i139

应用定向钻井技术

挖掘老君庙油田剩余油潜力

采油厂地质所

二○○二年元月

1

一、概述

老君庙油田自1939年发现并投入开发，至今已有62年的开发历

史，注水开发46年，目前已处入低产后期开发阶段。随着注采井网的

不断完善，油田开采对象越来越复杂，剩余油分布及潜力越来越少，

使得老油田“控水稳油”的难度越来越大；根据油田数值模拟成果，

剩余油主要分布在构造复杂区、异常高压区、建筑物阻挡区等区域

内，为此应用定向钻井技术对老油田后期开发显得尤为重要。老君庙

油田于1955年钻成我国第一口定向井C205井，由于受诸多因素的制

约，近四十年来，定向钻井技术处于停滞状态。直到1994年，为了使

老君庙油田原油保持稳产，提高老油田的开发水平，选择在潜能较大

的老君庙油田剩余油富集区块部署定向井，并在J259井上应用获得成

功。随后在老君庙油田不同区域部署定向井，通过钻井地质特征研

究，大规模推广针对本油田的定向钻井技术，到2001年相继钻成25

口定向井，获得了较好的效果。实践证明，定向钻井技术是老君庙油

田挖潜剩余油的一条有利途径。

二、老君庙油田钻井地质特征

老君庙油田由于开采时间长、注水较多、地层压力异常、复杂，

钻井过程中喷、漏、垮、塌、缩径并存，给定向钻井施工带来许多困

难。具体表现在：

1、地层压力高。油藏经过长期注水，地层压力不断上升，最高

压力达30MPa，且剖面上压力分布极不均匀，初期的定向钻井施工具

2

有摸索性，难度大。25口定向井中有22口钻井液密度在1.70-

2.00g/cm3之间，其中最高为2.24g/cm3，既是这样，部分井在钻探中

还不能平衡地层压力，存在井喷现象。

2、各油藏间压力悬殊。老君庙油田剖面上开采的油层有上油层

K、中油层L和下油层M。油藏跨度不大，但K、L、M层压力相差较

大，L层多为高压，M层相对低压，钻井中上喷下漏。尤其L3层由于

渗透性好、过去注水量偏大，许多区块形成异常高压区及水洗带，钻

穿L3，易发生井喷。为维持平衡钻进，需提高钻井液密度，加重材料

耗量大。由于油藏剖面上L、M油藏地层压力悬殊，高密度钻井液钻井

时井漏频繁发生，高压区14口定向井中有6口井漏，占43％。

3、BC层易垮塌缩径。由于油藏长期注水，使BC层泥岩水化膨

胀。钻开BC层时加上钻井液的浸泡，造成地层垮塌、缩径和泥岩蠕动

等复杂情况。蠕动泥岩进入井筒造成顶钻，井眼不通、喷漏交替，致

使钻进以及测井、下套管等工序无法进行。

