摘要：在定向井钻井过程中，钻具组合设计是实现精确定向中靶的关键之一。海外广泛采用定向井技术对油气资源进行高效开发，但是在实际应用过程中需要根据区块储层特性进行个性化和具体化的设计，以达到最佳效果。以定向井A为例，该井设计井深为3836ｍ，实钻井深3880ｍ，三开井身结构。由于A井是区域探井，地质资料不详细，邻井可参考资料少，地层情况复杂造成钻井施工难度大。因此，针对该井复杂问题，项目组优化设计了钻具组合，制定钻井技术关键操作规范和技术参数。通过对钻具进行设计和分析，得到了最佳的钻进效果，为指导地其他探井钻具组合设计提供有力技术指导和参考。
关键词：钻具组合设计；定向井；防卡钻具；满眼钻具
1概述
国内外学者对定向井的钻具组合设计进行了较多研究，张金生等人结合陕北地区定向井施工作业的实践，对用于井眼轨迹精确控制中靶的配套钻具组合进行了对比分析，发现合理的钻具组合和相应的操作规程是实现定向井精确中靶的关键ｍ。刘颖利针对山西沁水盆地煤层气井定向井技术中存在的问题，从地质条件特点出发，以研究地区为例进行定向钻井钻具组合设计研究，并给出了煤层气井定向井钻具组合方法，在现场进行了大规模施工应用，取得良好的效果＇赵英丁从定向井技术的现状进行研究和分析，对定向井中使用的工具进行了全面的分析和了解。刘勇等人通过定向井钻具使用经验总结认为要实现定向井的精确轨迹和提升工作效率必须对钻具组合进行科学的、合理的改进，以满足开发地层的需求，提升钻进工作效率％杜旭东等人介绍了定向井钻井过程中“直一增一稳一降一稳”等不同阶段的常用钻具组合，并结合现场所用钻具经验分析了上述各阶段钻具组合特点，优选钻具组合设计Ｈ。张玉兰从陕北浅层石油定向井工程实践出发，介绍了浅层石油定向井各段的钻具组合设计及其使用效果＇部分学者从定向井的解卡和减阻出发展开钻具组合设计研究，例如刘巨宝等人主要研究引人空间多向接触间隙元理论对定向井稳斜钻进中常用的5种防卡钻具和1种满眼钻具进行了受力分析计算，研究了防卡钻具的稳斜钻进和放卡效果；韩冬从水平井钻柱钻进过程中的振动减阻问题出发，研究了减阻工具的安装位置影响，设计并研究了水力振荡器。通过理论分析找到了工具的合理安放位置＇
2地质分析及钻井井身设计
研究构造地质条件较为复杂，直接影响钻井钻速和定向中靶。因此，有必要首先分析该地质条件特点，进而开展相应的井身设计和钻具设计。通过前期地质勘探发现研究构造的A井存在以下地质特点：（1）浅部地层成岩性差，胶结疏松，钻井过程中注意防井塌、井漏。（2）根据完钻井资料，研究地层易井漏、缩径、坍塌、掉块、井斜，曾发生井漏，研究地层易缩径，钻井是根据地层特性及时调整泥架性能及技术措施，减少井下复杂的发生。（3）根据邻井区完钻井资料，储层埋藏条件好，产量较高，且本井缺乏地层压力预测，不排除异常高压的可能，钻井过程中注意做好井控工作。结合该井复杂地质条件，设计井身结构为三开（如图1所示ｈ其中二开段为定向造斜，其钻井技术难度大，地质条件复杂，需要对钻具进行进一步优化组合。
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图1井身结构
3钻井工具组合设计
该井二开段上部地层结构松散，易发生井漏和井塌，中部大段泥岩，并且需要进行定向造斜，钻进至水平段，为后续固井和三开提供良好的工作条件。因此，基于钻井安全角度，对钻井钻具组合进行预先设计，设计如表1所示。
表1各井段钻具组合设计
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针对该井二开地质条件和钻具组合，设计如下钻进技术参数，以配合钻具组合达到最好的钻进效果。本井采用ＺＪ50钻机，最大钩载3150ｋＮ，最大钻柱重量1600ｋＮ。转盘通孔直径0952.5ｍｍ，最大静载荷5850ｋＮ；最大工作扭矩51851Ｎ.ｍ，最高转速200ｒ／ｍｉｎ。可同时工作3台Ｆ1600ＨP泥浆泵，额定功率1180ｋＷ，配有3台发电机，额定电压600Ｖ，50Ｈｚ，满足当前钻井设计需求。
