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大位移井NP13-1346鉆井技術(shù)

2021-02-27 01:30
西部探礦工程 2021年3期
關(guān)鍵詞:摩阻井段井眼

李 杉

(渤海鉆探定向井技術(shù)服務(wù)公司,天津300280)

冀東油田3號人工島位于唐山市南堡海域、曹妃甸島西北側(cè),水深5m 左右。全島吹沙造地面積200 畝,呈橢圓形展布,島體于2008 年11 月建成,設(shè)計油水井共235口,現(xiàn)已進入開發(fā)的后期,島上井網(wǎng)密布,井型復(fù)雜多樣。NP13-1346井就是部署在3號人工島上的一口大位移雙靶定向井,其井身軌跡的特點是井斜大、水平位移大、方位允許偏差小、靶圈半徑小。下面以此井為例,來依次分析井身結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化、井眼清潔和井壁穩(wěn)定技術(shù)、降摩阻和扭矩、井眼軌跡控制等關(guān)鍵技術(shù)。

1 設(shè)計概況

1.1 地質(zhì)設(shè)計

本井位于河北省唐山市南堡開發(fā)區(qū)南堡鄉(xiāng)偏西約11.0km,冀東3 號人工島上,構(gòu)造位置為南堡油田1 號構(gòu)造南堡1-5 區(qū)南堡105X5 北斷塊構(gòu)造較高部位,目的是為了滾動開發(fā)南堡1-5 區(qū)南堡105X5 北斷塊NgⅣ、Ed1油藏。

1.2 工程設(shè)計

在充分的考慮了地質(zhì)條件和目標(biāo)點的要求、地層特性、井身結(jié)構(gòu)、造斜率、防碰關(guān)系等因素后,確定了NP13-1346井的剖面設(shè)計,見表1。

表1 NP13-1346井設(shè)計剖面

2 施工難點分析

(1)本井造斜點淺,井眼尺寸大,定向鉆進時不容易起井斜,同時本井防碰井較多,共計達17口,最近距離僅為3.87m,鄰井套管對測斜儀器干擾嚴(yán)重,防碰形勢嚴(yán)峻。

(2)本井設(shè)計井深為4252m,位移為2922.5m,井深位移都較大,造成了鉆機高負(fù)荷運行,同時鉆桿也易產(chǎn)生疲勞破壞。溫高較高,對MWD 的穩(wěn)定性,鉆井液的維護及馬達壽命都有不同程度的影響。

(3)本井設(shè)計最大井斜為58.6°,屬于大斜度井,不利于鉆井液攜砂,且?guī)r屑易被壓磨破碎,使鉆井液有害固相增加,不利于鉆井液性能的維護。

(4)三開后降斜點和扭方位點井深較深,且位于玄武巖底部,可鉆性較低,玄武巖本身對MWD還具有一定的磁干擾,對施工中扭方位的判斷有一定的影響。

(5)該井是一口大位移雙目標(biāo)定向井,井身軌跡設(shè)計較為復(fù)雜,造成了井身軌跡不規(guī)則,大大地增加井眼軌跡控制的難度,同時裸眼段長,摩阻、扭矩大,增加了發(fā)生卡鉆和井下復(fù)雜情況的概率。

3 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

目前國內(nèi)外大位移定向井井身剖面設(shè)計需考慮的因素有;地質(zhì)要求、地層巖性、造斜工具、井身結(jié)構(gòu)等,綜合考慮以上各種因素優(yōu)化的井眼軌跡會明顯改善井下摩阻和扭矩狀況,以及有助于增大水平位移的延伸;就降低摩阻和扭矩而言,大位移井一般采用懸鏈?zhǔn)骄郏丛煨甭孰S著井深的增加而逐漸增大的,但懸鏈?zhǔn)骄廴秉c是井眼軌跡較長,增加實際施工工作量,延長鉆井周期;優(yōu)點是鉆具與井壁間的接觸力為零,能有效地降低扭矩和摩阻[1-2]。而本井采用了優(yōu)化后的雙增懸鏈剖面,該井身剖面具有傳遞鉆壓容易、復(fù)合鉆進扭矩小、附加拉力小等優(yōu)點、有利于大位段的延伸及安全、快速鉆井。

4 井眼清潔和井壁穩(wěn)定

有效的井眼清潔和井壁穩(wěn)定是大位移井安全快速鉆井的重要因素。我們知道通常井斜35°~65°的井段被認(rèn)為是鉆井液攜砂能力差,易形成巖屑床的井段。巖屑易在大斜度井段的大量沉積,造成扭矩增大,增加卡鉆風(fēng)險??梢哉f避免和破壞巖屑床的形成及井壁穩(wěn)定是井眼清潔的核心,為此,本井采用了以下措施:

(1)調(diào)整鉆井液流變參數(shù)的同時提高鉆井液的攜砂能力。本井采用了聚合物鉆井液體系,及時添加攜砂材料,調(diào)整鉆井液的流變參數(shù),保持體系較低的摩阻系數(shù),鉆進過程中發(fā)現(xiàn)摩阻系數(shù)升高或活動鉆具拉力異常時,適當(dāng)增加潤滑劑用量。當(dāng)井斜達到40°以上時,為有效清潔井眼,提高了鉆井液的觸變性,改變鉆井液攜砂能力。明下泥巖發(fā)育段,為保持井壁穩(wěn)定,鉆井液中及時補充足量降濾失劑、抑制劑等相關(guān)處理劑,確保泥巖井段鉆井液具有強抑制、低濾失,并可形成較好的泥餅。鉆遇厚層玄武巖和玄武質(zhì)泥巖段,在進入相應(yīng)地層前100m 左右,按要求足量補充抑制防塌劑、封堵劑等處理劑,提高鉆井液封堵性和抑制性,嚴(yán)格控制高溫高壓濾失量,并根據(jù)實際地層壓力逐漸提高鉆井液密度。

(2)適當(dāng)提高排量。排量是凈化井眼的一個關(guān)鍵因素。因為大斜度井段鉆井液攜砂能力差,所以盡量提高大位移井的排量,使之大于設(shè)計臨界排量,改善井眼清洗效率。本井311.1mm 井眼穩(wěn)斜段一直使用65L/s 的大排量鉆進,鉆井液返速高達3.1m/s,既加快了鉆速,又提高了攜砂效果。

(3)適當(dāng)增加劃眼和短起下次數(shù)?;瑒鱼@進時,每鉆進一單根應(yīng)大幅活動鉆具一次,清除井壁上的巖屑,防止粘卡。上部地層要注意控制好鉆速,搞好短起下,達到最大井斜角后,每鉆進一根立柱要充分循環(huán)清洗井眼。每鉆進200~250m,或純鉆時間超過24h短起下鉆一次[3]。二開后堅持打完立柱劃眼和定時短起下,有效地防止了巖床的形成和沉砂現(xiàn)象。

5 降摩阻和扭矩

摩阻與扭矩是制約大位移定向井技術(shù)發(fā)展的最主要的障礙。摩阻與扭矩主要是由于鉆柱與井壁的摩擦而產(chǎn)生的,本井在這方面采取了以下措施:

(1)本井選取在較淺的井深處造斜,同時本井設(shè)計的狗腿度也較小,有利于井眼的軌跡的平滑,進一步降低了鉆具與井壁之間的摩阻和扭矩,本井的順利施工都證明了這種雙增懸鏈?zhǔn)狡拭鎸τ诮档湍ψ韬团ぞ厥欠浅S幸娴摹?/p>

(2)在定向段和扭方位井段,加入適量的潤滑劑和鉆井液處理劑,來提高鉆井液潤滑性能,降低鉆井摩阻。同時也使用了固體潤滑劑如石墨、塑料小球等處理劑,從實際使用效果來看,效果還是很明顯的。

(3)固控設(shè)備的使用,合理的使用各種固控設(shè)備,有效地降低了鉆井液中有害的固相顆粒的含量。本井使用的是兩臺無級電動泵,做到了大排量洗井,有效地凈化了井眼,破壞了巖屑床的形成,可以降低鉆柱和井壁之間的摩擦系數(shù),從而大幅度地降低扭距和摩阻。

(4)在定向鉆具組合中用無磁抗壓縮鉆桿替代常規(guī)的無磁鉆鋌,可減小鉆具與井壁之間的摩阻。同時使用隨鉆震擊器,減小滑動鉆進時鉆具與井壁的摩擦阻力[4]。

6 鉆具組合選擇和軌跡控制

鉆具組合的選擇和井眼軌跡控制是大位移井的重要技術(shù)。本井鉆具選擇合理,三開后使用了倒裝鉆具組合,以減少鉆具和井壁的接觸面積。此外全井采用了導(dǎo)向馬達+MWD 來控制井眼軌跡。它的優(yōu)點是隨時監(jiān)測井眼軌跡,隨時調(diào)整井眼軌跡,測斜準(zhǔn)確不誤鉆井時間等,是鉆大位移井比較有利的設(shè)備。

(1)一開直井段及造斜井段(0~503m)詳細(xì)鉆具組合如下:444.5mm 牙輪鉆頭+244mm 馬達(1.5°)+203mm浮閥+203mm無磁鉆鋌×1根+203mmMWD短節(jié)+203mm無磁鉆鋌×1根+139.7mm加重鉆桿×15根+127mm 鉆桿。