4、油层埋深浅，定向施工的井段短。老君庙油田M油藏平均埋深

在600-700米之间，下入表层套管60－70米后，有效的定向施工井段

只有200－300米，可供定向施工的井段短。由于井浅，加之井网密

集，水平位移要求在80－120米之间，井斜要达到12－16°。油层间

压力极不平衡，在进入BC层前，井眼轨迹必须达到要求，否则定向就

会失败。所以，定向的技术水平要求很高。如果造斜、扭方位一次不

能成功，井斜很难达到，中靶十分困难。在如此短的井段下，定向造

斜、扭方位、增斜、稳斜每道工序都必须按设计的目标完成。

3

5、钻井液密度不稳定，定向钻井粘卡几率高。一九九六年前完钻

的6口井，由于施工井段短，井斜大（15°左右），钻具与井壁摩擦

力大，井浅加之井漏频繁，钻井液性能变化大，易发生卡钻。6口井中

有5口井发生卡钻事故，占83.8％，其中打水泥浆卡钻的井也有2

口，占33.3％。同时钻穿BC层后，油层压力高，钻井液密度大，钻井

液润滑性较差，循环困难。加之井下情况复杂，必须要甩掉扶正器钻

进。

综上所述，老君庙油藏地质条件复杂，在定向施工中，既要定向

施工一次成功，又要处理井漏、井塌、井涌、井喷等各种复杂情况，

施工难度大。加之井浅，钻井液密度不可能太大，钻井液性能还不能

完全满足定向钻井需要。地层的喷漏，水泥浆的污染等因素，导致钻

井液维护困难。老君庙油田定向钻井难度较大，风险也大，技术要求

更高。

三、老君庙油田定向钻井技术

老君庙油田复杂的地质条件给定向钻井带来诸多困难和不利，但

通过甲乙双方工程技术人员的共同努力，采取相应的技术攻关及井眼

轨迹控制手段，克服各种困难，使定向钻井成功率达到最好水平。

1、根据井下实际情况选择合理井身剖面技术

在常规的定向钻井施工中，一般设计的井身剖面为为“直－增－

稳”、“直－增”、“直－增－稳－降”、“直－增－降”四种剖面

形式。对于浅层井，最常用的是“三段制”，即“直－增－稳”制。

在老君庙油田高压复杂区，由于受地层的限制，严格执行“三段制”

4

剖面很难达到设计要求，因为进入油层后，地层压力大，所需钻井液

密度大，粘度高，易产生钻头泥包、井喷等复杂情况，若下入带扶正

器的钻具则容易憋漏地层，造成井下复杂。为解决这一问题通常在进

入油层前，将扶正器甩掉，采用光钻铤钻具结构，增加循环空间，降

低环空循环阻力。但采用光钻铤钻具结构后，一般在斜井眼内由于

“钟摆力”的作用产生降斜效果，从而使实际井眼轨迹多为“四段

制”，即“直－增－稳－降”制。所以在老君庙油田选择“四段制”

