浅层大位移井定向托压对策研究

浅层大位移井定向托压对策研究

孟凡昌石伟志刘琪段斌斌

中石化胜利石油工程有限公司渤海钻井总公司  山东省东营市  257200

摘要：胜利桩西滩海区块部署了大量的海油陆采井，以尽可能低的开发投入，获得最大的浅海区域油气藏资源。这类型井通常都是浅地层、大位移、大井斜、长裸眼，在定向钻进过程中，由于各种因素的影响钻压不能有效传递到钻头，形成托压，轨迹控制极其困难，增加了油层中靶的难度，更有甚者无法中靶，增加了勘探开发难度。本文针对浅地层引起托压的因素进行了分析，并结合桩西区块实际情况进行了对策研究，解决了桩西海油陆采浅层大位移井托压难题，提高了钻探开发效率。

关键词：海油陆采；浅层；大位移；定向；托压；

1.定向托压原因分析

1.1井眼轨迹影响

海油陆采浅层大位移井大部分都是二开次井身结构，裸眼段、斜井段极长，钻遇地层多为明化镇组、馆陶组，地层泥质含量高，钻具与井壁接触长度在3000m左右，实钻井眼轨迹弯曲不平，钻柱在井眼倾斜段和弯曲段，由于重力的作用压在井壁上而产生摩擦阻力，从而形成托压[1]，因此井眼轨迹是否平滑是解决钻头托压问题的关键。

1.2井眼清洁程度影响

海油陆采浅层大位移井的井斜都在75°以上，水平位移在2800~3200m之间，位垂比接近2:1，斜井段均在3500m以上，如此大井斜、大位移、长裸眼条件下，岩屑运移极为困难，井眼清洁程度也是影响钻头托压的重要因素。

（1）井内岩屑含量高，大量岩屑堆积、附着在井壁上，钻具与大量细小颗粒料的岩屑直接接触形成固－固摩擦[2]，增大了钻具的摩擦阻力，容易托压。

（2）岩屑在大斜度井段，尤其是70~75°井段下极易堆积形成岩屑床，井眼缩颈，增加了钻具滑动阻力，钻压无法有效施加到钻头。

1.3钻井液性能影响

（1）钻井液的润滑性越差，滤饼摩阻系数大，钻具受到的摩擦力就大，越容易发生托压。

（2）钻井液劣质固相含量高，形成的滤饼虚厚，使得钻具与井壁的接触面积增大，粘吸力增加，易造成粘卡，容易导致钻头托压。

（3）钻井液携砂能力差，井内岩屑不能及时携带出井，井内会出现大量岩屑床，引起钻头托压。

2.施工对策研究

2.1井眼轨迹优化

浅层大位移井井眼轨迹设计时应充考虑钻具摩阻扭矩、裸眼长度、钻具受力以及工程施工的难易程度等因素。在满足工程开采的情况下，定向造斜点尽量下移，减少斜井段的长度，增大直井段钻具重量，降低斜井段钻具重量，尽量减少钻具与井壁之间的摩擦阻力。

针对胜利油区桩西区块海油陆采浅层大位移井，二开次井身结构，增加表层套管下入深度、造斜点下移，大幅度减少了钻具与裸眼的接触，减轻二开斜井段钻具重量，降低了摩阻，更有利于定向施工。

2.2钻具结构优化

（1）减少钻铤的使用。在定向钻进时，下部钻具组合尽量减少钻铤的使用以减小钻具与井壁的接触面积，降低发生托压的风险。桩西浅层大位移井施工中采用的定向钻具组合为：钻头+螺杆+无磁钻铤+MWD+加重*10柱+钻杆，增加加重钻杆的数量以满足钻压的需要。

（2）采用倒装钻具组合。针对大井斜、大位移井，实际施工中把加重钻杆放在在直井段或者井斜角30°以内的井段，钻进过程中通过短起下作业对加重钻杆进行倒换到上部井斜小的井段，减小下部钻具的重量，从而减小下部钻具组合对下井壁的压力，使钻具与井壁间的摩擦力降低，可有效减轻托压的程度。

2.3提高井眼清洁程度措施

（1）尽可能增加钻进排量，215.9mm及以上井眼排量在2~3m3/min、152.4mm井眼排量在1.1-1.3 m3/min，提高环空返速，使环空液体呈紊流状，更利于岩屑携带。

（2）每钻进200-300米进行一次短起下作业，每500-600米进行一次长短起作业，对井壁进行拉刮处理，破坏井壁堆积的岩屑床，并进行大排量循环洗井，减少定向钻进时钻具的摩阻。

