普光气田大斜度井和水平井井身结构方案分析

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2.2.1 井眼尺寸及管串结构 四 开 常 用 的 井 眼 尺 寸 为 : 覫660.4mm 导 眼 +
覫444.5mm 表 层 井 眼 +覫320mm 直 井 眼 +覫241.3mm 斜 井 眼 +覫149.2mm 水 平 井 眼 。 管 串 结 构 : 覫508mm 导 管 +覫346.08mm 表 层 套 管 +覫273.05mm 技术套管+覫177.8mm 技术套管+覫127mm 筛管。 2.2.2 完井方式
第 6 卷第 1 期 2008 年 3 月
石油工程技术 PETROLEUM%ENGINEERING%&%TECHNOLOGY
%Vol.6, No.1 Mar. 2008
牛洪波 崔海林 马凤清
(胜 利 石 油 管 理 局 钻 井 工 艺 研 究 院 , 山 东 东 营 , 257017)
根据普光气田的地质特点和钻井难点, 本着工程实现和安全采气的原则, 分析了井下摩阻、 套管磨 损预测、 井眼轨迹控制方法、 地质导向钻井应用技术条件、 完井作业能力等情况, 提出了大斜度井和水平井井 身结构优选的建议。
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石油工程技术
2008年 3 月
染, 充分挖掘储层潜能; 完井工具和施工步骤复 杂, 对工具的可靠性要求高; 钻盲板会对 覫177.8mm 套管造成损伤; 下套管遇阻时, 采用循 环 的 方 式 不 能 消 除 覫177.8mm 筛 管 的 岩 屑 堆 积 , 下入难度加大。 覫177.8mm 筛管顶部注水泥完井方 案见图 1。
在 2~5m/h, 200~400m 的 水 平 段 纯 钻 进 时 间 需 要 200h 以上。 如果钻遇漏失、 异常高压等井下复 杂情况, 需要额外增加起下钻次数, 钻具组合和 钻头对双防合金套管的磨损会更严重。 采用美国 成熟软件 CWearTM 的部分功能模块改进的 “套管 防磨接头安放间距优化设计及磨损预测软件” 获 得的初步磨损预测结果如下 (该结果采用的钻速 为 5m/h, 低于该钻速磨损将更为严重)。
(4) 轨道设计。 靶前位移较大, 必须提出合 理的轨道设计方案。
(5) 完井作业可靠性 。 与剖面 设计相结合 , 提出完井作业技术措施。
(6) 结合普光气田的地质条件、 地层流体物 性条件、 钻井工程实现能力、 套管管材选择、 减 磨技术应用效果、 完井技术配套能力等因素, 对 该地区的井身结构进行优化设计。
表 1 普光水平井三开井身结构井下摩阻预测结果
完井 状态 裸眼
套管
摩阻 系数
0.3 0.4 0.25 0.3
摩擦阻力 (kN)
271.00~350.11 352.78~383.58 381.00~457.00 382.00~625.00
水 平 井 施 工 中 , 当 井 下 摩 阻 接 近 400kN 时 会 严重影响滑动钻进的能力 (如 DH-2H 井, 井下摩 阻 达 到 400kN 时 滑 动 钻 进 的 施 工 效 率 极 低 , 且 存 在井下安全风险)。 鉴于雷口坡二段存在盐膏层, 建 议 井 下 摩 阻 大 于 350kN 时 用 旋 转 钻 进 方 式 代 替 滑动钻进, 克服井下摩擦阻力进行钻进破岩。
普光气田地质条件复杂, 前期钻探中已发现 了诸多问题: 陆相地层可钻性差、 易坍塌、 漏失 严重; 地层倾角大、 易井斜; 目的层埋藏深、 大 斜 度 井 裸 眼 井 段 长 ; 地 层 流 体 含 H2S、 CO2, 易 导 致钻具故障和套管腐蚀[3]。 因此, 井身 结构设计时 需要考虑如下问题。
为了保证钻井和采气作业的安全, 需要封隔 松软的表层、 陆相易漏失/垮塌地层和须家河组底 部 高 压 气 层 。 采 用 覫177.8mm 套 管 封 隔 斜 井 段 可 有效减少裸眼井段, 确保钻井施工安全, 提高完 井作业的可靠性, 但却容易导致套管严重磨损, 后期采气不安全。 目前, 该气田主要采用三开和 四开两种井身结构方案。
导管 660.4mm 井眼 覫508mm 套管
