路志平

中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院 山东东营 257017

1 问题分析

顺北油田位于塔里木盆地中西部，是中国石化在碳酸盐岩海相石油勘探的新发现，资源量达到17 亿吨，该区储层埋藏深（＞7500m），区域发育二叠系火成岩和桑塔木火成岩侵入体等复杂地层[1]。受井身结构和储层垂厚限制，需采用中短半径水平井开发。

顺北一区目前已施工四口φ120mm 中短半径水平井，其井眼轨道设计概况如下表：

表1 顺北油田一区已施工井统计表

表2 单增井眼轨道设计

由上表可知，该区块靶前垂厚83-98m，设计最大设计造斜率（21.3°-25.5°）/30m，属于中短半径水平井。中短半径水平井施工过程中一个重要的特点就是所使用的高弯度螺杆钻具（＞1.75°）受结构强度和钻进扭矩限制无法进行复合钻进，所以无法通过“滑动—复合”相结合的钻进方式调整实钻造斜率，造成实钻轨迹可控度较低，当实钻造斜率与设计值相差较大时，仅能通过起钻更换螺杆钻具弯度实现对造斜率的控制，施工中常出现由于首趟钻螺杆钻具弯度选择不当而导致频繁起钻更换的现象，对现场工程师优选螺杆钻具的能力要求高。统计的4 口水平井分别进行了2-5趟钻完成造斜井段施工，钻次较多的井主要原因正是由于选择的螺杆钻具实钻造斜率与设计造斜率差别较大，导致频繁起钻更换螺杆钻具弯度，影响钻井效率。

2 井眼轨道优化设计

为减少频繁起钻现象，本文通过井眼轨道优化设计，提高与现场施工的贴合度，降低现场工程师工作难度。

2.1 轨道优化方法

轨道优化的思路：通过“高+低”双增轨道设计，合理调整两段造斜率值和井段进尺，实现一趟钻完成“高造斜率井段”并利用可复合钻进的螺杆弯度施工“低造斜率井段”，通过低造斜率井段“滑动-复合”钻进方式的调整增加轨迹贴合度并实现造斜段与水平段的平稳过度，达到安全高效钻进的目标。

轨道设计优化步骤：

（1）根据目标区块钻井及完井管柱通过能力确定高造斜率上限值；

（2）根据目标区块水平井单增轨道设计确定高造斜率下限值；

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（3）根据钻井第一趟钻进尺能力确定高造斜率段长；

（4）根据目标区块1.5°单弯螺杆造斜能力确定低造斜率值；

（5）根据高、低造斜率值及高造斜率井段的确定，形成“高+低”复合造斜率轨道设计。

2.2 顺北油田中短半径水平井轨迹优化

以顺北油田一区目标层位为例，对轨道优化过程进行模拟，假设模型垂厚81m，水平位移500m，稳斜角89°。

（1）确定高造斜率范围。高造斜率上限：顺北油田一区中短半径水平井采用φ120.65mm 井眼开发，裸眼完井[2]，从前期钻井效果看，钻具可顺利通过34°/30m 造斜率井段。由于34°/30m 实钻过程中的最高值，按照实钻与设计通常控制的10%的误差，设计最高值设定为30°/30m。

高造斜率下限：对目标层位进行单增轨道设计，造斜率值为23.36°/30m，见表2。

所以，高造斜率合理范围为（23.36°-30.0°）/30m。

（2）确定高造斜率段长。高造斜率段长由第一趟钻进尺能力确定，顺北油田一区采用φ120.65mm 井眼开发，钻具组合为：φ120.65mmPDC 钻头+φ95mm 单弯螺杆钻具+φ88.9mm 无磁钻铤+钻杆，纯钻时间主要限制因素为φ95mm 单弯螺杆钻具，平均纯钻时间50h，滑动钻进机械钻速平均1.6m/h，第一趟钻进尺能力80m。所以，高造斜率段长≤80m。

（3）确定低造斜率值。低造斜率值由最大弯度可复合钻进螺杆钻具造斜率确定，顺北油田一区可复合钻进最大弯度螺杆度数为1.5°，对该区块施工螺杆造斜率进行统计，造斜率范围（10.97°-18.48°）/30m，由于部分井段复合钻进，单根全部滑动钻进造斜率可达到（16.0°-18.0°）/30m，为提高轨迹的可操控性，设计造斜率设定为（12.0°-15.0°）/30m。

（4）轨道优化设计。根据高造斜率范围（23.36°-30.0°）/30m、高造斜率井段长≤80m、低造斜率范围（12.0°-15.0°）/30m，对不同造斜率施工情况进行对比统计，综合考虑，优选造斜率为（26°+12°）/30m 轨道设计，设计轨道如表3：

表3 优选双增井眼轨道设计

表4 不同轨道实钻偏差处置方案对比

2.3 新型轨道施工优势

现场工程师通过优选螺杆钻具所实现的实钻造斜率通常与设计比较误差在10%之内，实钻过程中，实钻值偏离设计≤10%符合质量要求[3]，否则需起钻更换合适弯度的螺杆钻具，设定发生偏离概率符合正态分布，具体分布状态如表4：

通过对比分析，通过适当调整钻进进尺，单增轨道设计仅有40%的概率实现首趟钻的进尺目的，且受钻具组合进尺能力的限制，第二趟钻仍需使用高度数（≥1.75°）螺杆钻具，钻进至水平段再次起钻更换水平段钻具组合，影响生产效率；“高+低”造斜率双增轨道设计可实现第一趟钻进尺目的的概率为80%，第二趟钻更换1.5°螺杆钻具施工，大概率可在两趟钻完成造斜井段施工，并继续钻进水平段，实现平稳过度。

3 结语

（1）“高+低”造斜率井眼轨道设计方法使用于中短半径水平井，可有效降低施工风险、减少施工钻次，大概率可实现两趟钻完成造斜井段施工，并与水平段施工高效衔接；

（2）采用“高+低”造斜率优化的井身剖面在滑动摩阻、上提摩阻、下放摩阻和钻进扭矩的数值与单增剖面相差很小，不会造成井身轨迹控工作制的额外风险；

（3）本文中短半径水平井井眼轨道设计方法适用于多种储层条件的中短半径水平井，建议推广使用。