井身剖面比较合理。

2、定向造斜扭方位技术

老君庙油田为背斜构造，地层倾角大，自然造斜能力强，扭方位

困难。依据这一特点，通过实践选用2－2.5°弯接头较适宜，该弯接

头的造斜率为2.5－4.0°/30米。为了给定向造斜创造较长的有效井

段，造斜点选择要高，一般选在井深150米左右（即N2S1地层）。

老君庙油田钻井过程中方位的漂移一般为右漂，尤其在井斜方位

角小的情况下，右漂的幅度较大，随着井斜的增大，方位漂移量逐步

减小，当井斜达到15°左右时，仍有漂移趋势，说明该地区地层造斜

能力很强，而光钻铤钻具结构方位漂移不定，但向右漂移的几率较

大。各井段方位漂移幅度为：增斜段一般方位漂移在20°/100m左

右。降斜段一般方位漂移在15°/100m左右。

老君庙油田钻井方位漂移幅度表表1

地层井段名称钻具名称漂移方向百米漂移率

N2S1直井段塔式钻具钟摆钻具右移自然方位

N2S1KCJ增斜段"0-3-1"强增钻具右移10-20°/100米

LL-MM降斜段光钻铤钻具右移10-20°/100米

5

在扭方位操作过程中，由于造斜点高，直井段短，井斜小，一般

方位在60－120°左右。为了提高定向扭方位速率，一般采用全力扭方

位的办法，从而在0－40米完成定向扭方位，实践证明是成功的。

2°弯接头扭方位在25°/10米左右，2.5°弯接头平均扭方位42°/10

米左右，并且井斜越小，扭方位越大。

3、井眼轨迹控制技术

选择符合井下实际情况的井身剖面后，关键的技术就是如何控制

井眼轨迹，使其与设计井身剖面相符，提高中靶精度。在老君庙油田

应用如下的技术措施来提高中靶精度：

（1）比较准确的掌握邻井钻井时的自然造斜方位。

（2）根据不同井眼轨迹的需要确定合理的钻具组合。

（3）根据地层走向及倾角和牙轮钻头右漂规律确定合理的方位

提前角。

（4）利用计算机进行井眼轨迹跟踪与预测。

（5）根据下部井眼长度，方位漂移大小，光钻铤增、降斜率，

确定最大井斜角。

（6）利用单点、多点测斜仪定长测量，依据实测资料调整钻井

参数。

4、钻具组合优化技术

直井段：直井段一般采用塔式组合结构和“2－1－2”钟摆钻具

结构，保证了上部直井井眼垂直，给定向造斜创造了有利条件。

增斜段：由于该油田井浅，井段有限，一般采用“0－3－1”强

6

增钻具结构，必须在较短井段内达到预定的最大井斜，要求增斜的速

率较大，采用该钻具结构，最大井眼曲率可达4－5°/100米。

稳斜段：稳斜段一般采用“1－1.5－1”的钻具结构或光钻铤钻

具结构，通过加大钻压达到稳斜效果。

降斜段：降斜段均采用光钻铤钻具结构，由于油层的特殊复杂，

需要甩掉扶正器，光钻铤在井斜井眼内，一般为稳斜或降斜，稳斜或

降斜幅度的大小，需钻进参数来调节，要根据预测井斜、方位角钻压

的大小，钻压在180kN左右为稳斜，在120kN以下为降斜。

老君庙油田定向井分井段钻具组合表2

序

号

井段名

称

钻具名称钻具结构

用

途

1直井段塔式钻具

445mm3A+208mmDC+444mm扶正器+203mmDC*25m+178mm

DC*27m+127mmDP+133mm方钻杆

表层

防斜

2直井段

“2-1-2”

钟摆钻具

216mm3A+158mm托盘+158mm无磁*9m+158mmDC*9m+214

mm扶正器+158mm*9m+214mm扶正器+158mmDC*18m+214

扶正器+158DC*84m+127DP+133mm方钻杆

二开

直井

段防

斜

3

定向造

斜段

螺杆定向

钻具

216mmPDC+165mm螺杆*6.46m+158mm弯接头+158mmDC无

磁*9m+158mm*74m+127mmDP+133mm方钻杆

定向

造斜

4增斜段

"0－3－1"

