2010年度中国石化川气东送建设工程新技术推广成杲报告旋转导向技术在河坝地域的应用西南油气分公司川东北采气厂西南石油局广西钻井公司2020年7月旋转导向技术在河坝地域的应用推行功效名称：《旋转导向技术在河坝地域的应用》应用起止时刻：2020年11月—2020年12月负责人：李光翼顾战宇技术首席：韦谷运报告编写人：杨青廷黄佑富张成俊要紧推行人员：李光翼顾战宇韦谷运邓明杰吴德杨青廷汪卫东黄佑富张成俊刘葵李永平杨艇审核人：韦谷运审定人：李光翼前言4-技术推行背景5二技术推行功效内容6关于大斜度定向井、水平井要操纵井眼轨迹确保中靶，常规的方式是增强随钻监测、调整工程参数和技术方法，大多数是采纳改换弯接头度数，改变扶正器位置、调整钻压、确信转盘等方式方法来实现，常规的方式费时、费事、效率低、成效不必然好旋转导向钻井技术能克服常规方式的缺点，实现随机调整，实时操纵井眼轨迹，效率高，成效好，井身质量取得保证，是一项先进的工艺技术旋转导向钻井技术工作原理及配套方法具体如下：7（-）旋转导向钻井技术工作原理7（二）旋转导向钻井技术平安技术方法8三技术创新点9四应用成效、效益10（一）旋转导向在水平井HJ203H井的应用情形10（二）旋转导向在大斜度定向井HF302井的应用情形14（三）旋转导向技术应用成效分析17（四）旋转导向技术应用技术成效20五结论及建议23河坝区块海相地层埋藏较深，嘉陵江地层白云岩夹杂大段石膏，岩性软硬交织，地层压力系数较高，钻井液密度高，高低压并存，目的层在嘉陵江的定向井、水平井的造斜段大多项选择在雷口坡组，岩性为石膏岩、白云岩互层，定向工具选择存在必然难度；在青岩层定向钻进中钻具托压现象严峻，机械钻速低，阻碍了施工进度，选择先进合理的工具和技术是提高大斜度定向井、水平井钻井速度及平安钻井的关键。
2020年河坝区块新布置三口目的层为嘉陵江二段、飞仙关组三段的开发井，其中两口大斜度定向井HF203井、HF302井是以飞仙关组三段储层为要紧目的层，水平井HJ203H井以嘉陵江组二段为目的层HF302井、HJ203H井别离由中国石化西南石油局广西钻井公司70837XNG、70823XNG钻井队施工为了提高大斜度定向井HF302井和水平井HJ203H井的钻井速度，通过调研和对照，选用了由安东石油技术（集团）和贝克休斯.英特公司联合提供的旋转导向钻井技术服务在施工中，利用一套旋转导向钻具组合顺利完成了定向增斜、稳斜和水平段的钻进任务，机械钻速和钻井时效明显高于同地域钻井水平，井眼轨迹滑腻，全井安然无事故一技术推行背景川东北气田地质情形复杂，钻井速度慢，周期长，为了解决上部陆相地层大尺寸井眼井段的钻井速度和幸免井漏等复杂情形，通过近两年的实践采纳空气钻井揭穿上部陆相地层，机械钻速有了明显提高，复杂情形大大减少，有效缩短钻井周期，解决了制约钻井速度的瓶颈问题，关于下部海相地层，利用大功率螺杆+高效钻头的复合驱的钻井方式，能有效提高低部海相地层的机械钻速，这些技术对提高钻井速度、缩短钻井周期、加速勘探步伐起到了踊跃的推动作用。
一样情形下，关于7000m左右的直井，在一年左右的时刻内能完成施工；关于大斜度井和水平井，上部陆相地层一样能够采纳空气钻井来提高钻井速度，可是下部定向段、造斜段、稳斜段、水平段的钻进，若是仍用常规的方式来提高机械钻速有专门大的难度，这是因为在斜井段和水平井段中要想克服磨阻、有效施加钻压、解决托压问题，目前还存在技术上的困难，这些困难要紧有：一、依照安东石油技术（集团）对井下钻具侧向力分析说明，常规的旋转钻进，在4300m至4700m周围侧向力较大，但在13-3/8v套管鞋以下的裸眼造斜段的侧向力最大值不到40kg/m,对钻具的疲劳损坏程度较小、对井眼的轨迹阻碍不大，因此钻进的风险不大可是若更改成大斜度定向井后，易形成岩屑床，致使施工进程中磨阻扭矩增大，且若是在上部井段存在较大狗腿，会大幅度增高钻杆疲劳损坏的概率，发生断钻具事故；若是在水平井段利用螺杆动力钻具滑动钻进，容易产生砂床；专门是超深水平井，钻井液排量受到限制，对井底迅速清除岩屑和环空中携带岩屑带来必然难度，因此极易发生卡钻事故二、鉴于地层准确预测有必然难度，在施工中依照地质录井岩性需要不断调整目的层深度，且目的层厚度不是很厚，河坝地域的目的层厚度一样在131n〜16m,因此,地层的不确信性和储层薄致使井眼轨迹操纵难度大，水平段井眼轨迹操纵精度要求局。
