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摘要：定向井钻井技术已经是国内外各大油田应用的常规钻井技术之一，在定向井钻井工艺技术中，首先需要了解定向井的分类，然后对定向井轨道设计中的相关问题进行知晓，最后对定向井井眼轨迹控制中不同井段的控制原则进行探讨，这样才能保证定向井顺利钻达目标点，实现安全?快速与高效钻井?
关键词：定向钻井；连通工艺
引言
我国煤层气储量丰富，2016年地面产量约为45亿m3，与2020年100亿m3的规划目标相比，还有较大的差距?随着页岩气的兴起和国际油价的持续低迷，煤层气近年来投资规模减少?增速放缓，单井产量过低以及经济效益差问题成为制约我国煤层气发展的瓶颈，亟待解决?许多学者提出，U型水平井具有结构相对简单?利于排水采气?产气量高等特点，是打破困局的重要技术?
1?定向井钻井施工概述
定向井是目前各大油田主要的钻井施工目标，尤其针对油田开发进入后期，钻探更多的水平井，满足剩余油气开采的条件，降低石油钻探施工的成本，达到预期的钻井施工效率?定向井的钻探施工，针对目前油气田生产遇到的情况，具有最佳的解决方案?通过水平井的钻探施工，将水平方向薄差储层的油流开采出来，减少了钻井的数量，相应地降低钻井施工的成本，满足油田开发后期节能降耗的技术要求?随着中靶精度的提高和水平方向钻遇率的提高，有利于钻探出具有一定井斜角和方位角的井眼轨迹，满足定向井钻井的需要?剩余油导向钻井技术的研究和试验，引领定向井钻井技术的进步?
2?地质概况
潘河区块地层结构稳定，开发15号煤层将依次揭露新生界第四系(Q)?古生界二叠系上统上石盒子组(P2s)?二叠系下统下石盒子组(P1x)和山西组(P1s)?石炭系上统太原组(C3t)?石炭系中统本溪组(C2b)?奥陶系中统峰峰组(O2f)?总体而言，本区勘探程度高，15号煤层厚度分布稳定，煤层埋深浅，构造简单，断层不发育，煤层气资源丰度高，具有较大的开发前景?
3?关键技术方案
3.1?优化井身结构设计
水平井P15-H采用三开井身结构，二开钻至15号煤层顶板完钻，下入177.8mm技术套管封固?三开在15号煤层中水平钻进，与定向井对接连通后延伸10m完钻，下入89mm玻璃钢筛管完井以减小煤层坍塌的影响?定向井P15-X采用二开结构，钻穿15号煤层底板下45m完钻，下入177.8mm生产套管封固，为了避免钢套管对连通信号的干扰和加强对煤层的防塌保护，在15号煤层段采用177.8mm玻璃钢套管进行封固，固井后在15号煤层段采用锻铣-扩眼的机械方式平稳造穴，减小坍塌风险，造穴后进行填砂至洞穴底部，提高连通仪器在洞穴的安全性，确保安全连通?
3.2?设备选择
早期的煤层气钻井主要采用水源系列钻机设备，特点为成本低?动力差?钻速慢?安全保障低?钻井周期长?为了保障设备性能满足施工需求，X井组选用了石油系列ZJ15车载钻机，井架型号JJ90-29/31，负荷900KN；泥浆泵型号SNK500-15，功率500HP；车载柴油机型号CAT-C9，功率350HP，利用车载钻机的灵活机动提高施工效率?
3.3?造斜点?造斜率的选取
在定向井井眼轨道的设计中，除了基本剖面类型的选取以外，就是造斜点和造斜率的选择了?对于造斜点的选择，主要考虑以下几个方面的因素?一是尽量选择比较浅，井壁相对稳定的地层，这是因为造斜点越浅，地层的压实作用越弱，容易进行定向施工，但是还要考虑该地层的稳定性，如果地层不成岩?稳定性差，那么就不能够选取，因此就是既要浅，地层还要稳定?二是对于平台定向井来说还要考虑防碰问题问题，两口定向井之间的造斜点一定要错开50米左右才行，同时对于有表层套管的井来说，造斜点的选取还要避开表层套管对定向仪器的磁干扰?对于造斜率的选择，在确定了井口位置和井底位置后，这口井的水平位移也就确定了，在选取造斜率的时候，根据造斜点不同会有多种井眼轨道剖面类型的出现和造斜率的出现，因此在选取造斜率的时候要对多种井眼轨道剖面类型和造斜率进行摩阻扭矩的计算，从中选择造斜率最低，现场施工难度最小，施工摩阻扭矩最小的造斜率，这样才能实现定向井的安全?快递与高效施工?
