长裸眼定向井钻井技术

长裸眼定向钻井技术

钻长裸眼井的目的是加快油田的勘探、开发步伐，提高钻井速度，缩短建井周期，降低钻井成本；钻定向井的目的是增加油层穿透能力、避开地面障碍物、顺利钻达地质目的层。而钻长裸眼定向井的目的集二者于一身，能够很好地解决复杂钻井问题。

1．长裸眼定向钻井技术难点

（1）裸眼段长，摩擦阻力大，磁性/重力工具面角不易调整到位。 （2）转盘转动时扭矩大。

（3）斜井段最大井斜角较小，方位不容易控制。

（4）常规钟摆钻具的降斜率、方位漂移规律受地层因素、原井眼状况等因素作用难以掌握，为监测钟摆钻具的降斜率和方位漂移规律需要进行吊测，增加了钻井风险。

（5）井底可控制位移较小，中靶精度要求高，定向控制段的井眼轨迹调整范围较小。

（6）控制钟摆钻具降斜率的手段较少，降斜井段的轨迹控制难度较大。

2．技术对策

针对长裸眼定向钻井的难点，在井身剖面、井眼曲率、定向造斜点、最大井斜角、造斜钻具组合及钻头等几方面进行优选，达到优化井身轨迹、避免井下复杂的目的。

2．1井身剖面类型的选择

常规两维定向井的剖面类型主要有两种：一种是“直—增—稳”剖面，另一种是“直—增—稳—降—稳”剖面。“直—增—稳”剖面的特点是井底水平位移可以很大，“直—增—稳—降—稳”剖面的特点是形式变化较大，如增斜后的稳斜段、降斜后的稳斜段可能很长，也可能很短，短到可能为零。应视长裸眼定向井的地质要求，选择合理的井身剖面类型。

2．2井眼曲率的选择

长裸眼定向井井眼曲率的选择应适中，井眼曲率过小，则造斜井段的钻进时间过长，稳斜段太短，往往使方位调整的回旋余地太小；井眼曲率过大，则钻具偏磨严重，摩擦阻力增大，起下钻困难，容易磨出键槽，造成键槽卡钻，还会给其它井下作业造成困难。

为了安全、优质、快速钻井，应该限制最大井眼曲率。

式中：K m --最大井眼曲率，°/30m ；

D--钻头直径，mm ；

()75.13728.02

⨯--<

T

T m L f

D D K

D T--动力钻具外径，mm；

L T--动力钻具长度，m；

f--间隙值，软地层取f=0，硬地层取f=3~6mm。

2．3造斜点的选择

（1）造斜点应选在比较稳定的地层，避免在岩石破碎带、漏失地层、流砂层或容易坍塌等复杂地层定向造斜。

（2）应选在可钻性较均匀的地层，避免在硬夹层定向造斜。

（3）造斜点的深度应根据设计井的垂直井深、水平位移和选用的剖面类型决定，并要考虑满足采油工艺的需要。

（4）选择造斜点位置时尽可能使斜井段避开方位自然漂移大的地层或利用井眼方位漂移的规律钻达目标点。

2．4最大井斜角的选择

大量定向井的实践证明，井斜角小于15°，方位不稳定，容易漂移；井斜角大于45°，测井和完井作业施工难度较大，扭方位困难，转盘扭矩大，易发生井壁坍塌等现象。因此，定向井的最大井斜角应控制在15～45°范围内。

2．5造斜钻具组合及钻头的选择

由于裸眼段长，井眼摩擦阻力大，转盘转动时扭矩大，应选择工作扭矩较大的动力钻具。

定向井由于井斜的存在，井下钻具及钻头巴掌部分磨损较严重；且动力钻具的转速高，对钻头的轴承密封性能要求高，所以应选择钢级较好的钻具、带保径的金属密封牙轮钻头或定向PDC钻头。

在钻具组合中采用加重钻杆代替钻铤，它不仅可以减少钻具重量，还可以减少扭矩和钻具的刚度；同时用18°斜坡钻杆代替了普通钻杆，它既可以满足传递负荷、减小摩阻的要求，又能克服普通钻杆起下钻及钻进过程中刮擦井壁问题。

3．钻井实例：T810XK井

T810XK井位于新疆塔里木盆地塔河油田8号油气田，为了提高钻井速度、缩短建井周期、降低钻井成本以及保护自然生态环境，要求该井设计为长裸眼定向井。

3．1井身剖面及参数的确定

（1）由于该井要求最终井斜角为0°，所以选择“直-增-稳-降-直”五段式井身剖面类型。

（2）动力钻具选择Φ197mm螺杆，根据公式（1）计算得：K m＜6.41°/30m，同时参照1.25°5LZ197×7.0Ⅳ-DW推荐造斜率，选择K m=5.50°/30m。常规钟

