小位移深造斜点定向井施工技术

小位移深造斜点定向井施工技术y

董云安 陈小元 汪先迎 许尔丹 袁建平 蒋 燕

(江苏石油勘探局钻井处,江苏江都 225261)

摘要 小位移深造斜点定向井技术,有利于减少定向井扭方位及更换钻具组合的次数,能有效降低定向井的成本。主要介绍了小位移深造斜点定向井的剖面设计、定向初始方位角的确定、井眼轨迹控制及安全施工技术等。从2001年起,该技术在江苏油田30口定向井中进行应用,取得较好效果,扭方位次数明显减少,全井未扭方位率达95%,为调整轨迹而更换钻具组合的次数也明显降低,钻井周期也得到一定程度的缩短。

关键词 江苏油田 小位移 深造斜点 剖面 井眼轨迹 成本

江苏油田地质构造小而复杂,且又地处水乡,地面河流纵横,这一条件决定了必须应用多目标、小靶区定向井技术来开发小断块油气藏。虽然定向井工程师在定向前都要利用各区块的方位自然漂移规律来确定一个合适的方位提前角来避免扭方位,但方位漂移受地层、钻具组合、井眼轨迹、钻井参数等诸多因素的影响,要真正掌握一个区块的方位漂移规律难度相当大。大多数情况下,所确定的方位提前角并不合适,从而导致定向井,尤其是位移较大、造斜点较浅、靶区半径小的定向井,为调整井眼轨迹更换钻具次数多,扭方位次数多,一定程度延长了定向井的钻井周期。为解决这一问题,开展了小位移深造斜点定向井钻井技术的研究与应用,要求定地面井位时,在地面条件及防碰绕障允许的情况下,位移尽量要小;剖面设计时,造斜点尽量要深。所谓小位移深造斜点定向井,并无严格的规定,只是根据江苏油田定向井的实际情况,一般认为 靶位移小于200m,造斜点与 靶垂深差小于600m的井,可称为小位移深造斜点定向井。虽然小位移深造斜点定向井存在直井段防斜打直要求高、深部地层定向造斜难度大及造斜段长等施工难点,但直井防斜打快技术的发展及随钻技术在定向井中的应用,为开展小位移深造斜点定向井的施工创造了条件。小位移深造斜点定向井,中靶所需方位范围大,而且斜井段轨迹控制井段短,能有效地解决常规定向井施工中存在的更换钻具组合次数多,扭方位次数多的难题。实践证明,小位移深造斜点定向井钻井技术在降低定向井的扭方位及更换钻具组合次数、缩短钻井周期等方面是行之有效的。据统计,从2001年起,江苏油田共实施小位移深造斜点定向井施工30口,平均井深1987.31m,最深井深为3206m,平均钻井周期为14.9d,平均机械钻速为13.62m/h,全井未扭方位率为95%,为调整井眼轨迹而更换钻具组合的次数也明显减小,平均使用钻头数为6.1只,其技术经济指标高于常规定向井。

1 井身剖面设计技术

小位移深造斜点定向井一般适用于单目标定向井,两靶稳斜角为25 左右的双目标定向井,及两靶稳斜角为0 的双靶挂直定向井。对双靶挂直定向井,一般设计成直增降直或直增稳降直剖面。单靶及两靶稳斜角为25 左右的双目标定向井,一般设计成直增稳剖面。剖面设计无增斜段,以10~15( )/100m的较高造斜率直接定向造斜到稳斜角或最大井斜角,最大井斜角控制在15 ~25 。降斜率采用常规降斜率4~5( )/100m。选择造斜点时,综合考虑防碰绕障、最大井斜角、造斜段长度等因素,尽可能下移造斜点,以减少斜井段的轨迹控制长度。小位移深造斜点定向井,虽然造斜率较高,造斜段较长,但由于直井段长,斜井段短,其井眼剖面与常规造斜率(5( )/100m)的剖面相比,经摩阻分析软件预测,其摩阻值并未明显增加。表1为部分小位移深造斜点定向井剖面设计与摩阻预测值。

