塔河油田定向井方位漂移规律研究及应用

魏志刚，王 逸，王伟志

（中石化西北油田分公司石油工程监督中心，新疆轮台841600）

方位漂移指在钻井过程中，受地层倾斜性、各向异性、钻井参数和泥浆性能等因素影响而产生井眼方位变化的情况。新疆塔河油田奥陶系油藏储层以溶洞裂缝为主。在钻井过程中井眼普遍会发生方位角增加或减小的自然变化，即“方位漂移”，尤其在定向井施工中，方位漂移会影响定向中靶精度，且后期还需进行扭方位作业，从而产生一系列难题。据此，本文大量收集整理塔河油田的完井资料，对其进行系统分析，找出自然漂移的普遍规律，能在以后的作业中，采取相应措施，实现快速安全钻井，提高一次定向成功率，达到提速提效目的。

1 方位漂移因素分析

1.1 地层因素影响

地层因素对方位漂移具有重要影响。前期研究表明影响方位偏移的地质因素有以下几种，地层倾向、倾角、走向及可钻性、地层各向异性等[1-3]。通过实钻资料对比分析，地层各向异性更符合现场实践结果，并广泛用于国内外许多油田的钻井井眼轨迹控制中。

（1）随地层各向异性指数的增大，地层对方位漂移的影响作用加强。

（2）随地层倾角的增大，地层对方位漂移的影响作用增强。当井眼方向与地层倾向形成一定夹角，可能导致严重漂移，即井斜方位有着垂直于地层走向方向漂移的趋势。

（3）随井斜角的增大，地层对井眼方位漂移影响效果减弱，方位趋于稳定。

1.2 钻头类型影响

钻头漂移在钻井过程中非常普遍，大量研究数据表明PDC钻头一般出现左漂，牙轮钻头一般出现右漂[4]。使用PDC钻头钻井时，受PDC本体长度、冠部形状和保径齿影响[5-6]，方位角变化通常表现为左漂趋势。牙轮钻头在定向井水平井钻进过程中通常表现为右漂趋势（图1）。

图1 右漂与左漂模型图

1.3 钻具组合影响

在钻具组合方面，对方位漂移产生影响的主要是前30~60m的钻具组合[7]，稳定器能起到稳定方位漂移的作用，稳定器越多，方位漂移总趋势变化越小。对稳斜钻具组合，因稳定器较多，方位漂移趋势变化不大，而对于增斜和降斜钻具组合，方位漂移趋势可能变化。较大刚度钻具组合可以明显减小方位漂移，而刚度小的钻具组合则不易抵抗方位漂移[8]。

1.4 钻井参数影响

在钻井参数方面，钻压和转速对方位会产生影响，适当的高转速（90~110r/min）和中等钻压（10~15t），抑制方向右漂效果较好[9]。排量影响主要表现在井径对钻具组合的影响上，特别是软地层，过大的排量会使井径增大，降低稳定器使用效果[3]。

1.5 其他因素影响

钻头和扶正器旋转时，受正压力影响产生摩阻力。钻头和扶正器给井壁下侧的摩阻力方向向左，同时，井壁下侧也给钻头和扶正器一个反作用力，方向向右，此力具有将钻头和扶正器推向右的趋势[10]。

井眼扩大率小于10%不易产生方位漂移，井眼扩大率大于10%则易产生方位漂移[8]。

2 新疆塔河区块定向井方位漂移规律分析和应用

2.1 塔河工区定向井施工特点

新疆塔河油田位于塔里木盆地阿克库勒凸起西南部，储层埋藏深度在5000m以上。剖面以直—增—稳二维三段制为主，造斜点位置以奥陶系良里塔格组、恰尔巴克组和一间房组地层为主，设计造斜率在18°~26°/30m之间，定向段层位主要集中在一间房组。开发定向井水平段和稳斜段一般在300~500m之间，深井定向既影响钻进速度又增加井下不安全因素，因方位漂移现象会直接影响中靶精度，并且在后期扭方位过程中带来扭矩增大、井眼轨迹复杂等诸多问题。研究和利用塔河区块方位漂移规律，优化钻具组合、调整钻井参数，在钻进后期稳斜段和水平段减少方位漂移量和轨迹调整频率，有利于精确中靶，缩短定向周期。

2.2 塔河油田方位漂移主要因素分析

2.2.1 塔河油田奥陶系地质构造

新疆塔河油田主要产层位于中下奥陶系碳酸盐岩，储层特征总体表现为南厚北薄，纵向上分带明显，横向上具较强非均质性，储层类型以孔隙、裂缝、孔洞为主[11-13]。岩性及沉积特征为一大套浅灰和灰色泥晶灰岩，以颗粒结构为主，杂质较少可钻性较强，地层较平缓，稳斜段方位漂移存在左漂规律。

