短半径水平井钻井技术研究及应用——以哈萨克斯坦Konys油田为例

短半径水平井钻井技术研究及应用——以哈萨克斯坦Konys

油田为例

张晓明

【摘要】哈萨克斯坦Konys油田是带气顶、边水的层状构造砂岩油田,油田储层非均质性严重,断层发育且油气水关系复杂.K-190S井是Konys油田的一口短半径侧钻水平井,设计、实施的主要目的是运用短半径侧钻技术恢复老井产能,挖掘下达乌尔组油层潜力.K-190S井存在井眼尺寸小、造斜率高、循环压耗高、摩阻扭矩大等钻井难点.根据钻井施工难点,结合地质油藏特点,对井身结构、井眼轨道剖面、钻井参数等进行了优化.优化钻具组合避免井下复杂情况发生;进行轨迹预测研究防止轨迹失控,确保中靶率,使钻头在油层中钻进;优选合适钻井参数和钻进方式以达到井身轨迹的平滑.通过利用井身轨迹控制技术、摩阻扭矩分析技术和安全钻进技术,成功解决了钻井难题,从而大大提高了钻井效率.

【期刊名称】《长江大学学报（自然版）理工卷》

【年(卷),期】2015(012)011

【总页数】5页(P47-51)

【关键词】Konys油田;短半径;小井眼;水平井;轨迹控制;钻井技术

【作者】张晓明

【作者单位】长江大学研究生院,湖北荆州434023;中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院,山东东营257017

【正文语种】中文

【中图分类】TE243.1

套管开窗侧钻短半径水平井集开窗侧钻井技术、短半径水平井技术和小井眼钻井技术的优越性于一体，具有有效预防复杂层位引起的井下复杂情况，可有效缩短钻井总进尺，较小的靶前距有效提高靶前认识程度等优点［1］。基于以上优点，哈萨克斯坦Konys油田充分利用原井眼进行侧钻，扩大资源动用规模，提高采出程度，减少投资，提高效益。

1 油藏概述

哈萨克斯坦Konys油田发现于1985年，1997年正式投入工业开发，当前综合含水率在37%左右。位于南图尔盖盆地南部阿雷斯库姆坳陷，具有断坳地质结构，

属于加里东期和海西期褶皱带结合部，是由前古生界和下古生界的褶皱基底、侏罗系断陷和白垩系坳陷等3个构造层组成。Konys油田2个主力油层埋深约950～1300m 左右，为带气顶和边水的层状构造饱和油藏，其中M－Ⅱ是一套低伽马、高电阻砂岩层，层厚约10～20m，以岩屑砂岩、石英砂岩为主；另一套主力生产层J－0－1和J－0－2多为1～2m 薄互层，以褐色致密块状石英长石泥质粉砂岩为主［2］。K－190S井主要目的层为下白垩统下达乌尔组的M－Ⅱ层，该产层

带气顶，为气顶边水砂岩油藏，产油层位于油环内。

2 短半径水平井钻井技术难点分析

2．1 井身轨迹设计影响因素多、轨迹预测难度大

该井设计为∅139．7mm 套管开窗侧钻水平井，侧钻后初始造斜，仪器会受到磁

干扰，影响测量方位的准确性；定向段设计造斜率24．3°／30m，高造斜率条件下，考虑井下工具造斜能力及工具、钻具强度的安全性和随钻仪器工作稳定性［3］，防止发生弯曲损坏情况。

2．2 井身轨迹控制难度大

由于地层岩性复杂，增斜段造斜率高（24．3°／30m），轨迹控制几乎没有可调整井段；全井段为小井眼（∅120mm）钻进，∅73mm 钻杆柔性大，钻压传递十分困难，定向施工过程中工具面可控性差，很难调整到位且容易偏移，加之随钻测斜数据存在滞后问题，螺杆初期造斜规律不易掌握［4］，给定向钻进时井身轨迹控制带来困难。

