冉 輝 ,宋 健,楊克旺,夏 陽,陸 川,王若灃,楊靖堯,侯 毅
(1.中國石油長慶油田分公司第五采氣廠,陜西西安 710018;2.中國石油長慶油田公司工程監(jiān)督處,陜西西安 710018)
隨著油田公司從低成本鉆井、快速鉆進和緩解環(huán)保壓力的鉆井技術(shù)需求出發(fā),優(yōu)選Φ114.3 mm 套管小井眼鉆完井方案,成為實現(xiàn)提速、降本、環(huán)保的最優(yōu)方法。其鉆井井深結(jié)構(gòu)一開采用φ241.3 mm(鉆頭)+φ193.7 mm(表套),二開采用φ165.1 mm(鉆頭)+φ114.3 mm(氣套);其技術(shù)特點:(1)小井眼鉆井由于井眼尺寸165.1 mm,尺寸較小,可實現(xiàn)快速鉆進;(2)后期改造可提高臨界攜液流量,實現(xiàn)增產(chǎn)目標;(3)巖屑產(chǎn)生量少,巖屑處理量以及總體費用低,實現(xiàn)安全環(huán)保。
小井眼鉆井首次在蘇東區(qū)域施工,無施工經(jīng)驗可以借鑒;同時由于井眼尺寸較小,常規(guī)井鉆井施工參數(shù)不適合小井眼鉆井。
小井眼鉆井技術(shù)難點[1]:(1)需要耐磨性更好的鉆頭;(2)需要精度更好的鉆具組合;(3)精確井眼軌跡控制技術(shù);(4)性能好的鉆井液帶出巖屑。
蘇東地區(qū)地質(zhì)特點(鉆井方面):(1)直羅組泥巖與砂巖互層,易縮徑卡鉆;(2)劉家溝組存在泥巖層,承壓低,容易井漏;(3)本溪組有煤層。
因此,可以得到蘇東區(qū)小井眼快速鉆進技術(shù)難點:(1)井眼小、鉆速提升慢;(2)井壁不穩(wěn)定,電測易遇阻;(3)井眼軌跡精確控制難。
針對井眼小、井眼軌跡控制難、攜巖困難等問題,通過優(yōu)選高效鉆頭和井身剖面、鉆井液性能、水力參數(shù)等,解決小井眼鉆井難點,確??焖巽@進(見圖1)。
表1 小井眼鉆井與常規(guī)井鉆井井眼參數(shù)對比
圖1 蘇東區(qū)塊小井眼鉆井難點及解決思路圖
針對于小井眼鉆井鉆速提升慢的特點,采取對鉆頭、螺桿、鉆具組合的優(yōu)選,提升鉆速。
3.1.1 鉆頭的優(yōu)選 以地層可鉆性為標準,依據(jù)鉆頭的特點以及小井眼鉆井滑動鉆進段長的特點。一開選擇6 刀翼19 mm 復合片鉆頭,優(yōu)點是吃入地層深、攻擊性強,機械鉆速高;二開第一趟鉆選擇5 刀翼16 mm復合長保徑、雙排齒鋼體鉆頭,優(yōu)點是具有強導向性、滑動穩(wěn)定性。二開第二趟鉆選擇4 刀翼16 mm 復合片短保徑、寬排屑槽、雙排齒鋼體鉆頭,優(yōu)點是可穩(wěn)定鉆進[2,3](見圖2~圖4)。
3.1.2 螺桿的優(yōu)選 以快速鉆進以及井眼軌跡控制為指導,第一趟鉆優(yōu)選五級高轉(zhuǎn)速螺桿,特點轉(zhuǎn)速高、扭矩大,有利于上部軟地層快速鉆進;第二趟鉆優(yōu)選較五級螺桿轉(zhuǎn)速低25 轉(zhuǎn)~35 轉(zhuǎn),防止鉆遇夾層時,因井眼尺寸小,鉆頭瞬間制動,造成鉆頭先期破壞;同時優(yōu)選使用1.4°螺桿,與1.25°螺桿相比,滑動增斜率由22°/100m 提高到了32°/100m,提高軌跡調(diào)整能力(見表2)。
3.1.3 鉆具組合優(yōu)選