3、川东北地域属于高温高压地域依照邻井资料，估量嘉陵江组地层流体温度为H4℃,地压梯度为MPa/m,因此，高温度和高密度钻井液对MWD等定向井测量仪器的要求高4、由于设计井较深、水平段长，而且地层可钻性差，研磨性强，因此采纳常规定向施工周期长，对钻具和套管磨损大，发生井下复杂事故可能性增大，而且对导向工具的导向力也有必然阻碍五、在嘉陵江组三段、飞仙关四段存在大段的硬石膏岩，造斜相对困难，而且在此段，井下工具震动猛烈，扭矩波动幅度大，对工具的寿命产生较大阻碍，而且阻碍工具造斜率6、本地域属于高含硫地域嘉陵江组流体中国5气体含量高达6000-6500ppm,因此，在钻井进程中应专门注意硫化氢气侵的预防与处置，同时，还要考虑硫化氢对测量仪器的阻碍因此寻觅先进的工具和技术来克服和解决这些问题，对提高低部井段的钻井速度和平安钻井是十分重要的，目前国内和国际上，具有把握这种工具和技术的有好几家公司，其中实力最强，信誉较好的有国内的安东石油技术（集团）和国外的贝克休斯.英特公司通过协商和谈判确信由安东石油技术（集团）和贝克休斯.英特公司联合为大斜度井HF302井，水平井HJ203H井提供旋转导向钻井技术效劳，力争平安、优质、快速完成大斜度井HF302井，水平井HJ203H井的钻井施工任务，并为河坝地域的高温、高压、超深大斜度井和水平井的钻井速度提高进行探讨和积存体会。
二技术推行功效内容关于大斜度定向井、水平井要操纵井眼轨迹确保中靶，常规的方式是增强随钻监测、调整工程参数和技术方法，大多数是采纳改换弯接头度数，改变扶正器位置、调整钻压、确信转盘等方式方法来实现，常规的方式费时、费事、效率低、成效不必然好旋转导向钻井技术能克服常规方式的缺点，实现随机调整，实时操纵井眼轨迹，效率高，成效好，井身质量取得保证，是一项先进的工艺技术旋转导向钻井技术工作原理及配套方法具体如下：（一）旋转导向钻井技术工作原理旋转导向钻井技术包括地面监控系统、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进程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、井下信号说明处置、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、双向通信和动力模块、无磁模块稳固器等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要紧由以下五类工具（或模块）组成：导向装置（AutoTrak）：导向装置是旋转导向钻井技术的关键工具，其工作原理见附图12井下液压系统所带动的三个独立液压油缸别离操纵三个造斜肋块（Ribs）伸缩，依托井壁反作使劲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（3英尺）的近钻头井斜角测量装置导向装置造斜率的大小与每一个造斜肋块在单位进尺中的伸缩次数无关在导向造斜模式下，液压系统能够对导向装置提供7500个动力矢量，使其依照给定工具面和给定动力进行导向钻进，而且，能够随时通过下传指令从头定向除造斜功能外，导向装置还有稳斜功能通过井下自动操纵的闭回路，在地面指令通过另一回路发至导向装置后，自动操纵功能开始接管，将每秒测得的井斜数据与指令比较并进行调剂操纵，从而达到平缓滑腻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