王利论文-海拉尔盆地螺旋井眼眼影响因素分析及对策

海拉尔盆地螺旋井眼形成因素分析及对策王利1（1.大庆油田海拉尔石油勘探开发指挥部内蒙古呼伦贝尔021008）摘要：大庆油田4000万吨稳产需要对海拉尔盆地进行快速的勘探和开发。但随着海拉尔盆地出现螺旋井眼情况的增多，严重影响了勘探开发测井油气综合解释。为避免螺旋井眼对钻井、测井的危害，本文提出了螺旋井眼的形成同地层、钻头、钻具组合、钻井参数密切相关，同时也研究了防治螺旋井眼的思路和对策，利用科学的施工方法，完善钻具同地层的力学模型，改进钻头，合理确定钻具组合及钻井参数，结合先进的Power-V和MWD钻井技术，有效地解决了海拉尔盆地的螺旋井眼问题，现场应用见到明显效果。关键词：螺旋井眼钻具组合测井曲线钻井参数HelicalWellboreFactoranalysisandCountermeasuresofHailarbasinWangli1(1.HailarPetroleumExplorationandDevelopmentHeadquartersofDaqingOilfield,Hulunbeier021008,China)Abstract:Daqingoilfieldstableproductionto40milliontonsneedsRapidexplorationanddevelopmentofHailar-Tamsagbasin.ButwiththeemergenceofspiralboreholeinHailarbasinnumberofcases,seriouslyimpactontheexplorationanddevelopmentofoilandgasloggingcomprehensiveinterpretation.Inordertoavoidspiralborehole’shazardsaboutdrillingandlogging,thispaperpresentsspiralboreholeformationwithformation,drillbit,BHAanddrillingparametersarecloselyrelated.Butalsoonthepreventionandcontrolofspiralboreholetrainofthoughtandcountermeasure,usethescientificmethodofconstruction,improvethedrillingtoolwithformationofthemechanicalmodel,improveddrillbit,reasonabledeterminationofBHAanddrillingparameters,combinedwithadvancedPower-VandMWDdrillingtechnology,effectivelysolvedinHailarbasinofspiralboreholeproblems,Fieldapplicationobtainapparenteffect..Keywords:HelicalWellboreBHABorelogDrillingparameter1前言海拉尔盆地位于我国东北部，属于巨大的中亚-蒙古坳拉槽的一部分，总面积44210km2。近年来随着大庆油田4000万吨稳产形势的需要，海拉尔探区逐步成为大庆油田持续稳产的一个有力接替区块，是勘探开发的又一主战场。近些年来随着钻井数量增多和速度加快，螺旋井眼的数量也随之增多，严重影响了勘探开发测井油气综合解释。大庆测井公司在海拉尔地区测井作业时多次遇到曲线出现周期性摆动变化的情况（近似正弦波变化），周期性摆动比较明显的曲线是密度、密度补偿值、光电吸收截面指数、声波、井径、中子、感应、微球、井斜、声、电成像等曲线（其中密度、声波、井径曲线受影响的比较普遍）。