刍议定向井施工工艺的应用研究

　　摘要：本文分析了定向井的施工特点，结合多年的定向井施工经验，提出了定向操作的相关技术要点，仅供参考。
　　关键词：钻井；定向井；施工工艺
　　前言
　　随着定向井施工技术的不断发展，如何高效地完成定向井施工成为当前困扰盐井施工的一个重要难题，本文作者针对定向井施工特点，做好定向施工前的准备工作以及提高定向操作的准确性，减少不必要的上下钻次数是提高定向施工效率的关键。
　　1配套设施的准备
　　（1）观察钻塔朝向及井场物资摆放，确定绞车摆放位置和天、地滑轮的安放位置，以不妨碍钻进中的正常操作和测井电缆的上下为原则。
　　（2）检查所有钻具丝扣，吊卡及钻具接头，如变径接头的数量，接头内径能否顺利通过仪器，丝扣加工是否正确，并由下至上进行试连接。
　　（3）检查整个泥浆管路循环系统，包括高压管线长度是否合适，泥浆泵选用的缸套是否与造斜用的螺杆钻所需的流量相匹配。
　　（4）检查所有钻杆，包括钻杆内孔是否内平，两端有无台阶、锈块或粘附在钻杆内表面的水泥块等，保证定向时在钻杆内能顺利地上下仪器；在下钻具时用大锤敲击钻杆，清除孔内异物，防止异物堵塞螺杆钻和钻头水眼；检查钻杆丝扣有无严重损伤，否则不得下井；下钻和加杆时检查每一个丝扣是否拧到位，丝扣不能完全拧到位的钻杆不得下井，扣与扣之间应缠麻进行密封。
　　（5）加装过滤装置，第一处在泥浆泵的泵吸阀头外设置过滤网，隔离泥浆池内的杂物；第二处在泥浆泵的出口处安装筛网，阻止水泵内碎裂的活塞环胶皮进入钻杆内，堵塞螺杆钻或钻头。
　　（6）清理泥浆池内的沉砂，否则池底的沉砂有可能被泥浆泵吸进钻杆内堵塞螺杆钻或埋住随钻仪，因此泵阀头要悬吊起来，不能触及泥浆池底。
　　（7）测试泥浆性能，泥浆除满足钻井的基本要求之外，必须是饱和盐水泥浆。
　　2定向设施准备
　　2.1仪器调试与校验
　　找一块远离钻塔并且没有磁干扰的地方校验随钻仪，在校验台上按校验表格进行逐一校验，并认真填写《随钻仪校验报告》，其目的是检验仪器的精度，顶角，方位与工具面的变化规律，以便对钻进过程中的测量参数进行修正。
　　2.2定向附件的安装
　　绞车定位，安装天、地滑轮，重垂滑轮，穿电缆：天滑轮尽可能挂高，但要充分考虑穿电缆后大钩上下及左右摆动碰不着电缆；地滑轮安放不妨碍机台工人操作，不影响上下钻杆；绞车摆放尽可能远一点，对准地滑轮，尽可能与天地滑轮保持在同一平面上。安装重锤滑轮，尽可能不要侧拉偏电缆。
　　2.3仪器组装
　　组装仪器，对准角差，并核对斜口管缺口朝上时重力工具面GHS是否在0度左右，斜口管缺口朝北时磁力工具面MS是否在0度左右；输入探管参数和当地的磁场参数，组装完仪器后，通电将仪器拉至远离钻塔和有磁场干扰的地方，测出磁场强度和磁倾角，输入仪器的磁参输入。作为钻进过程中的是否有干扰的判断，磁强强度的允许偏差为±0.1，磁倾角为±1.5°
　　2.4组装钻具、测量装合差
　　选好所需要弯度的螺杆钻，用吊钳上紧定向接头和钻头，防止造斜时间过长丝扣脱落，出现事故；钻具上紧后，量取弯外管母线和定向接头定位键之间的装合差：钻具平放，弯外管母线位于最上方，拉线，脸朝钻头方向，以螺杆钻弯外管母线的引线至定向接头的交点为起始位置至定向接头定位键之间的弧长，右边量取正值，左边量取负值，计算角度差。如直径为D毫米的定向接头，从引线至定向接头的交点位置向右量长度为102毫米，则装合差W=(360×102)/(3.14×D)。
　　3定向施工准备
　　3.1直井和直井段的测井
　　对已下套管的直井采用陀螺仪测井，上下重复测量；对新井直井段采用随钻仪或电子多点测井；
　　3.2分析垂直井的测井数据：
　　了解当地钻井史，掌握该区域地层的倾向与走向，分析地层的自然造斜倾向，参考附近老井的测井资料确定该区域或钻孔的大致倾斜方向；综合分析处理水平井直井段的测斜数据，并与周边其它钻孔比较是否基本一致；在随钻仪与陀螺仪同时测量的井段，要比较两者的测井数据，并综合取值。
　　3.3连线方位的确定
　　根据井组的井口GPS坐标计算两井井口连线真方位，加上磁偏角等于两井井口连线的磁方位，由目标井靶点相对于井口的位移求出水平井井口至对接靶点的连线方位(程序计算方位)；
　　3.4罗盘校验
　　现场用罗盘测量两井井口连线磁方位，并与斜井井口至目标井井口连线的计算磁方相比较是否一致，否则查找原因；所用罗盘事先要与现场的随钻仪进行误差修正，即罗盘的北与仪器的北保持一致。
　　3.5推测溶腔的形状，确定靶点的位置盐卤溶解以上溶为主，侧溶发展缓慢，底溶基本上没有；通常将靶点选定在溶腔最大的位置，靠近矿层的上部，接近套管头；如果矿层倾斜角大于5度，要考虑矿层上倾方向的溶腔半径比下倾方向的溶腔半径大，因套管口和中心建槽管的管口确定了溶腔的位置，对于厚盐层，对接靶点选择在溶腔的中上部，对于薄盐层通常选择在溶腔的中部。
　　3.6确定施工方案
