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定向钻井技术在垂直井中的轨迹初探

发表时间：2021/4/13 来源：《基层建设》2020年第32期作者：刘玉捍张世杰周玮李岩森

[导读] 摘要：我国一直以地域辽阔、资源丰富著称，其中很多资源埋于地下。

        中国石化中原石油工程公司钻井二公司河南濮阳 457000
        摘要：我国一直以地域辽阔、资源丰富著称，其中很多资源埋于地下。为了高效的开采出地质层中的各种资源，需要用到钻井技术。但在一些地区，由于地质层倾角较大，岩性变化较快，一般的钻井技术无法满足井眼井斜角的要求，从而影响资源的开采的效率。随着科学技术的发展，定向钻井技术出现，该种技术的应用能够有效的控制钻井的轨迹，避免出现“转弯”井段。基于此，本文对某地垂直井施工案例进行分析，研究定向钻井技术在该工程当中的应用。
        关键词：垂直井；定向钻井技术；轨迹
        一、工程概述
        本工程案例实施地点为某地，所钻井型为垂直井，深度在2000m-2300m。该工程的目的是为了获取地热水资源，为了能够加快施工进度，顺利的实行下钻起钻工作，不仅需要按照设计标准和设计要求来控制井斜角度，还应当加大对井身轨迹的控制。本案例所施工的地点地质层主要以砂石、泥岩、页岩组成，容易塌垮，该地质层护壁工作较为困难，而且所钻井孔位于陡倾地层，倾角较大，一般的钻井施工技术难以控制井斜角度。因此，在该井的施工过程中采用定向钻井技术以保障井身质量达到设计要求。
        如今，就我国钻井行业标准而言，小于300m为浅井，斜角应当小于1°；在300-1000m之间的井斜角应当小于3°；1000-2000m之间的井斜角应当小于7°；大于2000m的井斜角应当小于10°。本
        二、定向钻井常用工具
        较为常见的定向钻具有以下几种：①Φ260mm×0.25m的PDC钻头；②9LZ102×7.0单弯螺杆（1.25°）×8m；③0.5m定向直接头；④Φ203mm×9m无磁钻铤；⑤Φ203mm×18mDC（钻铤）；⑥Φ177.8mm×36mDC（钻铤）；⑦Φ165mm×36mDC（钻铤）；⑧Φ127mm×36mDP（钻杆）；⑨方钻杆。
        在实际的钻井过程中，通过随钻无线测量能够准确的测量出井底的相关数据，其中包含有井身斜角、方位角以及钻具的工作面角。而后工作人员能够通过相关数据来进行下一步的钻井工作，从而确保井眼轨迹达到设计要求。
        三、垂直井定向钻井方法
        本案例所钻井身为垂直井，井身结构为一开Φ312mm×500m，二开为Φ215mm×1300m，三开为Φ152.9mm×2100m。在实际的钻井过程当中，二开开钻后以常规塔式钻具进行井孔的施工，当钻井施工达到底下水段施工后，由于地层倾角已经达到88°，而且岩性复杂多变，在井深达到900m时所测得的井身斜角便超出18°，已经无法满足设计要求。经过相关技术人员讨论分析后，尝试利用纠斜钻具来进行纠斜处理，但在钻深越200m后井身倾斜角并没有明显改变。后经过相关技术人员讨论，决定利用水泥封井的方式进行处理，在所钻井孔内注入水泥至差水平面500m处停止，后采用定向钻具组合进行从新施工，根据以下步骤进行。
        （1）经过仔细测量，起始纠斜点定为502m，测点距离为488.55m。在进行纠斜施工当中，定向钻头钻至纠斜点后，需要用到随钻测量（MWD）对井身进行测量。由于测点与钻头之间有13.45m（钻头长度+定向接头长度+螺杆钻具长度+MWD探管长度）的距离，并不能够测出钻头处井身的倾斜角和方位角，为了节约成本和缩短施工周期，并没有进行起钻测量。因此所测得的数据便作为测点的数据，根据测点数据对钻头出的轨迹进行预测。在钻井行业当中将该种预测方式称为“超前预测”。为了使“超前预测”的数据更为准确，在井身测量过程中需要将泵和转盘停止。因此，所测得的数据为多点非连续数据。
        （2）启动转盘，根据所预测的井身方位角的数据条件钻头工具面角，两组值相差为△φ。

