旋转导向技术大斜度定向井HF302井的成功应用_高

论文摘要：年石油工程西南公司广西钻井分公司承钻的HF302井成功的在φ241.3mm尺寸井眼实施了旋转导向的定向钻进及稳斜钻进作业，文章结合该井旋转导向定向钻进及稳斜钻进实践，分析了旋转导向钻井与常规定向钻进的优缺点及旋转导向钻井的应用前景。
论文关键词：旋转导向,深井,高比重,高井斜,脱压,粘卡
　　一、前言
　　作为川东北河坝区块的一口大斜度定向井，HF302井在定向施工过程中存在以下难点：1、定向造斜点选在嘉陵江组四段，岩性：含灰白色石膏与白云岩互层，定向过程中因岩性软硬变化较大，定向工具增斜率不稳定，使定向工具选择较困难。2、四开定向、稳斜段高低压并存，定向过程中压差、粘附卡钻风险较大。3、定向施工过程中采用滑动钻进，钻具与井壁接触面积大，钻压传递困难。4、深井密度高、井温高，对定向工具要求相当严格。为提高该井定向施工进度，降低井下风险，决定在该井定向施工过程中采用旋转导向进行定向钻进。
　　二、旋转导向钻井的目的及旋转导向系统的构成及工作原理
　　1、旋转导向系统简介
　　旋转导向钻井系统包括地面监控系统、井下旋转导向钻井工具系统和随钻测量系统。系统组成和指令传输过程见附图1。地面监控系统用来完成旋转（地质）导向二维建模、定向井水平井剖面设计或修正设计，底部钻具组合受力分析、井下信号解释处理井眼轨迹参数计算等工作。井下旋转导向钻井工具系统包括导向装置、双向通讯和动力模块、无磁模块稳定器等井下工具。随钻测量系统包括传感器模块、优化旋转密度仪和动态与压力模块等随钻地质特性和钻具特性测量工具，旋转导向钻具组合主要由以下五类工具组成。
　　导向装置：导向装置是旋转导向钻井技术的关键工具，井下液压系统所带动的三个独立液压缸分别控制三个造斜肋块伸缩，依靠井壁反作用力来实现造斜和扭方位作业，三个独立液压缸为每一个造斜肋块提供最大3吨的推动力。另外，导向装置带有距离井底仅1.0米的近距钻头井斜角测量装置。
　　除造斜功能外，导向装置还有稳斜功能。通过井下自动控制闭回路，在地面指令通过另一回路发至导向装置后，自动控制功能开始接管，将每秒测得的井斜数据与指令比较并进行调节控制，从而达到平缓光滑的井眼轨迹。在稳斜模式下，导向装置自动向靶点井斜角进行平滑导向，在新指令到达之前，将靶点井斜角保持在+0.1°之内；而且稳斜过程中也可以随时通过下传指令改变井眼方位。
　　传感器模块：该模块主要提供旋转导向钻井所需要的基本参数，包括井斜、方位、当量密度、工具振动等，帮助地面定向井工程师识别井下工具的工作状态。
　　双向通讯和动力模块（BCPM）：该模块主要由涡轮发电装置和正压脉冲发生器组合，向导向装置和随钻测量工具提供电源动力，并为下传指令和上传测斜数据提供通道。
　　其他配套工具：无磁模块稳定器、无磁柔性短节、无磁承压钻杆、随钻振击器和浮阀等工具。2、旋转导向系统的优点：
　　同弯外壳螺杆钻具、弯接头+直螺杆钻具、普通稳定器钻具组合等配合MWD/LDW进行定向造斜、增斜、稳斜和水平段钻井作业相比，旋转导向钻井系统具有以下优点：
　　1、使用一套钻具组合完成定向造斜、增斜、稳斜等各种井段的钻井任务，不仅可以减少起下钻更换钻具组合的时间，提高钻井时效；同时，由于减少频繁更换钻具组合，也降低了因底部钻具组合刚性不同引起的划眼，卡钻等井下复杂事故的次数。
　　2、定向井工程师通过专用钻井液指令泵来下传定向造斜、增斜、稳斜等井眼轨迹导向指令时，不需要停止钻进，因此实现了井眼轨迹的平滑、连续钻进，不仅可以节省钻井时间，而且大大降低了钻井风险。
　　3、导向装置的井斜测量单元离钻头只有1.0米距离，测量的及时性有利于提高井眼轨迹控制精度。
　　4、旋转钻进过程中，导向装置造斜短节相对井壁以低于15转/小时的速度作缓慢随机转动。降低了造斜肋块磨损，提高了钻井施工效率。
　　5、通过闭环控制可以对钻头倾角、导向矢量的方向和幅度进行自动导向控制，确保向靶点井斜角进行平滑导向，将靶点井斜角控制在0.1°。