3.1.3.1 表層鉆進鉆具組合 使用單彎雙穩(wěn)防斜鉆具,具體的鉆具組合:241 mmPDC+7LZ197×1.25°(Φ236 mmSTAB)+Φ238 mmSTAB+Φ165 mmMWD+Φ165 mmNMDC×1 根+Φ165 mmDC×8 根+Φ127 mm HWDP×30 根+Φ127 mmDP;技術(shù)優(yōu)點:(1)位移大于1 000 m 井,可以表層定向造斜;(2)實現(xiàn)軌跡精準控制,防斜打直。
3.1.3.2 二開鉆具組合 二開全段使用四合一鉆具、Φ101.6 mm 雙臺肩鉆桿,具體的鉆具組合:
第一趟鉆(定向增斜組合):165 mmPDC+7LZ135×1.4°(Φ161 mmSTAB)+Φ127 mmSDC×(1 m~4 m)+Φ159 mmSTAB+Φ127 mmMWD+Φ127 mmNMDC×1根+Φ127 mmDC×2 根+Φ101.6 mmHWDP 30 根。
第二趟鉆(穩(wěn)斜組合):165 mmPDC+7LZ135×1.4°(Φ159 mmSTAB)+Φ127 mmSDC×(0 m~2 m)+Φ161 mm STAB+Φ127 mmMWD+Φ127 mmNMDC×1 根+Φ127 mm DC×2 根+Φ101.6 mmHWDP。
圖2 6 刀翼鉆頭
圖3 5 刀翼鉆頭
圖4 4 刀翼鉆頭
表2 優(yōu)選的螺桿參數(shù)
圖5 小井眼增斜度鉆具組合
技術(shù)優(yōu)點:(1)定向增斜段全部選用3 m 短鉆鋌,后續(xù)根據(jù)各區(qū)塊施工經(jīng)驗優(yōu)選短鉆鋌,短鉆鋌共1 m、2 m、3 m 三種長度;(2)采用1.4°螺桿,實現(xiàn)快速復合鉆進,加快滑動鉆進速度(見圖5)。
針對小井眼鉆頭易泥包、井壁塌漏風險高、電測遇阻等難題,通過優(yōu)化鉆井液體系和水力參數(shù),實現(xiàn)穩(wěn)定井壁,減少電測遇阻。
3.2.1 鉆井液體系優(yōu)化 針對井眼尺寸小,井壁縮徑或者垮塌、電測容易遇阻、鉆井液泥漿需要有良好巖屑懸浮性能的需求,提前轉(zhuǎn)化泥漿體系,在延長組底部轉(zhuǎn)化為聚合物體系,進入劉家溝組后轉(zhuǎn)化為聚磺體系直到完鉆;同時選擇高分子封堵抑制劑,防止泥巖段坍塌,選擇高效潤滑藥劑,減低摩阻[4]。
鉆井液低固相體系:0.3 %PAM+0.3 %K-PAM+3 %KCl;
鉆井液聚合物體系:1 %ZDS+0.5 %NAT20+KCl(KCl 累計含量達5 %);
鉆井液聚磺體系:0.1 %NaOH+0.1 %~0.2 %XCD+0.5 %PAC-LV+0.5 %NAT-20+1 %~2 %NFA-25+1 %~1.5 %RY838。
3.2.2 鉆井水力參數(shù)優(yōu)化 利用常規(guī)井壓耗模式、返速、巖屑滑落速度、環(huán)空凈化能力計算作為基礎(chǔ),計算出不同排量下返速、環(huán)空壓耗,與實際壓耗對比優(yōu)選確定出最優(yōu)排量。
鉆桿內(nèi)壓耗:
鉆鋌內(nèi)壓耗:
鉆鋌外壓耗:
環(huán)空返速:
環(huán)空凈化能力:
巖屑滑落速度:
上述計算公式中:Lp-鉆桿的長度,m;Q-泵排量,m3/min;ρd-鉆井液密度,kg/m3;dh-井眼直徑,m;dp-鉆桿直徑,m;μpv-鉆井液的動黏度;Lc-鉆鋌長度,m;dci-鉆鋌內(nèi)徑,m;dc-鉆鋌直徑,m;υa-鉆井液上返速度,m/s;ρrc-巖屑的密度,kg/m3;τyp-鉆井液的動切力。
