非螺桿井眼軌跡調(diào)整技術(shù)在冀東油田的應(yīng)用

楊燦,藺玉水,李偉汪勝武,李哲宇(中石油渤海鉆探工程有限公司第一鉆井工程分公司,天津 300280)

非螺桿井眼軌跡調(diào)整技術(shù)在冀東油田的應(yīng)用

楊燦,藺玉水,李偉汪勝武,李哲宇(中石油渤海鉆探工程有限公司第一鉆井工程分公司,天津 300280)

在深井、結(jié)構(gòu)復(fù)雜定向井鉆進(jìn)過(guò)程中,受井型、泥漿技術(shù)、地層溫度和地層特殊巖性的影響,常規(guī)定向鉆具的使用受到限制。因此,在深井、結(jié)構(gòu)復(fù)雜井中采用非螺桿井眼軌跡調(diào)整技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)井眼軌跡調(diào)控顯得尤為重要。從井型特點(diǎn)、泥漿條件、地層溫度等方面對(duì)冀東油田實(shí)施非螺桿井眼軌跡調(diào)整技術(shù)的必要性進(jìn)行了分析,并詳細(xì)介紹了該技術(shù)在冀東油田的具體應(yīng)用情況。現(xiàn)場(chǎng)施工表明,在冀東油田地層較復(fù)雜地區(qū)應(yīng)用單穩(wěn)定器鉆具組合調(diào)整井眼軌跡,既能保證井下安全,又能實(shí)現(xiàn)良好的井眼軌跡,因而選擇單穩(wěn)定器鉆具組合較為合適;通過(guò)調(diào)整鐘擺臂的長(zhǎng)度和穩(wěn)定器直徑,并運(yùn)用合理鉆壓,不需應(yīng)用螺桿定向功能即可完成井眼軌跡的調(diào)整。

鉆井工藝;鉆具組合;井眼軌跡;井身結(jié)構(gòu)

隨著石油開(kāi)發(fā)的進(jìn)一步深入,冀東油田的深井、超深井、大位移井已逐漸成為主要鉆探井型。在鉆井生產(chǎn)中,井眼軌跡控制是保證井身質(zhì)量的一項(xiàng)重要技術(shù)。冀東油田尤其是南堡區(qū)塊的井型都具有早定向、長(zhǎng)段穩(wěn)斜、四或五段制井身結(jié)構(gòu)等特點(diǎn),鉆井過(guò)程中托壓嚴(yán)重,采用螺桿鉆具定向糾斜調(diào)整軌跡的難度大,易發(fā)生粘卡,且一旦卡鉆,則處理難度和成本都很大。此外,東營(yíng)組、沙河街組及奧陶系地層常鉆遇斷層、漏失層和特殊巖性,下入螺桿后對(duì)處理井下復(fù)雜的安全性極為不利。因此,在井深超過(guò)3000m后,一般采用非螺桿軌跡調(diào)整技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)軌跡控制要求。非螺桿井眼軌跡調(diào)整技術(shù),即在不使用螺桿定向功能的前提下對(duì)穩(wěn)斜段或穩(wěn)斜后續(xù)井段進(jìn)行井眼軌跡的調(diào)校技術(shù),按照鉆具組合劃分,可將該技術(shù)分為常規(guī)鉆具技術(shù)和動(dòng)力鉆具技術(shù)[1-3]。下面,筆者對(duì)非螺桿井眼軌跡調(diào)整技術(shù)在冀東油田的應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行了探討。

1 采用非螺桿井眼軌跡調(diào)整技術(shù)的必要性

1.1 井型特點(diǎn)

近年來(lái),冀東油田新建井的井型特點(diǎn)主要如下:①早定向。一開(kāi)為表層,在二開(kāi)井段即開(kāi)始定向,特別是人工島、沿海開(kāi)發(fā)井,定向始點(diǎn)井深大多在600m以內(nèi);②穩(wěn)斜段長(zhǎng)。穩(wěn)斜段超過(guò)3000m的井逐漸增多,如NP3-20井穩(wěn)斜段長(zhǎng)達(dá)4686m;③多段制井型,其中水平井、五段制井、雙增雙穩(wěn)井逐漸增多(見(jiàn)表1)。鑒于上述特點(diǎn),有必要在該研究區(qū)實(shí)施非螺桿井眼軌跡調(diào)整技術(shù)。