由于一開井段有小繞障及淺層定向,因此未使用欠尺寸穩(wěn)定器。同時考慮防碰要求,因此直井段必須垂直,不能產(chǎn)生大的側(cè)位移,因此安裝的時候要求井口必須垂直,同時鉆進時通過嚴(yán)格控制鉆壓及時投測單點測斜,保證了直井段垂直鉆進,井斜始終控制在2°以內(nèi),并且順利通過了一開井段的所有防碰井。

(2)二開造斜井段及穩(wěn)斜井段(503~1302m)詳細(xì)鉆具組合如下:311.1mm 鉆頭+244mm 馬達(1.5°)+280mm 欠尺寸穩(wěn)定器+203mm 浮閥+ 203mm 無磁鉆鋌×1根+203mmMWD短節(jié)+165mm無磁抗壓縮鉆桿×1 根+139.7mm 加 重 鉆 桿×14 根+165mm 震 擊 器+139.7mm加重鉆桿×3根+127mm 鉆桿。

本井段比較關(guān)鍵,在造斜工具的選用方面采用1.5°角度的導(dǎo)向馬達,由于井眼較大、起斜難的特點,采取連續(xù)滑動鉆進和導(dǎo)向鉆進結(jié)合,既保證了造斜率的同時又可以避免狗腿度較大的問題。施工過程中做到了準(zhǔn)確預(yù)測井底井斜,及時調(diào)整井眼軌跡,使實鉆軌跡始終緊貼設(shè)計軌跡。此外井眼較大,鉆進速度較快,井底沉砂較多,每鉆進完一個立柱后,采取大排量和高轉(zhuǎn)速反復(fù)劃眼,直到振動篩處無明顯沉砂為止,既清潔了井壁又保證了井底無沉砂堆積。最大限度地保證了井下安全。

本井設(shè)計最大井斜為58.6°,參考了本地區(qū)其他井的施工記錄和地層漂移規(guī)律,311.1mm 井眼穩(wěn)斜段井斜微降,方位小漂,因此本井定向結(jié)束后井斜為61.23°,比設(shè)計的高2.63°,為后面井段的降斜留了余量。本井設(shè)計造斜為2.3°/30m,實際平均造斜率2.1°/30m,避免了過高的造斜率造成較大的摩阻和扭矩,保證了井眼軌跡的平滑。

(3)二開穩(wěn)斜井段(1302~2503m):311.1mm 鉆頭+244mm馬達(1.5°)+280mm欠尺寸穩(wěn)定器+203mm浮 閥+ 203mm 無 磁 鉆 鋌×1 根+203mmMWD 短 節(jié)+165mm 無磁抗壓縮鉆桿×1 根+139.7mm 加重鉆桿×14根+165mm 震擊器+139.7mm 加重鉆桿×3 根+127mm鉆桿。

本井段鉆壓不超過40kN 時,井斜微降,通過調(diào)整鉆壓40~60kN,井斜微增,通過調(diào)整鉆井參數(shù)即可控制井眼軌跡,避免了滑動鉆進來調(diào)整軌跡,極大地提高了鉆進速度。進入明化地層后,井斜小漂嚴(yán)重,通過鉆壓已經(jīng)控制不了了,因為之前造斜段已經(jīng)留出井斜的余量,因此本井段也沒有頻繁的進行滑動鉆進調(diào)整。實踐證明,參考鄰井施工經(jīng)驗和考慮地層漂移規(guī)律不僅可以提高轉(zhuǎn)動鉆進方式的比例,還可以盡量減少井眼軌跡的調(diào)整的頻率,從而提高機械鉆速。因此開鉆之前,除了要熟讀設(shè)計外,盡可能的搜集一些本地區(qū)其他井的鉆井資料,如地層分析、有無特殊巖性、造斜率大小等,了解這些資料后,應(yīng)用到待鉆井施工井中,可以大大減少不必要的工作量,加快鉆進速度。

(4)三開穩(wěn)斜及扭方位井段(2503~3707m):215.9mm 鉆頭+172mm 馬達(1.5°)+210mm 欠尺寸穩(wěn)定 器+165mm 浮 閥+ 172mm 無 磁 鉆 鋌×1 根+172mmMWD 短 節(jié)+165mm 無 磁 抗 壓 縮 鉆 桿×1 根+127mm 鉆桿×14 根+165mm 震擊器+139.7mm 加重鉆桿×3根+127mm 鉆桿。