第25卷第1期 石 油 钻 采 工 艺 Vol.25No.1 2003年2月 OI L DRI LLI NG&PRODUC TION TEC HNOLOGY Feb. 2003

y作者简介:董云安,1962年生。1981年毕业于江苏石油学校,工程师。电话:0514-*******。

表1 部分小位移深造斜定向井剖面设计与摩阻预测值

井号

斜深/m 方位/( )靶I 靶

位移/m 垂深/m 位移/m 垂深/m KOP /m K 增K 降

/( ) 100m -1

m /( )摩阻预测值/kN 靶区半径

/m Z22-33075.60287.888.42298526001215.488520F1202745.46327.166.90258066.9027002000105

128020Z22-23117.41

278.2151.522702269.46

2940

23001526.3410020S22-12805160.2145.44265021001216.808130X1-11447.7317.690.5412608101213.2

4130M20-121543.7610.568.95144068.95

1540

70010 3.514.354630S11-1

2608

358.3124.87249020001216.327830M20-141539.22316.3116.5814209001014.1

4320W9-8

1944.22

10.92101.841810101.841880123012515.846530S19-192564.85

327.7

129.09

2200

129.09

2500

1570

15

5

23.70

75

30

2 初始造斜方位角的确定

在定向井施工中,为避免扭方位,定向时均要确定一个合适的初始造斜方位角,但受诸多因素的影响,要确定一个合适的初始造斜方位角难度相当大,尤其是对位移较大的井、斜井段轨迹控制井段较长的井。而对小位移深造斜点定向井而言,由于其位移小,造斜点相对较深,中靶所需的方位范围相对较大,斜井段轨迹控制井段相对较短,要确定一个合适的初始造斜方位角相对较为容易。根据施工实践,一般对第1靶点位移小于200m 的定向井,初始造斜方位角的确定要充分考虑直井段井斜及地层方位漂移的影响,具体可按以下方法确定:设初始造斜方位角为 ,直井段底与靶心方位角为 ,直井段所产生的水平位移为S ,靶区半径为R 。参考邻井资料,若斜井段所在地层有较为明显的右漂趋势,则初始造斜方位角确定为 = -12arcsin R

S

;反之,则 = +12arcsin R

S ;若下部井段方位漂移相对较为稳定,则 = '。 ',S '的具体计算见图1

。

图1 ,S 计算简图

图1中A 为设计目标点,其N 座标为N A ,E 座标为E A ,钻完上部直井段测多点,数据经计算处理

后,井眼处于B 点,其N 座标为N B ,E 座标为E B ,则

=arctan

E A -E B

N A -N B

S =

(E A -E B )2

+(N A -N B )2

。

3 井眼轨迹控制技术

3.1 直井段轨迹控制

小位移深造斜点定向井,其直井段的防斜打快比常规定向井更为重要,直井段的井身质量的好坏直接关系到小位移定向井能否快速顺利完成。如果直井段一旦打斜,产生的位移过大,势必使下部井眼轨迹控制的调整余地减小,有可能造成方位不能兼顾双靶,造斜段长度不够等问题,使施工难度大幅度增加,甚至造成填井侧钻。

通过对江苏油田使用的各类防斜钻具组合进行优选,确定合适的直井段钻具组合。若直井段小于700m,一般采用常规钟摆钻具组合: 216mm 3A 钻头+ 159mm NDC 1根+ 159mm DC 1根+ 214mm STB+ 159mm DC 1根+ 214mm STB + 159mm DC 3柱+ 127mm 加重钻杆 10柱+ 127mmDP 。钻井参数:钻压30~80kN;转速 档~ 档;排量30L/s;泵压17MPa 。若直井段大于700m,则采用双扶刚性钟摆钻具组合,该组合适合于长直井段的钻进,既有利于控制井斜,又能解放钻压,提高机械钻速。双扶刚性钟摆钻具组合为: 216mm 3A 钻头+ 178mm NDC 1根+ 178mm DC 1根+ 197mm 多功能螺旋稳定器+ 178m m DC 1根+ 214mm