表1 2011～2013年冀東油田部分井井身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)表

1.2 泥漿條件

由于探井、地質(zhì)技術(shù)要求以及鉆井成本的限制,冀東油田對(duì)鉆井液體系、熒光級(jí)別、電阻率大小、添加藥品成分和潤(rùn)滑劑(原油)產(chǎn)區(qū)等的重視程度逐漸提高,要求第四系、第三系地層井段均采用非油基鉆井液鉆進(jìn)[4]。由于鉆井液的維護(hù)受到很大限制,致使鉆井液的潤(rùn)滑性能不能完全滿足定向鉆井的需求,采用井下動(dòng)力鉆具定向?qū)@著增加井下粘卡風(fēng)險(xiǎn),而使用非螺桿井眼軌跡調(diào)整技術(shù)時(shí),對(duì)鉆井液性能的要求相對(duì)較低,只要達(dá)到鉆井液的常規(guī)性能要求并具有良好的攜巖和潤(rùn)滑效果,即可以進(jìn)行實(shí)施。

1.3 地層溫度

在冀東油田區(qū)域內(nèi),下第三系地層溫度約190℃(如NP32-3646井),而鉆穿下第三系地層后,地層溫度將高于200℃(如NP3-80井、NP3-81井)。地層溫度高,使得螺桿和LWD在井底的工作效率降低,加之地層復(fù)雜(見(jiàn)表2),若生產(chǎn)儀器落井則處理成本難以估量。采用非螺桿井眼軌跡調(diào)整技術(shù)后,完全可以避免上述因素造成的不良影響和損失。

表2 冀東油田部分井地層復(fù)雜情況記錄表

2 井眼軌跡調(diào)整技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 常規(guī)鉆具技術(shù)

實(shí)施常規(guī)鉆具調(diào)整井眼軌跡技術(shù)時(shí),多采用與穩(wěn)定器相結(jié)合的方式進(jìn)行,通過(guò)改變穩(wěn)定器的安放位置和尺寸以及鉆壓大小來(lái)調(diào)整井眼軌跡[5]。在鉆進(jìn)過(guò)程中,當(dāng)井斜發(fā)生變化、方位基本穩(wěn)定前提下,可以通過(guò)使用近鉆頭、鐘擺等鉆具組合進(jìn)行校正。

1)穩(wěn)斜段的軌跡調(diào)整 NP32-3646井為一口雙增雙穩(wěn)井,從266m開(kāi)始造斜,至730m造斜至設(shè)計(jì)的29.18°。穩(wěn)斜鉆進(jìn)至3522m時(shí),即使動(dòng)力鉆具鉆壓減小至20k N,依然不能控制井斜的增長(zhǎng)(井斜已經(jīng)達(dá)到32.75°)。按設(shè)計(jì)要求,井斜不能超過(guò)設(shè)計(jì)要求3°,因而必須進(jìn)行降斜來(lái)調(diào)整軌跡。若采用螺桿定向調(diào)整軌跡,由于穩(wěn)斜段長(zhǎng)2800m,托壓嚴(yán)重,且加入潤(rùn)滑劑效果不明顯,因而采取小鐘擺鉆具組合的方式降斜,降斜鉆具組合如下:?311.1mmPDC鉆頭×0.4m+630/630接頭×0.92m+?203短鉆鋌×6.44m+631/631浮閥×0.48m+?304mm穩(wěn)定器×0.58m+其他。鐘擺臂L1長(zhǎng)7.84m,穩(wěn)定器直徑為?304mm,鉆進(jìn)中鉆壓為20～40k N,轉(zhuǎn)速為70r/min,在3522～3617m鉆進(jìn)過(guò)程中,井斜降至28.1°,降斜率為1.55°/30m。此時(shí)鉆壓即使低于20k N,井斜依然有下降的趨勢(shì),且井斜已經(jīng)低于設(shè)計(jì)線,因此該鉆具組合不適合繼續(xù)鉆進(jìn),需要更換穩(wěn)斜微增的鉆具組合:?311.1mm PDC鉆頭× 0.4m+630/630×0.92m+?203短鉆鋌×2.89m+?304mm穩(wěn)定器×0.58m+其他。鐘擺臂L2長(zhǎng)3.81m,穩(wěn)定器直徑為?304mm,鉆壓為40k N,轉(zhuǎn)速為70r/min。在3617～3853m鉆進(jìn)過(guò)程中,井斜實(shí)現(xiàn)穩(wěn)斜微增,且井斜控制在設(shè)計(jì)允許之內(nèi)(見(jiàn)圖1)。

