大位移定向井钻井实践

1大位移定向井钻井实践运志森梁志丰冯志明（天津大港油田定向井公司300280）摘要：大位移井钻井技术是90年代世界钻井技术的一项重大成果。我国大位移定向井技术起步比较晚，到目前为止水平位移超过2000m的定向井不足15口，与水平位移已突破10000m的国际水平还有很大差距。大港定向井公司经过十多年的探索，成功钻探三十余口位移超千米的大位移定向井，其中红9-1井、港深69X1井、北堡西3X1井是比较有代表性的三口井。代表了目前国内大位移井的技术水平。通过对一批重点大位移探井的成功钻探，作者对大位移定向井控制技术有了更深入的认识与了解。本文本文将以这三口井为例，论述大位移定向井施工中的井眼轨迹设计、井眼轨迹控制、井眼清洁、扭矩和摩阻等问题，以及相应的技术措施，对大位移定向井施工中的扭矩、造斜率、可钻性、施工安全、设备配套等做了一系列阐述，并对国内各油田大位移定向井工艺现状和未来做了分析和展望，对指导大位移井施工有一定意义。主题词：大位移、造斜率、探井、可钻性、摩阻与扭矩、导向钻井系作者简介运志森1960年生。长期从事定向井及特殊工艺井的钻井技术工作，现任大港油田集团定向井技术服务公司副总经理、总工程师。梁志丰1970年生，1992年毕业于大庆石油学院，现从事技术管理工作，技术服务队队长，工程师。冯志明1966年生1987年毕业于重庆石油学校，现从事技术管理工作，工程师。一、前言大位移井是在定向井、水平井技术之后又出现的一种特殊的工艺井技术，即ERW（ExtendedReachWell），大位移定向井钻井技术称ERD（ExtendedReachDrilling）。大位移定向井具有很大的水平位移和很长的高井斜稳斜井段，由于它的这些特性，它能够使油田开发最大化地减少平台或者井场数量，同时也为采用其他方式难以获得效益的油藏开发提供了一条途径，提高了利益的边界值，使得边际油田的开发具有经济可行性。但是，由于大位移井的大井斜、长稳斜井段的突出重力效应，带来了一系列的难点和特点，具体表现在钻井工艺、固井工艺、井下工具和测量仪器等诸多方面，综合体现了定向井、水平井、深井、超深井的复杂钻井技术。近十年来，大位移井技术得到了普遍重视和快速发展，国外先后研制开发了大位移井优化轨道设计软件、优化井身结构设计软件、优化钻柱设计软件、大位移井摩阻、扭距和阻力预测监测软件、大位移井固井计算软件、旋转导向马达、随钻测量测井仪器、闭环导向系统、可变径稳定器、漂浮下套管技术、非旋转钻杆保护器、减扭矩接头、水力加压系统等，并在井壁稳定性、井筒清洁、固控以及钻井液技术、定向钻井技术、井身轨迹控制技术、钻井动力、钻机能力等方面做了大量的工作，使大位移井技术有了突飞猛进的发展，水平位移延伸到了10000m以上，持续不断地创造出了新的世界记录。国内也先后完成了垂深位移比大于1.5，或位移超过3000m的-多口井，已经形成了一套切实可行的施工技术。环渤海滩海地区地形复杂、海岸线长，蕴藏着丰富的石油天然气资源，但是具有地面工况条件复杂、滩涂坡度小、淤泥厚、水深浅、潮差大、钻井船难以进入等特点。“八五“、“九五”期间采用了填海围堤、建人工岛、研究制造气垫钻井平台等钻井手段，取得了重大的突破，大力得推进了勘探开发2的步伐。但是由于钻前费用高、施工周期长、投资大、风险大，仍然制约着该地区勘探开发的大力推进。大位移定向井钻井技术成本低、周期短、见效快，越来越得到了决策层的重视。大港油田定向井技术服务公司继完成了张18-1井（垂深3382.64m，位移2167.89m）、F1井（垂深3329.62m，位移2624.70m）、歧73-1井（垂深3961.11m，位移2133.02m）之后，1997年11月完成了位移垂深比等于1.46的红9-1井（垂深1727.57m，位移1180.60m），2000年3月完成了位移达3118.04m的港深69*1井（垂深4315.15m，位移3118.04m）,2002年6月完成了北堡西3*1井（垂深2452.16m，位移3049.79m）。