王利，男，1981年1月出生，2002年7月毕业于中国地质大学（武汉）资源勘察与开发专业，现工作于大庆油田有限责任公司海拉尔石油勘探开发指挥部，从事钻井工程技术和项目管理工作，工程师。通讯地址：大庆油田海拉尔石油勘探开发指挥勘探开发工程运行部邮编：021008电话：[phone]电子邮箱：[e-mail]表1海拉尔盆地螺旋井眼统计表序号井号井径扩大率井段影响曲线程度1乌120-922.552370-2440CAL、RHOB、AC明显2乌120-994.132519-2640AC、RHOB、CAL、MSFL、NPHI明显3乌122-1009.532392-2495RHOB、CAL、AC明显4乌122-916.891990-2030CAL、RHOB明显5乌122-988.212476-2520RHOB明显6乌124-967.652090-2345AC、RHOB、CAL明显7乌126-1021.032190-2390AC、RHOB、CAL明显8乌144-785.752140-2317AC、RHOB、CAL明显9乌144-867.52050-2130AC、RHOB、CAL明显10希3-平12.82910-3270AC、RHOB、CAL明显11希47-55102840-2935AC、RHOB、CAL明显12乌138-X851.412020-2610AC、RHOB、CAL明显13乌140-881.452250-2550AC、RHOB、CAL明显14乌142-X851.191580-2526AC、RHOB、CAL明显15乌146-839.452060-2235AC、RHOB、CAL明显16乌25-X1-支14.872040-2200AC、RHOB、CAL明显17希13-X18.642135-2495AC、RHOB、CAL明显18苏301-49.331870-1965AC、RHOB、CAL明显19苏301-52-536.551785-2010AC、RHOB、CAL明显20希09-692.372800-2900AC、RHOB、CAL一般21希40-506.332560-2430AC、CAL明显2螺旋井眼的危害螺旋井眼形成以后，会造成井眼质量变差，导致如下现象以及危害的产生[1]：(1)钻井起下钻以及钻进过程中摩擦力较高,导致上提钻柱大钩载荷过大，下钻困难，钻进中钻压传递困难，致使钻进机械钻速低。(2)下套管阻力大、测井仪器下放困难。(3)钻井过程钻柱会产生高振动，钻头工作不平稳，其结果导致钻柱失效快，钻头寿命缩短，钻头用量增多。(4)井眼清洁十分困难，囤积岩屑床现象严重，且井壁易崩塌致使卡钻现象严重。(5)测井响应不稳定，影响测井曲线的真实性，导致错误的地质及含油气解释结果。3螺旋井眼形成因素分析井眼的形成受地层的客观因素和钻具组合优选、钻井参数等主观因素的影响，螺旋井眼的产生也离不开这些方面。归纳起来，初步认为，螺旋井眼产生主要是如下因素所致[2]：(1)地层的可钻性不同。由于地层的可钻性不同，导致了钻速不均、钻具受力变形、造斜率不稳、飘方位等问题，影响螺旋井眼的产生。例如垂直岩石层面方向可钻性较好，受地层产状及别的因素影响，钻出的井眼不但有井斜的变化还有方位的变化[3]。(2)钻头和地层的各向异性。由于钻头和地层的各向异性，导致钻头和地层相互作用的复杂，而井眼形成与此密切相关。其影响的结果使钻头实钻方向和钻头受合力不一致，造成井斜和方位的变化，同时会反作用与下部钻具组合的受力，影响井眼轨迹控制，促使螺旋井眼的形成。(3)钻头的侧向切削能力。钻头侧向切削能力的不同，造成横向钻速的不均匀，从而产生井斜和方位的不断变化[4]。(4)钻头的侧向力。钻头侧向力的产生，导致横向破岩的产生，会产生诸如增斜、降斜、增降方位等变化。(5)钻头转角。钻头出现转角导致钻头的指向和受力变化，从而改变井斜和方位。(6)井眼扩大率。井眼的扩大率不仅导致钻柱涡动，而且会影响侧向力和钻头偏转角。自然会造成螺旋井眼。(7)下部钻具组合螺旋弯曲的影响。