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之后将转盘固定，将此时钻头所处的方位定位A点，开启泥浆泵，利用螺杆动力实施定向滑动钻井，在钻井过程中钻压要保持在10-20kN，随着井身方位角向钻头工具面方向倾斜，井身倾斜角将会逐渐变下，直到定向滑动钻进到一定位置L。
        （3）将转盘和泥浆泵同时启动，将螺杆动力和转盘动力相结合钻进，当钻进位置达到13.45m时，测点位置已经移动到“超前预测”的位置（A点），将此时钻头所处的方位定位B点，停钻开始测量该点的相关数据，并与之前所预测的数据相比较，以检测预测数据的准确性。
        （4）在进行定向复合钻进的过程中，由于地层环境因素的影响，井身倾斜角也会出现相应的变化。为了保证在复合钻进过程中井身倾斜角一直处于设计标准范围之内，需要定时停钻测量井身斜度，根据所测得的数据和预测的数据对于复合钻具进行调整。如果所测得的井身倾斜角超出标准范围，则需要更换钻具进行降斜处理，直至井深达到680.65m，停止定向钻井，之后采用常规钻井技术进行钻井施工。
        四、井眼轨迹分析
        本案例所采用定向钻井技术主要目的是为了纠斜，根据上述施工后，所测得的井身倾斜角保持在0°-3°之间，而后趋于稳定。由此可见，定向钻井技术在垂直井施工的过程中能够有效的控制井倾角的变化。
        五、定向钻井技术要点
        （1）在垂直井施工当中，由于井身倾斜角相对较小，滑动导向钻在进行钻井过程中，井斜角度不增大便减小，为了防止出现井身倾斜角过大，滑动钻钻井进尺每次需要保持在6m以内（L≤6．00m）。
        （2）在进行定向钻井时，需要保证钻井方位准确，每次方位调整必须控制▏△φ-180°▏≤20°。
        （3）单弯螺杆与直接头定向键的角度计算：实际工具面角-测量工具面角-接头定向键与单弯弯曲标记夹角（夹角测量：自上而下，顺时针为“+”，逆时针为“-”）。
        （4）复合钻进过程中随钻测斜不能准确显示井斜角及方位角等信息，根据现场情况必须间断性停止钻进准确测量井底数据。
        （5）正常钻进时接单根要晚停泵、早开泵，钻进效率加快时要进行划眼，接单根时要放入合适的钻杆滤清器。
        （6）采用有线随钻测斜时定向接头中的定向键易损坏，因此每次快到底时要缓慢下放至坐键位置。
        （7）在开始造斜时尽量控制钻头工具面角与井眼方位角处于同一平面内，同时考虑减小井斜角，因此最佳效果为钻头工具面与井眼方位角成180。进行滑动钻进，能增加快速钻出原井眼的可能性，同时减少滑动进尺，有效避免井眼轨迹形成“转弯”。
        六、结语
        垂直井中需要使用定向钻井工艺纠斜时，第一步必须准确测量初始造斜点的井斜角及方位角，在开始造斜时尽量控制钻头工具面角与井眼方位角之间的夹角，若设备满足可以在结束滑动钻进时对钻头位置进行井眼轨迹几何数据测量，其中定向钻井的实际方位角受地层岩性变化、钻进参数及钻具结构等多种因素影响，在每次测井所得数据与计划方位角存在误差时，应尽量从本次所测数据出发，考虑井眼轨迹变化情况，合理选择下一次滑动钻进的钻进参数，以保障钻井的质量。
        参考文献：
        [1]常城.定向钻井技术中的常见问题及对策分析[J].西部探矿工程，2019，31（08）：41-42.
        [2]朱瑞娟.煤矿井下定向钻井技术在矿井地质勘察中的运用[J].内蒙古煤炭经济，2019（22）：217-218.
        [3]李永.浅析定向钻井技术的发展现状及发展新趋势[J].化工管理，2017（06）：136.