4钻具使用及优化二开钻进情况。
（1）第一趟钻（钻塞及702-780ｍ）。钻具组合：12—1／4＂PDC钻头＋8＂双母（浮阀）＋8＂DCｘ3＋变扣631ｘ410＋61／2＂钻铤6根＋5＂加重18根＋5＂钻杆。钻进参数：钻压0-50ｋＮ，转速40-60ｒ／ｍｉｎ，排量40Ｌ／ｓ，泵压670Pｓｉ。泥浆性能：体系Bｉｏ－Pｒｏ，密度1.08G／Cｍ，粘度56ｓ，失水5ｍＬ，含砂0.3％，PＨ：90
第一趟钻下钻头（型号Ｔ1653AG，水眼：6ｘ15＋2ｘ14），主要目的是为了钻塞及二开直井段钻进：钻进至710ｍ时，循环做地漏试验，地层破裂压力783Pｓｉ，当量泥浆密度1.84G／Cｍ3。钻进至780ｍ，因定向需要起钻更换定向钻具组合。
（2）第二趟钻。钻具组合：12－1／4＂钻头＋8＂螺杆（1.15°／308ｍｍ扶）＋12—1／8＂球扶＋浮阀＋定位接头＋8＂无磁／ＭＷD＋变扣631ｘ410＋6－1／2＂钻铤3根＋5＂加重18根＋5〃钻杆。钻进参数：钻压0-ｌ00ｋＮ，转速40-60ｒ／ｍｉｎ＋螺杆，排量36Ｌ／ｓ，泵压1300Pｓｉ。
表2钻井参数设计
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泥浆性能：体系Bｉｏ－Pｒｏ，密度1.12G／Cｍ，粘度55ｓ，PＫ：22,ｙP：19，初／终切4／7，失水4.8ｍＬ，含砂0.3％。
第二趟钻下人全新钻头（型号Ｔ1653AG，水眼：6ｘ15＋2ｘ14），钻具组合为1.15°单弯螺杆加欠尺寸扶正器的稳斜定向组合，主要考虑造斜到设计井斜后复合钻进达到稳斜的目的。该趟钻钻进时间180.5ｈ，进尺1311ｍ，机械钻速较快，7.31ｍ／ｈ。钻进过程中，按照2D或者500ｍ进尺的标准进行短起下，井眼情况稳定，钻井施工情况正常。本趟钻起钻原因是因为旋转钻进井斜增加过快，通过定向降斜没有明显的效果，而且定向过程中托压严重，存在托压后突然释放造成钻压突然加至钻头造成憋泵现象，通过往泥浆中增加润滑剂、上下拉划活动钻具均未取得明显效果，经过考虑后决定起钻更换钻具组合，甩掉螺杆上部的扶正器以增加降斜效果。
（3）第三趟钻（2091-2855ｍ）。钻具组合：12－1／4＂钻头＋8＂螺杆（1.15°／308ｍｍ扶）＋浮阀＋定位接头＋8＂无磁／ＭＷD＋变扣631ｘ410＋6－1／2＂钻铤3根＋5＂加重18根＋5＂钻杆。钻进参数：钻压0-120ｋＮ，转速40-60ｒ／ｍｉｎ＋螺杆，排量36Ｌ／ｓ，泵压2100Pｓｉ。泥浆性能：体系Bｉｏ－Pｒｏ，密度1.15G／Cｍ，粘度60ｓ，PＦ：23，ＫP：19，初／终切6／10，失水4.6ｍＬ，含砂0.3％，第三趟钻下（型号Ｔ1653AG，水眼：6ｘ15＋2ｘ14），由于上一趟钻降斜效果不好，该趟钻具组合甩下螺杆上部的扶正器，并且更换了螺杆和ＭＷD电池以便一趟钻钻至井底。第三趟钻换定向钻具组合下钻后进行定向，但并未取得预期效果，在连续降斜后发现井斜不降反增，定向时工具面不稳，且托压严重。该井段为砂泥岩地层，经过现场讨论，准备继续旋转钻进至砂岩地层再进行定向。钻进至2200ｍ后，机械钻速加快，继续定向，降斜效果明显。在调整至设计井斜后复合钻进，钻进至2600ｍ时，发现复合钻进井斜下降较快且通过定向增斜困难。主要原因是地层可钻性好，井眼尺寸大，使用PDC钻头定向工具面不稳定。由于长时间定向，井下螺杆也接近额定使用时间，在综合考虑后决定使用旋转钻进钻至中完，在三开进行定向作业。
5总结
（1）二开上部泥岩段造斜容易且复合钻进增斜较快，下部砂岩段复合钻进降斜明显，需要减少螺杆上部扶正器数量以增加降斜效果。（2）针对二开泥岩段，采用该钻具组合同时进行钻进和造斜是难以兼顾的，应当直接钻进至砂岩地层后再进行定向钻井，减少钻井中不必要的时间损耗。（3）当地层可钻性较好时，长时间定向钻井对螺杆钻具不利，进而影响工具面稳定性。
参考文献
［1］赵英丁.定向井钻井技术探析［Ｊ］.中国石油石化，2017（10）：128－129.