海上油田叢式井表層開路預(yù)斜技術(shù)

陳愛國(guó)　許　杰　孟　煒　李明磊（.中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津　0045；. 中國(guó)石油大學(xué)，北京　049；. 中國(guó)石油物資公司，北京　0009）

海上油田叢式井表層開路預(yù)斜技術(shù)

陳愛國(guó)1許杰1孟煒2李明磊3
（1.中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津300452；2. 中國(guó)石油大學(xué)，北京102249；3. 中國(guó)石油物資公司，北京100029）

通過渤海地區(qū)開發(fā)井井筒布置密集易發(fā)生碰撞的特點(diǎn)說明了叢式井鉆井作業(yè)中表層預(yù)斜技術(shù)的必要性。針對(duì)傳統(tǒng)表層預(yù)斜技術(shù)拆卸井口消耗時(shí)間長(zhǎng)的缺陷，提出了不安裝井口，直接采用海水鉆進(jìn)并輔以大彎角馬達(dá)造斜的開路循環(huán)預(yù)斜技術(shù)，并確定了其鉆具組合及施工參數(shù)的優(yōu)化方案。目前，該技術(shù)已成功應(yīng)用于渤海地區(qū)54口井，節(jié)約了鉆井成本，增加了鉆進(jìn)效率，對(duì)于渤海以外的其他海域油田本研究也具有一定的推廣意義。

渤海油田；預(yù)斜技術(shù)；開路鉆進(jìn)；降本增效

表層預(yù)斜技術(shù)是叢式井防碰繞障的關(guān)鍵手段。隨著渤海油田的不斷開發(fā)以及對(duì)淺層地質(zhì)溢油風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識(shí)的提高，200 m的表層套管下入深度已無法滿足目前的井控要求，350 m左右的入泥深度逐漸被大多數(shù)井采用［1］。但是由于海上叢式井井網(wǎng)密集，臨井間距較小，表層套管下入深度的增加也意味著臨井間發(fā)生碰撞的幾率的增加。因此，為了避免碰撞事故的發(fā)生，表層預(yù)斜技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于各老油田與加密綜合調(diào)整油田中。然而，為了保證造斜率，表層預(yù)斜通常采取閉路循環(huán)的模式。該模式需要安裝并拆卸井口和喇叭管，僅拆裝表層井口就需花費(fèi)5 h的時(shí)間，嚴(yán)重減緩了作業(yè)進(jìn)度。因此，為提高表層鉆井作業(yè)效率，提出了采用開路循環(huán)的鉆進(jìn)模式來提高作業(yè)效率并降低成本的方法，同時(shí)為了保證造斜率和防止淺層井眼碰撞，總結(jié)出了相應(yīng)的鉆具組合與施工方案的優(yōu)化措施。

1　技術(shù)特點(diǎn)

表層預(yù)斜指的是利用導(dǎo)向鉆具組合造斜，使井眼軌跡朝與鄰井距離較大的方向偏移，當(dāng)鉆進(jìn)至安全井段后，再將方位和井斜調(diào)整到設(shè)計(jì)的方位與井斜的一種造斜方法。渤海油田的叢式井規(guī)模從20世紀(jì)80年代的2×2、4×4到20世紀(jì)90年代的5×7、4×9，發(fā)展到21世紀(jì)的4×12、5×10，隨著井眼軌跡復(fù)雜程度的增加，單井防碰繞障作業(yè)難度也日益加劇，圖1為渤海地區(qū)KL3-2油田A平臺(tái)井網(wǎng)布置圖。在以往的定向井表層作業(yè)過程中，若有表層預(yù)斜的必要，則通常采取閉路鉆進(jìn)的方式，以保證上部地層的造斜率。但安裝閉路井口和拆除井口需要花費(fèi)大量的時(shí)間（一口井通常需要花費(fèi)4～6 h）且制約機(jī)械鉆速的釋放，表1反映了渤海地區(qū)開發(fā)井表層閉路預(yù)斜作業(yè)的工期情況，從表中可以看出，單井平均作業(yè)工期約為1.6 d。

表1　渤海地區(qū)開發(fā)井表層閉路預(yù)斜造斜率及工期對(duì)比

而表層開路預(yù)斜指的是不安裝井口直接采用海水鉆進(jìn)，返出的海水和巖屑從隔水導(dǎo)管直接排掉的造斜技術(shù)。該技術(shù)的主要特點(diǎn)可歸納為：（1）造斜率能夠滿足質(zhì)量和安全的要求；（2）無需安裝和拆除井口，單井節(jié)省約4 h；（3）可提高機(jī)械鉆速，同時(shí)無需返出槽，不存在巖屑堵塞問題；（4）使用海水鉆進(jìn)，沒有鉆井液添加劑，不會(huì)對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境造成破壞。