滑腻导向，在新指令抵达之前，将靶点井斜角维持在±°之内；而且稳斜进程中也能够随时通过下传指令改变井眼方位传感器模块（OnTrak）：该模块要紧提供旋转（地质）导向钻井所需要的大体参数第一，该模块中安装有效于地层岩性识别的伽马射线和多频电阻率，是随钻测井的大体项目，帮忙完成地质导向任务；第二，该模块中安装有效于井眼空间位置操纵的磁通量计，能够计算出井眼方位角，配合近钻头井斜角来完成井眼空间的导向任务;最后，该模块中还安装有效于钻井参数优化的环空泥浆当量密度、振动和粘滑系数等测量装置，帮忙地面定向井工程师识别井下工具的工作状态。
双向通信和动力模块（BCPM）：该模块要紧由涡轮发电装置和正压脉冲发生器组成，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量数据提供通道可选择效劳工具：大扭矩高温螺杆钻具（X-treme）＞优化旋转密度仪（ORD）、测径校正中子仪（CNN）、动态与压力模块（Co-Pilot）和声波特性探测仪（APX）o其中大扭矩高温螺杆钻具定子是由预先特定断面形状设计的钢制套管和薄且“等厚”橡胶层组成，能够经受更高的井底温度，提供更大的驱动扭矩；动态与压力诊断模块能够提供钻压、钻头扭矩、钻孔压力、环空压力、钻柱弯曲（挠）等钻井参数其他配套工具：无磁模块稳固器、无磁柔性短节、无磁承压钻杆、随钻震击器和浮阀等工具实钻钻具组合：通过水力参数、磨阻和扭矩计算、钻具屈曲分析等优化设计，旋转导向工具底部钻具组合：9-l/2"PDC钻头+6-3/4”旋转导向短节（带近钻头井斜）+下部柔性短节（带9-3/8”模块扶正器）+6-3/4"OnTrakLWD传感模块（包括多频电阻率、伽玛射线成像、振动和粘滑、泥浆当量循环密度、井斜角、方位角、井底温度等）+8-3/8”模块扶正器+6-3/4”双向通信及发电短节+6-3/4”顶部断电短节+9-1/4”非磁扶正器+6-3/4”浮阀短节+5”无磁抗紧缩钻杆x2根+5”加重钻杆x2根+6-1/2”震击器+5”加重钻杆x6根+5”钻杆+转换接头+5-1/2”钻杆；（二）旋转导向钻井技术平安技术方法一、优化钻具组合：施工中尽可能采纳钻杆，在保证施工排量的情形下，尽可能降低施工泵压；二、优选钻井参数：利用随钻监测扭矩波动（顶驱）和井底钻具振动情形，及时调整钻井参数，确保在施工平安的前提下，提高钻井速度;3、优选钻井液体系和性能：钻井液体系选用无钛铁矿体系，利用好四级固控设备，要求钻井液具有较好的携能力和良好的润滑性能；4、增强钻具治理：要求所有下井钻具为一级以上钻具，按期探伤、错扣、、倒换；重点强化1400-1700m井段（侧向力最大、疲劳平安系数最低和屈服平安系数最小）钻具的倒换工作，避免发生疲劳破坏；充分利用井底钻具振动与环空压力监测数据，实时调控钻井参数，避免钻具事故；五、井眼清洁方法：尽可能提高循环排量，配合短起下钻方法，破换岩屑床，提高井眼清洁度；监测井底循环当量密度（ECD）,及时调整钻井液性能或采取工程方法，提高井眼净化能力。
三技术创新点旋转导向钻井系统与一般定向中采纳的弯外壳螺杆钻具、弯接头+直螺杆钻具、一般稳固器钻具组合等配合MWD/LDW进行定向造斜、增斜、稳斜和水平段钻进作业相较，其具有以下优势：一、利用一套钻具组合完成定向造斜、增斜、稳斜和水平段等各类井段钻进任务，不仅能够减少起下钻改换钻具组合的时刻，提高钻井时效；同时，由于减少频繁改换钻具组合，也降低了因底部钻具组合刚性不同引发的划眼、卡钻等井下复杂事故的次数和时刻二、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、稳斜和水平段等井眼轨迹（或地质）导向指令时，不需要停止钻进，因此，实现了井眼轨迹的滑腻、持续钻进，不仅能够节省钻井时刻，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。