苏里格气田定向井钻井技术探讨
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The Drilling Technology of Directional Well in Sulige Gas Field
Wang Jianbo；Wang Peng； Lan Zhengsheng
（Changqing Drilling General Company of Petro China Chuanqing Drilling Engineering Company，Xi'an 710000，China）
摘要： 苏里格气田地质结构较为复杂，钻采开发以定向井和水平井为主，本文主要是针对定向井施工的工艺技术进行分析探讨，探讨了制约技术提速的瓶颈所在，分析了在不同地层、井深选用不同的钻头及钻具结构及井眼轨迹对提高钻井速度的影响，形成了一套成熟的钻井思路及配套技术；同时也探索了定向井新的提速思路，为下一步持续提速明确了主攻方向。
Abstract: Geological structure is more complex in the Sulige Gas Field, Directional and horizontal well is the main drilling and development. The paper analyzed and discussed the process technology of operating directional well, discussed the bottleneck restricting the speed, analyzedthe affect ofdifferent bit, drilling tool structure and the train of well in the different formation well depth, obtained a set of mature drilling ideas and supporting technologies; also explored the new idea of improving speed in directional well, defined the main direction improving speed in the next directional drilling.
关键词： 苏里格气田 定向井 钻井技术
Key words: the sulige gas field；directional well；drilling Technology
中图分类号：TE2 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）27-0048-02
1影响钻井速度的技术因素
①表层流砂层在20-200米不等，而且存在夹层，施工过程中，处理不当易造成流砂层垮塌。②上部安定、直罗组地层易发生垮塌，造成井下复杂。二开在进入直罗之前必须调整好钻井液性能做好防塌工作是非常重要的。③延长组底部200米左右井段含有砾石层，对PDC钻头损坏大难以钻穿；刘家沟组呈块状砂岩，可钻性较差机械钻速低；石盒子下部含石英砂岩、砾石造成PDC钻头先期破坏机械钻速低。④方位漂移量大，轨迹控制困难，四合一钻具结构在纸坊以上地层方位呈左漂趋势，漂移量1-5度/100米不等；双稳定器钻具组合下部呈右漂趋势。⑤在进入石盒子100米左右井段，地层岩性为紫红色泥岩，容易发生钻头泥包。
2轨迹控制
2.1 表层钻进：采用螺杆复合钻井技术，确保快速钻井和防斜。
2.2 二开钻进：通过完成井分析，苏里格气井定向井二开按照三趟钻思路施工时比较理想的。
2.2.1 第一趟钻选择四合一钻具：?准222.2mmPDC钻头+?准172mm螺杆（7LZ*1.25°）+431*460接头+（3-3.5米）短钻铤+（?准208-?准210）稳定器+?准165mm钻铤。该钻具的主要作用是完成直井段防斜打直、定向造斜、稳斜，本趟钻力争钻穿延长组。同时打破以往根据位移大小选择短钻铤长度的思路，依据各区块的地层特性来确立，短钻铤长度确定后 “四合一”钻具结构简单，更易于掌握钻具控制井斜、方位的变化规律。表1为各区块第一趟钻短钻铤长度及初始井斜、方位的确定。
直井段：二开直井段主要以防碰为主，“四合一”钻具直井段1影响钻井速度的技术因素
①表层流砂层在20-200米不等，而且存在夹层，施工过程中，处理不当易造成流砂层垮塌。②上部安定、直罗组地层易发生垮塌，造成井下复杂。二开在进入直罗之前必须调整好钻井液性能做好防塌工作是非常重要的。③延长组底部200米左右井段含有砾石层，对PDC钻头损坏大难以钻穿；刘家沟组呈块状砂岩，可钻性较差机械钻速低；石盒子下部含石英砂岩、砾石造成PDC钻头先期破坏机械钻速低。④方位漂移量大，轨迹控制困难，四合一钻具结构在纸坊以上地层方位呈左漂趋势，漂移量1-5度/100米不等；双稳定器钻具组合下部呈右漂趋势。⑤在进入石盒子100米左右井段，地层岩性为紫红色泥岩，容易发生钻头泥包。
2轨迹控制
2.1 表层钻进：采用螺杆复合钻井技术，确保快速钻井和防斜。
2.2 二开钻进：通过完成井分析，苏里格气井定向井二开按照三趟钻思路施工时比较理想的。
2.2.1 第一趟钻选择四合一钻具：?准222.2mmPDC钻头+?准172mm螺杆（7LZ*1.25°）+431*460接头+（3-3.5米）短钻铤+（?准208-?准210）稳定器+?准165mm钻铤。该钻具的主要作用是完成直井段防斜打直、定向造斜、稳斜，本趟钻力争钻穿延长组。同时打破以往根据位移大小选择短钻铤长度的思路，依据各区块的地层特性来确立，短钻铤长度确定后 “四合一”钻具结构简单，更易于掌握钻具控制井斜、方位的变化规律。表1为各区块第一趟钻短钻铤长度及初始井斜、方位的确定。