一开 覫444.5mm 井眼 覫339.7mm 套管
三开 覫241.3mm 井眼 覫177.8mm 尾管
四开 覫149.2mm 井眼 覫127mm( 套 管 +筛 管 )
图 3 四开筛管顶部注水泥完井方案示意图
井下安全和磨损问题。 根据前期钻井资料, 预计四开后的机械钻速
悬挂器
一 开 覫346.1mm×700m 二 开 覫273.1mm×4500m
压缩式管外封隔器
浮箍
盲板
覫139.7mm 筛 管 串 引鞋
分级箍
充填式封隔器
变径
图 2 改进的筛管顶部注水泥完井井身结构示意图
从固井作业的角度来考虑, 射孔完井的固井 井段最长, 需要在水平段固井, 所以其固井质量
的可靠性相对较低, 其他两种方案的效果相近。 从增产措施来考虑, 固井射孔完井方式可以
(3) 井下测量环境。 ①MWD 需要稳定正常的 磁环境, 而普光地区地层压力系数不高, 钻井工 程 设 计 中 的 钻 井 液 密 度 最 高 只 有 1.35g/cm3, 因 此 建议使用重晶石加重钻井液; ②普光地区储层埋 深均在 5500m 以 上 , 产 层 温 度 为 110~130℃, 达 到甚至超过常规 MWD的抗温极限 (120℃), 建议 使用抗高温高压 MWD。
实现酸化压裂等较为效的后期增产措施。 2.1.3 方案分析
在没有旋转导向钻井系统的前提下, 普光地 区利用三开井身结构实施大斜度井、 水平井钻井 施工, 需要解决井眼轨迹控制和钻井施工期间的 井下安全等问题。 其中, 井眼轨迹控制主要解决 井下摩阻、 利用地质导向指导现场施工、 确保井 下合理的测量环境等 3 方面的问题。
配合扶正器使用的导向钻井系统具有较好的 稳斜和微增斜效果, 所以推荐使用如下钻具组合: 覫241.3mm 牙 轮 钻 头 +覫172mm ×1° 单 弯 螺 杆 + 覫225~覫238mm 扶 正 器+覫127mm 无 磁 承 压 钻 杆×1 根+覫127mm 斜坡钻 杆×10 根+投 入 式 止 回 阀+旁 通 阀 (实 时 调整 , 保 持在产层之 上 ) +覫127mm 斜坡 钻 杆 ×100 根 +覫127mm 加 重 钻 杆 ×30 根 +覫127mm 钻杆×3000m+覫139.7mm 钻杆。
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曲线) 5 种电测资料才能较有把握地判别储层。 在海相灰岩、 白云岩地层中应用地质导向钻井技 术时必须提供上述测井资料。
根据调研情况来看, 国外相关公司可提供所 需要的随钻电测曲线, 但用于评价地层含气饱和 度的电阻率曲线存在量程不足的问题。 灰岩、 白 云 岩 地 层 的 电 阻 率 幅 值 一 般 在 13000 ~20000 赘·m, 而 目 前 多 数 随 钻 电 阻 率 测 量 仪 的 量 程 仅 为 0.2~1000赘·m, 仅 有 Schlumberger 公 司 的 Bit and Ring Resistivity 测 量 范 围 达 到 0.2 ~200000赘·m。 但该仪器只能提供 1 条曲线, 而不是所需要的深 层、 浅层电阻率 2 条曲线。 此外, 电阻率测量设 备的量程越大, 精度越低 (Bit and Ring Resistiv鄄 ity 测 量 精 度 误 差 为 20%)。 由 于 普 光 气 田 储 层 厚 度大, 加之地质导向技术的局限性, 建议不使用 该技术。
四开筛管顶部注水泥完井方案见图 3。 2.2.3 方案分析
采用四开井身结构设计, 水平段钻进的安全 性提高、 完井作业管串结构简化、 作业难度降低, 有利于工程实现。 但选用该井身结构方案需要解 决 覫177.8mm 技术套管下部 200m 双防合金套管的
二开 覫314.1mm 井眼 覫273.1mm 套管
(3) 改进的筛管顶部注水泥完井。 其采用的 管 串 结 构 为 : 覫508.00mm 导 管 +覫346.08mm 表 层 套 管+覫273.05mm 技 术 套 管+覫177.8mm 技 术 套 管+ 覫139.7mm 筛管。 改用 覫139.7mm 筛管后 , 下 部 环 空间隙较大, 管串下入难度相对减少。 该完井方 案的井身结构见图 2。