2.2.2 钻具组合

钻具组合对方位漂移的影响主要有以下几方面:

（1）钻具刚性。随井眼尺寸增大钻铤外径也随之增大，刚性也随之变大。在钻进中钻具不易弯曲，克服方位漂移的能力较强，方位会相对稳定。

（2）钻具底部稳定器的位置和尺寸。通过调节稳定器安装位置可以用来保持或者改变井斜变化，同时由于钻具尺寸的改变增加了钻具刚性，对方位漂移也产生了影响。

（3）钻头类型对方位产生的影响。PDC钻头在定向井或者水平井稳斜段中主要表现为方位左漂，PDC钻头冠部的结构设计对方位漂移有很大影响，冠部表现为扁平结构说明钻头耐磨性较强而对地层攻击力较弱，主要应用于硬度较高地层，此时地层对钻头向左的反作用力较小，方位往往表现为右漂。而冠部为球形或者台阶状的PDC钻头攻击力较强，适用于可钻性较强地层，方位表现为左漂。牙轮钻头通过牙轮自转降低了扭矩、减轻钻具振动，具有低扭矩特性，钻进中在钻具右旋作用下方位变化往往遵循右漂规律[6]。

2.2.3 钻井参数

钻井参数对方位漂移的影响因素主要有钻压、转速和排量。钻压影响主要表现在随着钻压加大，钻头和下部钻具对地层释放出更大的扭矩来克服地层对钻具的反作用力，削弱了抗方位漂移的能力，使方位漂移量增大。转盘带动钻具右旋会抑制方位左漂即方位右漂，但在大斜度井和水平井中，由于造斜的原因，井眼不规则，钻具自重也会使钻具贴于下井壁，造成钻具和井壁摩擦力增大，转速增大会削弱抑制方位左漂能力。排量的影响主要表现在井径对钻具组合的影响上，特别是软地层，过大的排量会使井径增大，造成钻具在井眼内不居中，加大底部钻具的横向振动，降低稳定器对方位的稳定效果。

2.3 塔河工区定向井稳斜段方位漂移规律分析

2.3.1 不同井眼尺寸漂移规律分析

新疆塔河工区常见井眼尺寸有Ø250.8mm、Ø165.1mm、Ø149.2mm和Ø120mm四种，其中以Ø250.8mm和Ø149.2mm井眼为主。因Ø149.2mm井眼在井身结构中处于目的层井眼，有井眼深、环空小、摩阻大、钻具柔性大等特点，出于井下安全考虑往往不使用稳定器。钻具组合为Ø149.2mmPDC+Ø120mm螺杆+3-1/2″浮阀+Ø120mm坐键接头+Ø120mm无磁钻铤+Ø120mm限流接头+Ø120mm测斜接头+Ø88.9mm无磁承压钻杆+Ø88.9mm钻杆+Ø88.9mm加重钻杆+Ø88.9mm钻杆+311×D400转换接头+114.3mm钻杆。

稳定器主要用于Ø250.88mm井眼，尺寸一般在Ø237mm~Ø243mm，稳定器位置在螺杆钻具下端，属于近钻头稳定器。钻具组合为Ø250.88mmPDC钻头+Ø197mm单弯螺杆+Ø127mm浮阀+Ø177.8mm无磁钻铤+Ø177.8mmMWD无磁悬挂+Ø139.7mm非标DP+Ø139.7mm加重钻杆+Ø139.7mm钻杆。

在塔河油田各区块共钻成不同类型定向井60余口，本文从中选出29个实例，结合实钻资料对不同井眼尺寸（Ø120mm、Ø149.2mm、Ø165.1mm及Ø250.8mm）稳斜方位漂移规律进行统计分析（见表1~表4）。

表1 Ø120mm井眼稳斜段实钻方位漂移情况

表2 Ø149.2mm井眼稳斜段实钻方位漂移情况

表4 Ø250.8mm井眼稳斜段实钻方位漂移情况

表3 Ø165.1mm井眼稳斜段实钻方位漂移情况

由表1~表4可知：

（1）在统计的29口定向井中，21口井方位漂移趋势是左漂，3口井右漂，5口井方位趋于稳定。这个结论与我们之前描述的PDC钻头左手漂移规律吻合度较高，对于塔河区块具有一定的现场指导意义。