摆钻具的降斜率选择为1.50°/30m。

（3）造斜点选择在石炭系卡拉沙依组上部，地层稳定，以砂泥岩为主，岩石硬度不大，适合于造斜钻进，造斜点井深4950.00m，造斜点以上裸眼段长达3750.95m。

（4）最大井斜角选择为17.96°。

3．2井身剖面设计

1．井身剖面类型：直—增—稳—降—直

2．基础数据

造斜点井深：4950.00m

水平位移：73.07m

设计闭合方位：2.39°

靶区半径：10.00m

靶点垂深：5450.00 m

3．井身剖面数据

3．3T810XK井施工难点

1．该井绝对井斜按设计直井段的井斜控制标准未超标，最大井斜角2.4°，但造斜点4950.00m处水平位移39.84m，严重超标；且闭合方位98.31°与设计方位2.39°有96.30°的夹角，在原地质目标不变的情况下必须在增斜的同时进行扭方位作业才能钻达设计靶区。

2．造斜点深、裸眼段长，井眼摩擦阻力大。

3．钟摆降斜钻具组合中为了减少变径接头数量，使用复合尺寸钻具，增加了钻进风险。

3．4T810XK井斜井段（4950.00～5459.87m）施工情况

T810XK井斜井段共进行了9回次钻进，其中包括3回次动力钻具增斜钻进、1回次动力钻具稳斜钻进和5回次钟摆钻具降斜钻进，进尺509.87 m，HJ517G

型牙轮钻头使用效果良好，金属轴承密封寿命长、密封性能好。斜井段施工顺利，井身轨迹控制良好，准确中靶。

1．增斜井段（4950.00～5060.62m）

钻具组合：Φ241.3mmHJ517G钻头(21mm×3)+ Φ197mm1.25°单弯螺杆钻具+531×410接头+Φ165mmNMDC×1+Φ170mmNM短节×1+411×4A10接头+Φ159mm DC×3+4A11×410接头+Φ127mm HWDP×48+Φ127mm 斜坡DP 钻进参数：W=120～200KN，Q=30l/s，P=22MPa

由于造斜点处水平位移超标，且闭合方位与设计方位相差较大，增斜钻进的同时必须扭方位，经LANDMARK软件计算磁性工具面角为335.00°正中靶心，所以在增斜钻进井段将磁性工具面角调整至335.00°左右，以保证准确中靶。

增斜井段进尺110.62m，井斜由0.7°增至16.44°，平均增斜率4.27°/30m。

由于裸眼段长达3750.95m，摩擦阻力大，且螺杆钻具的稳定器为螺旋稳定器，动力钻具反扭角较大，调整工具面角所需时间较长，有时需上提下放数次钻具才能将工具面角调整到位，且井斜较小，磁性/重力工具面角精确度不高，给施工带来很大困难。

钻进至井深5060.62m，测得井深5043.24m处井斜13.9°、方位333.8°，5010.93～5043.24m井段增斜率达到5.73°/30m，预测井底井斜、方位都基本到位，决定启动转盘进行稳斜段钻进。

2．稳斜井段（5060.62～5145.47m）

钻具组合：Φ241.3mmHJ517G钻头(21mm×3)+ Φ197mm1.25°/1°单弯螺杆钻具+531×410接头+Φ165mmNMDC×1+Φ170mmNM短节×1+411×4A10接头+Φ159mm DC×3+4A11×410接头+Φ127mm HWDP×48+Φ127mm 斜坡DP。由于该钻具组合具有单稳定器增斜特性，所以井斜角一直在增加，达到本井最大井斜18.80°。

钻进参数：W=100～120KN，N=50rpm，Q=30l/s，P=22MPa

Φ197mm1.25°单弯螺杆钻具组合复合钻进17.38m，井斜角由16.44°增加至17.13°，增斜率1.19°/30m。

1°单弯螺杆钻具复合钻进至井深5118.91m，测得井深5101.40m处井斜18.2°、方位331.7°，通过软件计算中靶心井斜角偏大、方位角偏小，考虑到下部降斜井段牙轮钻头钻进时井眼方位具有右手漂移趋势，于是调整重力工具面角，进行全力降斜钻进。降斜钻进至井深5141.50m，测得井深5128.38m处井斜18.1°、方位331.0°，降斜效果理想，开启转盘复合钻进。

1°单弯螺杆钻具复合钻进5078.00～5118.91m井段，井斜角由17.13°增加至18.80°，增斜率为1.22°/30m；降斜钻进至5141.50m，井斜角下降为17.23°，方位角基本不变，降斜率为2.08°/30m。

3．降斜井段（5145.47～5459.87m）