STB+ 178mm DC 2柱+ 159mmDC 1柱+

127mm 加重钻杆 10柱+ 127mm DP 。钻井参数:钻压30~140kN;转速 档~ 档;排量30L/s;泵压

22石油钻采工艺 2003年2月(第25卷)第1期

17MPa。

在直井段施工中,必须及时使用自浮式测斜仪或单点测斜仪定井深监测井眼轨迹,根据测斜结果及时调整钻井参数。起钻时,及时测多点,计算上部直井段的井眼轨迹数据,并且及时做好待钻井段设计。若待钻井段设计计算发现上部直井段井斜严重超标,产生的位移已经严重影响到下部井段的定向施工,轨迹控制难度已增加时,则必须提前定向造斜;若直井段底的闭合方位是对准靶区的,则可适当推迟定向造斜。为保证直井段的防斜打快,施工中采取了以下技术措施。

3.1.1 防斜措施

(1)施加合理钻压。根据测斜结果,及时调整钻井参数,若井斜有增大趋势时,适当降低钻压;

(2)送钻均匀,正确处理好地层交结面;

(3)每打完1根单根,上下提划2次,充分修正井壁。

由于严格执行了以上措施,较好地控制了直井段的井身轨迹,所完成各井没有因直井段的打斜而严重影响下部井段施工。

3.1.2 打快措施

(1)优选钻头型号。在较浅井段时,由于存在砾石层,使用常规 216mmXHP2B钻头或 216mm HJ517三牙轮钻头;在较深井段时,选用PDC钻头钻进。PDC钻头只需根据地层岩性选型合适、使用得当、有助于提高直井段的机械钻速有减少井斜的能力即可。

(2)优化喷嘴组合,应用高压喷射钻井技术。普遍使用中长喷嘴、斜喷嘴,在喷嘴组合上使用不等径双喷嘴组合,改善井底流场;泵压在17MPa以上。

(3)保证钻井液的粘切合适,具有良好的携砂能力,减少岩屑的重复切削。

3.2 定向造斜段轨迹控制

小位移深造斜点定向井,使用常规 弯接头+直螺杆 造斜,工具面不易转到位且不稳定,反扭角变化大,不能进行复合钻进,造斜难度大。为解决该问题,采用随钻配合单弯螺杆钻具组合造斜,该组合的优点表现为钻头使用寿命长,钻速快,钻具转动容易,工具面易到位且稳定,反扭角正常,并能通过复合钻进,充分使用好钻头,控制好狗腿角。所使用的单弯螺杆钻具组合有2种,组合(1)为单弯单稳钻具组合: 216mm3A钻头+ 165mm单弯自带稳定器导向马达+ 159mm NDC+ 159mm DC 2柱+ 127mm加重钻杆 10柱+ 127mm DP。组合(2)为单弯自带稳定器双稳钻具组合: 216mm3A钻头+ 165mm单弯导向马达+ 210~ 208mm STB+ 159mm NDC 1根+ 159mm DC 2柱+ 127mm 加重钻杆 10柱+ 127mm DP。钻井参数:钻压50 ~120kN;排量28L/s;泵压14MPa。

为保证定向造斜段具有一定的造斜率且不致 狗腿角 超标,一般选择1 ~1.25 的小角度单弯导向马达造斜,并根据实际造斜率大小,灵活调整钻井方式,使整个井段平均曲率接近于设计曲率。现场经验表明,0.75 单弯导向马达造斜率过小,而1.5 单弯导向马达则造斜率过大,复合钻进时,扭矩大,易蹩钻,较易发生钻具事故。根据定向井三维力学分析软件的理论分析及现场验证,组合(1)及组合(2)的造斜率见表2。

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