李增科，趙 哲

（中石化江漢石油工程有限公司技術(shù)裝備處，湖北 潛江433124）

引 言

隨著非常規(guī)儲(chǔ)層勘探開發(fā)發(fā)展，為了獲得更好的開采效益，多采用長(zhǎng)水平段水平井及大位移井等特殊工藝井，尤其是頁巖氣開發(fā)井，對(duì)鉆井施工質(zhì)量和技術(shù)要求高，鉆井施工難度大。為了克服定向鉆井中滑動(dòng)導(dǎo)向技術(shù)的不足，近年來旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)逐步得到應(yīng)用。江漢油田為加快涪陵非常規(guī)油氣產(chǎn)能建設(shè)，探索應(yīng)用了不同型號(hào)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具用于非常規(guī)井的鉆井施工，以期提高鉆井速度和導(dǎo)向鉆井能力。

1 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 系統(tǒng)分類及特點(diǎn)

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)是鉆柱在旋轉(zhuǎn)過程中能夠?qū)崿F(xiàn)定向功能的技術(shù)，核心是井下的導(dǎo)向鉆井工具。按導(dǎo)向方式劃分為推靠式（Push the Bit）和指向式（Point the Bit）：推靠式是利用支撐塊推動(dòng)井壁直接給鉆頭提供側(cè)向力；指向式是通過近鉆頭處鉆柱的彎曲使鉆頭指向井眼軌跡控制方向。

1.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1）定向施工中用旋轉(zhuǎn)代替了傳統(tǒng)的滑動(dòng)鉆進(jìn)方式，一方面提高了鉆井速度，另一方面解決了滑動(dòng)導(dǎo)向方式帶來的井身質(zhì)量差、井眼軌跡不規(guī)則、凈化效果差等問題，也為后期的完井作業(yè)創(chuàng)造了良好的施工環(huán)境。

2）具有井下閉環(huán)自動(dòng)導(dǎo)向的能力，大大提高了定向鉆井效率和井眼軌跡控制的靈活性，導(dǎo)向工具可根據(jù)井下工程、地質(zhì)等各種需要按已設(shè)定的程序根據(jù)指令進(jìn)行井斜和方位的調(diào)整，可滿足高難度特殊工藝井的導(dǎo)向鉆井需要。

3）相比常規(guī)鉆具組合，能有效解決定向鉆進(jìn)中“托壓”問題，使鉆具粘附卡鉆發(fā)生概率大大降低，提高了鉆井安全性。

4）測(cè)量裝置距離鉆頭距離較近，井底數(shù)據(jù)測(cè)量讀取及時(shí)，提高了軌跡控制實(shí)時(shí)性，能夠鉆出更符合設(shè)計(jì)要求的軌跡。

2 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)在江漢油田的應(yīng)用

江漢油田針對(duì)不同旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行了6口井的試驗(yàn)及應(yīng)用，其中包括涪陵焦石壩頁巖氣水平井、涪陵大安寨非常規(guī)水平井、江漢油田定向與水平井，對(duì)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的工作方式及特點(diǎn)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。

2.1 在涪陵大安寨地區(qū)的應(yīng)用

2.1.1 涪頁6－2HF井應(yīng)用斯倫貝謝旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)情況分析

1）應(yīng)用情況。工具共入井4次。在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向全力增斜過程中，造斜率為5°／30m～7°／30m。導(dǎo)向控制中微調(diào)便捷，穩(wěn)斜效果好。在水平段通過伽馬讀數(shù)及時(shí)修正軌跡，確保在目標(biāo)儲(chǔ)層中穿行。

2）分析與認(rèn)識(shí)。①該工具在增斜段鉆進(jìn)時(shí)表現(xiàn)良好，造斜率較高。②短起下及起鉆更換工具上提下放摩阻較小，上提最大摩阻100～120kN，下放摩阻10～50kN。③在增斜段鉆進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的反扭矩較大時(shí)，需上提下放鉆具以釋放鉆具上的扭矩，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具工作不正常時(shí)需停止鉆進(jìn)，循環(huán)至工具信號(hào)正常后繼續(xù)鉆進(jìn)，在一地程度上影響了鉆進(jìn)效率。④在水平段鉆進(jìn)施工中，對(duì)泥漿排量的要求較高，在微裂縫發(fā)育、承壓能力低地層使用隨鉆堵漏漿時(shí)施工排量受到一定限制，對(duì)鉆井速度有一定影響。

2.1.2 涪頁3－2HF井應(yīng)用貝克休斯旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)情況分析

1）應(yīng)用情況。工具共入井4次，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向施工增斜段平均造斜率5°／30m，最高到6.4°／30m。水平段鉆進(jìn)696m，井斜按要求控制在90.5°到91.5°之間，方位穩(wěn)定性好。

2）分析與認(rèn)識(shí)。①工具在增斜段鉆進(jìn)時(shí)造斜性能高，除起始造斜階段外，后期可穩(wěn)定在5°／30m～5.5°／30m的造斜率，井眼軌跡控制平滑。②水平段鉆進(jìn)機(jī)械鉆速達(dá)4.4m／h，高于同地層常規(guī)螺桿定向技術(shù)鉆速。③在造斜段配以貝克休斯鉆頭，機(jī)械鉆速僅1.2m／h，相對(duì)偏低，需加強(qiáng)工具、鉆頭與地層適應(yīng)性的優(yōu)選。

