遼河石油勘探局鉆井一公司.遼寧盤錦1引川();2.大慶汕lI]股份公司井卜作業公司,黑龍江大慶以3。。0)摘要:遼河油田杜8一1區塊是一個以砂巖為主的超稠油油藏.為了提高開發效果進行了直井與水平井組合重力輔助蒸汽驅(SAGD)開發試驗。針對杜8級區塊水平井鉆井中存在的防碰難度大、造料困難、井眼軌跡控制要求高、固井質量差、易出現沉砂卡鉆等技術難點,應用了三維繞障防碰技術、復合導向鉆井技術、井眼軌跡控制技術、水平井井眼凈化技術,并優化了井身結構和剖面設計,所鉆5口水平井都精確入靶,井身質量和固井質量合格率都達到了1()()%.施工過程中沒有出現井下復雜情況和事故,提高了機械鉆速.縮短了鉆井周期,降低了鉆井成本。

 

  關鍵詞:稠油油藏;水平井;導向鉆井;井眼軌跡;井眼凈化。

 

  遼河油田遼河油田曙一區杜84區塊位于遼河盆地西部坳陷西斜坡的中段.北以杜32斷層為界,東以杜79斷層為界,西以杜115斷層為界,南以杜205井與曙l-27一454井連線為界,整體上呈一長條狀單斜構造。

 

  目的層為沙3段上部興VI組油層,該油層以巖屑砂巖為主,為高孔隙度、高滲透率儲層。興城組為底水超稠油油藏,油層發育較好,平面上連片分布。為了更合理的開發該區塊興隆臺油層超稠油,遼河油田進行了直井與水平井組合重力輔助蒸汽驅(SAGD)乞開發試驗。

 

  969一IOO5m,水泥返至地面;三開小215.gmm井眼鉆深1195一123Om,價177.8nim篩管下深1193一1228m,不固井。

 

  水平井井眼軌道設計數據水平井均設計采用雙增雙穩剖面,即“直一增一穩一增一穩”剖面。第一增斜段設計造斜率為60/3Om一7.3。/3om,第二增斜段設計造斜率為6.5“/3Om一7.60/3Om。造斜點井深350一600m,人靶垂深780~85om,水平位移45·1.30一640.81m,靶前位移242.26一389.52m。水平段縱向偏差士lm,水平段橫向偏差士3m,水平段井斜角均為90。。

 

  1地質概況杜84區塊由上到下鉆遇的地層依次為平原組、明化鎮組、館陶組、沙1段、沙2段、沙3段。平原組巖性為棕色、棕黃色粘土層與灰白色細砂、含礫中細砂巖互層,底界深ZIOm;明化鎮組巖性為淺灰白含礫砂巖、砂礫巖及綠灰色泥巖,底界深340m;館陶組巖性為砂礫巖、砂巖、中粗砂巖和細砂巖不等厚互層,底界深67om;沙1段和沙2段巖性為淺灰色砂礫巖、砂礫巖與灰綠色泥巖互層,底界深800m;沙3段巖性為巨厚塊狀砂礫巖、礫狀砂巖和灰色淺灰色泥巖,底界深1200m。

 

  3水平井鉆井技術難點l)該區塊屬于老區塊,已鉆直井、定向井、水平井數量多,井網密集,防碰難度大。

 

  2)造斜點在井深350~6()0m處,出表層就定向,上部地層松散,造斜率極低,加之是采用爭311.lmm鉆頭雙泵大排量鉆進,因此造斜十分困難。仁部地層為館陶組,其巖性主要為砂礫巖和粗礫巖,粒徑非常大,對定向造斜和井眼軌跡控制極為不利。

 