　　6、使用旋转导向钻进技术钻出的井眼轨迹将更加平滑，实际井眼轨迹全角变化率和设计井眼轨迹全角变化率非常吻合，井下钻具扭矩和摩阻可以有效地控制在设计范围内，同时也为减少下套管事故、提高固井质量提供了保障。
　　三、河飞302井旋转导向钻井应用情况
　　2009年10月30日19：00开始旋转导向钻进，至12月8日5：00结束旋转导向作业，共进行了四趟旋转导向作业，具体情况如下：
　　1）、第一趟旋转导向钻进情况2009年10月29日采用常规钻具钻进至井深：4378.18m循环起钻。起钻完组合测试旋转导向工具后于30日19：00下钻到底开始旋转导向钻进。
　　钻具组合如下：￠241.3mmPDC×0.35m+旋转导向短节×4.92m+LWD×9.93m+￠212mm非磁扶正器×1.18m+非磁浮阀短节×0.71m+抗压缩非磁钻杆×9.47m+旁通阀×0.44m+￠127mm加重钻杆×195.28m+曲性长轴χ3.40m+φ178随钻震击器χ6.53m+￠127mm加重钻杆×27.80m+￠127mmDP×2232.39m+411×520m×0.49m+￠139.7mmDP+防磨接头×8个
　　钻井参数：钻压：80-120KN转速：120rpm/min排量：28l/s泵压：22MPa11月10日16：00定向钻进至井深：4908.44m因提钻井液比重井漏，于是起钻下光钻杆进行承压堵漏。

　　第一趟钻进井段：4378.18-4908.44m，进尺：530.26m，纯钻时间：233：10，平均机械钻速：2.27m/h。钻进层位：嘉陵江组四段至一段，岩性：灰质白云岩、硬石膏岩、深灰色灰岩。
　　2)、第二趟旋转导向钻进情况承压堵漏完成后组合旋转导向工具下钻，11月17日10：40下钻到底恢复定向钻进。
　　钻具组合如下：￠241.3mmPDC×0.35m+旋转导向短节×5.12m+LWD×9.96m+￠212mm非磁扶正器×1.81m+非磁浮阀短节×0.71m+抗压缩非磁钻杆×9.47m+旁通阀×0.44m+￠127mm钻杆×580.72m+￠127mm加重钻杆×195.28m+曲性长轴χ3.40m+φ178随钻震击器χ6.53m+￠127mm加重钻杆×27.80m+￠127mmDP×1451.67m+411×520m×0.49m+￠139.7mmDP+防磨接头
　　钻井参数：钻压：100-120KN转速：130rpm/min排量：25l/s泵压：22MPa
　　11月22日0：30定向钻进至井深：5098.44m测斜，无信号，起钻更换旋转导向仪器。
　　第二趟钻钻进井段：4908.44-5098.44m，进尺：190m，纯钻时间：103：00，机械钻速：1.84m/h。钻进层位：嘉陵江组一段：灰色泥晶灰岩与灰色含泥灰岩。
　　3）、第三趟旋转导向钻进情况11月24日8：00组合旋转导向仪器下钻到底，开始旋转导向钻进。
　　钻具组合如下：￠241.3mmPDC×0.35m+旋转导向短节×5.30m+LWD×10.37m+￠212mm非磁扶正器×1.81m+非磁浮阀短节×0.71m+抗压缩非磁钻杆×9.46m+旁通阀×0.44m+￠127mm钻杆×725.9m+防卡接头0.63m+￠127mm加重钻杆×251.45m+曲性长轴χ3.40m+φ178随钻震击器χ6.53m+￠127mm加重钻杆×27.80m+￠127mmDP×1451.67m+411×520m×0.49m+￠139.7mmDP+防磨接头
　　钻井参数：钻压：100KN转速：130rpm/min排量：26l/s泵压：23MPa
　　11月27日7：00定向钻进至井深：5184.90m,因机械钻速慢,起钻更换钻具组合。第三趟钻进井段：5098.44-5184.59m,进尺:86.15m,纯钻时间:69:30小时,平均机械钻速:1.24m/h,钻进层位:嘉陵江组一段：灰色泥晶灰岩与灰色含泥灰岩。