直井段：二开直井段主要以防碰为主，“四合一”钻具直井段防斜效果好，正常情况下一般不会出现井斜超标的现象，即使出现井斜也可以通过滑动来纠斜。定向段：定向时滑动钻压选择在20-30KN，先滑动钻进一根单根复合钻进两根单根将滑动井底测出来，看角差是否准确。并且由技术员现场监督扶钻，严格控制钻压，使用电磁刹车配合均匀送钻，确保工具面稳定。定向时预测井斜角达到所需的初始井斜角，复合钻进两根单根测出滑动井底的井斜方位，确认初始井斜角方位角与设计需要相符。定向时尽量将造斜点选择在延安或延安以上的地层，由于上部地层软、钻时快，同时井浅、反扭角小，工具面易到位，能提高定向精度。延长组轨迹控制：苏里格气田延长组厚度一般在750-1100米不等，是整口井施工的关键环节，只要把这一段控制好，后期施工就会变得简单。四合一在延长组方位呈左漂趋势，且漂移量在1-5度/100米不等，方位超前角的取值很难把握，所以在施工过程中必须通过滑动来修正轨迹，确保进入纸坊后的方位比靶心方位小4-8度，为后面的常规钻具右漂留一定的空间。总的来说短钻铤3-3.5米的四合一钻具在延长组是稳斜或微增，大体规律是延长上部400-600米微增斜（1-2°/100m）；中部200-300米泥岩段是微降斜（2-3°/100米）；底部有150-200米的含有砾石的砂岩段增斜（1-3°/100m）。调整时尽量在井斜角小于15°时实施，将四合一钻具在小井斜下便于滑动的优点充分发挥出来。深井段滑动：要缓解滑动过程中托压严重的问题，必须确保井底干净，因此在滑动之前配置聚合物胶液并加入适量的剂充分循环半周。在加压过程中要注意控制节奏，采用切菜式送钻（点送），频率不要太快，在保证不蹩泵的前提下一次性下放多一点，在轻微粘阻情况下可以通过这种方式来消除一部分摩阻，减少托压累积效应。摆工具面时与浅井段有所不同，因为深井段调整时一次性滑动可能只有2-3米井段，要达到良好的效果必须充分利用这一小井段。施工分两步：首先将工具面转到目标工具面，上下活动钻具，观察工具面到位后将钻具放到井底直接加压可以实现刚开始钻进工具面就到位。
2.2.2 第二趟钻四合一钻具延伸四合一钻具进入纸坊后方位比较稳，可预测性强，起到一个稳定过渡作用，使用井段从纸坊到刘家沟底部或石千锋顶部，此时距离靶点不远中靶范围较大，为后面下入常规钻具做好铺垫。如果第一趟钻方位还存在一些偏差的话这趟钻还可以做进一步的调整，值得注意的是本趟钻尽量使用6刀翼16mm复合片钻头，有利于工具面的稳定，提高施工效率。在井斜方面主要还是通过调整短钻铤长度来实现稳斜或增斜。表2为四合一在下部地层使用推荐表（仅供参考）。
2.2.3 第三趟钻选择常规双扶双扶是气井定向井下部完井降斜井段轨迹控制的主要手段，使用井段刘家沟至完钻。这一段地层总体规律是方位右漂，一般情况在下双扶之前方位要比靶心方位小7-10度。井斜主要根据两扶正器之间钻铤长度控制，上下扶正器外径大小对井斜增降情况也有一定的影响。下面推荐几种双扶结构供参考：①双扶微降结构：?准215.9mmPDC钻头+431*460接头+?准213mm稳定器+?准165mm钻铤（8-9m）+?准211mm稳定器+?准165mm无磁钻铤+?准165mm钻铤（12根）+?准127mm钻杆。该组合是平时应用最多也是最成熟的一种，一般第二趟钻起钻前的井斜都按照这种结构降斜规律来设计。在刘家沟降斜率2.5°/100米，石千峰降斜率3-3.5°/100米，石盒子降斜率4°/100米左右。方位刘家沟3-4°/100米右漂，石千峰、石盒子3°/100米右漂。②倒置双扶结构：?准215.9mmPDC钻头+431*460接头+?准211mm稳定器+?准165mm钻铤（8-9m）+213mm稳定器+?准165mm无磁钻铤+?准165mm钻铤（12根）+?准127mm钻杆。该组合是由结构①将上下扶正器交换位置演变而来，比结构①的将斜率稍高，在刘家沟降斜率3°/100米，石千峰降斜率4°/100米，石盒子降斜率4-5°/100米左右。方位刘家沟3-4°/100米右漂，石千峰方位3°/100米右漂。
3结论
①形成了苏里格气田定向井井身轨迹剖面模型，明确了井身轨迹控制思路。②确立了“四合一”钻具结构在苏里格气田定向井轨迹控制上的应用，明确了各井段不同“四合一”钻具结构的选择使用。③掌握了气井定向井施工的核心技术，深刻理解四合一钻具在小井斜下容易控制的特点，重点建立微调制度做好延长段的轨迹控制。④确定了PDC钻头分区块、分井段优选钻头型号，第二趟钻四合一延伸井段选择6刀翼16mm复合片钻头，实现下部井段能够通过滑动调整轨迹，减少下牙轮钻头的几率。⑤第二趟钻通过6刀翼16mm复合片钻头的应用，一次性定向成功率由原来的35.7%增加到了60%。建议二开第一趟试验222.2mm6刀翼16mm复合片钻头，力争在第一趟钻起钻前就把轨迹控制到最佳，避免下牙轮钻头扭方位是下一步提速的关键所在。
参考文献：
[1]尹贻林，林广利等.定向钻进控制预测技术[J].地质与勘探，2010，46（6），1123-1125.
[2]郑传庚.定向钻井工艺在煤层气成井中的应用[J].西部探矿工程，2010，10：40-41.
[3]王清江等.定向钻井技术[M].北京:石油工业出版社，2009.
[4]范志勇，杨建新.小秦岭金矿田深部钻探工艺研究[J].探矿工程-岩土钻掘工程，2005，10（7），24-26.