（2）在塔河工区的不同井眼中随井眼尺寸的增大，减小方位左漂的趋势并不明显。

新疆塔河工区稳斜段运用PDC钻头普遍具有方位左漂的规律（见表5），随钻具刚性的减小漂移量逐步增大，表中Ø250.8mm井眼100m漂移量远大于其他井眼的原因主要是井斜角较小，对井斜角小于30°的定向井方位易发生漂移。

表5 PDC钻头在斜井段方位漂移的总结

2.3.2 不同钻井参数漂移规律分析

TH12281H井是塔河油田奥陶系油藏12区的一口Ø149.2mm三开制开发水平井。该井设计方位275.88°，钻进至6205m时需稳斜，段长172m，实际方位为276.68°。现场通过调整钻压和转速来达到抑制方位左漂的目的，稳斜段从井深6205m复合钻进至6353m，井眼方向从276.68°左漂至274.98°又右漂至275.88°，稳方位效果较明显。实施的具体措施是将钻压由40~50kN降到30~40kN，转速由40r/min降到25r/min。

通过钻井参数调整使实钻方位始终保持大于设计方位1°以内，在进入稳斜段时保证实钻方位线在设计方位线右边，离中靶30~70m，根据中靶预测结果，可利用方位左漂规律，结合钻井参数调整达到更好的中靶效果。设计靶框左右10m，实钻中靶横距仅0.5m。

3 塔河油田方位漂移的现场控制技术

通过理论分析和实钻井统计，得出塔河工区稳斜段PDC钻头钻进方位左漂规律，利用漂移规律在造斜段预留方位可给稳斜段更大的复合钻进空间，通过调整复合钻进参数，也可以有效减小方位漂移量，达到减少滑动钻进提高钻进效率的目的。下面通过TH123119H、TH12281H井现场施工举例：

TH123119H井是塔河油田奥陶系油藏12区的一口Ø149.2mm三开制开发水平井。该井钻至井深6179m定向结束起钻，实测6179m方位为150.75°，而设计靶方位为149.8°，给稳斜段预留了近1°方位空间（图2），该井水平段钻具组合为Ø149.2mmPDC+Ø120mm单弯螺杆+3-1/2″浮阀+Ø120mm坐键接头+Ø120mm无磁钻铤+Ø120mm限流接头+Ø120mm测斜接头+Ø88.9mm无 磁 承 压 钻 杆+Ø88.9mmDP×19柱+Ø88.9mmHWDP×44根+Ø88.9mmDP+114.3mmDP。

图2 TH123119H井入靶方位水平投影图

利用稳斜段方位左漂规律，通过在造斜段以滑动钻进的方式将实钻方位线控制在设计方位线右边，实测方位大于设计方位1°，这样就可以提前预留出1°方位左漂的空间，这在造斜过程中是容易实现的。从预留方位的效果可以看出从井深6189m复合钻进至6347m，段长158m，方位从150.75°左漂至148.45°，左漂2.3°，仅比设计方位小1.35°满足剖面要求。预留方位法有效增大了复合钻进空间，提高了钻进效率。

TH10244CH井是塔河油田奥陶系油藏10区的一口Ø149.2mm二开制侧钻水平井。该井钻进至5913.03m进行稳斜段施工，段长70m。从测斜数据看，在井深为5913m时，实钻方位比设计方位大3°，按此趋势继续钻进肯定脱靶。经认真分析，并参考PDC钻头左手漂移规律，决定暂不进行扭方位施工。根据PDC钻头左手漂移规律，方位有减小的趋势，施工完正好和设计方位相近，误差不超1°，也方便了后面增斜段施工，一次定向成功率100%（图3）。该井稳斜段采用钻具组合为Ø149.2mmPDC钻头+120mm单弯螺杆+单流阀+坐键接头+Ø120mm无磁钻铤+限流接头+Ø88.9mm无磁承压+Ø88.9mm钻杆×3根+旁通阀+Ø88.9mm钻杆×48根+Ø88.9mm加重钻杆×29根+Ø88.9mm钻杆+Ø114.3mm钻杆。

图3 TH10244CH井稳斜段方位水平投影图

4 结论与建议

（1）塔河油田定向井稳斜段使用PDC钻头钻进时，方位普遍存在左漂的规律，可以通过调整钻井参数来实现施工目的。经现场实钻验证，吻合程度较高，因此对塔河油田不同区块的定向钻井都具有积极的指导意义。

（2）通过大数据分析归纳总结方位漂移规律，并将之建立档案、入库，方便调取，可便于之后定向井预留方位，减少滑动比例，提高一次定向成功率，达到提速提效的目的。