尽管为了防斜而增加下部钻具组合的刚度，但在钻压影响下仍会发生螺旋屈曲，螺旋屈曲的钻柱和地层相互作用时，根据最小耗能原理，井眼也随着钻柱弯曲成螺旋状[5]。(8)钻井参数的影响。不同的钻压、转速、泵压、泥浆排量对不同钻具组合在不同区块的侧向力、钻头偏转角有很大影响。单纯从钻柱力学分析而言，不同钻压对下部钻具钻头变方位力影响较小，但是，现场由于地层的影响，某些区块变方位力对钻压比较敏感，例如胜利油田桩39-16（侧）井施工过程中，随着钻压的增大，增井斜、减方位，随着钻压的减小，减井斜、增方位(最高方位达7°/100m)。当然，影响螺旋井眼产生的原因很多，研究这些因素如何影响螺旋井眼形成以及影响程度十分必要，特别研究不同因素耦合作用的影响是当前乃至今后研究的重点，这是研究螺旋井眼产生机理的精华所在。4海拉尔盆地螺旋井眼防治4.1解决螺旋井眼问题的思路螺旋井眼的形成在一定程度上是较难避免的，另外带有结构弯角的导向钻具在旋转钻进过程中必然产生螺旋井眼，可以做试验证实。根据HalliburtonEnergyServices公司的钻井新工艺—FullDrift的启示，防治螺旋井眼的思路可以从如下方面着手：(1)地质和钻井人员联合攻关，地质人员根据地质成果资料分析情况，尽可能向钻井人员提供详细的地层资料，钻井人员要根据邻井作业经验科学施工。(2)完善下部钻具组合三维动力学分析，认识BHA结构参数、钻井操作参数以及井眼几何参数对BHA力学特性的作用机理，为更有效地控制井眼轨迹以及钻具研制提供科学的依据。(3)在考虑多种因素条件下完善钻头和地层相互作用模型，分析不同地层对不同钻具组合受力影响，找出螺旋井眼产生的机理，优选钻具组合和钻进参数。(4)在理论研究和实验基础上，制造先进的井下闭环导向钻具和测量、监控装置。研究螺旋井眼问题时，可以逆向分析，建立侧向力、钻头转角等对井眼屈曲的影响评价及钻具的屈曲对井眼屈曲的影响。同时有必要完善井眼屈曲的井下测量评价手段(MWD、井下电视照相等)。在试验方法上可以用室内实验、实钻验证加计算机仿真等。4.2海拉尔地区螺旋井眼防治对策螺旋井眼的防治工作是涉及地质、机械、电子、测量、控制论、力学、计算机及钻井工艺等多领域的系统工程,要用系统工程思想去分析、解决问题。据国外最新进展，提出防止螺旋井眼产生的总体思路是从下部钻具组合三维动力学分析、钻头和地层作用力、通过计算机仿真优化下部钻具组合、先进钻井工具研制以及先进的测量及监测装置等方面来攻关。就海拉尔盆地的实际情况，结合防治螺旋井眼的思路，具体从如下几个主要方面防止螺旋井眼的形成：（1）研究开发新型保径钻头；（2）根据螺旋井眼影响因素的分析,优选钻具组合钻进参数；（3）增强BHA的扶正特性；（4）优配钻头的轴向和径向速度(机械钻速和转)；（5）针对可能出现螺旋井眼的底层采用powerV或者MWD方式钻井。另外，在现场试验应用过程中需要完善及解决“井眼质量评价指标、井眼屈曲的衡量指标、钻头和钻具的优化设计和新型井下工具研制”等问题。4.3现场应用效果在现场试验初期，收集了易产生螺旋井眼的区域，通过对保径钻头的选型和优选钻进参数在南屯组地层见到明显的效果，但在铜钵庙组地层的适用性不强，通过采用PowerV或MWD在此段钻井，有效地解决了这一问题，如希47-44井，图1所示两口邻井的曲线对比可以看出，采用科学方式施工的效果。图1.希47-55和希47-44测井曲线对比同时，为提高海拉尔盆地钻井速度，复合钻井使用非常普遍，但螺旋井眼的数量也随之增多。针对使用螺杆钻具钻井时发生的螺旋井眼，通过计算分析，采用多个扶正器和控制钻头的转速，见到了很好的效果。如图2中希33-59井，不仅提高了机械钻速，同样也避免了螺旋井眼的发生。在现场的应用中，如何控制螺旋井眼的发生还是一个难题，需要结合地质条件，通过大量的计算，建立充分的力学模型，来求得最佳的钻井参数等，同时也要结合实钻资料不断修正模型。图2.希33-59(左)和希35-57(右)测井曲线对比4结论