圖1 非螺桿井眼軌跡調(diào)整效果圖

而NP306X2井在鉆進(jìn)至4189m時(shí),井斜增長(zhǎng)過(guò)快,利用小鉆壓無(wú)法抑制井斜增長(zhǎng),即將達(dá)到設(shè)計(jì)要求的井斜3°偏差范圍上限。由于早造斜、長(zhǎng)穩(wěn)斜、泥漿性能等原因,無(wú)法通過(guò)螺桿定向調(diào)整井斜,因而采用穩(wěn)斜微降鉆具組合: ?311.1mm PDC鉆頭×0.32m+630/ 630接頭×0.93m+?203mm短鉆鋌× 5.51m+?306mm穩(wěn)定器×0.60m+其他。鐘擺臂L3長(zhǎng)6.44m,穩(wěn)定器直徑為?306mm,鉆壓為50～60k N,轉(zhuǎn)速為90r/min,在井深4167～4316m鉆進(jìn)過(guò)程中,井斜實(shí)現(xiàn)穩(wěn)斜微降,井斜控制在設(shè)計(jì)允許之內(nèi)(見(jiàn)圖1)。

由上述實(shí)例可知,通過(guò)調(diào)整鐘擺臂的長(zhǎng)度和穩(wěn)定器直徑,并運(yùn)用合理鉆壓,不需應(yīng)用螺桿定向功能即可完成井眼軌跡的調(diào)整。

2)多段制井二次增斜 多段制井是指大于三段制的井,包括先增后降型、雙增雙穩(wěn)型、雙增水平井型等類型[6]。NP32-3646井為典型雙增雙穩(wěn)型井,設(shè)計(jì)在716m增斜至29.18°,進(jìn)而穩(wěn)斜至4515m后再次增斜至33.2°。在實(shí)際鉆進(jìn)中,使用螺桿增斜至4612m后,若繼續(xù)增斜難度大,且井斜安全風(fēng)險(xiǎn)高,因而采用非螺桿井眼軌跡調(diào)整技術(shù),具體鉆具組合如下:?215.9mm牙輪鉆頭×0.25m+430/410接頭×1.26m+411/410浮閥×0.5m+?204mm穩(wěn)定器×1.54m+其他。鐘擺臂L4長(zhǎng)1.74m,穩(wěn)定器直徑為?204mm,鉆壓為80k N,轉(zhuǎn)速為60r/min,使井底形成增斜趨勢(shì)。考慮增斜幅度僅有3°,不可長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行大鉆壓作業(yè),以免井斜增長(zhǎng)過(guò)快。從井深4612m鉆進(jìn)至4317m后,起出增斜鉆具換為動(dòng)力鉆具,復(fù)合鉆進(jìn)后井斜逐漸上升至33.2°,最終達(dá)到了快速增斜的目的。

2.2 動(dòng)力鉆具技術(shù)