  3)油層膠結疏松,鉆入油層后,造斜率非常低,對著陸前造斜非常不利,從而給人靶前著陸帶來很大2工程設計2.1水平井井身結構及套管程序設計一開爭444.5mm井眼鉆深212n:,小339.7mm表層套管下深Z10m,水泥返至地面;二開小311.1mm井眼鉆深970一IOlom,價244.5mm技術套管下深收稿日期:2(〕。5一03一21作者簡介:岳宗杰(1973一),男,1996年畢業于石油大學(華東)石油工程專業.工程師。

 

  聯系電話:(()427)782170326。石油鉆探技木2()(JS年11月困難。

 

  4)該區塊地層巖性變化大,主要巖性為砂巖、砂礫巖和礫巖,但其中有不等厚的泥巖夾層,由于在砂巖、砂礫巖和礫巖地層定向鉆進時實際井眼曲率很低,而在泥巖地層鉆進時實際井眼曲率很高,因而給造斜率的控制和估計帶來r很大的麻煩。

 

  5)人靶點窗口高度只有Zm,要求測量和計算精度非常高,而測量探管到鉆頭的距離有13~14m,這給井眼軌跡的準確人靶增加了相當大的難度。

 

  6)設計要求小2側.smm技術套管下至水平段窗口,由于技術套管直徑大,剛性強,因此要求井眼的狗腿角不宜太大,否則技術套管就難以下到預定的位置,這也給井眼軌跡控制提出了更高的要求。

 

  7)由于地層松散,因此,一旦下鉆遇阻劃眼,很容易劃出新井眼,而且上部很容易出現“大肚子”

 

  井眼,對固井質量影響很大。

 

  8)山于井較淺,鉆進速度非常快,而且館陶組地層粗礫巖粒徑大,這就對鉆井液的攜巖性能提出了很高的要求,一旦井眼凈化不好或凈化不及時,易形成巖屑床而造成沉砂卡鉆。

 

  9)由于該區塊的油藏屬于稠油油藏,所有生產井都需要采取熱注熱采或蒸汽吞吐,因此地溫梯度異常.給鉆井液性能的維護帶來很大影響。

 

  4水平井鉆井技術4.1三維繞障防碰技術降習”在設計時對周圍的井與設計井進行防碰掃描,根據掃描結果確定出重點防范井,以便在實際施工中重點防范。

 

  2)在鉆井施工過程中,隨時對實際井眼軌跡與周圍井進行防碰掃描,確定出實鉆井眼軌跡與周圍井在同深度位置上的空間距離。一旦發現這個距離小于sm時,就需要采取繞障措施。

 

  3)在實際施工中,利用無線隨鉆儀器對周圍的磁場強度進行監視,一旦發現磁場強度有異常,就立即停止鉆進,研究繞障措施。

 

  優化井身結構設計在綜合考慮杜84塊的地質特點、油藏特征、采油工藝特點及鉆水平井的難點等多方面因素的基礎上,對水平井井身結構設計進行了優化:一開采用似連4.smm鉆頭鉆至井深212m,小339.7mm表層套管下深Z10m;二開采用小311.lmm鉆頭鉆至井深10()sn飛,小244.smm技術套管下深loo3m;三開采用中215.{)mm鉆頭鉆至井深122Om,小177.8mm油層篩管下人長度為水平段長(懸掛于技術套管L)。該井身結構既能滿足稠油熱采的要求,又能減少鉆井過程中的摩阻和扭矩,并能保證井壁穩定。

 

  優化井身剖面設計井身剖面優選為“直一增一穩一增一穩”五段制音g面。在井身剖面設計時也考慮了甲方的要求:在垂深780一800m、井斜角在連()o一5()o之間必須有至少25m的穩斜段,以便將來采油時把采油泵下到該穩斜段位置,從而達到延長采油泵使用壽命的目的。

 