大位移井的相对概念是指水平位移与垂深之比（简称水垂比）大于2的定向井，而目前在陆上油田还没有。本文所指的是相对概念，位移超过2000米的定向井，本文列举的三口大位移井各有特点。红9-1井有大港油田45111钻井队采用普通钻机施工，特点是最大井斜76.2°，水垂比达1.46，井底位移1727.51m。港深69X1井由7018钻井队采用进口70D钻机（顶驱）施工，该井同时具有深井和大位移井两大特点：井深、地层坚硬、可钻性差，虽然最大井斜角只有46.1°，但相比周期最长，难度最大。北堡西3X1井由70003钻井队（原7018队）施工，采用国产70D钻机（顶驱）施工，该井难度介于前两者之间，最大井斜角67.18°，位移3049.79m，水垂比1.24。三口井同为预探井，目的是探明极浅海域构造。详细的实钻数据见表1。井名斜深(m)垂深(m)位移(m)最大井斜(°)方位(°)设计靶心距(m)实际靶心距(m)北堡西3X141892452.163049.7967.1828850/652.59\6.21港深69X15464.434318.143118.0446.472.8412059.12红9-12300.581180.61727.5776.22325500.99井名井别剖面类型造斜点(m)钻井周期(d)机械钻速(m/h)位移/垂深（m)造/降斜率(°/30m)北堡西3X1预探井四开四段30059d23.5h14.081.2442.4/1.05港深69X1预探井四开三段400111d21h6.040.7221.8红9-1预探井三开四段26015d201.4635/0..5港深69*1井垂直、水平投影图红9-1井垂直、水平投影图北堡西3X1井垂直、水平投影图三口大位移井的实施部分运用了顶部驱动钻机、无级调速泵、MWD导向钻井系统、港深69X1DDDC大港定向井技术服务公司公司:滩海参考井:港深69X1钻机:7018井位:大港日期:2003521投影方位:72.84度设计线实钻线4008001200160020002400280032003600400044004800-4000400800120016002000240028003200垂直投影图视平移(米)(1:25351)垂深(米)3800.002681.39目标点400.00港深69X1DDDC大港定向井技术服务公司公司:滩海参考井:港深69X1钻机:7018井位:大港日期:2003521设计线实钻线-1500-1200-900-600-300030060090012001500180021002400030060090012001500180021002400270030003300水平投影图东投影(米)(1:22557)北投影(米)791.202562.00目标点红9-1DDDC大港定向井技术服务公司公司:钻井三公司参考井:红9-1钻机:45111井位:大港日期:2003517投影方位:325.00度设计线实钻线-600-400-200020040060080010001200140016001800020040060080010001200140016001800垂直投影图视平移(米)(1:12674)垂深(米)红9-1红9-11150.001667.96降斜终点260.00红9-1DDDC大港定向井技术服务公司公司:钻井三公司参考井:红9-1钻机:45111井位:大港日期:2003517设计线实钻线0200400600800100012001400-1000-800-600-400-2000水平投影图东投影(米)(1:8619)北投影(米)1366.32-956.71降斜终点红9-1红9-1红9-1DDDC大港定向井技术服务公司公司:钻井三公司参考井:红9-1钻机:45111井位:大港日期:2003517设计线实钻线0200400600800100012001400-1000-800