定向井钻井速度的影响因素及提升探索

苏力军

摘要：我国定向钻井技术的应用要比直井钻井技术的应用晚许多，随着我国油田陆续进入开采的中后期，为挖掘油藏潜力，提高石油企业的经济效益，就要多打定向井，不断提升定向井的钻井速度。在定向井钻井施工过程中，井眼轨迹控制受到地下地质状况以及矿井本身的影响程度较小，但却在一定程度上影响钻井工艺以及钻井的效率，一旦定向钻井速度受到影响，就会影响整个钻井施工效率和周期，为此要对影响定向井钻井速度的因素进行分析，制定科学合理的提升措施。

关键词：定向井钻井;速度;影响因素;提升探索

分类号：TE243

一、定向井钻井工艺技术施工概述

定向井钻井工艺技术不仅可以对开采效果影响较大的不良地质因素达到科学规避的效果，还可以确保油气资源利用的合理性，最大程度降低油气开采成本，避免特殊地质环境对油气资源开采造成不必要的成本损耗，实现石油企业利润的最大化。另一方面，对于油气开采流程来说确保了整个开采过程的安全性和合理性。定向井钻井工艺技术的应用使得钻井数量大大减少，在节约人力、物力、财力的同时使油气开采工作达到了应有的质量水平，进一步促进钻井企业和油气开采企业经济效益水平的提升和发展。

定向井钻井工艺技术因其自身独特的优势，在我国油田的开采中逐渐成为不可或缺的主要施工方式，在油田开采的后期中应用更为广泛，不仅可以很好地满足对油气开采中的剩余部分开采要求，还可以有效降低石油钻井工艺的施工成本，使整个油田开采过程在低成本、高效率的情况下进行。

二、定向钻井速度的影响因素

定向钻井施工技术与直井钻井施工技术相比，流程更加复杂，施工要求更加严格。定向钻井施工需要测量多个点位，这是定向钻井施工中不可避免的问题之一。定向钻井施工中对井斜与方位的测量标准和要求严格，井斜段与直井段都有着严格的钻井轨迹要求，直井钻井施工中必须保障井斜为零。但是实际施工过程中，钻井工艺会受到很多因素的影响，可能会在钻进的过程中产生一定偏差，这就造成了施工难度的加大，也对钻井加压环节产生影响，从而影响钻井速度。定向井钻井施工中对于井斜与点位的要求比直井施工更加严格。直井钻井施工中，只需要严格地控制各个不同钻井区域的水平位移以及全角的变化，对于方位角的要求并不严格。但在定向井钻井施工过程中，一旦斜井段与方位角调整出现问题，钻井的速度就会下降，使轨迹控制更加复杂，在区域上发生明显变化，钻井在沟槽内部的施工变得更加困难，可能还会产生卡钻现象，因此必须对钻井轨迹进行科学合理的控制，保障钻井质量，避免在钻井施工中产生安全事故，同时还要注意钻井施工中井体本身质量，在保障井壁稳定的前提下不断提升钻井效率。

三、定向井钻井速度提升的策略

1、严格对井壁的稳定性进行控制

井壁的状态是影响定向井钻井施工的重要因素，一旦井壁出现不稳定状态，就会给钻井施工带来很大安全隐患。在钻井施工前的设计阶段，就要对井身结构进行科学合理的设计，分析井壁作业的相关数据，选择合适的钻井液体，后期起钻施工时，控制好起钻速度，调整好地层压力，避免起钻灌浆井筒压力过大，严格按照要求不能超过地层压力，对井眼使用大排量循环冲洗，保障其干净清洁。如果设计深度小于50%，就要将防塌试剂加入其中，加入量为1.5%，若要加强井壁的稳定性，可以适当降低应力及阻力，使失水率尽量保障在3ml之内。

2、对定向井的钻井技术进行适当优化

随着我国科技水平的不断发展，在油田勘探和开发中不断引进新技术、新设备，实现我国油田开采的更加高效化、合理化。在大环境的发展趋势下，进一步提升定向井钻井施工的速度，就要使用更加合理的设备与先进的技术。

首先，在直井段施工过程中，钟摆结构一定要合理设计，否则就会造成定向偏差。水平方向的校正是在传统施工过程中经常使用的技术之一。其次再进行整体钻进，钻井轨迹的规范和设定与钟摆结构的合理与否有着直接关系，一旦轨迹出现倾斜，钟摆会第一时间将问题显示出来，施工人员可在第一时间对出现的问题进行调整，保障后续钻井工作的顺利开展，避免在钻井施工过程中出现偏斜现象。因此钟摆结构的设计在定向井钻井施工中十分重要，直接影响直井段钻井施工效率。最后，对钻井施工工藝进行优化，引进先进的设备与技术，实现定向井钻井施工的高效率、高质量，要实地考察钻井施工过程中的具体情况，使用地质导向技术与井眼轨迹预测技术，以提高定向井钻井施工的速度，保障定向井作业的高质量。

3、 水平段BHA优化

使用弯壳体动力钻具时，需要依据水平井段的增斜、降斜的需要进行选择。针对自201井区龙马溪组优质储层薄、井壁稳定性差、坍塌掉块频繁的难题，在设计底部动力钻具组合时，不仅需要考虑其稳平控制能力，还需要在掉块条件下具有预防卡钻等井下故障的能力，而通常未循环带出的大掉块卡在钻头及第一个扶正器位置范围内。

