应用顶驱承钻水平井技术
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[摘 要]BamBooW 37井是我国井队在苏丹钻井市场启动至今第一口水平井的钻井施工任务，现将RIG787队在钻井施工过程中的学到的随钻定向（MWD）、随钻测井（LWD）、筛管悬挂等工艺和现场施工，在钻进施工的过程中，使用了顶驱设备，提高了作业效率，增强了人身，设备和井下的安全性，顶驱设备为水平井的顺利施工提供了有力的硬件支持。
[关键词]顶驱 测井 水平井技术 随钻定向 旋转导向
中图分类号：TE922 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0019-01
引言：RIG787 在2区施工的水平井是GNPOC的BamBoo 区块，井号是BamBoo-37井。本井井眼轨道采用了直-增-稳三段式设计，定向钻井时采用旋转导向系统和地质导向系统等先进仪器和工艺。一开用KCL POLYMER 泥浆体系，二开用SILICATE泥浆体系，三开用KCL POLYMER/GLYCOL 泥浆体系，四开目的层改用FLOPRO NT 泥浆体系，下筛管前先用FLOPRO SF净化裸眼段的饼，下筛管后裸眼段用WELLZYME替出FLOPRO SF，进一步清洗井壁，套管内用完井盐水替出FRO-PRO NT。
一、地质简介
BAMBOO WEST 区块的水平井分布在Muglad 盆地构造上，主力油层为垂深在1300-1480 米的砂岩Bentiu 地层。Bentiu 地层的上覆地层有粘土层Adok， Nayil， 砂岩层Amal， 砂泥岩层Baraka， Gharal， Zarqa 和巨厚层Aradeiba。
二、 工程简介
依据BAMBOO WEST区块的地质特点，这一区块分布的水平井的钻井液和工程设计如表1。
1、旋转导向系统和地质导向系统在水平井的应用
目前水平井增斜的主力工具是螺杆，但是螺杆还存在以下弊端，一是弯角在井下不能调节，需要通过起下钻更换来实现；二是滑移钻进时，由于摩阻的作用，钻井速度慢或岩屑上返受阻；三是测量参数距离井底较远，不能准确判断钻头所在位置的地质情况；四是螺杆寿命较短。因此，将来的水平井轨迹控制将引入旋转导向系统。
2、旋转导向工具系统是以井下旋转工作方式的闭环自控执行工具为导向工具，以MWD或LWD为信息传输通道和地面信息处理软件来组成的钻井工具系统，在海上大位移钻井以及水平分支井中得到广泛应用。当以常规的MWD作为信息通道时，上传信息只有工程参数（井斜角、方位角）而无地质参数，当以LWD作为信息通道时，上传信息除工程参数外，还包括地质参数（电阻率、自然伽玛等）。目前常用的旋转导向工具有Auto track和Power Drive。
（1）、 Auto track旋转导向钻井系统
Auto Track旋转导向钻井系统的井下工具包括定向控制系统、电子传感器和地质导向工具。定向控制系统主要是利用1个非旋转滑套来对井斜和方位进行控制。滑套包括3个水力控制的稳定块及控制元件。系统能够对3个稳定块施加不同的液压，最后产生的合力矢量将使钻头沿着设计的井眼钻进。这种合力矢量能够自动对3个稳定块的工具面控制，也可以从地面钻井液脉冲调整。
其工作原理：非旋转可调扶正器滑套，此非旋转滑套并非不旋转，根据现场经验，非旋转滑套以2转/分的速度正转，旋转速度主要取决于地层特性及机械钻速。通过液压可推动活塞分别对3个稳定块施加不同的压力，其合力就使钻具沿某一方向偏移，从而使钻头产生侧向力。
（2）、Power Drive旋转导向钻井系统
Power Drive 由控制单元和偏斜单元组成。在旋转状态下，偏斜单元的相位相差120°的3个导向块中的某一块，它每次通过某一特定的径向方位时，控制单元内的液压信号使同步导向块伸出与井壁接触，对钻头产生一侧向力，从而达到控制井斜角和方位角的目的。
Power Drive有49个控制点和81个控制点两种控制模式，每个控制点有两种控制因素，即工具面和狗腿强度百分数。各个控制点通过调节泵的排量来调节，每个控制点调节控制的时间各不相同，但是信号传输的时间均为70秒。现场根据实测结果，推测井眼轨迹的走势，适时调整Power Drive的设定模式，保证井眼轨迹按设计趋势钻进。
3、旋转导向系统和地质导向系统在BAMBOO W-37井施工过程中的应用
在BAMBOO W-37井的施工过程中，应用旋转导向系统和地质导向系统从600米开始定向造斜，定向钻进至井深达到1660米，井深1640米垂深1432米时井斜达到78°方位为267.15°，下9 5/8“技术套管后使用该定向系统钻进至1830米，井斜达到87.45°。
4、顶驱设备在水平井的应用
RIG787队配备的顶驱是美国生产的VARCO顶驱，顶驱能提供最大转速160RPM， 最大扭矩20000ft-lbs. 司钻可以方便的通过顶驱控制面板实现开关液压悬塞，上卸扣，吊环漂移复位，划眼和倒划眼操作。顶驱的优越性，为水平井的顺利施工提供了有力的硬件支持。
顶驱的优越性。节省接单根时间。顶部驱动钻井装置不使用方钻杆，不受方钻杆长度的限制也就避免了钻进9米左右接一个单根的麻烦。取而带之的是利用立根钻进，这样就大大减少了接单的时间。按常规钻井接一个单根用3―4min计算，钻进1000米就可以节省4-5h。
倒划眼防止卡钻。由于不用接方钻杆就可以循环和旋转，所以在不增加起下 钻时间的前提下，顶部驱动钻井装置就能够非常顺利的将钻具起出井眼，在定向钻井中，这种功能可以节约大量的时间和降低事故发生的机率。
设备安全。顶部驱动钻井装置采用马达旋转上扣，操作动作平稳、可以从扭矩表上观察上扣扭矩，避免上扣过赢或不足。最大扭矩的设定，使钻井中出现憋钻扭矩超过设定范围时马达就会自动停止旋转，待调整钻井参数后再进行钻进。这样就避免了设备长时间超负荷运转，增加了使用寿命。
在井下纯作业时间增多，上扣、起下钻、测量和其他非纯钻进时间减少。立柱钻进节省了大量的时间，减少了坍塌页岩层扩眼或清洗井底的时间，在井径不足需扩眼或首次下入足尺寸稳定器进行扩眼时减少了钻进时间。连续旋转和循环降低了风险，连续的旋转和循环是顶部驱动钻井装置的重要特征。顶部驱动钻井装置允许使用少量的、比较便宜的剂、钻井液或添加剂。
四、结论
本井共历时58天，在多方的配合下顺利交井。随钻定向（MWD）、随钻测井（LWD）、筛管悬挂等工艺和现场施工，是非常正确有效的。特别是在钻进施工的过程中，使用了顶驱设备，提高了作业效率在本井施工为了确保定向钻进的安全和钻井时效。Schlumberger公司提供导向工具Auto track和Power Drive是目前较为先进的定向钻井工具。我国井队在和他们的配合中学到的了不少有意的东西，对我们以后在苏丹2区类似的地质结构的施工会有很大帮助。