2　技術(shù)難點(diǎn)

渤海綏中36-1油田的E42與E44H兩口井在預(yù)斜鉆進(jìn)時(shí)曾嘗試采用開路海水鉆井方式，前期造斜效果明顯，但是在后期的擴(kuò)眼作業(yè)中，隨著鉆具尺寸的加大和井眼沖刷現(xiàn)象的加劇，井斜率急劇降低［2］。因此，明確技術(shù)難點(diǎn)并找到針對(duì)性的優(yōu)化方案已成為了決定該項(xiàng)技術(shù)能否在今后成功應(yīng)用的關(guān)鍵。

由于渤海油田都具有淺部地層膠結(jié)松軟、成巖性差的特點(diǎn)，并且大部分叢式井平臺(tái)隔水導(dǎo)管采用錘入的方式下入，入泥深度較淺（平均在50 m左右），再加之每個(gè)平臺(tái)通常有20個(gè)以上的井槽，相鄰井槽最小橫向距離及縱向距離僅為1.5 m×1.7 m，這些特點(diǎn)都使得淺層井眼鉆進(jìn)時(shí)有很高的碰撞風(fēng)險(xiǎn)，因此對(duì)表層造斜率提出了更高的要求［3-4］。

相比于傳統(tǒng)的閉路預(yù)斜技術(shù)，開路預(yù)斜技術(shù)在施工上更具有挑戰(zhàn)性，其主要難點(diǎn)有：

（1）造斜率難以控制，時(shí)高時(shí)低，會(huì)增加井眼碰撞的風(fēng)險(xiǎn)；（2）牙輪鉆頭與PDC鉆頭的造斜率差異較大；（3）開路無法根據(jù)返出口流量或井漏現(xiàn)象判斷井眼是否碰撞；（4）開路無鉆屑返至地面，因此難以根據(jù)返出水泥或鐵屑情況判斷井眼是否發(fā)生碰撞。

3　主要改進(jìn)措施

3.1鉆頭

在表層開路預(yù)斜作業(yè)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大鉆頭的噴嘴直徑，這樣可以減少水力沖擊對(duì)淺部松軟地層的沖刷，利于作業(yè)時(shí)控制造斜率。此外，根據(jù)PDC鉆頭的水力學(xué)研究［5］，井底流速也會(huì)隨著噴嘴直徑的增加而變大。流速的提高使得較大噴嘴尺寸的鉆頭在井底擁有更好的輔助破巖效果。同時(shí)大直徑的噴嘴在井底有著更好的清巖效果，能夠更佳有效地防止鉆頭泥包。需要注意的是，PDC鉆頭水眼面積放大至1 290 mm2以上時(shí)，若需選擇牙輪鉆頭（考慮防碰的需要），則應(yīng)將其水眼面積擴(kuò)大至1 522 mm2以保證造斜率。

3.2造斜工具

表層預(yù)斜井段通常較淺，一般位于海床泥線以下約60～250 m。由于該處地層較軟且膠結(jié)性差，鉆進(jìn)時(shí)表層井眼擴(kuò)大率高，因此指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具因推向井壁巴掌借不到支撐力而難以實(shí)現(xiàn)高造斜率。另一方面，導(dǎo)向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具由于依靠通過改變內(nèi)部中心柱偏離度而實(shí)現(xiàn)造斜，因此也很難實(shí)現(xiàn)高造斜率，同時(shí)其發(fā)送指令時(shí)對(duì)排量有較高需求，但大排量又會(huì)對(duì)淺層井壁造成沖刷，使得井徑擴(kuò)大而難保證造斜率。因此，淺部造斜通常使用彎角大的馬達(dá)而非旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具。為了避免造斜率偏低，從目前的實(shí)施效果來看，將馬達(dá)彎角由1.5°提高到1.75°可以確保軟地層的造斜率。

3.3鉆具組合

根據(jù)渤海地區(qū)油田的地質(zhì)特點(diǎn)以及前期作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，改善并形成了開路預(yù)斜鉆具組合，能有效地保證淺部地層造斜率，具體鉆具組合如下：?444.5 mm鉆頭 + ?244.48 mm泥漿馬達(dá) + ?203.2 mm浮閥 + ?311.15 mm扶正器 + ?203.2 mm無磁鉆鋌+ ?203.2 mm隨鉆測(cè)量工具+ ?203.2 mm無磁鉆鋌+ ?196.85 mm震擊器+轉(zhuǎn)換接頭+加重鉆桿。