增斜钻具

216mm3A+214mm扶正器+158mm托盘+158mmDC无磁

*9m+158mmDC*18m+214mm扶正器+158mmDC*9m+214mm扶

正器+158mmDC*126m+158mm随钻震击器一套+127mmDP

加重+127mmDP+133mm方钻杆

强行

增斜

5稳斜段稳斜钻具

216mm3A+214mm扶正器+158mmDC*1.5m+214mm扶正器

+158mm托盘+158mmDC无磁*9m+214mm扶正器

+158mmDC*162m+158mm随钻震击器一套+127mmDP加重

*27m++127mmDP+133mm方钻杆

稳

斜

6降斜段光钻铤

216mm3A+158mm托盘+158mmDC无磁

*9m+158mmDC*150m+158mm随钻震击器一套+127mmDP加

重+127mmDP+133mm方钻杆

降

斜

5、钻井参数优选技术

直井段：一般优选钻井参数为：钻压50kN，转速78rpm，排量

28l/s，泵压20MPa，在该参数下，井斜一般控制在2°以内。

7

增斜段：一般优选钻井参数为：钻压180kN，转速58rpm，排量

18l/s，泵压10MPa以上，在该参数下增斜率一般在4°/100米左右。

增斜段：一般优选钻井参数为：钻压80－120kN，转速78rpm，排

量28l/s，泵压8MPa以上，在该参数下降斜率一般在1-3°/100米之

间。

老君庙油田定向井钻井参数优选成果表

表3

井段钻压(kN)转速(rpm)排量(l/s)泵压(MPa)增降斜率

直井段5078282.0<2°

增斜段1805818>10增4°/100米

降斜段80-1207828>8降1-3°/100米

6.复杂情况预防与处理技术

（1）针对95年粘卡的情况，96年开始在定向前加入适量的原油

和润滑剂，起到了很好的效果。完成定向造斜施工后，在泥浆中混入

玻璃微球以形成光滑的井壁。以后的定向钻井未因定向而造成粘卡事

故。

（2）处理井漏直接采用打水泥的办法。直井段井漏候凝8小时再

钻，在定向段井漏，打水泥后4－5小时快速钻进，避免发生新的井

漏，从而大大减少了复杂段的处理时间，缩短了建井周期。

（3）平衡钻进遇到异常高压层采取适当放压的办法，使所需1.8

－1.9钻井液能维持钻进的井仅需1.5左右的钻井液就可以维持钻

进。同时增强了平衡点的掌握能力，做到压而不漏，活而不喷。既克

服了BC层的垮踏，又平衡了油水层的压力。

（4）对缩径的井，表层套管直接下到BC层底部，封住BC层缩径

8

垮踏，例如G178，井深663米，BC层缩径垮踏，L层压力高。改变了

施工设计，即表层套管加深至BC层底部，L层顶部，上部采用

1.17g/cm3的钻井液，下部采用了2.247g/cm3的钻井液平衡钻进，这

样，既封住了BC层缩径垮踏，又首次用311mm钻头定向钻至L层顶

部，节省了套管，节约了资金。

四、老君庙油田定向井实施情况及效果

该项目经过研究后在老君庙油田剩余油富集区共部署定向井25

口，目前已全部完成。其中：避开高压复杂区钻成定向井14口（含避

开水源6口）；I136，C188，F168，G177，D168，I137，I138，

I139，F149，G178，F168，F169，D177，NF166等；避开高山钻成定向

井5口：B148，B149，L277，L278，C204；避开大型厂房钻成定向井3

口：C185，F216，Q3-3；避开大沟坝钻成定向井3口：H136，A135，

B188。

1、定向井质量指标达到总公司标准

1995年以来通过对老君庙油田储层及地层可钻性的研究，选择在

老君庙油田钻井经验丰富的钻井队伍，共同磋商研究，选购性能优良

的定向工具，在钻井价格不变的情况下成功钻成25口定向井，按20m

的靶心半径考核（Q3-3由于井深，靶心半径30米），中靶率100%，

指标高于总公司标准（总公司标准靶心半径30m）。由于老君庙油田井

距小，井网密，定向指标要求比总公司标准要高。最大闭合距150

米，最大靶心距18.88m，最小靶心距0.43m，达到总公司定向井技术

标准。

9

定向钻井实施结果见表4

老君庙油田定向钻井实施结果表4

井号井深设计水平

位移

实际水平

位移

设计闭合

方位

实际闭合

方位

设计靶心

距

实际靶心

距

最大井斜

角

J25980036.9031.50164.70171.802018.0714.0

I136860125.76122.55335.00331.60207.8215.4

A1351200126.00128.4033.5030.00208.1915.7

F16870481.9199.06107.80103.302018.5513.0

C18860050.0037.10314.70308.002014.008.0

G17771591.82103.36303.50303.902011.5716.5

D16868080.3289.1175.5082.002013.0911.0

I137820102.45117.50296.80295.602015.2715.0

I13892599.16114.49318.30321.302015.3315.0

I139796109.00115.67326.60323.55206.6715.0

H136918116.68117.11180.00173.94200.4314.0