（3）调整钻井液的流型和流变性能。在井斜角较小的井段，提高钻井液的动切力和动塑比，可以降低环空钻屑浓度，并可用高黏度段塞清除岩屑；在大斜度井段中，通过提高钻井液的动塑比，形成平板型层流来提高井眼清洗效果；还可以保持低剪切速率下的钻井液黏度，以提高其悬浮岩屑的能力[2]。

（4）增强钻井滤饼的润滑性能。加强固控设备的使用程度，通过除砂除泥一体机，有效清除钻井液中劣质固相的含量，减少虚泥饼的形成。降低钻井液的失水，增加液体润滑剂和固体润滑剂的使用量，推荐使用纯白油或油基润滑剂，增强滤饼的润滑性能，减少钻具和泥饼的摩擦阻力。同时使用一定量的封堵材料，增强泥饼的致密性和对砂岩地层的封堵能力，减少粘附力。

（5）清砂钻具结构携砂。胜利桩西区块浅层大位移井施工中，容易出现钻具上提显示大，钻进时扭矩大，扭矩高达35-36kN.m，井下施工风险极大。采用钻头+ +3米短钻铤+扶正器+钻铤+扶正器+钻铤+加重钻杆结构，进行井眼排砂，该钻具结构排砂效果极佳，通过该钻具结构处理后的井眼，钻具的摩阻和扭矩都有明显的降低。

2.4防托压工具使用

胜利桩西区块浅层大位移井主要使用水力振荡器来缓解托压现象，水力振荡器通过轴向频次震动，带动钻具处于持续运动状态，避免钻具在滑动钻进时长时间静止，从而

有效改善托压问题。

目前主要采用天津井星水力振荡器、江汉水力振荡器，井星水力振荡器安放在距离钻头400米的位置、江汉水力振荡器安放在距离钻头150~160m位置，在后期大井斜、长裸眼定向钻进中有效改善了托压的现象。

2.5创新定向钻进措施

浅层大位移井，斜井段长、井斜大，斜井段长达3558米，井斜在70°以上井段长2755米，轨迹控制难度大，定向极为困难，托压现象严重，采用短时润滑定向钻进的方法，能够有效改善托压的程度。定向调整轨迹采用集中加入塑料小球+高密度极压润滑剂，计算好出钻头时间，利用润滑材料出钻头的过程进行定向调整轨迹，极大改善了定向效果。

3、效果应用

胜利东部桩西区块施工的大位移同台井组，通过实施各种防定向托压的对策办法，定向钻进时效缩短30%-40%，尤其是在后期定向调整轨迹过程中，减少了因定向不成功而起下钻更换钻具结构的次数，极大减少了钻进作业时效，口井完井时间缩短14.81%，口井最快时效缩短26.29%，极大节约了钻井时效，提高了钻探开发效率。

通过实施防定向托压的技术举措，缩短了单井建井开发周期，提高了钻机运转效率，对于区块模式建井开发、加快后期投采见产有着极其重要的开发意义，有利于采油厂加大对桩西区块的勘探开发力度。

4.认识总结

（1）井身轨迹的优化是改善浅层大位移井后期定向托压的重要举措，增加上部套管的下深、降低造斜点位置更有利于后期的轨迹控制。

（2）钻进施工中保证大排量施工，改善泥浆性能，增加泥浆携岩能力，保证井眼清洁，能够有效改善大位移井的托压现象。

（3）浅层大位移井短起下要长短结合，勤搞短起下作业，及时清除井壁堆积的岩屑，能够有效缓解大位移井后期托压的程度。

（3）增加液体和固体润滑材料的使用，尤其是白油类润滑剂，同时配合封堵材料，增强井壁滤饼的润滑性和致密性，减少滤饼摩擦系数和吸附作用，能够有效降低托压的风险。

（4）胜利桩西浅层大位移井建议使用井星水力振荡器、江汉水力振荡器，配合“短时润滑定向钻进”方法，极大改善了大位移井定向托压的难题。

（5）钻进防托压对策，极大缩短钻进时效，减少了钻井液对储层的浸泡污染伤害，有利于后期油气藏的开采。

参考文献

[1] 米飞，张健，王玉冰．水平井托压问题原因分析及解决措施［J］．中国石油和化工标准与质量，2013，05.

[2]薄玉冰. 定向钻井中托压机理分析及对策探讨[J]. 石油钻探技术, 2017，45(1): 27-32.

[3]黄德涛. 水平井滑动钻进托压原因以及对策[J]. 石化技术, 2019，3.

第一作者：孟凡昌(1990.10)，男，汉族，中国石油大学（华东）油气井工程硕士研究生毕业，工学硕士学位，职称：工程师，主研究方向：胜利东部油区现场钻井技术.