　　4)、第四趟旋转导向钻进情况起钻后更换钻具组合下钻，11月29日11：00下钻到底，恢复旋转导向钻进。
　　钻具组合如下：￠241.3mmPDC×0.35m+旋转导向短节×5.30m+LWD×10.37m+￠212mm非磁扶正器×1.81m+非磁浮阀短节×0.71m+抗压缩非磁钻杆×9.46m+￠127mm加重钻杆×139.68m+旁通阀×0.44m+￠127mm钻杆×725.9m+￠127mm加重钻杆×111.68m+曲性长轴χ3.40m+φ178随钻震击器χ6.53m+￠127mm加重钻杆×27.80m+￠127mmDP×1451.67m+411×520m×0.49m+￠139.7mmDP+防卡接头×5只×3.15m+防磨接头×8只×6.67mm
　　钻井参数如下：钻压：100-130KN转速：130rpm/min排量：28l/s泵压：24MPa
　　12月8日5：00旋转导向钻进至井深：5651.13m,按甲方要求起钻换光钻杆下钻进行承压堵漏。起钻后根据软件预测，在该井深采用常规稳斜组合进行钻进能确保中靶。由于井下比较复杂，为保证旋转导向工具安全，于是公司决定提前中止旋转导向作业，转入常规稳斜钻进阶段。
　　第四趟钻进井段：5184.59-5651.13m,进尺:466.54m,纯钻时间:185:20小时,平均机械钻速:2.52m/h,钻进层位:嘉陵江组一段：灰色泥晶灰岩与灰色含泥灰岩。
　　四、旋转导向钻井应用效果分析
　　河飞302井于2009年10月29日0：30组合旋转导向仪器下钻，12月8日5：00钻进至井深：5651.13m循环泥浆起钻,22:00起钻完,结束旋转导向钻进。
　　1）、取得的主要技术指标：
　　旋转导向钻进井段：4378.-5651.13m,进尺:1272.95m,纯钻时间:591:00小时,平均机械钻速:2.15m/h。除去中途承压堵漏用时109：00小时，旋转导向共计用时850：30小时（35.43天），平均每天进尺：35.92m
　　2)、节约钻井周期
　　2007年我队施工P305-2井，也是241.3mm井眼,采用单弯螺杆+NWD无线随钻进行定向钻进,而HF302井也是241.3mm井眼采用旋转定向,现我将两口井定向情况比较如下：
　　

螺杆转速高,但在定向钻进过程中因钻具不能转动,钻具紧帖井壁造成经常托压,致使机械钻速低。
　　HF302井采用旋转导向进行定向钻进，在定向钻进过程中由于钻具是转动的，避免了托压情况的发生。虽然在旋转导向过程中由于钻井液密度高达1.76g/cm3,致使排量最高只能达到:28l/s,但河飞302井定向段机械钻速仍为:P305-2井的:1.76倍。
　　P305-2井定向钻进415.60m共计用了6趟钻,用时21.17天,平均机械钻速:19.63m/d,而HF302井采用旋转导向钻进530.26m仅用了一趟钻,用时:11.75天,平均机械钻速:45.12m/d;旋转导向机械钻速为常规定向的:2.29倍。
　　由以上比较我们可以看出,采用旋转导向钻进比单弯螺杆+NWD无线随钻定向快,节约了钻井周期。
　　3）、旋转导向井眼轨迹控制情况
　　本井自井深：4378.18m开始旋转导向钻进，导向钻进至井深：5110m开始旋转稳斜钻进，12月8日5：00旋转导向钻进至井深：5651.13m起钻进行全井承压堵漏。因堵漏用时较长，而旋转导向停待及钻进费用较高，经对已钻井段测斜数据进行计算及预测，若下步采用常规稳斜组合进行钻进，最大降斜按：3°/100m计算，中靶中深：5964m，靶心距为：72.28m，若按最大增斜：1°/100m计算，中靶井深为：6056.50m，靶心距为：42.34m。而该井目前距靶点仅362m斜深，采用常规稳斜组合钻进是完全能够中靶的，于是决定提前结束旋转导向钻进。旋转导向测斜数据如下：
　　

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