B148920114.7499.14332.17335.262015.69016.0

G17866394.6083.94291.68299.752010.6614.0

F149805116.62119.72149.00142.19203.1016.0

L277116096.1783.5135121.82015.213.6

B149920107.35104.0228.5231.752014.615.0

B18765882.1095.2471.6572.562014.814.0

L278112570.468.574.479.2206.814.8

C27.7225222.52016.4813.7

F21659064.470.3326.5330.52012.514.3

F169765149.2150120.3115.2208.413.6

D17761389.586.59321.4339.542018.616.8

Nf16661448.332.86255.5273.22017.38.0

B4.768078.39204.923.0

Q3-3192533.547.45225.8194.443025.711.0

C204125395.294.53195.36200.53207.99.76

2、定向井单井产量比一般直井高

25口定向井中，M层油井投产初期大部分获得了自喷，平均日产

3.5t/d，是直井的1.5－5.0倍，而且稳产周期长。如：G177井一直自

喷，日产量7.2吨，且油质好，含水低，这是老君庙油田多年未有的

现象。定向井产油量情况见表5。

3、定向井钻井效益显著

根据统计资料，到2001年底共投产25口定向井，累计增产原油7.77

万吨，新建产能（目前实际）2.2万吨/年。扣除25口定向钻井总投资

10

3924万元，创经济效益3848万元。预算定向井投资收回期2.3年，比

普通直井缩短收回期1年。25口定向井相当于46口直井，折算节约钻

井投资156万元。

老君庙油田定向井产油量情况

单位：t表5

序号时间井号井深95年96年97年98年99年2000年2001年合计目前产能

1

I136860

72311.5

2

A1351212

5206680.5

3

C188600

2836114456.5

4

F168710

2012.5

5

G177715

343116315.0

小计5口473247125162516.0

696年

D168

68581784543452.5

7

I137

82916.0

小计2口38383864.5

897年

I138

925395836752.5

9

I139

7966990446943.5

10

B148

92645020161.5

11

H136

9注水598

小计4口3546127.5

1298年

B149

9466638.5

13

F149

888455038972.5

14

G178

64548960144712.5

15

L277

1011721.5

小计4口3577128.0

1699年

B187

658.553217注水2701.0

小计1口658.55321702701.0

172000

C185

1192.5

18

F216

5806336332.0

19

L278

364.0

20

F169

7656436432.5

小计4口36611.0

212001

D177

6133443442.0

22

NF166

6143433432.0

23

B188

6671681682.0

24

C204

.5

25

Q3-3

.5

小计5口52.0

合计227771660.0

4、定向钻井能提高老君庙油田开发水平。

老君庙油田剩余油基本分布在地面障碍区或地下复杂区，过去因

11

为地面建设井场困难或在复杂区钻井成功率低等原因，剩余油开采停

滞不前。采用定向钻井技术，使得该问题得到解决。定向井有效地解

决了老君庙油田注采井网失控、地面障碍物形成的剩余油富集区储量

动用和挖潜的分析。如M层顶部区，多年来油井套坏报废严重，钻直

井更新成功率低，用定向钻井技术后，钻成D177和NF166井，使该区

块井网得到补充。为剩余油开发方案的部署提供了保证，定向钻井技

术的继续推广将使老君庙油田的开发水平再上一个台阶。所以该项目

具有相当好的社会效益。

五、认识与体会

1、老君庙油田地层复杂，定向施工难度大，应根据其地质特征，

确定相应的定向工艺和措施。

2、方位提前角的确定，应根据地层走向、地层倾角、井斜大小、

方位漂移幅度、井段的长短等综合因素来确定，一般在20－50°。

3、采用158mmDC“0－3－1”结构最大增斜率为5°/100米。

4、方位漂移方向一般为右漂，漂移幅度在20°/100米。

5、井下动力钻具反扭角在下第三系N2S1为20－30°。

6、2°和2.5°弯方当装置角为±90°左右时，扭方位率为24°

/10米和42°/10米。

7、在定向钻井液中混入8－10％的原油或玻璃球，可有效地防止

粘卡。

8、平衡钻进、欠平衡钻进可有效地加快定向井的钻井速度。

9、在定向方位达到设计要求后，为防止井漏及油层污染，钻开油

12

层时要取掉扶正器。

10、一般井漏以静堵为主，严重井漏用水泥加复合纤维桥堵。

11、钻井至高压层时可适量放喷，但要采取措施保护BC层以防BC

层缩径和坍塌。

采油厂地质所

二○○二年一月