定向技术样本

应用定向钻井技术

挖掘老君庙油田剩余油潜力

采油厂地质所

二○○二年元月

一、概述

老君庙油田自1939年发现并投入开发, 至今已有62年的开发历史, 注水开发46年, 当前已处入低产后期开发阶段。随着注采井网的不断完善, 油田开采对象越来越复杂, 剩余油分布及潜力越来越少, 使得老油田”控水稳油”的难度越来越大; 根据油田数值模拟成果, 剩余油主要分布在构造复杂区、异常高压区、建筑物阻挡区等区域内, 为此应用定向钻井技术对老油田后期开发显得尤为重要。老君庙油田于1955年钻成中国第一口定向井C205井, 由于受诸多因素的制约, 近四十年来, 定向钻井技术处于停滞状态。直到1994年, 为了使老君庙油田原油保持稳产, 提高老油田的开发水平, 选择在潜能较大的老君庙油田剩余油富集区块部署定向井, 并在J259井上应用获得成功。随后在老君庙油田不同区域部署定向井, 经过钻井地质特征研究, 大规模推广针对本油田的定向钻井技术, 到相继钻成25口定向井, 获得了较好的效果。实践证明, 定向钻井技术是老君庙油田挖潜剩余油的一条有利途径。

二、老君庙油田钻井地质特征

老君庙油田由于开采时间长、注水较多、地层压力异常、复杂, 钻井过程中喷、漏、垮、塌、缩径并存, 给定向钻井施工带来许多困难。具体表现在: 1、地层压力高。油藏经过长期注水, 地层压力不断上升, 最高压力达30 MPa, 且剖面上压力分布极不均匀, 初期的定向钻井施工具有摸索性, 难度大。25口定向井中有22口钻井液密度在1.70-2.00g/cm3之间, 其中最高为2.24 g/cm3, 既是这样, 部分井在钻探中还不能平衡地层压力, 存在井喷现象。

2、各油藏间压力悬殊。老君庙油田剖面上开采的油层有上油层K、中油层L 和下油层M。油藏跨度不大, 但K、 L、 M层压力相差较大, L层多为高压, M层相对低压, 钻井中上喷下漏。特别L3层由于渗透性好、过去注水量偏大, 许多区块形成异常高压区及水洗带, 钻穿L3, 易发生井喷。为维持平衡钻进, 需提高钻井液密度, 加重材料耗量大。由于油藏剖面上L、 M 油藏地层压力悬殊, 高密度钻井液钻井时井漏频繁发生, 高压区14口定向井中有6口井漏, 占43％。

3、 BC层易垮塌缩径。由于油藏长期注水, 使BC层泥岩水化膨胀。钻开BC 层时加上钻井液的浸泡, 造成地层垮塌、缩径和泥岩蠕动等复杂情况。蠕动泥岩

进入井筒造成顶钻, 井眼不通、喷漏交替, 致使钻进以及测井、下套管等工序无法进行。

4、油层埋深浅, 定向施工的井段短。老君庙油田M油藏平均埋深在600-700米之间, 下入表层套管 60－70米后, 有效的定向施工井段只有 200－300米, 可供定向施工的井段短。由于井浅, 加之井网密集, 水平位移要求在80－120米之间, 井斜要达到12－16°。油层间压力极不平衡, 在进入BC层前, 井眼轨迹必须达到要求, 否则定向就会失败。因此, 定向的技术水平要求很高。如果造斜、扭方位一次不能成功, 井斜很难达到, 中靶十分困难。在如此短的井段下, 定向造斜、扭方位、增斜、稳斜每道工序都必须按设计的目标完成。

5、钻井液密度不稳定, 定向钻井粘卡几率高。一九九六年前完钻的6口井, 由于施工井段短, 井斜大( 15°左右) , 钻具与井壁摩擦力大, 井浅加之井漏频繁, 钻井液性能变化大, 易发生卡钻。6口井中有 5口井发生卡钻事故, 占83.8％, 其中打水泥浆卡钻的井也有2口, 占33.3％。同时钻穿BC层后, 油层压力高, 钻井液密度大, 钻井液润滑性较差, 循环困难。加之井下情况复杂, 必须要甩掉扶正器钻进。

综上所述, 老君庙油藏地质条件复杂, 在定向施工中, 既要定向施工一次成功, 又要处理井漏、井塌、井涌、井喷等各种复杂情况, 施工难度大。加之井浅, 钻井液密度不可能太大, 钻井液性能还不能完全满足定向钻井需要。地层的喷漏, 水泥浆的污染等因素, 导致钻井液维护困难。老君庙油田定向钻井难度较大, 风险也大, 技术要求更高。

三、老君庙油田定向钻井技术

老君庙油田复杂的地质条件给定向钻井带来诸多困难和不利, 但经过甲乙双方工程技术人员的共同努力, 采取相应的技术攻关及井眼轨迹控制手段, 克服各种困难, 使定向钻井成功率达到最好水平。

1、根据井下实际情况选择合理井身剖面技术

在常规的定向钻井施工中, 一般设计的井身剖面为为”直－增－稳”、”直－增”、”直－增－稳－降”、”直－增－降”四种剖面形式。对于浅层井, 最

常见的是”三段制”, 即”直－增－稳”制。在老君庙油田高压复杂区, 由于受地层的限制, 严格执行”三段制”剖面很难达到设计要求, 因为进入油层后, 地层压力大, 所需钻井液密度大, 粘度高, 易产生钻头泥包、井喷等复杂情况, 若下入带扶正器的钻具则容易憋漏地层, 造成井下复杂。为解决这一问题一般在进入油层前, 将扶正器甩掉, 采用光钻铤钻具结构, 增加循环空间, 降低环空循环阻力。但采用光钻铤钻具结构后, 一般在斜井眼内由于”钟摆力”的作用产生降斜效果, 从而使实际井眼轨迹多为”四段制”, 即”直－增－稳－降”制。因此在老君庙油田选择”四段制”井身剖面比较合理。

2、定向造斜扭方位技术

老君庙油田为背斜构造, 地层倾角大, 自然造斜能力强, 扭方位困难。依据这一特点, 经过实践选用2－2.5°弯接头较适宜, 该弯接头的造斜率为2.5－4.0°/ 30米。为了给定向造斜创造较长的有效井段, 造斜点选择要高, 一般选在井深150

米左右( 即N

2S

1

地层) 。

老君庙油田钻井过程中方位的漂移一般为右漂, 特别在井斜方位角小的情况下, 右漂的幅度较大, 随着井斜的增大, 方位漂移量逐步减小, 当井斜达到15°左右时, 仍有漂移趋势, 说明该地区地层造斜能力很强, 而光钻铤钻具结构方位漂移不定, 但向右漂移的几率较大。各井段方位漂移幅度为: 增斜段一般方位漂移在20°/100m左右。降斜段一般方位漂移在15°/100m左右。

老君庙油田钻井方位漂移幅度表表1

在扭方位操作过程中, 由于造斜点高, 直井段短, 井斜小, 一般方位在60－120°左右。为了提高定向扭方位速率, 一般采用全力扭方位的办法, 从而在 0－40米完成定向扭方位, 实践证明是成功的。 2°弯接头扭方位在25°/10米左右,

2.5°弯接头平均扭方位42°/10米左右, 而且井斜越小, 扭方位越大。

3、井眼轨迹控制技术