　　3.6.1初步估计各种弯度螺杆钻具(0.5°，0.75°，1.0°，1.25°，1.5°，1.75°)造斜率的大小，制定螺杆钻具的使用顺序和钻井工作量。
　　3.6.2所选择的螺杆钻具其常规造斜率要略高于设计造斜率10℅-20℅；钻进中，如螺杆钻具造斜率略高于设计值可以采取只当调整方位来达到消耗造斜力，或者采用复合钻进来稳斜，以达到减少提下钻次数的目的；如螺杆钻具造斜率高于设计值较多，则要通过计算综合分析，钻进到一定深度后提前起钻；如螺杆钻具造斜率略低于设计值，则要通过计算综合分析，钻进到一定深度后提前起钻。
　　3.6.3设计钻孔轨迹图，确定设计造斜率和造斜钻进的第一靶点和第二靶点。
　　设计钻孔轨迹图需要掌握以下资料：两井的井口的GPS坐标，当地的磁偏角对接目标井的孔斜数据及盐层取样、电测资料定向斜井直井段的孔斜数据及电测资料造斜钻具的造斜率大小，增斜的曲率半径；由以上资料在CAD软件上设计出钻孔的施工轨迹。
　　4定向施工
　　4.1试转螺杆钻，开泵，在地表观察螺杆钻旁通阀关闭和打开是否正常，螺杆钻运转是否正常，记录泵压，上紧接头，下钻。
　　4.2座键操作
　　座键是指将定向仪器的引斜座入定向接头花篮的定位键上，下钻之后的第一次定向座键要求重复2~3次，每次座键工具面变化范围在2~3度之内即认为已座键，否则立即寻找原因，正常加杆定向，只需座键两次，如工具面变化范围在2~3度之内即认为已座键，其工具面数值与提测的数值相比较出入不大，否则寻找原因。在井斜角<65°利用仪器和电缆的重量来座键，当井斜角>65°仪器和电缆的重量不足以使仪器下到定向接头的位置，必须借助于泥浆泵送仪器来座键，座键是定向的关键。
　　4.3定向操作
　　（1）钻孔顶角<5度，采用磁工具面(MS)定向，仪器MS显示值=装合差+水平井口至垂直井井口底的连线磁方位(F)+反扭角(30度-100度左右)；实际钻进MS显示值允许上下5度左右的范围摆动。
　　（2）钻孔顶角>5度，采用GHS(重力工具面)定向，仪器GHS显示值=装合差+安装角(度)；实际钻进操作时GHS显示值允许上下5度左右的范围摆动。
　　（3）安装角的确定方法
　　将MS的东南西北或GHS的一周360度划分为四个象限，分别为1，2，3，4，随着在象限内的位置变化分别对应着MS或GHS的不同数值，产生顶角和方位的改变，当角差为零时，如图示：
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　例如，在第一象限内，当GHS=0°时，定向操作为全增井斜；当GHS=90°时定向操作为全增方位，当0°<GHS<90°；定向操作为同时增井斜和增方位，在安装角小于45°的范围内增井斜的能力强于增方位，而当安装角大于45°时，增井斜的能力变小，增方位的能力加大；通过对安装的适时调整来改变钻孔德井斜和方位，达到控制钻孔轨迹的目的；当角差不为零时，在以上角度基础上加上角差就可以了。
　　4.4定向记录
　　要求认真做好《定向钻井实时记录报表》，记录下钻进中钻井参数(包括钻压、泵压、钻进速度、井斜、方位、工具面角)，并将提测的井斜，方位数据记入定向钻井提测记录报表》。
　　4.5数据处理
　　分析测斜数据，并按测深输入井斜与方位到计算程序，计算沿线位移，离线位移、垂深等，描绘出轨迹曲线。
　　4.6施工方案的调整
　　参照预定的设计轨迹进行钻进，并根据在钻进过程中钻具造斜率的变化和工具面的控制方向的失误及时进行轨迹调整，决定是否起钻，是否需要调整方位来消耗造斜力，是否需要降斜等技术方案的实施。
　　4.7井底预测
　　因为钻头到仪器的测量位置有8-10米的距离，根据钻进过程中上部已获取的数据，以及造斜过程中采用的工具面，可以预测井底钻头处的井斜和方位，决定下一步的钻进方案，这一点在完成增斜段变为水平段时很重要。
　　4.8多点提测
　　在钻进至离靶点50-80米后，应对钻孔轨迹进行电子多点提测，并将提测数据与随钻仪测量的数据进行比较，同时对钻具长度进行仔细校正，以确定中靶前的钻进方案。这一点在薄盐层中钻进尤为重要。
　　4.9中靶
　　通过工具面的变化来调整钻孔的轨迹曲线，沿着设计的钻孔曲线来钻进，当钻孔轨迹的沿线位移和离线位移与靶点相一致时，即为中靶，定向过程完成。
　　结束语
　　定向井技术是当前最先进的钻井技术之一，不但可以有效地提高单井产量及卤水浓度，降低钻井成本，还保护了自然环境，具有显著的经济效益和社会效益。本文对定向井施工工艺的应用研究，有助于加快钻井速度，缩短施工周期，减少工程投资，对今后类似的定向井施工有一定的借鉴意义。

《刍议定向井施工工艺的应用研究》

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文章名称： 刍议定向井施工工艺的应用研究

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