～20min)。

④实钻过程中，建立地层与机械钻速、振动的对应关系，如表2所示。结合工程地质一体化，提前调整，避开高振动地层，并且满足地质导向的硅铝交汇面积大的要求，优选二小层下部为优质层位，本井水平段在此层位的钻遇率为100%，实现机械钻速13.67m/h。

表2 层位—钻速—振动对应表

（7）地质录井公司采取前后协同作业模式，保障施工进度。通过收集邻井地质数据和元素数据，根据现场岩屑观察分析判断，结合元素数据，同时将数据实时回传至后方专家组，共同分析预判地层变化和走势，确保井下施工安全。

（8）建立远程技术支持—维修保障—ATC 旋转导向技术支持中心三方联动机制，远程技术支持对该井施工情况、仪器状态、地质信息实施7×24h监控，出现异常现象，启动联动机制。远程技术支持专家分析问题表象，结合Wellplan 模拟，组织维修保障和ATC 旋转导向技术支持中心三方联动，给出指导意见。

（9）运用钻井液自动检测系统（DFS）。经过多口井的运用，DFS系统关键数据准确率达到95%以上，运行时间100%覆盖泥浆泵运转时间，实现了钻井液性能的人工检测与自动检测“双监测”，能及时判断钻井液性能变化趋势，提前处理，预防钻井液性能突变。钻进过程中，在保证井下安全前提下，采取钻井液低粘切方案，降低压耗，提升排量，增加钻头比水功率。

（10）使用高效油基封堵剂，保证钻井液高封堵性，针对不同井段，采取不同钻井液补充维护措施，A 点之前，新、老浆50∶50 配置，A 点到水平段中部，新、老浆70∶30配置，水平段中部之后，使用100%新配钻井液补充维护，有效维持钻井液高流变性。

5 宁XX-3井非生产时间统计

宁XX-3 井从开钻到完钻，钻井周期为36.96d，其中包括因甲方等停、旋导问题等等原因，损失时间8.84d，如表3所示。

表3 非生产时间统计

6 结论和建议

（1）继续提高旋转导向ATC工具稳定性。宁XX-3井有一趟钻出现旋转导向仪器故障，共损失时间1d,影响钻井周期，因此加强质量检测，找准故障原因，确保出厂质量。保障施工井的工具均需提高至三级维保等级。

（2）加强地质工程一体化技术完善及应用。基于随钻自然伽马的反映物性变化的特征，结合钻时曲线和旋转导向振动参数，寻找伽马响应与工程最优之间的对应关系，控制轨迹在地质工程双甜点区钻进，通过对比分析找到1号小层上部为地质工程双优质区域，利用对应伽马响应特征以及三维模型的横向预测，控制轨迹在1 号小层顶部0.5m 范围内钻进，保证旋转导向工具平均机械钻速在10m/h以上。

（3）优化轨迹设计。将三维轨迹优化设计为双二维轨迹，充分利用上部可钻性好的地层，提前打掉部分偏移距，摆正方位，避免或减少在韩家店和石牛栏等可钻性差的地层定向，减轻后期定向压力，降低造斜井段造斜率，进一步降低施工摩阻扭矩。

（4）强化钻井参数。一是更换复合钻具。目前使用的NC52 型127mm 钻杆，推荐采用139.7mm+127mm 的钻杆，套管内使用139.7mm 钻杆，套管外使用127mm 钻杆。通过软件模拟计算，更换复合钻具后，泵压降低2～3MPa；二是更换为高压冲管和抗高压泵配件，提高设备抗高压的能力，施工泵压提高5MPa，达到37～38MPa，强化施工参数。

（5）提高固控设备使用。将原来200目的振动筛筛布换成260目的振动筛筛布，保证高密度钻井液良好的流变性。合理使用离心机，采用中、高速离心机串联模式，提高离心机使用时间和净化效率，进一步增强劣质固相清除能力和效率。

（6）通过对宁XX-3井工程地质一体化的施工，总结方法与经验，建立该区块的学习曲线，优化该区块的施工方案，推动区块的整体钻井速度，降低钻井成本。