(1) 井下摩阻。 根据该地区已施工完成的定向 井井下摩阻数据反推的 裸眼段摩阻 系数约为 0.3, 套 管 段 约 为 0.25。 考 虑 到 水 平 井 井 下 摩 擦 阻 力 会 有所加剧, 将裸眼段摩阻系数定为 0.4, 套管段定 为 0.3。 根据这些数据, 普光水平井三开井身结构 井下摩阻计算结果见表 1。
(1) 安全性。 普光气田腐蚀性气体含量较高 ( H2S 平 均 含 量 15.16% , CO2 平 均 含 量 8.64% ) , 钻井过程中和后期采气作业生产安全成为井身结 构设计需要考虑的关键问题之一。
(2) 套管磨损。 须考虑套管减磨及效果预测 和评估。
(3) 井下摩阻。 结合摩阻分析对钻具强度进 行校核, 提出井眼轨迹控制方案。
(1) 悬挂筛管完井。 该方法简单、 施工风险 低 。 但 上 述 管 串 结 构 中 , 覫177.8mm 套 管 下 部 200m 左右为双防合金钢, 磨损较严重。
(2) 筛管顶部注水泥完井 。 该 完井方法中 , 覫177.8mm 套管采用进 口抗硫套管 , 覫127mm 无 接 箍套管采用双防套管, 其完井步骤繁杂, 对工具 的可靠性要求高。
大斜度井 水平井 井身结构优选 套管磨损 轨迹控制 普光气田
普光气田是我国海相碳酸盐岩层系最大的气 田, 也是迄今为止在四川盆地勘探中发现的储量 规模最大、 埋藏最深、 资源丰度最高、 储层性质 最 好 、 优 质 储 层 最 厚 、 天 然 气 中 H2S 含 量 最 高 、 天然气干燥系数最大的整装气田[1]。 其构造边部 储 层厚度相对较薄, 直井开发没有工业价值[2], 因 此 大斜度井或水平井技术成为开发普光气田边部气 藏的有效手段, 而井身结构设计决定着钻井施工 能否顺利实施。
(2) 筛管顶部注水泥完井。 其管串结构为 : 覫508.0mm 导管+覫346.08mm 表层套 管+覫273.05mm 技 术 套 管 +覫177.8mm 套 管+覫177.8mm 筛 管 。 该 完 井方法的特点是: 可有效避免水泥浆对储层的污
收 稿日 期 :2007-12-27 改回日 期 :2008-02-20 作 者 简 介 :牛 洪 波 (1975—),男 ,1998 年 毕 业 于 中 国 石 油 大 学 石 油 工 程 专 业 ,工 程 师 ,现 主 要 从 事 钻 井 技 术 工 作 。 联 系 电 话 :(0546)8797402, E-mail: nhb@slof.com,通讯地址:山东省东营市北一路 827 号钻井工艺研究院钻井所。
%%%% 2.1.1 井眼尺寸
三 开 的 井 眼 尺 寸 通 常 为 : 覫660.4mm 导 眼 + 覫444.5mm 表层井眼+覫320.0mm 直井眼+覫241.3mm 井眼。 2.1.2 完井方式及管串结构
(1) 固井射孔完井。 管串结构: 覫508.0mm 导 管 +覫346.08mm 表 层 套 管 +覫273.05mm 技 术 套 管 + 覫177.8mm 套 管 。 该 方 法 作 业 工 序 和 管 串 结 构 简 单, 但管串下入时封隔器等工具易受损, 下入难 度较大。 下套管时如果遇阻, 可通过活动管串、 开泵循环等方法解决。
二开封过须家河组 覫314.1mm 井眼 覫273.1mm 套管
导管 覫660.4mm 井眼 覫508.0mm 套管
一开 覫444.5mm 井眼 覫339.7mm 套管
三开 覫241.3mm 井眼 覫177.8mm 套管
图 1 覫177.8mm 筛 管 顶 部 注 水 泥 完 井 方 案 示 意 图
在产层中钻进使用欠尺寸扶正器存在安全风 险, 尤其是钻遇漏失严重或异常高压的井段。 因 此可尝试使用自身不带扶正块的泥浆马达, 根据 使用效果对钻进参数进行相应地调整。
(2) 地质导向。 我们至少需要声波测井、 补偿 中子测井、 岩性密度测井、 伽马和电阻率 (2 条
第 6 卷第 1 期
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牛洪波等: 普光气田大斜度井和水平井井身结构方案分析
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