扭摆定向在鄂北大牛地气田提速的应用

扭摆定向在鄂北大牛地气田提速的应用

马灵霞

中石化中原油田分公司油气销售中心

摘要： 在定向过程中，钻具托压的存在不仅大大影响了施工进度，若长时间钻具不动加上操作不当极易产生卡钻事故，增加钻井成本，增强职工的劳动强度。目前主要是使用旋转导向、地面定向辅助设备、增加井下振动设备、添加润滑剂等解决方案，但存在设备落井风险及作业费用高等问题。针对配备机械钻机的钻井现场，扭摆定向法可广泛适用于定向井、水平井施工，保障钻压有效传递，实现定向过程中的微复合。此操作方法不借助于任何提速工具，并且对司钻刹把要求条件不高，在实际应用中起到明显提高定向段机械钻速效果，大大缩短钻井周期，节约钻井成本，推广应用价值高。

关键词：扭摆；定向 ；提速

前言

随着陆地油气的不断开发，大斜度定向井和水平井数量也逐步增加，定向过程中，由于钻具处于静止状态易产生托压问题，造成工具面控制困难，上提下放钻具摩阻增大，钻压不能有效的施压在钻头上，导致定向机械钻速低，井眼轨迹难以控制，严重制约了提速的效率，同时也增大压差卡钻的机率。托压反应现象为钻头位置不变、没有进尺，泵压不升高、不憋泵，工具面基本没有变化，如果再继续加压，钻压会突然释放，可能导致憋泵。定向钻井中的托压问题可造成工具面摆放／控制困难、下放钻具困难、定向缓慢等问题，严重影响钻井效率，同时极易发生压差卡钻，会增加钻井成本，还增强职工的劳动强度。目前国内外解决方案包括使用旋转导向、地面定向辅助设备、增加井下振动设备、添加润滑剂等。上述方案存在设备落井风险以及高昂作业费用等问题，对于低成本开发区块推广应用受限，需要寻找经济有效的解决方案。

我公司钻井队伍多年来在大牛地气田施工，近几年大牛地气田多为大斜度定向井和水平井。针对定向托压问题，广大技术工作者集思广益、研讨分析，解剖螺杆钻具定向工作原理，改进定向操作方法，使用实时控制转盘调整反扭角配合刹把操作的方法，研究出一套扭摆定向操作方法，它不借助于任何提速工具，能够有效摆脱裸眼段给予钻具托压所带来的的苦恼。简单易学，对司钻刹把要求条件不高，在实际应用中能够满足井下定向需求，起到明显提高定向段机械钻速效果，大大缩短钻井周期，节约钻井成本，可广泛适用于定向井、水平井施工，推广应用经济价值高。

1  大牛地施工概况

1.1  地理概况

大牛地气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡。该地区自然地理条件较差，地表为沙漠、低缓沙丘、草原，地面海拔一般为1230～1360m，平均海拔为1300m。常年干旱缺水，最高气温达40℃，最低气温达-30℃，年平均气温7.2℃，平均年降水量375mm。最大积雪厚度160mm，最大冻土深度1400mm。风向多为南风，最大风速20.7m/s，平均风速2.3m/s。

1.2  大牛地气田地层层序，以大牛地某井为例

表1  大牛地某井地层岩性预测表

1.3  目前主要常用三级井身结构

表2  井身结构设计

2  常规定向操作方法

常规定向操作是通过停转盘释放扭矩，上下大幅度反复活动钻具，以此摆脱静止时的钻具磨阻，使钻头处于自由工具面。待无线随钻仪器（MWD）信号传输到地面后，再根据实际工具面与目的工具面的差值附加一定的反扭角，启动转盘转到指定位置，锁住转盘再次大幅度上下活动钻具，待MWD信号传输到地面后，加一定的钻压稳住工具面，若工具面跑偏，还需反复以上措施摆工具面。该方法存在以下缺点：（1）根据自由工具面调整到目的工具面，恢复定向施工的间隔时间较长；（2）摆好工具面定向时，因井下磨阻的增大，或地层岩性变化时，无法及时转动转盘增加反扭角，调整钻压参数。（3）长时间钻具不动易产生托压，静摩阻逐渐增加，钻头位置不变、没有进尺，泵压不升高、不憋泵，工具面基本没有变化，如果在继续加压，钻压会突然释放，可能导致憋泵。