-600-400-2000水平投影图东投影(米)(1:8619)北投影(米)1366.32-956.71降斜终点红9-1红9-1红9-1DDDC大港定向井技术服务公司公司:钻井三公司参考井:红9-1钻机:45111井位:大港日期:2003517投影方位:325.00度设计线实钻线-600-400-200020040060080010001200140016001800020040060080010001200140016001800垂直投影图视平移(米)(1:12674)垂深(米)红9-1红9-11150.001667.96降斜终点260.003水基钻井液、高速线性振动筛、非旋转钻杆保护器、摩阻扭矩预测分析技术、套管滚轮扶正器、钻杆输送测井等先进的钻井工艺，并成功得运用了三压力剖面预测方法对井壁稳定技术的研究成果，为井身结构的设计和合理的钻井液密度设计提供了科学依据。通过摩阻扭矩的分析为井身剖面的选择、设备的选型和减摩降扭措施的制定提供了理论指导。通过系统地介绍并分析了上述三口大位移井的钻井设计和现场施工技术，以及取得的成功经验和存在的问题，旨在为今后滩海油田或陆上其他复杂区块应用大位移定向井钻井技术勘探和开发提供基础资料，并建立一套当前条件下可实施的陆上油田大位移定向井钻井技术。一、立项及设计施工方案（一）、用大位移井勘探开发渤海湾滩海油气田的立项思路渤海湾地处里坦凹陷带，这一区域蕴藏着的天然石油气资源。大港油田东部的滩海地区位于歧口北塘两大生油凹陷区，具有生油层系多、油气藏丰富。受西北大物源控制，有沙河街组以下扇形重力流水道砂体及东营组三角洲砂体等多种沉积环境，发育多种类型的大型砂体。具有九个大型二级构造带，发育多种类型的圈闭，具有优越的成油条件。据大港油田第二次油气资源评价研究，歧口凹陷总生油量为178.99*108吨，生气量35136*108m3；其中海总生油量为110.78*108,生气量276524*108m3；北塘凹陷区生油量为13.08*108吨，气量19875*108m3，而目前剩余总资源中，海滩区占61.89%。但是由于滩海及极浅海地区包含有大量的盐田、港区、卤地、水库、虾池。比如红9-1井所在的红湖地区，地处北大港水库的泻洪区，外围布满虾池，井场的选择条件受到很大限制；地处马东构造东段的港深69-1井，南堡凹陷北堡西构造带的北堡西3*1井，海湾滩涂淤泥厚、水深浅，井场的选择更是难上加难，采用大位移井技术开发能大量节省钻前费用，节省投资。为了进一步开发滩海油气田、地表条件受限制的油气田实现综合经济效益。对于小断块油气田或几个不同区块的小断块油气田，可钻一口或几口大位移井整体开发。若几个油气区块不在同一深度，方位也不一样，可钻成三维多目标大位移井集中开发，集中管理。近海油气田采用大位移技术能够实现海油陆采，降低海上作业费用和后期管理费用，对于水深达到一定程度，钻井平台无法插桩的井位，利用大位移井技术可代替复杂的海底井，节省大量的海底设备投资。（二）、红9-1、港深69*1、北堡西3*1设计数据及设计理念鉴于上述三口井井位条件的限制，为达到同时探测多个油层的目的，进入靶区后降斜，尽量探明构造的不同位置。根据各自的情况，对井身剖面类型、造斜点位置、最大井斜角、稳斜井段段长等做了不同的选择，北堡西3X1井和红9-1井由于井斜大，剖面都为四段制，最后降斜至完钻，而港深69X1井由于井斜较小，一直稳斜至井底。北堡西3X1和港深69X1井由于位移大、井段长，压耗高、扭矩大，施工中采用上部139.7mm钻杆与底部127mm钻杆的复合钻具结构。见下表：详细的设计数据表井号项目红9-1港深69*1北堡西3*1区块位置大港红湖地区大港马东构造冀东南堡凹陷完钻日期1997.112000.32002.6完钻井深(m)2300.585448.914189钻井周期(d)16.6111.8859.98剖面类型四段制三段制四段制测量深度(m)2300.585464.4341894垂直深度(m)1