董廣華

(勝利石油管理局鉆井工藝研究院，山東東營 257017)

金31－平2階梯式水平井井眼軌跡控制技術(shù)

董廣華

(勝利石油管理局鉆井工藝研究院，山東東營 257017)

階梯式水平井是常規(guī)水平井發(fā)展的一個方向，它具有位移更大、控油面積更廣的特點(diǎn)，和常規(guī)水平井相比，可以同時開采不同層位的油層等。從階梯式水平井的軌跡控制技術(shù)難點(diǎn)入手，以金31－平2井為例，簡要介紹了該井的地質(zhì)設(shè)計(jì)、井身軌道設(shè)計(jì)方案，給出了在該井施工過程中各井段井眼軌跡控制思路、方法，通過分析主要工藝技術(shù)，闡明了階梯水平井實(shí)施的重點(diǎn)和配套的技術(shù)措施。

階梯式水平井;軌道設(shè)計(jì);軌跡控制;鉆具組合

1 概述

階梯式水平井是常規(guī)水平井發(fā)展的一個方向，它具有位移更大、控油面積更廣，和常規(guī)水平井相比，可以同時開采不同層位的油層的特點(diǎn)，同時可以節(jié)約投資、縮短工期、改善開發(fā)效果。勝利油田純梁采油廠為了實(shí)現(xiàn)1口井同時開采金31－02斷塊東營組兩個垂深相差11.5 m的小層，部署了階梯式水平井金31－平2井。在井身軌道設(shè)計(jì)過程中，為了滿足油藏、地質(zhì)設(shè)計(jì)需求，又能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)軌道的實(shí)鉆可行性，通過摩阻扭矩分析進(jìn)行軌道優(yōu)化，在地面條件允許的情況下適當(dāng)增加靶前位移，在造斜段及兩水平段間的調(diào)整段采用比較低的造斜率。在實(shí)鉆過程中，根據(jù)該井技術(shù)難點(diǎn)制定了詳細(xì)的減摩降阻、井眼軌跡控制技術(shù)措施。由于井身軌道設(shè)計(jì)合理，井眼軌跡控制方法得當(dāng)，且采用了先進(jìn)的MWD、LWD軌跡跟蹤測量技術(shù)，全井完鉆僅用時17天(比設(shè)計(jì)周期提前13天);電測結(jié)果顯示在1113.0～1780.0 m井段鉆遇3層163.2 m的油水同層，2層274.0 m的純油層，達(dá)到良好的鉆探效果，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

2 技術(shù)難點(diǎn)

(1)軌跡控制難度大。該區(qū)塊已鉆水平井不多，對地層造斜率情況不是很了解，不確定入靶前地層有無造斜率失常。尤其在LWD接近20 m測斜零長的情況下，使得井底預(yù)測更加困難，一旦地層造斜率發(fā)生異常，井底井斜、方位預(yù)測出現(xiàn)較大偏差，將會使井眼軌跡控制陷入被動，輕則犧牲幾十米水平段，重則填井側(cè)鉆。

(2)中靶難度大。普通水平井的矩形靶為2個，該井4個，且均要求靶半高上下0.5 m，靶半寬左右5 m;而且在現(xiàn)有LWD技術(shù)保障下，要求水平井地質(zhì)中靶而不是數(shù)據(jù)中靶，即在實(shí)鉆過程中并不嚴(yán)格按設(shè)計(jì)靶點(diǎn)垂深控制軌跡，而是結(jié)合地質(zhì)人員在分析隨鉆測井?dāng)?shù)據(jù)(電阻率伽瑪曲線)及砂樣的前提下，實(shí)時調(diào)整靶點(diǎn)垂深，確保井身軌跡準(zhǔn)確進(jìn)入油層并在油層穿行。

(3)大段裸眼井段。水平段又存在2個階梯，將造成的鉆具摩阻和扭矩急劇增大，使得水平段滑動鉆進(jìn)時鉆壓的傳遞困難，工具面難以控制，對井下安全提出了更高的要求。

3 井身軌道設(shè)計(jì)方案

根據(jù)該井油藏、地質(zhì)設(shè)計(jì)，為了同時開采東營組Ed35(砂體頂面埋深1005～1009 m)和Ed36(砂體頂面埋深約1020 m)2個小層，通過分析兩個小層井控狀況、儲量動用情況、斷層的位置、階梯式雙水平段水平井平面配置關(guān)系及控制程度，確定Ed35小層A靶點(diǎn)距油層頂部1 m，B靶點(diǎn)距油層頂部4 m，水平段長度150 m;Ed36小層水平井段距油層頂部1 m，長度250 m，兩水平段延伸方向68.45°;階梯段即靶點(diǎn)與C靶點(diǎn)間平面位移150 m，垂降11.50 m。