計算結(jié)果(見表3、表4)。根據(jù)表3 中計算數(shù)據(jù),常規(guī)井215.9 mm 井眼用排量34 L/s,環(huán)空壓耗4.3 MPa,當量密度為0.12 g/cm3,分析不同泵排量對應(yīng)的環(huán)空壓耗,小井眼165.1 mm 井眼優(yōu)選排量應(yīng)<23 L/s。根據(jù)表4 中的計算數(shù)據(jù),分析鉆井液環(huán)空返速對比,為滿足環(huán)空攜砂的要求,泵排量應(yīng)>19 L/s(見表5)。
表3 常規(guī)井和小井眼井不同排量環(huán)空壓耗、當量密度、環(huán)空返速計算表
表4 常規(guī)井和小井眼井不同排量的環(huán)空返速、巖屑下沉速度、環(huán)空凈化能力計算表
表5 小井眼鉆井水力參數(shù)優(yōu)化結(jié)果
針對小井眼鉆井施工時井眼軌跡控制難,通過井身剖面優(yōu)化和細化軌跡控制,實現(xiàn)精確控制井眼軌跡[5]。
3.3.1 井身剖面優(yōu)化 選擇:直-增-穩(wěn)-緩降兩趟鉆剖面。
(1)二開第一趟鉆:安定-劉家溝組鉆穿劉家溝組,進入石千峰組。
(2)二開第二趟鉆:石千峰-馬家溝組復合微降斜完鉆。
3.3.2 軌跡控制優(yōu)化 大井斜控制在30°以內(nèi),造斜段造斜率≤2.5°/30m;入靶井斜小于15°,微降井段降斜率≤1.5°/30m。大位移(1 400 m 以上)井,表層定向,最大井斜30°。
根據(jù)蘇東區(qū)塊地層軌跡漂移規(guī)律,精確的小井眼軌跡控制如下:
二開(第一趟鉆):(1)直羅組至紙坊組:直羅、延安、延長中上部,井斜變化(-2°/100m~-4°/100m),方位變化(-2°/100m~-3°/100m),微調(diào)對靶井斜大2°~3°,方位超前3°~5°,復合過程及時預算,隨時微調(diào)控制;(2)紙坊組-劉家溝組:紙坊復合微降斜(-1.2°/100m~-2.2°/100m),和尚溝、劉家溝組復合微增斜(1.8°/100m~2.7°/100m)、復合鉆進,微調(diào)控制最大井斜,防止井斜超標。
二開(第二趟鉆):劉家溝組-馬家溝組:對靶降斜率(-1°/100m~-3°/100m),復合微降斜穩(wěn)方位完鉆。
2018 年共計施工小井眼41 口井,平均鉆井周期14.95 d,較常規(guī)井縮短1.12 d,建井周期縮短2.3 d,鉆井施工效率提升明顯。
在累計施工41 口井中,前期摸索試驗井10 口,使用優(yōu)化技術(shù)后施工小井眼井31 口。優(yōu)化后,平均鉆井周期13.6 d,機械鉆速從22.4 m/h 提升至28.8 m/h(見圖6);蘇東X 井鉆井周期6.83 d;蘇東X 定向井,最大水平位移1 774 m,創(chuàng)小井眼施工記錄。
圖6 蘇東區(qū)塊小井眼鉆井技術(shù)優(yōu)化前與優(yōu)化后的鉆速對比
2018 年實施41 口小井眼井,與常規(guī)井相比小井眼鉆井鉆井液消耗減小35 %,固井水泥漿用量減少32%,巖屑產(chǎn)出量減少15%。平均鉆井單井結(jié)算費用減少約19.56 萬元,可節(jié)約投資801.96 萬元(見表6)。
(1)小井眼鉆井能有效的提高機械鉆速,實現(xiàn)鉆井快速鉆進,降本增效的目標。
(2)通過優(yōu)選鉆頭、螺桿和鉆具組合,配合井眼軌跡控制技術(shù),在蘇東地區(qū),可有效的突破小井眼鉆井井眼軌跡控制難點,實現(xiàn)軌跡精細化控制。
(3)“分級鉆頭+高彎度螺桿+四合一鉆具組合+精細軌跡控制+聚磺鉆井液體系”的小井眼鉆井技術(shù)體系可實現(xiàn)蘇東區(qū)塊小井眼快速鉆進。
表6 小井眼節(jié)省費用計算表(小井眼平均井深3 351 m)