因此，针对自201井区水平段卡钻故障复杂几率高、使用旋转导向工具风险较大、而常规单弯单（双）扶螺杆钻具组合中带有1-2个扶正器，托压及卡钻风险极大增加的难题，引进了Tartan无扶单弯螺杆钻具，通过在多口井水平段的现场试验表明，摩阻有所降低，托压现象明显缓解，定向效率得到了一定提升。

（1）影响旋导工具因素分析

造成旋导工具卡钻的主要因素有地层、水力参数以及操作等多个方面。

①地层因素：在龙马溪与五峰组交界面附近极有可能存在破碎带，地层稳定性差，极易发生应力释放产生大量掉块，而旋导工具底部钻具组合刚性较强，扶正器尺寸较大（一般为φ212mm），发生井下掉块卡钻复杂的几率较大。

②水力因素：水平段实钻过程中钻井液密度较高（>2.00g/cm3），受机泵条件的限制，钻井排量低于28L/s，可能会造成水平段岩屑床的堆积，若操作不当极有可能造成卡钻复杂。

（2）无扶螺杆技术优势分析

由于采用无扶设计以及全新的加工工艺模式，无扶螺杆的主要特征是螺杆本体不带扶正器，能够抗180℃高温（油基钻井液）。

①同等级数扭矩更大

采用全新的热浇注模式，完全消除了气泡和应力，提升了定子的生产质量，精度控制精准，并确保了定子寿命;采用全新的水压一次成型技术代替了原有的车削并电解转子加工工艺，大幅提高了加工精度。使工具在有限的级数内扭矩尽可能的大，也有效保证了使用稳定性及寿命可靠性。

②降低底部钻具组合的刚性

由于无扶螺杆没有扶正器，从而减小了底部钻具组合的刚性，并且没有扶正器与井壁或砂床之间的摩擦，无论在上、下倾井还是水平段不规则井中都会比单、双扶钻具组合的摩阻小。根据实际应用情况分析，无扶螺杆定向过程中遇卡频率显著下降，即使钻遇卡钻情况，通常只是卡住了钻头，只要通过循环钻井液或1-2次随钻震击即可解卡。

③能够一定程度缓解托压现象

由于无扶螺杆的结构特征，定向过程中的上返岩屑不会受到扶正器的阻挡，钻井液在环空将具有较好的流型，一定程度上能够遏制沉砂的产生。同时，由于没有扶正器与井壁接触，不会出现扶正器刮井壁或沉砂的情况。因此，在定向过程中能够一定程度降低托压现象。

④稳斜效果能够满足水平段钻进的需要

通常情况下，采用双扶螺杆稳斜效果最好，但定向效率较低且卡钻风险较高;单扶螺杆稳斜效果较差，需要频繁调整井眼轨迹，有时会严重影响水平段的钻井效率。而无扶螺杆的稳斜效果介于单扶和双扶螺杆之间，明显好于单扶螺杆，略弱于双扶螺杆。根据实钻情况分析，由于无扶螺杆有一个或者两个满眼的定向支点，因此在复合钻进稳斜过程中对钻压、转速等参数较为敏感，需要有经验、水平较高的工程师调整钻压、转速等钻井参数控制井斜，从而获得更好的稳斜效果。

（3）前期应用效果分析

φ172mm无扶单弯螺杆已经在川南应用了3口井以上，三口井水平段使用情况如下表1所示。

由表2可以看出：达坦无扶螺杆纯钻时间达100h左右，平均机械钻速达5-6m/h左右，没有发生过螺杆质量问题。若不是受到井眼段长的限制，单根无扶螺杆的纯钻时间有较大的提升空间。

3口井都是在定向作业困难的情况下更换成无扶螺杆钻具，使用无扶螺杆钻具时井下摩阻以及托压现象明显减少，从而减少了起下钻划眼次数，提高了水平段定向穩斜效率。以威204H41-8井为例，如下图1所示。

从图1可以看出：无扶螺杆机械钻速略高于单扶和双扶，复合降斜率、定向增斜率、定向降斜率与单双扶螺杆相当。由此可见，无扶螺杆能够满足水平段的井眼轨迹控制的要求。

4、进行钻柱力学及井眼净化仿真措施优化

通过计算机仿真软件对井下钻柱力学进行模拟，可较为准确地判断出斜度较大的定向井钻井开展的可行性，通过对准确性较高的数据进行分析，以达到对钻井设计水平和施工质量的有效提升。在摩阻转矩识别、仿真旋转、滑动钻进、起下钻具等方面可以结合钻井设计软件。在完成钻井工具抗拉强度、抗扭强度等工作时，可以利用三轴应力的方法对其进行针对性的定性分析和校对，同时检测轴向载荷与正旋方向所产生的弯曲临界载荷之间的大小关系。除此之外，还应保证井眼的清洁程度，降低尘屑床生成的可能性，避免泵组的安全性能受到影响。

四、 结论与建议

定向井钻井工艺在石油钻井开发中一直发挥着举足轻重的关键作用，是石油钻井中应用最广泛的钻井工艺，定向井钻井工艺技术的提高将直接影响石油钻井的质量和水平。为了确保石油钻井工程顺利开展，切实保证钻井施工中井眼按指定方向行进，本文阐述了影响定向钻井速度的主要原因，根据实际情况制定了定向井钻井速度提升的策略。

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