為了滿足油藏、地質(zhì)設(shè)計(jì)需求又能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)軌道的實(shí)鉆可行性，通過摩阻扭矩分析進(jìn)行軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終設(shè)計(jì)軌道如下:軌道類型為直－增－穩(wěn)－增－穩(wěn)－增－平，設(shè)計(jì)井深1788.41 m，造斜段最大“狗腿”度20.62°/100 m，調(diào)整段降斜“狗腿”度11.59°/100 m，增斜“狗腿”度11.56°/100 m，全井最大水平位移910.30 m?；A(chǔ)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 金31－平2井井身軌道設(shè)計(jì)

4 鉆井工藝

4.1 減摩降阻措施

階梯式雙水平段水平井鉆井如何充分的估算和減少摩阻力是設(shè)計(jì)和施工中考慮的核心問題之一。在本井施工過程中，主要采取以下減摩降阻措施:

(1)造斜井段全部采用柔性斜坡鉆桿，降低鉆柱與井眼間的摩阻力;

(2)運(yùn)用泥餅控制技術(shù)，使鉆井液形成薄而韌的優(yōu)質(zhì)泥餅;

(3)在鉆井液形成優(yōu)質(zhì)泥餅的基礎(chǔ)上進(jìn)行適度混油并充分乳化，盡可能降低泥餅?zāi)Σ料禂?shù)。

4.2 井眼軌跡控制技術(shù)

進(jìn)行鉆井參數(shù)、鉆頭優(yōu)選并制定合理的軌跡控制措施，全井采用1.25°單彎，水平段對鉆具進(jìn)行倒裝，定向鉆進(jìn)時，注意井眼修整和清巖;復(fù)合鉆進(jìn)時，注意扭矩的變化。鉆進(jìn)方式視不同的井段、軌跡控制的要求選擇，盡量“少滑動多轉(zhuǎn)動”，以保證在安全的情況下達(dá)到鉆井的目的。在實(shí)鉆過程中，認(rèn)真分析已鉆數(shù)據(jù)和地層信息，力求準(zhǔn)確地預(yù)測出井底井斜方位，在靶點(diǎn)垂深已定的前提下采取較低的造斜率入靶，為最終井眼軌跡準(zhǔn)確進(jìn)入油層提供保證。

5 施工簡況

5.1 直井段

一開直井段采用塔式鉆具防斜，取得了良好的效果。一開井深402 m，井底井斜0.80°;二開出水泥塞吊打150 m后正常鉆進(jìn)，離造斜點(diǎn)20 m(井深690 m)循環(huán)起鉆，井底井斜1.10°，閉合距0.32 m，閉合方位144.60°，為后面造斜段和水平段施工打下了良好的基礎(chǔ)。

5.2 斜井段

5.2.1 造斜段施工

造斜段最初下入常規(guī)定向鉆具。由于直井段井底方位比設(shè)計(jì)方位小，在鉆進(jìn)過程中，先把磁性工具面擺在了略大于設(shè)計(jì)方位的位置，當(dāng)測出井斜大于3°后，再用重力高邊工具面增斜。實(shí)鉆過程中，堅(jiān)持每單根測斜，并認(rèn)真計(jì)算每一組測斜數(shù)據(jù)，與設(shè)計(jì)軌道比較，判斷井底井斜是超前還是滯后，本著井斜超前位移滯后的原則(實(shí)際造斜率也一定要滿足后面井段的要求)，決定下一步定向鉆進(jìn)或復(fù)合鉆進(jìn)。由于實(shí)際造斜點(diǎn)比設(shè)計(jì)造斜點(diǎn)略微提高(691.54 m)，1.25°單彎連續(xù)定向造斜率(28°/100 m左右)也比設(shè)計(jì)造斜率高，為使實(shí)鉆井眼曲線盡量逼近設(shè)計(jì)曲線，需要定向鉆進(jìn)和復(fù)合鉆進(jìn)不斷的交替進(jìn)行，這樣不僅加快了鉆進(jìn)速度，又適當(dāng)調(diào)整了造斜率，使井身軌跡更加圓滑，減少了鉆具摩阻，增加了井下安全。這樣，通過對井身軌跡的實(shí)時控制調(diào)整，以保證在靶點(diǎn)垂深確定的前提下實(shí)現(xiàn)矢量中靶。鉆進(jìn)至井深874.60 m，根據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)要求，起鉆換LWD。

