定向井优快钻井技术研究

2022-09-10

定向井目的在于降低勘探开发成本。但随着科技的进一步发展, 与直井比较而言, 定向井向优与快的方向发展亟待进一步提高。

1 影响因素分析

定向井钻井速度慢一直是石油工人普遍困扰的问题。什么原因产生的, 那要先对影响钻井速度的因素进行分析。

首先是井身剖面影响。由于小井斜增斜段长, 需要不断更换钻具组合, 这样就推迟了时间;再次就是方位漂移的问题。由于漂移方向与余量难确定, 也制约了钻井速度;然后是钻头选型的影响。PDC是较为先进的钻头, 但是在定向井钻探中并不适应, 采用传统的牙轮钻头固然会降低速度;最后, 定向井钻井速度还受事故及其它未料情况的影响, 如粘卡、砂卡等, 具体不再举例。

2 定向井钻探技术优快措施

2.1 导向钻井技术的改进

目前国内普遍采用导向钻井技术运用到定向井施工中。其算法这里不再表述了, 其一般采用工具为简化性滑动导向钻具组合, 事实证明, 该结构简单, 安全保障。这里还是建议运用滑动导向复合技术。因为该技术方便调整井眼轨迹, 中靶精度高, 起下钻换钻具结构的时间能够省下。根据实践得出, 采用滑动导向钻井技术, 在导向钻井过程中, 旋转复合钻进低于螺杆钻具所能允许的纯钻进时间1.8倍, 并且比值与单弯度数成正比。

运用导向钻井技术要具体情况具体对待。一般浅层定向井可以全面使用;中深定向井需要频繁更换螺杆钻具, 速度慢, 成本高, 不提倡全井段使用;大位移井和水平井如轨迹控制难度大, 推荐全井使用。

2.2 PDC钻头技术改进

钻头事关钻井速度、质量和成本, 一定要考虑与岩性相适应。目前定向井钻井主要使用牙轮钻头和PDC钻头。前者由于过去普遍使用, 业内人士都知之甚详, 所以本文重点对PDC钻头相应的改进技术进行介绍。

2.2.1“PDC钻头+导向钻具”复合钻进

采用这种改进技术, 由于钻具转速低, 钻头转速高, 机械钻速较为理想。滑动与旋转钻井方式的和谐搭配, 保证了井眼轨迹达到要求, 不受井斜及方位变化的影响。适合运用位移和轨迹控制难度较大的定向井。该钻井方式的不足之处时是不适宜中硬地层的运用。螺杆钻具寿命较短, 钻一口中深井需要更换多次, 增加了钻井成本, 同时也导致PDC钻头寿命长、进尺多的优点得不到充分发挥。

2.2.2 稳定器组合井身剖面

依然运用“直-定-稳”的操作模式, 将井斜在定向时直接定到设计最大井斜角, “PDC+稳定器结构”下入并稳斜钻进, 直至完钻。“PDC+稳定器结构”钻完大部分乃至全部稳斜井段只需一只钻头和一趟钻即可, 既节省了时间, PDC钻头寿命长、进尺多的优点也得到了充分发挥。

2.2.3 稳定器组合方位控制

使用PDC钻头会产生方位异向漂移, 一般在定向时向左预留3-40余量, 改进后的余量不留或向右留;使用PDC钻头时, Ⅰ档低转速钻进左漂, Ⅱ档高转速钻进右漂, 将二者结合交替钻进, 方位漂移即可得到有效控制;

2.2.4 稳定器组合井斜控制

这需要在施工中将最大稳斜角增大, 井斜降斜余量预留。钻具组合要求增斜能力强。对PDC的钻进参数进行优选, 为防止钻进时井斜大幅度降低, 可以采用“高钻压, 地钻速”的钻井方式进行操作。

2.2.5 改变钻井参数及稳定器数量

运用PDC钻头钻井一般使用低钻压, 高钻速的方式, 由于轨迹控制、增 (降) 斜、增 (降) 方位的需要, 在定向井钻进时可以进行试钻, 根据岩性不同, 采取“低钻压, 高钻速”、“中钻压, 中钻速”和“高钻压, 低钻速”中最为合适的钻井方式, 适时改变钻井参数;为了减轻钻机负荷, 使用PDC钻头钻井时, 因地制宜控制下部钻具稳定器的数量, 做到恰到好处。

2.3 定向井辅助时间技术改进

选择先进的轨迹监测仪器。过去普遍采用的是照像式单多点测斜仪, 如今采用的电子测斜仪。这里推荐使用随钻测量仪器 (MWD) 。MWD仪器通过钻井液传递测斜数据, 对井底井斜、方位可以随时监测, 不需要电缆等装备, 节省了工序和时间。在旋转钻进期间, 井底数据可以随时测出, 与电子多点监测相比, 节省了时间, 保证了安全。实践表明, 采用MWD与有线随钻、电子单多点方式相比, 可节省测斜辅助时间80%左右。

使用随钻井壁修整器。井斜较大及大位移定向井容易形成岩屑床, 在定向井施工中使用随钻井壁修整器, 可以在钻进过程中进行第二次井壁修整, 对已经产生的岩屑床进行破坏, 通过减少短起下次数来减少辅助时间。