油田侧钻水平井中定向随钻扩眼技术的应用

油田侧钻水平井中定向随钻扩眼技术的应用

发表时间：2018-06-04T15:34:04.977Z 来源：《基层建设》2018年第11期作者：李国振

[导读] 摘要：石油资源作为我国工业中使用的重要能源之一，具有重要的商业价值及社会价值。

中海油能源发展装备技术有限公司天津 300452

摘要：石油资源作为我国工业中使用的重要能源之一，具有重要的商业价值及社会价值。石油开采作为获得石油的方式，对其技术的优化也成为了石油工作者近年来工作的重点。在石油钻探通道开通技术中，近年来逐渐广泛使用的定向随钻扩眼技术已被证明是一种比较有效的措施。本文对我国油田的一个侧钻水平井应用定向随钻扩眼技术采取的技术措施、钻探设备选择及施工过程进行总结，为相关类型的油井的钻探提供参考。

关键词：油田侧钻水平井定向随钻扩眼技术应用

本文研究中该油井所处开采地区地质结构复杂，这些岩层应力能力各不相同且其间夹杂不同地质状态，因此钻探过程应相对谨慎，稍不注意就极易发生坍塌事故。本次钻探过程采用的基本原理是竖直向下钻进一段距离，在适当深度开始向斜下钻探，与此同时对通道进行扩眼处理，待到预定深度后再水平钻进一段，直至完成。下面是针对这一过程采取的主要技术措施。

1.钻探技术措施

（1）本井井深较大，钻探时井下与地面所需的压力差高达几十兆帕，因此，应选择符合要求的钻用电机以符合钻探要求。

（2）钻探过程中要对钻探轨迹进行精细化控制，可以采取滑动钻进和复合钻进结合的方式，在方向调整时，要秉持频繁调整但单次调整距离较小的原则，有效降低狗腿度，保证钻通通道轨迹平滑。同时要在钻进距离每前进10m后进行一次斜度测量，使斜度能有效控制在合理范围内，保证钻近距离与预计需求的基本吻合。

（3）扩眼工具转速应保持在大于150r/min的范围内，以保证扩眼施工效果。

（4）钻探过程中应频繁对钻头进行活动，防止钻头被岩石卡住而产生的通道坍塌事故同时应根据钻具温度及时调整冷却及使用量，防止在某些摩擦产生热量过大的区域对钻头产生的结构不可逆性损坏。

2.随钻扩眼技术设备选择

2.1钻头选择

在定向随钻扩眼技术中，钻头选择的合理对整个工作过程的正常进行具有重要意义。该井本次操作中使用的钻头是由某公司生产的CSDR5211S-B2型随钻扩眼钻头。这一型号钻头由领眼钻头和扩眼结构组成。前者的规格及结构均与普通矿井钻头近似，能在实际使用中实现对一个较小孔径的领眼的钻探。而后者由于其形状为棱柱形且边沿锋利，能实现对地表的有效切割，所以能实现将领眼扩展到要求所需尺寸的目的。这一型号的钻头由于其整体结构无松动、使用时间长，对矿井破坏小等优点被广泛应用于长距离水平井钻探或特定方向矿井扩眼中，经过长期实践，使用效果较好。

2.2钻头动力装置选择

该井所需钻探的井眼深度较大，且井下地表温度较高，所以钻头动力装置应尽可能选择功率高、工作产生热量较小的动力钻具。某公司的特定型号钻头动力装置就具有这一特点，其在各种不同地质及自然环境中均能保持较高的钻探性能及较好的钻探效果，且其自身对发热部位的冷却效果较好，因而在业内广泛使用，本次钻探选择的钻具为该公司直径120mm的钻具。

2.3底部钻具组合结构

底部钻具组合与钻进参数作为钻研工具中两个重要的部分，对钻头深入后后续部分的形态保持及钻探成果的达标都具有重要意义，同时在实现增加钻井斜度的结构重要选择单弯读数正常的钻具，以防止狗腿度过大造成的钻井方向偏差。此外，底部钻具组合要力求遵循简化的原则，这样能有效提高钻探速率，使扩眼效果更加明显且持久，有利于矿井的安全生产。本次钻探使用的的钻具组合主要包括：随钻扩眼钻头、回压阀、无磁钻杆及普通钻杆等。

2.4智能化软件选择

在钻探过程中，要尽可能保证钻通轨迹尽可能平直，不出现明显的急转弯，以防狗腿度过大造成通道中某点压力过大从而发生危险。在钻研前就需要事先规划好钻研轨迹，避免出现多次转弯的情况。同时在钻探进行前，可以采用Landmark软件对钻头与地表间产生的摩擦力及对应力矩，并在钻探过程中对这两项指标进行实时检测，一旦出现指标过大的现象则应立即停止施工并重新规划路线，防止继续施工造成的该区域钻通通道质量不佳从而带来垮塌等危险等情况出现。在钻探过程中，可以在钻头加装MWD测量元件对钻头前进方向进行实时监测，并将数据传回计算机以便相关人员及时对方向进行修正。在钻探前期钻探方式主要采用滑动钻法，而在后期则需要进行多种方式复合钻探，这能对钻通方向的精确、钻通轨迹的平滑有极大帮助。

3.施工过程

该井钻探过程采用的开土工具为坐封斜向器，开土后使用钻头向下钻入16m，这一过程的目的是为了避开套管带来的电磁干扰，因为这一干扰会影响MWD技术的信号传输。随后将扩眼钻具放入这一通道中开始钻进。开始阶段由于工具斜角过小，致使工具向着规定方向前进的稳定性较差，只能通过降低速度来保证钻进方向的基本正确，但钻进完成后仍与预定的通道有所差距，无法实现预定功能。随后施工人员选择换用工具斜角较大的钻具，在上述过程点位附近高度另取一点开始钻探，这一次由于钻具斜角高达15°，因此工具能够稳定地按照既定方向钻进，同时转速也保持在一个较为正常的范围，因此较好的完成了初段钻探。

之后开始进行稳斜段钻探，这时选用的钻探工具为双钻头钻具，同时钻头大小也相较于前端略小，钻探过程由于预先计算精确因而较为顺利，基本完成了稍增大斜率的目的。但钻探过程动力装置供电电压的不足也在过程中的某些阶段使钻头产生钻速不足或温度过高等情况出现。钻探完成后对钻头磨损情况进行观察可以看出，用于保持通道直径长度的1号钻头磨损较小，说明通道符合要求，而负责主要钻进功能的2号钻头则磨损较为严重，说明钻头材质选用相较于岩石材料稍软。同时2号钻头出现了复合片部分碎裂的情况，这主要是由于钻探过程中某些时段的温度过高导致其硬度降低脆度增大而产生的现象。这些问题在之后的钻探工作中应尽量避免。

结束语：

本文中的油田钻探过程初段的第一次施工中，由于选用的钻探工具斜角过小，无法使钻头稳定向同一方向前进，这一问题也是很多应用定向随钻扩眼技术进行钻探的施工过程中普遍存在的问题之一。本例中虽然采用了斜角较大的工具完成了钻探，但这一过程造成了较为