李典伟;杨忠福;邸百英;陈绍云;王建艳
【摘 要】S‐shaped directional wells in the Rumaila Oilfield are subject to large drag and torque during the drilling process and some wells experienced torques above the upper limit of rated top‐drive torque . Such conditions might present significant impacts on drilling speeds ,prolong required drilling time and in‐crease drilling costs .In order to solve this problem ,research was conducted on the drag and torque reduc‐ing technique in the well trajectory optimization ,development and application of rotary steering system and hydraulic oscillator , drilling fluid lubricant optimization and other aspects . Accordingly , the drag and torque reducing technique was established to meet the drilling requirements of S‐shaped directional wells in the Rumaila Oilfield .For this drag and torque reducing technique ,S‐shaped well trajectory was adopted with optimum borehole curvature of (2 .85° 3 .00°)/30 m and maximum hole drift angle of 30°;liquid lu‐bricant RH3 and solid lubricant ultra‐fine extruded graphite with dosage of 3% were selected ;the rotary steering system was used for
特斯拉涡轮机the directional well with horizontal displacement above 500 m or that having the construction in the Mishrif layer .At the same time ,other directional wells deployed hydraulic oscilla‐tors to raise the rate of penetration and to reduce the torque .The drag and torque reducing technique was deployed in 13 S‐shaped directional wells in the Rumaila Oilfield to reduce the torque by more than 30%and to raise the rate of penetration by 37 .7% .It could solve the problem of large drag and torque for the S‐shaped directional wells of the oilfield .%鲁迈拉油田S形定向井钻井过程中摩阻扭矩大，部分井出现扭矩超出顶驱扭矩额定上限的问题，严重影响了钻井速度，导致钻井周期延长、钻井成本增加。为此，从井眼轨道优化、试验应用旋转导向系统和水力振荡器、优选钻井液润滑剂等方面开展了降摩减扭技术研究，形成了适合鲁迈拉油田S形定向井钻井需求的降摩减扭技术：采用S形井眼轨道，最优井眼曲率为（2．85°～3．00°）／30m ，最大井斜角为30°；优选应用加量均为3％的液体润滑剂RH3和固体润滑剂超细膨化石墨；水平位移大于500畅00 m或定向施工须进入Mishrif层的定向井应用旋转导向系统，其余定向井应用水力振荡器，以提高机械钻速，降低扭矩。该降阻减扭技术在鲁迈拉油田13口S形定向井进行了应用，扭矩降低30％以上，机械钻速提高37．7％，较好地解决了该油田S形定向井钻井摩阻扭矩大的问题。
【期刊名称】《石油钻探技术》
【年(卷),期】2016(044)005
【总页数】6页(P22-27)
【关键词】摩阻;扭矩;定向井;井眼轨道;旋转导向;水力振荡器;润滑剂;鲁迈拉油田
【作 者】李典伟;杨忠福;邸百英;陈绍云;王建艳
【作者单位】中国石油大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆 163413;中国石油大庆钻探工程公司国际事业部，黑龙江大庆 163411;中国石油大庆钻探工程公司国际事业部，黑龙江大庆 163411;中国石油大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆 163413;中国石油大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆 163413