三開后,通過地質(zhì)分析了解到下部地層可鉆性較好,定向鉆具下到底后,轉(zhuǎn)動鉆進(鉆壓40kN,轉(zhuǎn)速:45r/min),測斜數(shù)據(jù)顯示,井斜微降,方位小漂,故調(diào)整鉆井參數(shù),鉆壓控制在40~60kN,排量為30L/s。通過改變鉆壓參數(shù)后,井斜仍然微降,方位依舊小漂。故工具面放在右45°進行滑動鉆進6m 進行調(diào)整,測斜之后發(fā)現(xiàn)幾乎沒有效果,因為井斜微降對軌跡的影響不大,于是滑動鉆進5m 全力增方位,效果仍舊不理想,方位勉強維持不小漂。后續(xù)井段通過偶爾的滑動鉆進來調(diào)整井斜和方位,因為地層的可鉆性較好,定向的效果還不錯。針對三開扭方位作業(yè),由于是在玄武巖地層中扭方位,結(jié)合鄰井的施工記錄和地層的自然漂移規(guī)律,決定將扭方位的始點后置30m,終點向前調(diào)整,提前30~50m結(jié)束扭方位作業(yè),避開可鉆性較差的玄武巖底部。從測斜數(shù)據(jù)來看,GT 和BT 都有不同程度的超標(biāo),說明玄武巖地層對測斜參數(shù)還是有影響的,此后測斜時密切注意方位的變化,及時調(diào)整工具面和滑動鉆進進尺,從而保證了整個玄武巖井段內(nèi)的井眼軌跡仍然壓線。

(5)三開扭方位井段及穩(wěn)斜段(3707~4252m):215.9mm 鉆頭+172mm 馬達(1.5°)+210mm 欠尺寸穩(wěn)定 器+165mm 浮 閥+ 172mm 無 磁 鉆 鋌×1 根+172mmMWD 短節(jié)+165mm 無磁抗壓縮鉆桿×1 根+127mm 鉆桿×14 根+165mm 震擊器+139.7mm 加重鉆桿×3根+127mm 鉆桿。

由于馬達到了規(guī)定使用時間,于是原鉆具換了新馬達后繼續(xù)使用,當(dāng)下鉆剩余8柱時,下鉆出現(xiàn)了遇阻的情況,考慮到本井并沒有大狗腿井段,而最大井斜達到了61.23°,判斷應(yīng)該是井底沉砂所致,于是采取大排量洗井,間斷循環(huán)劃眼下鉆,最后順利下鉆到底。大量的沉砂說明在井眼清潔這方面做得還不夠好,仍需加強。扭方位后期出現(xiàn)了托壓的現(xiàn)象:當(dāng)鉆壓加大時,出現(xiàn)頻繁瞬間釋放的現(xiàn)象,同時泵壓上升,井下鉆具產(chǎn)生較大的反扭矩,工具面變化嚴(yán)重,這極大影響了造斜率和滑動鉆進的速度,通過對井內(nèi)注入一定量的潤滑劑后,托壓現(xiàn)象有所緩解,基本施工趨于正常。當(dāng)井深為3843m時,已中本井的第一個靶點A,靶心距為5.96m,當(dāng)井深為3941m時,中本井的第二個靶點B,靶心距為3.79m。全井身質(zhì)量完全合格,最終順利完井。設(shè)計軌跡與實鉆軌跡參數(shù)對比見圖1。

圖1 設(shè)計軌跡與實鉆軌跡參數(shù)對比圖

7 認(rèn)識與體會

(1)加大排量、適當(dāng)加強劃眼和短起下作業(yè)、保持固控設(shè)備完好有效,及時有效地清除有害固相含量、根據(jù)實際情況調(diào)整泥漿性能及參數(shù),都可以保持井眼清潔和井壁的穩(wěn)定。

(2)優(yōu)化剖面設(shè)計、合理地選擇和優(yōu)化鉆具組合、良好的泥漿性能、準(zhǔn)確地控制井眼軌跡、減少滑動鉆進的比例、可以有效地降低摩阻和扭矩。

(3)施工前要分析待鉆井的地質(zhì)資料,了解地層傾角和傾向,分析同區(qū)塊鄰井的資料,分析已鉆井的造斜規(guī)律和方位漂移規(guī)律,最后結(jié)合待鉆井的設(shè)計情況,確定合適的造斜率和方位變化率。

(4)堅持短起下和劃眼技術(shù)措施,能夠有效地破壞巖屑床的形成、同時可以修復(fù)井壁,降低摩阻,保證井眼順滑暢通。

(5)全井使用柔性鉆具組合,用非磁抗壓縮鉆桿替代非磁鉆鋌,用加重鉆桿替代鉆鋌,用斜坡鉆桿替代普通鉆桿,在大斜度井段采用了倒裝鉆具組合,使鉆具與井壁的接觸面積減少,避免了大斜度井段易出現(xiàn)的粘附及鍵槽卡鉆的井下事故。

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