图1   摩阻分布示意图

3  扭摆定向法操作方法

    扭摆定向法主要是通过缓慢转动钻具由静止滑动状态向复合钻进模式变化，钻具在井下产生状态变化，达到缓解托压的目的，以提高机械钻速，缩短钻井周期。使用实时控制转盘调整反扭角配合刹把操作，最大程度的减小静摩阻,达到微复合状态。具体操作要点：

（1）定向初期：从直井段进入造斜段，通过不断的改变工具面变化来提高机械钻速的目的，在定向过程中及时转动转盘或顶驱，来增加螺杆扭矩，提高钻头吃入地层的能力，此时泵压越大、螺杆扭矩越大、钻压略大，机械钻速越高。

（2）定向中期及着陆前：根据当前井下摩阻以及扭矩，确定施加反扭矩的大小，再根据实际的摩阻及扭矩及时进行释放，配合刹把操作。要紧盯指重表、泵压表，泵压升高，钻压在某个吨位回压较快，则确定在该钻压范围内定向钻进。但该钻压是一个动态值，应根据井下情况以及参数变化需要及时修正。托压严重时，可连续缓慢启动转盘或顶驱，数好转盘或顶驱所转的圈数（不能超过井下实际扭矩圈数，否则钻压一掉直接憋泵），盯好指重表在一定的正扭矩下，钻压回落，此时控制好倒车释放反扭矩。

（3）定向施工阶段，需频繁的寻找工具面，从开泵建立循环到自由工具面，大约需要6-10分钟，怎么快速判断出钻头所处的方向，实际上是有“窍门”的。在上一次测斜的时候，注意观察的话，真正的自由工具面已经在司显上已经显示过了，在此工具面基础上进行微调，即可快速找到所需定向工具面实施下部施工，节约了生产时效。

（4）磨阻较大钻头不能直接接触到井底时，可采取以下措施：1）接单根后启动转盘降低钻压2t复合钻进至需要定向的井段；2）待MWD同步头出现后停转盘不释放扭矩，锁住转盘；3）观察一组工具面，根据返出工具面与目的工具面的差值大小，选择释放扭矩的时机（差值大时可以缓慢释放扭矩、差值小时可以迅速将扭矩释放完），同时与刹把密切配合，及时送钻加压，推动钻具加快扭矩的传输；4）使用最优钻压压至钻头平衡一定的反扭角，利用钻压选择反扭角的大小，而不是由反扭角决定钻压。

与常规定向操作方法相比，扭摆定向法操作方法具有以下优点：1）定向机械钻速大幅度提高，一般定向段机械钻速可提高 20-150%。2）钻具变为微复合状态，最大限度减小静摩阻区，减小托压，减少压差卡钻几率。3）改善钻压传递，可以及时选择任意合理的钻压，只需改变反扭角的大小。4）可快速将工具面摆放或稳定在需要的区间，更高定向质量，更快完成井斜调整需求，更多复合进尺。5）可控性、可重复性以及表现稳定性高。6）节省泥浆润滑剂，减少成本。

4  现场应用情况

我公司某钻井队应用扭摆定向法操作方法在大牛地气田承钻5口井，其中水平井2口，定向井3口。水平井平均钻井周期缩短6.36d；节超率17.51%；机械钻速增加2.89m/h提高25.67%；定向井平均钻井周期缩短10.5d；节超率43.44%；机械钻速增加5.15m/h，提高44.09%。应用扭摆定向法大幅提高定向机械钻速，缩短钻井周期，应用效果显著。