【正文语种】中 文
【中图分类】TE242
伊拉克鲁迈拉油田开发45年来，已在1 800 km2面积内累计钻井1 000余口，井网密度不断加大；同时，由于战争损坏、地面井口受限等原因，造成该油田定向井数量逐年增多，已达到年钻井总数的70%。由于该油田储层渗透率高达1～1 000 mD、有效孔隙度达15%～25%，常规J形定向井极易发生压差卡钻(试验的2口J形定向井都失败)，因此只能采用S形定向井，但同等条件下S形定向井井眼摩阻较J形定向井更高。该油田上部Dammam层为漏层，下部井深1 800.00 m以深存在易塌页岩层和高渗层，不利于定向施工,导致可供定向的井段长度不足900.00 m。同时，由于井场布置等因素的限制，水平位移一般为350.00～1 000.00 m，且采油工程要求造斜率一般控制在4°/30m以下，这就要求在较短的垂深增量范围内要钻进出较大的水平位移，导致定向段比例达到75%以上，井眼摩阻扭矩进一步增大，部分井出现扭矩超出顶驱35 kN·m额定上限的问题，虽然采取了泡油泡酸等处理措施，但未取得理想的降低扭矩的效果，最终选择侧钻，从而延长了钻井周期、增加了钻井成本。因此，大庆钻探工程公司开展了鲁迈拉油田S形定向井降摩减扭技术研究，并在13口井进行了现场应用，与原有的7口同类定向井相比，实际扭矩降低30%以上，在提高机械钻速、降低钻井成本方面获得较好的效果。
鲁迈拉油田地层发育稳定，自上而下依次为Dibdibba层、Lwr-Fars层、Abu-Ghar层、Damm
am层、Rus层、Ummer-rad层、Tayarat层、Shiranish层、Hartha层、Sadi层、Tanuma层、Khasib层、Mishrif层、Rumaila层、Ahmadi层、Mauddud层、Nahr-Umr层、Shuaiba层和Zubair层，主要目的层为Zubair油层，地震及实钻资料证实，该油田几乎没有断层存在。但该油田地层岩性结构较为复杂，并且软硬地层频繁交错，局部含硫化铁矿物，给井身质量及井斜控制带来了不同程度的困难。各组地层主要岩性特点及钻井风险如下[1]：
1) 该油田发育6套漏失地层，占总井深的51.19%。其中Dammam层井深420.00～680.00 m,90%以上定向井在钻进该地层时发生严重漏失；Hartha层井深1 600.00～1 850.00 m,地层岩性为裂缝、孔隙极其发育的白云岩和石灰岩，为主要漏失层，50%以上定向井在钻进该地层时发生严重漏失，鲁迈拉油田南部尤为严重；部分地区存在溶洞，造成钻井过程中钻井液失返及井壁坍塌。
2) 该油田发育2套含硫水层，层段长为260.00～300.00 m，Ummer-rad层下部100.00 m和Tayarat层全部均发育含硫水层，井控风险较大。如Ru-398井钻至井深1 724.00 m(Hartha层)时，钻井液完全漏失后含硫水溢出并伴有H2S气体，井控风险增大。
3) Rus层、Ummer-rad层和Tayarat层等存在砾岩、硬石膏和硫铁矿夹层，造成机械钻速低、
PDC钻头崩齿、定向工具面不稳等问题。
4) Shiranish层、Mishrif层和Zubair层渗透率高达1 000～4 000 mD，同时该油田已开发45年，部分井Mishrif层和Up-shale层的孔隙压力梯度下降了0.10～0.23 MPa/100m，造成压差卡钻的风险进一步增大。
5) 部分老井由于战争以及管理不当等原因，相关资料缺失严重，与国内外其他油田防碰井多为“单点”或“小段”防碰相比[2]，鲁迈拉油田S形定向井下部井段防碰扫描段长达1 500.00～2 000.00 m，定向井钻井防碰难度很大。
井眼轨道设计主要有恒曲率和变曲率两种，其中恒曲率法设计思路简单易行，现场施工便于实现，但井眼摩阻较大。变曲率法井眼摩阻较小，但设计复杂，现场施工过程中不易实现。不同轨道类型分析计算及现场试验对比表明，在钻达相同靶点情况下J形定向井进尺比S形定向井约少50.00 m；但从压差计算公式可以看出，随着井斜角增大，高渗透层更易发生压差卡钻。同时，由于J形定向井的定向段位于三开井段，造成其钻井周期比S形定向井长10～20 d，且井斜角大于15°的J形定向井需要采用旋转导向技术钻进，而S形定向井更能满足后期作业的需要。因此，从进尺、钻井风险、钻井周期和成本等多方面综合分析，鲁迈拉油田定向
井设计采用S形井眼轨道，即“直—增—稳—降—稳”五段制剖面。
当靶点、方位确定后，井口坐标主要由靶前距决定。靶前距的确定主要考虑所用造斜工具的造斜能力、曲率与摩阻的关系，最终在满足地质设计要求和安全施工的前提下选择最低摩阻的靶前距。由于鲁迈拉油田开发时间长以及战争等因素的影响，地面情况较为复杂(联合站、油田公路、未排爆雷区等)，并根据安全防护的要求需增加防弹墙、防弹沟和铁丝网等设施，井场面积虽然增大为180.00 m×180.00 m，但可供选择的井位范围较小。针对鲁迈拉不同地质和地面情况，在开展摩阻扭矩分析的基础上(见表1)，建立了鲁迈拉油田井型划分方法。根据地面建设情况和采油集输管线的布置情况大致确定井眼方位后，根据已知的地质靶点和合理的靶前距(即线段长度)，确定最优的井口坐标，表达式为：
X=X1+Lsin Z
Y=Y1+Lcos Z
式中：X为井口横坐标，m；X1为靶点横坐标，m；Y为井口纵坐标，m；Y1为靶点纵坐标，m；Z为井眼方位与格北方位的夹角，(°)；L为靶前距，m。
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