  導向復合鉆井技術〔4一,〕在現場可根據實際情況選用以下兩套并斜可調整導向鉆具組合。第一套鉆具組合:小311.lmm或小215.gmm三牙輪鉆頭+擬97.Omm或們65.Omm單彎螺桿鉆具十變扣接頭干MWD定位接頭十小203.Zmm或小177.smn、或小158.smr,1無磁鉆艇xZ根+小127.ommls“斜坡鉆桿x(20一45)根+含127.Omm加重鉆桿只(3()一1。)根+爭158.srnm鉆挺只9根+小127.omm18“斜坡鉆桿;第二套鉆具組合:爭311.lmm或小215.gmm三牙輪鉆頭十小197.omm或小165.omm單彎螺桿鉆具十變扣接頭+小311.omn、或爭215.omm球形穩定器十MWD定位接頭+小2()3.Zmm或小177.smm或小158.srnm無磁鉆挺xZ根十幣127.Ommls“斜坡鉆桿只(20~4幼根+小127.Omm力11重鉆桿火(30一連O)根+爭158.smm鉆挺xg根+小127.Omm18“斜坡鉆桿。

 

  第一套鉆具組合的主要優l敘:在鉆進穩斜段時可通過調整鉆井參數來調整井斜,既可以增大井斜角,義可以減小井斜角;在鉆進造斜段時可通過調整鉆井參數來調整井斜角變化率,既可以增大增斜率,又可以減小增斜率。第二套鉆具組合的主要優點:穩斜穩方位的效果更好,可以通過調整鉆井參數來減小井斜角和減小增斜率。施工實踐表明,第一套鉆具組合通過調整鉆井參數可使增(降)斜率在()o/10m到。.60/10m之間變化;第二套鉆具組合通過調整鉆井參數可以使降斜率在。“/10m到1.。“/’1。m之間變化。

 

  在實際施工中,根據測斜監測結果,利用計算機跟蹤計算井眼軌跡,根據井眼軌跡發展趨勢及時調整鉆井參數和鉆井方式,以滿足井眼軌跡控制的需要。若實際造斜率大于設計造斜率,則采用復合鉆井方式即旋轉鉆井方式鉆進,或改變鉆井參數來減小造斜率,使實鉆井眼軌跡盡量接近設計一井眼軌道,確保井眼軌跡控制精度。

 

  井眼軌跡控制技術并眼軌跡控制是水平井鉆井中的關鍵環節難點主要集中在著陸人窗技術和水平段的控制技術上。

 

  在杜84區塊水平井施工中,采用了無線隨鉆MWD跟蹤測量井眼軌跡數據。在實際施工中,通過勤測量、勤計算、勤分析、勤預測、勤發現和勤調整來精確控制井眼軌跡。所謂勤測量,就是要盡量縮短測量間距,盡可能及時測出距井底最近點的井斜角、方位角數據,從而及時掌握井眼軌跡的最新發展趨勢。所謂勤計算,就是每測出一點數據后,就要及時進行計算,從而掌握距井底最近井段的并眼曲率,以便根據該數據準確預測測點以下未知井段的井眼曲率。所謂勤分析,就是每測出一點的數據后,就要及時進行認真的分析研究,以便及時發現問題。所謂勤預測,就是每測出一點數據后,就要及時進行預測和對待鉆井眼進行設計,以便及時發現目前井下鉆具組合的造斜能力是否能夠滿足待鉆井眼設計造斜率的需要。所謂勤發現.就是根據測量、計算、分析、預測的結果,及時發現問題,從而及時解決問題。所謂勤調整,就是指根據發現的問題,從實際情況出發,及時調整鉆井參數、改變鉆井方式和改變鉆具組合,以達到待鉆井眼軌跡設計的需要,從而確保精確中靶。

 

  為了準確控制實鉆井眼軌跡鉆達設計目標靶點,根據杜84區塊地層松軟、造斜差的特點,選用了造斜能力較設計井眼曲率稍大的1.75“和2“的單彎中空螺桿。在實際施工中,根據造斜率的實際需要,通過平衡滑動鉆井與旋轉鉆井的井段長度來獲得需要的平均造斜率。由于該地區地層不穩定,巖性變化大,所以,有時也必須根據鉆時和地質人員撈出的砂樣來判斷所鉆地層的巖性,并根據巖性的不同,采用不同的鉆井參數,以獲得需要的平均造斜率。只有這樣才能使實鉆井眼軌跡的井斜角和方位角達到設計要求,從而使實鉆井眼軌跡盡量接近設計井眼軌道。