3.4施工措施

由于淺部地層疏松，對(duì)機(jī)械鉆速影響不大，控制排量可降低井壁沖蝕，從而確保井斜方位按照設(shè)計(jì)執(zhí)行。因此，在開路預(yù)斜作業(yè)時(shí)，初始造斜的60 m井段內(nèi)應(yīng)嚴(yán)格控制排量，以馬達(dá)啟動(dòng)排量為宜。同時(shí)，由于馬達(dá)造斜為滑動(dòng)鉆進(jìn)，鉆壓和排量對(duì)機(jī)械鉆速影響都很大，因此需要合理調(diào)節(jié)鉆壓與排量以及機(jī)械鉆速的相互關(guān)系。為保證造斜成功，在鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)設(shè)置2 t以上的鉆壓，并在可控機(jī)械鉆速范圍內(nèi)通過調(diào)整排量控制好所需的造斜鉆壓。最后，在造斜段前60 m鉆進(jìn)過程中，不進(jìn)行倒劃眼作業(yè)，以免擴(kuò)大井筒，保證井斜方位。

4　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與效果

以上措施在墾利油田群多個(gè)平臺(tái)得到了成功應(yīng)用，表2為隨機(jī)選取的幾口井的開路預(yù)斜情況。從數(shù)據(jù)看，前三柱造斜率都能達(dá)到2（°）/30 m的標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足大部分平臺(tái)的定向井設(shè)計(jì)要求。同時(shí)由于免去了拆裝井口的操作并解放了機(jī)械鉆速，單井表層作業(yè)時(shí)間從平均1.6 d下降至0.5 d。

自2013年7月以來，開路預(yù)斜技術(shù)分別在渤海墾利3-2、渤中29-4和渤中35-2油田成功應(yīng)用，3個(gè)油田共4個(gè)平臺(tái)累計(jì)應(yīng)用54口井，所有井段造斜率均滿足設(shè)計(jì)要求，沒有出現(xiàn)任何井眼碰撞的事故。平均每口井節(jié)約表層拆裝井口時(shí)間5 h，54口井共節(jié)約11.25 d，累計(jì)節(jié)約鉆井成本超過1 000萬元。另外，開路預(yù)斜技術(shù)由于無需清理地面返出槽泥團(tuán)堵塞，可以最大程度地釋放表層機(jī)械鉆速，在表層容易起泥團(tuán)的地層引用該技術(shù)能更有效地節(jié)省表層鉆井作業(yè)時(shí)間，進(jìn)而更好地實(shí)現(xiàn)降本增效的目的。

表2　技術(shù)應(yīng)用前后工期對(duì)比表

5　結(jié)論與建議

海上油田叢式井開路預(yù)斜技術(shù)已在渤海油田形成標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)程序，在滿足井眼防碰要求的前提下有效提高了作業(yè)效率，實(shí)現(xiàn)了降本增效的目的，并且該技術(shù)在渤海以及其他海域油田具有深遠(yuǎn)的推廣意義。對(duì)于該技術(shù)的適用范圍，建議：（1）開路預(yù)斜技術(shù)適用于相鄰井間碰撞風(fēng)險(xiǎn)較小的油田；（2）對(duì)于相鄰井筒之間碰撞風(fēng)險(xiǎn)較高的油田，建議采用閉路預(yù)斜技術(shù)并使用牙輪鉆頭替代PDC鉆頭。

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（修改稿收到日期2015-06-14）

〔編輯薛改珍〕

Research on open-hole surface pre-kickoff technology for cluster wells in offshore oilfields

CHEN Aiguo1, XU Jie1, MENG Wei2, LI Minglei3
（1. Tianjin Branch of CNOOC China Ltd., Tianjin 300452, China; 2. China University of Petroleum, Beijing 102249, China; 3. China Petroleum Materials Corporation, Beijing 100029, China）

This paper indicates the necessity of surface pre-kickoff technology in drilling cluster wells through the characteristics of dense placement of wellbores in development wells and easy collision in Bohai region. In view of the drawback of time-consuming dismantling of wellhead in traditional surface pre-kickoff technology, this paper presents the pre-kickoff technology with open-hole circulation without installing the wellhead but drilling directly with seawater and whipstocking by motor with large bend angle, and determines the optimizing scheme for BHA and drilling parameters. At present, this technology has been successfully applied in 54 wells in Bohai region, which has not only saved drilling costs but also greatly improved the drilling efficiency. This research is of some popularization significance to the offshore oilfields other than Bohai region.

Bohai Oilfield; pre-kickoff technology; open-hole drilling; reduce cost and increase benefit

TE243

A

1000 – 7393（ 2015 ） 04 – 0036 – 03

10.13639/j.odpt.2015.04.010

陳愛國(guó)，現(xiàn)任中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司工程技術(shù)部副經(jīng)理，高級(jí)工程師。E-mail：chenag@cnooc.com.cn。

引用格式：陳愛國(guó)，許杰，孟煒.海上油田叢式井表層開路預(yù)斜技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2015，37（4）：36-38.