浅层丛式井钻井工艺

收稿日期:2003-08-12

作者简介:李培佳(1968-),1990年毕业于石油大学(华东)钻井专业,长期从事定向井、水平井的钻井技术管理工作,现任大港油田集团定向井技术服务公司经理助理、高级工程师。地址:(300280)天津大港。

生产线上

浅层丛式井钻井工艺

李培佳,冯志明,李　红,刘国渝

(大港油田集团定向井技术服务公司)

摘　要:应用丛式井钻井技术开发浅层油气藏是降低钻井综合成本,提高原油产量的途径之一。平台优化和井眼轨迹控制技术是丛式井施工的核心技术,经过重点科技攻关,该技术日趋完善,并在国内各大油田推广应用。但是,应用丛式井钻井技术开采浅层油藏技术和低产油藏技术还需做进一步的完善。文中结合近年来在内蒙古科尔沁、陕西安塞、延安等地区承钻浅层丛式井钻井实践,讨论浅层丛式井井眼轨迹控制的技术问题和施工难点、重点。

关键词:丛式井;平台;浅层油气藏;井眼轨迹;测量

中图分类号:TE 24313 文献标识码:A 文章编号:1006-768X (2004)02-0090-02

井眼轨迹控制技术是丛式井钻井施工的核心,经过“七五”、“八五”、“九五”期间国家重点科技攻关,该技术正日趋完善,并在国内各大油田推广应用。但是,应用丛式井钻井技术开采浅层油藏技术和低产油藏技术还需进一步的完善,本文结合在内蒙古科尔沁、陕西安塞、延安等地区承钻浅层丛式井的实践,讨论浅层丛式井井眼轨迹控制技术问题。

浅层丛式井钻井特点

应用丛式井技术开发浅层油气藏,首先要建立一个既能满足经济、优质、安全、快速钻进,又能精确地控制井眼轨迹的钻井模式。

浅层丛式井钻井的特点:(1)地层胶结疏松,造斜困难。

(2)油层埋藏浅,井段短,井眼轨迹控制调节余量小,精度要

求高。(3)下部井段短,给钻具结合的优选造成困难。

通过对地层特性,钻具性能分析,建立了造斜井段以动力钻具为主,下部稳斜井段采用微增钻具结合的井眼轨迹控制模式。在安塞油田、延安油田、科尔沁油田的实践,基本能实现定向一次成功,微增钻具顺利钻达靶区,达到优质快速钻井的目的。同时,通过调整钻井参数,有效地控制了井斜和方位的变化,提高了实钻轨迹与设计轨迹的吻合度。

井眼轨迹控制技术

11平台设计和施工方案优选

丛式井的设计必须满足油气田开发要求并执行丛式井设计的基本原则,选用最简单的井身剖面,合理安排钻井顺序。

应用“直—增—稳”三段制剖面设计浅层丛式井,可以减少钻井工序,缩短井眼长度,降低摩阻,减少钻井事故,基本上满足采油工艺的要求。

充分考虑井位、地质、油层的特点,采用造斜点在50～

200m ;相邻的井造斜点上下错开30～50m 布井方案,根据目

标方位、目标位移,合理均匀布置井口位置,优选造斜率,使井口与井底连线在水平面上的投影尽量不相交,各井方位成放射性分布。先钻造斜点深的井,后钻造斜点浅的井;先钻位移小的井,后钻位移大的井。

21井眼轨迹控制

同一种钻具结合,相同的钻井参数,在不同的地区,不同的地层使用,会显示出不同的特性,因此,合理的选用钻具组合能有效地提高井眼轨迹的控制精度,减少更换钻具所造成的无故浪费。

定向造斜:在疏松地层,定向造斜困难,造斜井段选用比设计造斜率高一级的钻具组合,即大角度的弯接头配合短螺杆钻具组合。在上述地区大约完成了220口同类型的井,井斜和方位基本一次到达了理想状态,减少了转盘钻增斜的不稳定性,提高了造斜段井眼轨迹控制精度,为下部井段顺利施工提供了保证。

常用的钻具组合如下:

21519钻头+ 165短螺杆+(115°～215°)弯接头+ 165

无磁钻铤+ 158钻铤(1～2柱)+ 127钻杆。

钻井参数:钻压20～80kN ;排量25～30L/s 。

造斜前,调整好钻井液性能,严格控制含砂量,使用较大的钻头喷嘴或不用喷嘴,降低喷嘴冲蚀能力,尽可能一次定向至最大井斜,解决松软地层增斜困难的技术难题,减少了增斜井段的方位漂移。

211　转盘钻增斜井段

常用的浅层丛式井转盘增斜钻组合有如下几种。组合A : 21519钻头+ 214稳定器+ 127无磁抗压缩钻杆+ 214稳定器+ 158钻铤×(4～5柱)+ 127钻杆。

组合B : 21519钻头+ 214稳定器+ 165无磁钻铤+ 158钻铤×(4～5柱)+ 127钻杆。

・09・ 钻　采　工　艺2004年

组合C: 21519钻头+ 214稳定器+ 165无磁钻铤+ 214稳定器+ 158钻铤×(4～5柱)+ 127钻杆。

钻井参数:钻压120～160kN;排量25～30L/s。

以上钻具组合都有不足之处,钻具组合A增斜效果好,方位稳定性差;钻具组合B,增斜效果和稳定方位效果都不理想;钻具组合C,稳方位效果好,但在疏松地层中,增斜效果很不理想。使用上述三种钻具组合都会给下部井眼轨迹控制带来很大的困难,因此使用动力钻具将井斜调整到最大,方位调整到合理位置是这类型井施工的最理想选择。212　转盘稳斜井段