 

  水平井井眼凈化技術杜84塊地層巖性主要以砂巖、砂礫巖為主,地層極為疏松,平均機械鉆速非常高,再加上該區塊下面館陶組礫巖的粒徑非常大,這就對水平井的井眼凈化提出了更高的要求。

 

  在水平井的實際施工中,筆者根據對大斜度井和水平井中巖屑輸送機理的研究,主要采取提高鉆井液的攜砂能力、防止巖屑床形成及盡可能破壞巖屑床來改善井眼的凈化狀況和提高鉆井液清洗鉆屑的效果。

 

  提高鉆井液的攜砂能力1)改善鉆井液性能。a.選用合適的鉆井液類型。根據杜84區塊定向井鉆井經驗,聚合物混油鉆井液非常適合鉆進該區塊的地層,在此基礎上對鉆井液性能加以改善,以適用該區塊水平井鉆井要求。

 

  b.合理的鉆井液性能設計。通常,在同一口井中,某一井段中的最優井眼凈化參數不一定適用于另一井段。但是筆者在進行鉆井液性能設計時,為獲得最佳井眼凈化效果,充分考慮了使全井最關鍵井段(井斜角為400一600的井段)的井眼凈化效果最好。c.在井眼穩定性和其它方面允許的情況下,盡可能提高鉆井液密度,以增加鉆井液懸浮鉆屑的能力。d.加人包括懷俄明土、某些聚合物增稠劑和一些不同的絮凝劑在內的鉆井液添加劑來提高鉆井液的靜切力和凝膠強度,以改善層流條件下井眼凈化能力。e.保持恰當的鉆井液流變性。強化固控設備保證四級凈化,確保固控設備的使用率,降低鉆屑固相含量,以利于鉆井液流變性的控制。

 

  2)提高鉆井液在環空中的流速和剪切速率。提高環空返速會增加井口或鉆井液中巖屑的體積分數,從而提高井眼凈化效果和減小巖屑床厚度。增大泵排量和鉆具外徑能提高鉆井液在環空中的流速和剪切速率。在地面機泵條件允許的情況下,現場采用一臺價17Omm3NB一1300泵和一臺小16Omm3N珍1300泵雙泵鉆進,排量可達到45一55L/S,以保證環空返速控制在2.0一1.sm/S。

 

  3)在不同井斜角的井段采用不同的鉆井液流態。

 

  在井斜角低于45“的井段和沖蝕敏感性地層中,使鉆井液在井眼環空內保持層流狀態,并盡可能提高鉆井液的屈服值,從而使鉆井液的井眼清潔效果最佳。在井斜角為55“一90“的井段和堅硬地層中,采用紊流狀態下的低粘度鉆井液鉆進,可保持井眼清潔。

 

  防止巖屑床的形成和盡可能破壞巖屑床1)在鉆井液中加入包括懷俄明土、某些聚合物增稠劑和一些不同的絮凝劑在內的鉆井液添加劑來提高鉆井液的凝膠強度和靜切力,以提高鉆井液對巖屑顆粒的懸浮能力,盡可能提高井眼凈化效果。

 

  2)降低鉆進速度,大排量充分循環鉆井液,用好固控設備,盡可能使井眼內的鉆井液保持干凈,控制鉆井液內的巖屑等固相體積分數。

 

  3)盡可能多的活動鉆具(包括旋轉鉆具和上下活動鉆具),以利于巖屑顆粒在鉆井液中的懸浮和鉆井液攜砂。

 

  4)定期短起下鉆和劃眼,以攪動鉆屑并將其從井眼中清除出來。