5.2.1.1 鉆具組合

5.2.1.2 鉆井參數(shù)

排量:26～28 L/s;鉆壓:60～100 kN;泵壓:9.0～10.0 MPa。

5.2.1.3 效果分析

造斜井段采用柔性鉆具組合，下入1.25°單彎，根據(jù)實(shí)鉆造斜率的高低及井眼軌跡控制的要求決定滑動鉆進(jìn)或復(fù)合鉆進(jìn)。

鉆進(jìn)井段:690.00～874.60 m;井斜變化:1.10°～30.00°;方位變化:50.00°～65.50°;全角變化率: 15.82°/100 m。

下入LWD后繼續(xù)造斜段鉆進(jìn)。水平段入靶前，通過分析電阻率伽瑪曲線和撈砂情況，確定該井實(shí)際油層垂深和第一水平段設(shè)計(jì)垂深之間沒有誤差，決定按原設(shè)計(jì)執(zhí)行，不再調(diào)整A、B靶點(diǎn)垂深。鉆進(jìn)至井深1205.46 m，鉆遇A點(diǎn)，開始第一水平段鉆進(jìn)。

5.2.2 第一水平段施工

在第一水平段施工中，根據(jù)電阻率伽瑪曲線、鉆時變化及撈砂情況實(shí)時控制井眼軌跡，保證井眼軌跡的控制精度，以求水平段最多的在油層中穿行。例如:發(fā)現(xiàn)電阻率曲線或伽瑪曲線有變化(電阻率值變小或伽瑪值變大)并鉆時變慢，說明儲層物性變差或軌跡靠近油層上下邊緣，這樣就要結(jié)合撈砂情況和井底井身軌跡參數(shù)判斷油層和軌跡的相對位置，及時對軌跡進(jìn)行調(diào)整，避免水平段脫靶。鉆進(jìn)至井深1297.99 m，井下單彎到使用壽命，鉆時變慢，起鉆換單彎和鉆頭。

5.2.2.1 鉆具組合

5.2.2.2 鉆井參數(shù)

排量:26～28 L/s;鉆壓:60～100 kN;泵壓:9.5～10.5 MPa。

5.2.2.3 效果分析

倒裝鉆具13柱，優(yōu)選鉆井參數(shù)，水平段堅(jiān)持小調(diào)、勤調(diào)，少滑動、多轉(zhuǎn)動的原則，改善鉆具摩阻和鉆井液的攜巖能力。

鉆進(jìn)井段:874.60～1297.99 m;井斜變化: 30.00°～88.10°;方位變化:65.50°～69.20°;全角變化率:13.74°/100 m。

更換單彎和鉆頭后繼續(xù)第一水平段鉆進(jìn)，鉆進(jìn)至井深1355.93 m，鉆達(dá)B點(diǎn)，開始調(diào)整段和第二水平段鉆進(jìn)。

5.2.3 調(diào)整段及第二水平段施工

調(diào)整段施工時，由于前面復(fù)合鉆進(jìn)穩(wěn)斜或井斜微降，為了減少調(diào)整段滑動鉆進(jìn)工作量并使井眼軌跡更圓滑，從井深1365.47 m開始降斜滑動鉆進(jìn)一個單根后復(fù)合鉆進(jìn)至井深1423.53 m，再降斜滑動鉆進(jìn)一個單根后開始復(fù)合鉆進(jìn)并為C點(diǎn)著陸做準(zhǔn)備。復(fù)合鉆進(jìn)至井深1481.02 m，開始向上調(diào)整井斜，由于入靶前鉆時、地層電阻和伽瑪值均沒有變化，分析油層有可能下移，所以把井斜預(yù)留在88°左右，井深1509.67 m時預(yù)計(jì)井底井斜88.3°、方位69°，已實(shí)現(xiàn)C靶數(shù)據(jù)中靶，但鉆時還是不快，電阻和伽瑪值也沒有變化，確定油層下移，決定穩(wěn)斜鉆進(jìn)找油層，發(fā)現(xiàn)油層后再把井斜增至90°水平鉆進(jìn)，原設(shè)計(jì)C、D靶不再考核。鉆進(jìn)至井深1570.00 m，鉆時變快，電阻率和伽瑪曲線也發(fā)生變化，從鉆時、電阻和伽瑪值及砂樣分析確認(rèn)已進(jìn)入油層，下一步全力增斜開始第二水平段鉆進(jìn)。C靶斜深定在1570.00 m，再鉆進(jìn)250 m水平段及35 m口袋完鉆，D靶垂深定在1032.00 m，CD靶框數(shù)據(jù)按原設(shè)計(jì)執(zhí)行。鉆進(jìn)至井深1790.00 m，鉆時變慢，電阻率和伽瑪曲線也跟著變化，此時水平位移已達(dá)908.30 m，分析有可能鉆穿油層，進(jìn)入泥巖，遂向甲方請示后復(fù)合鉆進(jìn)至1806.00 m完鉆，D靶斜深定在1770.00 m。