常用的稳斜钻具组合为三稳定器稳斜钻具组合,但是对于浅层丛式井的施工,效果不理想,单稳定器微增钻具组合,配合理想的钻压和转速,利用造斜井段的井眼曲率效应,能够保持井眼井斜,方位稳定,有效地控制井眼轨迹的变化趋势,顺利地钻达设计靶区。

单稳定器钻具组合:

组合D: 21519钻头+ 165短钻铤+ 214稳定器+ 165无磁钻铤+ 158钻铤×(4～5柱)+ 127钻杆。

钻井参数:钻压120～160kN;排量25～30L/s。

使用这套钻具的注意事项:(1)如果定向结束,井斜角足够大时,上述钻具下钻到距井底两到三个单根,需多次划眼减少增斜趋势的影响。(2)测斜结果出现井斜不稳定变化时,原则上考虑调整钻井参数,特别是改变钻压,否则改变钻具结合。吊打虽然延长了钻井时间,但可节省起下钻时间,并保持井眼稳定,有利于减少井下复杂事故发生,降低劳动强度。(3)进入地层变化互层面的井段,扭矩大时,多划眼,缩短起下井段,保证井眼平滑。(4)通过对不同井段施工分析,确定合理的短钻铤长度,改变稳定器位置,或者改变稳定器外径,实现理想的稳斜和微增斜效果。

影响井眼轨迹控制的因素

对于常规定向井和丛式井,通常设定平面圆形靶,施工中,为了使靶心距尽可能小,应正确分析影响井眼轨迹控制的诸多因素,比如地质条件、钻具性能结构、井眼曲率、钻井参数等,采用相应的控制,使实际钻井轨迹吻合设计轨迹,有利于固井、采油等施工作业。

11地质因素对井眼轨迹的影响

浅层丛式井组,由于油层埋藏浅,上部地层胶结疏松,可钻性好,且地层应力对钻具组合能力影响不大,利于方位控制。但是,可钻性好影响钻具组合的造斜力,对于浅层丛式井井斜控制非常不利。因此,保证造斜率是实现丛式井井眼轨迹控制成功的关键。具体施工中,造斜井段采用较大角度的弯接头与较短的螺杆钻具配合,提高造斜率,下部井段采用微增斜钻具组合,合理调整钻井参数,基本上能消除地层因素对钻具组合造斜性能不利的影响,控制精度较高。

根据实际施工经验,对于同样的钻具组合钻井参数和不同地层、岩性,造斜率的变化也很大。因此,浅层丛式井需特别重视地层因素对井眼轨迹的影响。

21钻具组合性能对井眼轨迹的影响

钻具组合性能是影响定向井、丛式井井眼轨迹的主要因素之一,因而合理的设计与使用钻具组合是定向井、丛式井井眼轨迹控制的核心,根据浅层丛式井钻井施工的特点,着重对钻具组合的造斜能力进行预测和筛选。

211　钻具刚度的影响

对于动力钻具弯接头组合,增大弯接头上部钻铤的刚度,能相应地增加钻头侧向力,从而增加钻具的造斜率;对转盘钻具组合,减少第一稳定器以后钻铤的刚度,可增大钻头外的侧向力和倾角,有效地提高了钻具的造斜能力。

212　稳定器位置的影响

(1)根据钻具组合力学性能分析,假定在稳定器间的钻铤不接触井壁,第一稳定器距钻头越近,第二稳定器离钻头越远,钻具的造斜能力越强;(2)近钻头单稳定器钻具组合的造斜率强于双稳定器组合;(3)近钻头稳定器与钻头的距离增大后,稳定器以下部分形成一个小小钟摆,抵消部分钻具弯曲产生的钻具侧向力,钻具造斜能力减弱。利用该原理,通过调整钻头与稳定器之间钻铤的长度,实现稳斜和微增斜钻进;(4)强增斜钻具组合有较强的方向右漂趋势,稳斜钻具组合有较好的稳方向效果,多稳定器组合比单稳定器稳方向效果更好。

31钻井参数对井眼轨迹的影响

选定钻具组合后,通过合理的参数调节,可有效地发挥和利用钻具的本身特性,使实际井眼轨迹与设计井眼轨迹更吻合。实践表明,改变钻压和转速,可适当改变钻具的增斜、稳斜或降斜功能。对增斜钻具组合来讲,其影响效果较显著,增大钻压,降低转速,可提高钻具组合的造斜能力,但方位的变化率也相应增加。减小钻压,提高转速,可降低钻具的造斜能力,但方位的变化率相应地减小。

对动力钻具配弯接头组合,适当减小钻压降低转速,可以提高钻具的造斜能力。

41井眼曲率的影响

上部曲率对下部新井眼的曲率影响,俗称曲率效应。曲率效应的影响最终归结为钻头方位侧向力和井斜侧向力两方面作用。对于刚性钻具组合,需要经过相当长的井段才能逐渐消除,从而显示钻具的自身特征。实践证明,实际钻井过程中,可通过对钻具组合的优选,利用和达到这种效应。

结论和建议

(1)常规单点定向井施工技术施工浅层丛式井技术可行,经济实惠。

(2)浅层丛式井油藏地层,提高造斜井段造斜率是井眼轨迹控制的关键。在井斜不太大的情况下,采用动力钻具造斜一次到最大井斜的施工方式,对于提高造斜率和中靶率及钻井时效有很大的意义。

(3)合理科学的微增钻具结构,能实现一套钻具钻至完钻,避免了频繁地更换钻具,能有效实现快速钻进。

(4)丛式井施工,计算软件能有效、及时地掌握井眼轨迹的变化趋势,及时进行实钻轨迹计算和作出设计方案。

(编辑:黄晓川)

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第27卷　第2期钻　采　工　艺