王官屯油田孔店组储层定向井施工轨迹控制技术

王官屯油田孔店组储层定向井施工轨迹控制技术

刘子晴1,王英博2

1中国石油大港油田分公司采油三厂工艺所  天津 300280

2中国石油大港油田分公司勘探事业部 天津 300280

摘要：定向井施工技术是钻井过程中定向人员借助特定钻井工具结合施工方案在井筒中的操作，进而实现轨迹的精准控制。定向钻井作业过程中，纵向上复杂的地质情况对钻井轨迹和钻速产生重大影响，如地层倾角变化、方位角、岩性等地质因素，钻组组合、钻头偏转角度等工程因素，都会对定向轨迹产生重大影响。因此为了提高定向钻井机械钻速，必须对地质、工程等因素综合考虑，了解不可改变的地质因素，优化钻进过程中的钻组组合、钻压等因素，提高钻进时的机械钻速。本文以沧东凹陷王官屯地区孔店组油气勘探为例，就定向井施工过程中的轨迹控制技术进行了详细阐述。

关键词：定向钻井工艺；王官屯油田；孔店组；轨迹控制

1轨迹控制问题

沧东凹陷为渤海湾盆地黄骅沧东凹陷为渤海湾盆地黄骅坳陷的一个次级构造单元，夹持于沧县隆起、徐黑凸起及孔店凸起之间，是在区域性拉张背景下发育的一个新生代内陆断陷湖盆。王官屯油田纵向上发育沙河街组、孔店组等油组，不同油组地质特征的差异造成开发类型的多边。目前针对油田孔店组开发模式主要采取大斜度、井丛式开发模式。

而在钻井施工的过程中，定向井的轨迹控制，是保障钻井质量的基础，在控制定向井的轨迹过程中，通常会使用堆积控制的技术，这种技术应用，具有高效率、更安全的优势，但是也存在着容易造成测量误差的问题。一旦钻井轨迹和实际的轨迹之间存在误差的现象，对于石油勘探的结果也有直接的影响。比如在没有误差的情况下，按照设计的轨道进行作业，能够实现更快更安全的开采，提高效率，提高收益。而在发生误差的情况下，会直接增加施工难度，在不断修改误差的过程中，造成更大的经济损失，影响工期，降低施工效率。

2 轨迹控制难点与风险

王官屯油田孔店组地层的定向井钻井施工井眼轨迹受多重因素影响。地层可钻性、各项异性、地层倾角等地层性质为不可控因素；钻具中稳定器尺寸、钻具刚性、钻头类型等钻具组合结构及钻压、转速等钻井参数为可控因素。改变钻具组合结构、钻井参数是进行井眼轨迹控制时的重要手段。特别是当下流行的井丛场钻井施工，普遍是多井密集施工，多涵括大斜度、大位移井及水平井。

由于陆上井丛场周边多有老井，且施工井场有限丛式井组 井间距小，井眼轨迹控制、井间防碰及三维绕障问题是井丛场钻井施工面临重要问题。就孔店组定向井技术应用过程中轨迹控制重难点，有如下几项。

（1）井口水平化要求较高。由于建设方采油标准化地面视觉效果与工艺需求，必须要求所有完井交井井口面，处于同一水平面，这项要求对于钻井设备平移高度误差设计较高。

（2）轨迹控制难度大。轨迹控制必须从表层开始，各个井眼轨迹必须按照设计要求执行。

（3）轨迹事故复杂风险高。在轨迹控制过程中，井眼间的防碰，是钻井密集井区钻井成败的关键。

3孔店组油藏定向轨迹控制

王官屯油田孔店组纵向发育孔一段、孔二段、孔三段油组，其中孔一段和孔二段作为主要开发 油组。孔一段油组纵向发育枣0到枣5油组，发育厚度300~500米，主要以石膏、砂岩、紫红色泥岩为主，部分区域火成岩侵入；孔二段、孔三段油组主要发育砂岩、细粉砂岩、暗色泥岩为主。

（1）垂直井段：页岩油水平井钻进一般设计三开井眼轨迹，根据直井段钻井情况选择合适的钟摆钻具组合，控制井壁和扶正器之间的合理间隙间隙防止井斜现象出现，钟摆钻具在施加小钻压时能够在井斜超过范围值后产生一定的回复力，能够纠正已经产生的井斜。地质方面垂直段沙河街沙三段部分区域存在辉绿岩、生物灰岩，正常钻井是容易井漏，因此选择合理泥浆体系与比重，保证在沙河街储层正常钻进；孔店组顶部发育一套石膏，钻井是造成轨迹偏移，面对此类储层提前选好合理钻具组合以及施工人员根据储层特征及时调整施工方式，