5.2.3.1 鉆具組合

5.2.3.2 鉆井參數(shù)

排量:26～28 L/s;鉆壓:60～100 kN;泵壓: 10.0～11.0 MPa。

5.2.3.3 效果分析

倒裝鉆具25柱，優(yōu)選鉆井參數(shù)，水平段堅(jiān)持小調(diào)、勤調(diào)，少滑動、多轉(zhuǎn)動的原則，改善鉆具摩阻和鉆井液的攜巖能力。

鉆進(jìn)井段:1297.99～1806.00 m;井斜變化: 88.10°～89.80°;方位變化:69.20°～69.80°;全角變化率:0.35°/100 m。

5.2.4 小結(jié)

在本井施工過程中，由于井身軌道設(shè)計(jì)合理、控制方法得當(dāng)，僅用時3天就完成了兩水平段及調(diào)整段的施工，雖然存在2個階梯，但井身軌跡圓滑，不僅安全、快速的完鉆，而且電測、下套管一次成功，為井隊(duì)節(jié)約了大量的時間，靶點(diǎn)實(shí)鉆數(shù)據(jù)見表2。

表2 金31－平2井水平段中靶情況

6 結(jié)論

(1)井身軌道設(shè)計(jì)中，在滿足油藏、地質(zhì)設(shè)計(jì)要求的前提下通過摩阻扭矩分析進(jìn)行軌道優(yōu)化是本井安全、順利施工的前提。

(2)施工中，應(yīng)結(jié)合已鉆井眼各參數(shù)情況對鉆具的造斜性能進(jìn)行及時對比分析以便較準(zhǔn)確預(yù)測井底井眼數(shù)據(jù)，盡量減少施工作業(yè)中的判斷失誤和重復(fù)作業(yè)。

(3)單彎馬達(dá)的造斜率隨鉆壓的增大及井斜的變大而有所增大，但這種變化是有限度的，不會超過由單彎馬達(dá)本身結(jié)構(gòu)所決定的最大造斜能力范圍，其造斜率是相對穩(wěn)定的;LWD可以對巖性變化能有效識別，但提前預(yù)測井段有限(電阻率徑向50 cm，伽瑪徑向30 cm)，而且測量點(diǎn)距鉆頭都在10 m以上，所以判斷地層變化還要結(jié)合鉆時、返砂及鄰井情況。

(4)鉆井參數(shù)、鉆頭優(yōu)選及合理的軌跡控制措施是大位移階梯水平井施工中的重要技術(shù)環(huán)節(jié)，這既保證了軌跡圓滑，減少了摩租，又能高效安全的鉆完全井，節(jié)省鉆井成本。

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Well Trajectory Control Techniques for the Staircase Horizontal Well Jin 31－Ping 2

DONG Guang-hua(Institute of Drilling Technology，Shengli Petroleum Administration Bureau，Dongying Shandong 257017，China)

Staircase horizontal well is one way of horizontal well development，it has longer section and more control area，and it also can simultaneously mine different oil layers.Starting from the difficulties in well trajectory control and taking the example of well Jin 31－Ping 2，the paper introduced the geological design and well trajectory design schemes with the well trajectory control idea and methods.By the analysis on the key technology，the implementation focus and the supporting technical measures for staircase horizontal well were described.

staircase horizontal well;trajectory design;trajectory control;bottom hole assembly

TE243

A

1672－7428(2012)03－0030－04

2011－12－30

董廣華(1979－)，男(漢族)，山東梁山人，勝利石油管理局鉆井工藝研究院工程師，石油工程專業(yè)，從事鉆井工藝研究、定向井技術(shù)服務(wù)工作，山東省東營市北一路827號勝利鉆井工藝研究院鉆井所，dgh8323@163.com。