2．3 钻具尺寸与井眼环空间隙小，泵压高

小井眼由于环空间隙小，钻具组合水眼小、循环压耗大，循环系统（钻井泵、高压管汇、水龙带、立管管汇）长期在极限工况下工作，安全隐患加大［5］；钻具尺寸小，柔性强，易黏附于井壁造成黏附卡钻。

2．4 井眼尺寸小，裸眼井段较长、携砂困难，易形成岩屑床

井眼尺寸小，排量受制于机泵和高压管线的条件，不能很好地满足携砂能力。随着井斜角和水平位移的增加，岩屑的径向下滑速度逐渐增加，趋向于井壁低边。当钻至井斜角为30～90°时，由于钻井液携带效率下降会导致岩屑床形成，在重力和逆压差作用下岩屑床沿井眼向下滑移［6］。因此为了安全钻井，要求钻井液具有良好的携砂能力，同时具有良好的流动性以满足润滑性方面的需要。

3 钻井技术措施

3．1 井身轨迹优化设计和预测技术

井身轨迹的设计难点在于定向井段造斜率高、可控井段短、井眼直径小等，其优化设计是短半径水平井技术的重要组成部分［7］。K－190S井身轨迹优化前后数据对比见表1和表2，通过对比数据可看出，井身轨迹优化设计的优点在于：①侧钻出窗口后预留25m 的稳斜井段，避开套管磁干扰；②设计初始狗腿度由18°／30m 调整至24．3°／30m，使靶前位移由100．84m 增至214．53m，即进A 靶前增加近80m稳斜段，降低了由于动力钻具和地层变化带来的造斜率变化的风险，提高中靶的精确度和地质找油的准确性。轨迹预测技术［8］是根据当前的钻

具组合、最新的测斜数据以及测斜零长的施工记录，准确对当前井斜方位进行预测。K－190S 井采用Compass 软件进行轨迹的预测和计算，实现了井身轨迹的准确

入靶。

表1 原设计井身轨迹数据表井深／m 井斜角／（°）方位角／（°）垂深／m 水平位移／m 狗腿度／（（°）·（30m）－1）靶点1160．00 0．00 1．16 1160．00 0．00 0．00 1165．00 3．00 1．16 1165．00 0．13 18．00 1190．00 3．00 1．16 1189．96 1．44 0．00 1294．51 76．15 1．16 1265．15 63．59 21．00 1332．16 88．72 1．54 1270．10 100．84 10．013 A 1555．30 88．72 1．54 1275．10 323．92 0．00 B

表2 优化后井身轨迹数据表井深／m 井斜角／（°）方位角／（°）垂深／m 水平位移／m 狗腿度／（（°）·（30m）－1）靶点1160．00 0．00 2．10 1160．00 0．00 0．00 1165．00 3．00 2．10 1165．00 0．13 18．00 1190．00 3．00 2．10 1189．96 1．44 0．00 1289．56 83．64 2．10 1256．56 64．25 24．30 1339．52 83．64 2．10 1262．10 113．90 0．00 1361．35 84．72 1．12 1264．31 135．61 2．00 1440．61 84．72 1．12 1271．59 214．53 0．00 A 1463．69 88．55 0．96 1272．96 237．57 4．98 1550．08 88．55 0．96 1275．16 323．92 0．00 B

3．2 井身轨迹控制技术

短半径水平井侧钻后的井身轨迹控制，主要依靠井下动力钻具配合随钻测量系统（MWD／LWD）测量仪器完成。具体措施主要包括以下几方面［9］：

1）根据钻进井段的实际造斜率情况，合理调整螺杆弯度，确保实现预定的造斜率。斜井段选用高度数单弯螺杆，以避免出现前期井斜小，工具面不稳造成的造斜率过低于螺杆理论造斜率；水平段采取复合钻进与滑动钻进相结合的钻进方式，选用低