减少或避免轨迹的波动。从而避免施工轨迹偏差在合理范围内；

（2）造斜井段：造斜段钻井是定向井钻井施工的关键点，首先要选择合适地层作为造斜点，根据实际的储层方位偏差、井斜角等参数对井眼轨迹的造斜率进行设计和复算，保障造斜钻井施工的顺利进行，通过调整滑动钻进、复合钻进的比例以及增加钻铤等措施保障钻头按照设计 的井眼轨迹钻进，保障造斜段施工的顺利进行。例如：页岩油水平井造斜段一般位于孔一段枣V层位，岩性为致密砂岩，因此三开施工前提前优化钻头型号、螺杆等，并通过模拟施工参数从而计算出合理造斜参数，满足设计轨迹要求。对于孔一段枣V、枣IV井段油气显示活跃井段轨迹施工时，根据气测情况提前选好造斜力度，减少正常施工时轨迹控制难度。

（3）水平段井段：孔二段页岩油储层为细粒沉积岩储层，黏土矿物含量高、毫米级沉积，岩性变化大、非均值性强，对钻头的粘黏性强，定向钻进时脱压严重。面对这类储层选择合理水力振荡器、螺杆等钻具组合参数，同时利用稳定器等井下作业工具保证稳斜段轨迹施工。

4 轨迹控制过程中事故预防与控制

4.1 卡钻事故预防

卡钻为钻井作业中最常见的事故之一，也是定向井事故复杂最易出现的事故，原因如下：

（1）井身轨迹全角变化率较大

定向作业中，应避免出现较大的全角变化率（俗称狗腿度），常规定向井应选择螺杆（

PDM）角度 1.25°-1.50°，水平井选择 1.50°-1.75°螺杆。

（2）泥浆润滑性与携砂效果均较差

钻井液润滑剂，以固液两相润滑为主，润滑效果达到附加载荷小于 150kN 为标准。在大排量钻进时，充分利用钻井液固控设备的五级进化设备，及时清除有害固相，降低坂土含量数值；使用合适目数的筛布，勤观察振动筛、除砂器筛布，如有破损及时更换；钻井液性能按照要求测量记录，分析变化趋势，同时做好维护工作，观察振动筛返砂量大小，判断井内携砂能力。切勿在水平井将钻具长久静置。必须大幅度上下活动钻具、开启转盘或者顶部驱动装置，预防悬浮的岩屑沉积，导致卡钻。

（3）键槽导致起下钻受阻卡在频繁的钻井、起下钻作业时，使得井眼在上部造斜段出现键槽。因此，出现键槽后，必须通过工具破坏键槽，并每次下钻、起钻至此，通过转动等手段阻止键槽出现。发生键槽卡钻后，要以下压钻具至零，下压无效后可适当转动转盘、顶驱，（严格控制扭矩），小排量循环，可接入随钻下击器进行下击振击，直至解卡。

4.2 轨迹相碰

两口井轨迹相碰会给生产井带来毁灭性的破坏，严重的结果可能使被碰井直接报废，损失严重。针对轨迹防碰问题，在防碰距离不足 15m 时，钻具组合中加入三牙轮钻 头通过。因为牙轮钻头以压剪破岩，对套管破坏小，并且易判断。钻井液循环出口第一道过滤装置处，进行铁屑监测，若有铁屑含量，必须立即停止作业。

4.3 划出新井眼

在已钻井眼基础上，若下钻过程中在上部地层或松软地层遇阻，使用螺杆钻具划眼通过时，容易偏离原轨迹，出现新的轨迹，即新井眼。新井眼的出现直接导致轨迹发生改变，进尺报废，影响恶劣。因此，在遇阻时应遵循“一通二冲三划眼”原则，在直接通过受阻，采取小排量冲划，最后手段时划眼通过。遇阻严重，应起出更换常规钻具组合下入划眼。

4.4 井身轨迹质量不达标

井身轨迹质量超过设计标准值，成为质量不达标。导致此类事故原因主要有未检测钻进、测量仪器故障、受邻井套管干扰导致测量不准确、定向井工程师计算错误等。在钻进中，要及时校正井眼轨迹数据，每次起钻，采取多点测量仪采集数据校核，预防超标问题。

以上几种情况都可能导致事故复杂，最后不得不回填侧钻，延误钻井周期，产生不必要的经济损失，现场一定要避免出现此类问题。

5 结语

王官屯油田孔店组储层由于沉积特殊岩性地层，施工过程时刻留意钻井风险，特别是造斜段以下坚持定点检测方位、井斜，随时掌握方位和井斜变化控制好井眼轨迹，保证准确中靶。

参考文献：

[1] 赵磊，李政毅，白璐.探讨定向井井眼轨迹优化设计[J].中国石油和化工标准与质量，2020,16(03):105-106.

[2] 王昕奇.定向井钻井速度影响因素及提高策略[J].石油钻探技术，2016，12(18):15-17.