實(shí)施動(dòng)力鉆具技術(shù)時(shí),在鉆具組合中攜帶螺桿并通過(guò)改變穩(wěn)定器尺寸和鉆壓大小來(lái)實(shí)現(xiàn)井眼軌跡調(diào)整,其中螺桿僅僅作為提供切削地層的動(dòng)力工具。NP3-80井是一口五段制定向井,在實(shí)際作業(yè)中, 3597～4353m為降斜段,沒(méi)用采用定向降斜,而是采取“直螺桿+穩(wěn)定器”的方式造斜,與鐘擺鉆具降斜相同,鉆具組合為:?311.1mm PDC×0.5m+?203mm直螺桿×8.55m+?306mm穩(wěn)定器× 0.7m+其他。鐘擺臂長(zhǎng)8.55m,為標(biāo)準(zhǔn)降斜鉆具。鉆進(jìn)中以小于40k N的鉆壓鉆進(jìn),井斜從33.2°降至6°,降斜率為1.08°/30m,與設(shè)計(jì)要求的降斜率1.0°/30m基本吻合。

在NP32-3646井215.9mm井眼中,于4665～4944m井段采用螺桿(自帶?208mm穩(wěn)定器)+ ?201mm穩(wěn)定器進(jìn)行復(fù)合鉆進(jìn),鉆壓控制在20k N以內(nèi),井斜從31.75°增至35.36°,增斜率為0.4°/30m。如果增加鉆壓,則增斜率會(huì)進(jìn)一步加大。鉆井實(shí)踐表明,通過(guò)遠(yuǎn)欠于螺桿穩(wěn)定器尺寸的“穩(wěn)定器+螺桿”組合,可以起到增斜調(diào)整軌跡的作用。在4944～5400m井段中,為了能夠起到穩(wěn)斜微降的效果,選取與螺桿自帶穩(wěn)定器尺寸相同的?208mm穩(wěn)定器,施加40k N的鉆壓,采取復(fù)合鉆進(jìn)的方式,井斜從35.36°降至30.92°,降斜率為0.29°/30m,從而收到了穩(wěn)斜微降的效果。

在調(diào)整井眼軌跡時(shí),通過(guò)選擇遠(yuǎn)欠于螺桿穩(wěn)定器尺寸的穩(wěn)定器實(shí)現(xiàn)增斜,通過(guò)選擇不小于或微欠于螺桿穩(wěn)定器尺寸的穩(wěn)定器實(shí)現(xiàn)降斜,并根據(jù)增/降斜率大小,施加合理的鉆壓,最終達(dá)到井眼軌跡調(diào)整地目的。

3 結(jié)論與建議

1)在冀東油田地層較復(fù)雜地區(qū)應(yīng)用單穩(wěn)定器鉆具組合調(diào)整井眼軌跡,既能保證井下安全,又能實(shí)現(xiàn)良好的井眼軌跡,因而選擇單穩(wěn)定器鉆具組合較為合適。

2)通過(guò)調(diào)整鐘擺臂的長(zhǎng)度和穩(wěn)定器直徑,并運(yùn)用合理鉆壓,不需應(yīng)用螺桿定向功能即可完成井眼軌跡的調(diào)整。

3)隨著深井?dāng)?shù)量的增加和井型的多樣化,今后應(yīng)建立系統(tǒng)的非螺桿井眼軌跡調(diào)整技術(shù)數(shù)字模型,從而為后續(xù)井的施工提供技術(shù)支持。

[1]樓一珊.柔性鐘擺鉆具糾斜的理論分析[J].鉆采工藝,1996,19(5):12-13.

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[3]時(shí)國(guó)林,丁川,王愛(ài)芳,等.單穩(wěn)定器鉆具組合特性分析及應(yīng)用[J].石油鉆采工藝,2001,23(6):26-29.

[4]胥思平,狄勤豐,張新旭,等.預(yù)彎曲動(dòng)力學(xué)防斜快鉆技術(shù)的試驗(yàn)研究[J].天然氣工業(yè),2006,26(3):59-61.

[5]朱亮,姬輝,蔣鴻.玉果區(qū)塊鐘擺鉆具組合降斜性能分析及優(yōu)化[J].西部探礦工程,2014(2):37-39.

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[編輯] 李啟棟

TE242

A

1673-1409(2014)32-0067-03

2014-07-15

楊燦(1985-),男,助理工程師,現(xiàn)主要從事鉆井工程技術(shù)方面的研究工作。