3.4?钻井液
一开采用膨润土浆钻井液，潘河区块一开表层以黄土?砾石为主，易形成漏失通道?一开前提前配置膨润土浆，配方:清水+1/3纯碱+0.25%CMC+4%土粉，性能维持在密度1.01~1.03g/cm3，粘度28~33s，pH值7~8，含砂0.2%?钻完表层后配10m3稠浆清扫液，循环一到两周将井下岩屑携带干净后起钻，保证下表层套管顺利到底?二开上部地层以聚合物钻井液为主，密度1.03g/cm3，粘度27~32s，含砂0.2%，pH值7，适时替稠膨润土浆携砂?针对煤层易坍塌?易污染?渗透率低?非均质性强等特性，进入3号煤层前100m转化为镶嵌暂堵钻井液体系?利用镶嵌屏蔽暂堵剂的弹性可变性，使其部分颗粒嵌入在煤层孔隙的入口处，进行单向封堵，实现井壁稳定和储层保护?配方为:井浆+5%镶嵌暂堵剂+5%零渗透处理剂+0.2%表面活性剂”在钻进过程中根据接单根及起下钻情况随时调整钻井液性能，维护性能保持在密度1.03~1.08g/cm3，粘度33~36s，pH值7~8，含砂0.2%?
3.5?轨迹控制技术
轨迹控制是实现井组连通?保障煤层水平段钻遇率的关键?P15-X井采用常规MWD定向钻进，P15-H井设计采用地质导向技术和分段钻具组合控制钻进?首先利用邻井资料和区域地层资料建立地层模型，确定标志层位?钻井时从二开至完钻全程进行岩屑?钻时?气测录井，利用录井资料判断地层，绘制实时地层剖面，并与地层模型进行比较，预测下部地层?标志层和目标煤层，及时调整轨道轨迹，再根据井斜等信息进行轨迹计算，调整参数指导钻进?
二开采用MWD钻具组合，实现软着陆；三开水平段采用电磁波随钻测量系统EM-MWD钻具组合，利用地质导向技术实时资料判断钻头在煤层中的位置，钻头出煤层时，利用复测方向GR判断区分顶底板，计算地层倾角，调整钻头回归煤层中；连通段采用近钻头强磁测距法，定向井中下入Vector工具，水平井采用RMRS强磁导向系统，利用强磁短节与接收仪器引导钻头钻进，实现连通?
3.6?定向井钻井技术的优化
为了达到定向井钻探的施工质量标准，优化设计钻具的组合形式，钻井工具的准备包括测试仪器的准备，井下工具的准备，井下的动力钻具?定向弯接头?无磁钻铤?稳定器等必须经过维护保养，保证定向井钻井施工的顺利实施?选择欠平衡钻井的工艺技术措施，能够保持井筒欠平衡的条件，防止钻井液对储层的污染?应用井控的设备和设施，保证钻井施工全过程的安全，防止发生井喷及井喷失控事故，提高石油钻井的安全性?优选井下的动力钻具，实现钻具的组合形式，针对不同的井段，更换合适的钻具?优质应用高效的钻头，减少套管内钻具的转动，防止发生套管损坏的情况?采取低转速的方式，实现高钻压进行造斜井段的钻探施工，防止磨损套损，影响到井筒的服役年限而增加修井作业的频次，以及增加油井的生产成本?
结束语
钻井施工中，钻井液对煤层的入侵不可避免，尤其是已开发区块，在进入煤层段前要充分循环调整泥浆，保证固控设备处于良好的运行状态，尽量减少固相颗粒对煤层的入侵，同时转盘转速和排量宜降低至正常值的75%~80%，平稳钻过煤层?
参考文献
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[4] 尹洪宇.定向井钻井工艺技术探讨[J].石化技术,2018,25(06):220.
论文作者:陈伯雄
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/20
标签：定向井论文; 煤层论文; 地层论文; 斜率论文; 套管论文; 水平论文; 钻头论文; 《建筑学研究前沿》2018年第29期论文;