2.2 在江漢油區(qū)特殊工藝井的應(yīng)用

1）共3口井應(yīng)用了美國(guó)Double Barrel公司的推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)。①?gòu)V38斜－11井檢驗(yàn)了系統(tǒng)的防斜、造斜能力。從井深923m下入旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，井斜能基本在0.1°～0.3°之間，非常好地控制了上部地層的井斜問題，后將工具調(diào)整為全力增斜模式，進(jìn)尺265 m。造斜率為2.7°／30m～4.2°／30m。②SH6－P12井檢驗(yàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)斜、造斜能力及使用壽命。從1 735m開始共計(jì)下入3次，鉆具組合及鉆井參數(shù)相同。總進(jìn)尺1 646m，其中穩(wěn)斜1 024m，井斜穩(wěn)定在5°左右，效果理想；造斜段造斜率為2.7°／30m～3.6°／30m，最大達(dá)到5°／30m；單次純鉆時(shí)間最大為132.25h。③陵5斜－注1井進(jìn)一步檢驗(yàn)了系統(tǒng)的造斜率及機(jī)械鉆速。斜率3°／30m～4.2°／30m。本井使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)時(shí)平均機(jī)械鉆速達(dá)21.74m／h，比同區(qū)域同井段采用常規(guī)定向鉆具的井高出近100%。

2）分析與認(rèn)識(shí)。①該工具在垂直模式的工作狀態(tài)下連續(xù)鉆進(jìn)了近1 000m，井斜始終能控制的在0.3°以內(nèi)，穩(wěn)斜模式的工作狀態(tài)下連續(xù)鉆進(jìn)了將近1 000m，井斜始終能控制的在5°左右，方位控制在197.3°左右，防斜、穩(wěn)斜軌跡控制較好。②井斜傳感器距離鉆頭0.3m，伽馬儀距離鉆頭3m，能及時(shí)地傳輸井下數(shù)據(jù)，無“零長(zhǎng)”困擾。③工具對(duì)鉆井液性能、泵壓、鉆壓等相對(duì)無特殊要求，對(duì)井隊(duì)設(shè)備的要求不高，減少了儀器無信號(hào)導(dǎo)致的檢修設(shè)備、處理鉆井液、起鉆檢查的時(shí)間。④該旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)實(shí)際鉆進(jìn)過程中造斜率較低，只有2.7°／30m～4.2°／3 0m，對(duì)于中短曲率水平井的施工，可能在增斜過程中無法滿足其“著陸”的要求。⑤為提高鉆井速度，在底部鉆具上加裝了低速直螺桿，由于設(shè)計(jì)工作轉(zhuǎn)速低于200rpm，鉆井速度受到一定影響，需要進(jìn)一步優(yōu)化。

2.3 在涪陵頁巖氣井的應(yīng)用情況

1）焦頁2－3HF井應(yīng)用了美國(guó)Double Barrel公司的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)。分別在三開大井斜造斜及水平段進(jìn)行了探索性的應(yīng)用。在大井斜段穩(wěn)斜鉆進(jìn)效果較好，定向造斜鉆進(jìn)造斜率較低，為3°／30m～4°／30m，水平段鉆進(jìn)，井斜穩(wěn)定控制在與設(shè)定值相差0.2°范圍以內(nèi)，平均機(jī)械鉆速與常規(guī)螺桿復(fù)合鉆具鉆進(jìn)效果相當(dāng)。

2）分析與認(rèn)識(shí)。①水平段鉆進(jìn)速度仍有潛力。采用低速螺桿在五峰組水平段鉆進(jìn)平均機(jī)械鉆速10.34m／h，隨著螺桿轉(zhuǎn)速提高，鉆井速度可進(jìn)一步提升。②工具調(diào)整及時(shí)、準(zhǔn)確，水平段鉆進(jìn)途中微調(diào)角度92.4°～93.4°僅花費(fèi)約10分鐘即完成調(diào)整指令。③需進(jìn)一步完善自動(dòng)錄入實(shí)時(shí)伽馬功能，縮短工具的測(cè)量周期，在焦石壩龍馬溪組快速鉆進(jìn)時(shí)能讀取更多伽馬值，滿足地質(zhì)導(dǎo)向工作需要。

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)在國(guó)內(nèi)頁巖氣等非常規(guī)油氣開發(fā)中得到了一定應(yīng)用，實(shí)踐表明對(duì)于復(fù)雜工藝井，具有提高定向鉆井效率的作用。

2）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)防斜、穩(wěn)斜能力較強(qiáng)，且穩(wěn)定性好，該技術(shù)適合上部防斜要求難度高的地層，下部在長(zhǎng)井段穩(wěn)斜及長(zhǎng)水平段延伸鉆井中具有明顯優(yōu)勢(shì)。

3）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)能更加精確高效地進(jìn)行工程和地質(zhì)導(dǎo)向，水平井開發(fā)中地層的不確定因素較多，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)可隨時(shí)調(diào)整定向施工方案，使軌跡控制更加主動(dòng)，相比常規(guī)定向調(diào)整方位更加快捷，能夠鉆出更加平滑的水平段井眼，為后續(xù)鉆井、壓裂、試氣施工創(chuàng)造良好井眼條件。

4）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的造斜率相對(duì)普通螺桿定向造斜較低，該技術(shù)較適合設(shè)計(jì)造斜率較低的中長(zhǎng)曲率水平井應(yīng)用，國(guó)外廠家近期雖已研發(fā)了新產(chǎn)品可提供較高造斜率，仍需在應(yīng)用中得到進(jìn)一步驗(yàn)證?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用中，需要對(duì)底部鉆具組合進(jìn)優(yōu)化，進(jìn)一步提高實(shí)際施工中的造斜率，以滿足各種井型需要。

5）目前，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向核心技術(shù)主要被國(guó)外公司掌握，技術(shù)服務(wù)費(fèi)用較高，國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用受到限制，采用國(guó)外公司與國(guó)內(nèi)廠家聯(lián)合組裝配套、維修保養(yǎng)的方式，可以降低使用費(fèi)用，加快推進(jìn)國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)的推廣應(yīng)用。

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