小井眼開窗側(cè)鉆三維水平井鉆井技術(shù)課件

小井眼開窗側(cè)鉆三維水平井鉆井技術(shù)1目錄一、前言二、優(yōu)化工程方案設計三、現(xiàn)場施工實踐四、施工難點和施工重點分析五、結(jié)論2一、前言

小井眼開窗側(cè)鉆水平井鉆井技術(shù)是在定向井、水平井、小井眼鉆井技術(shù)基礎上發(fā)展起來的一種綜合鉆井技術(shù)，在一定程度上代表了鉆井工藝的發(fā)展水平。利用該技術(shù)能使套損井、停產(chǎn)井、報廢井、低產(chǎn)井等復活，改善油藏開采效率，有效地開發(fā)各類油藏，提高采收率和油井產(chǎn)量，降低綜合開發(fā)成本；能充分利用老井井身結(jié)構(gòu)對油藏開發(fā)再挖潛，充分利用原有的井場、地面采輸設備等，減少鉆井作業(yè)費、節(jié)約套管使用費、地面建設費，降低施工成本，縮短施工周期，提高綜合經(jīng)濟效益；該技術(shù)的推廣還有利于環(huán)境保護。3二、優(yōu)化工程方案設計（一）選擇側(cè)鉆方式開窗側(cè)鉆：即利用斜向器和開窗銑錐，在設計位置將套管磨穿而形成窗口，然后再用側(cè)鉆鉆具鉆出新井眼。優(yōu)點：設計和施工工藝簡單。缺點：套管對測量儀器有磁干擾，需要使用陀螺測斜儀定向，側(cè)鉆出的前20米新井眼，仍然需要陀螺測斜儀進行檢測，測量成本高。

5段銑側(cè)鉆：即在設計側(cè)鉆位置將一段套管用段銑工具銑掉，然后在該井段注水泥，在用側(cè)鉆鉆具定向鉆出新井眼。優(yōu)點：工藝易掌握，可靠性好；避免了套管的磁干擾，可用磁性測斜儀器定向鉆井，有利于準確定向。缺點：套管段銑段長（一般大于18m），有時由于工具等出問題需多次磨銑才能完成，費時費力；段銑完成后，需打水泥塞、候凝，修水泥面，工藝復雜。

6（二）井眼軌跡設計井眼軌跡的形狀設計是一口開窗側(cè)鉆水平井順利施工的基礎。小井眼開窗側(cè)鉆三維水平井的設計應考慮普通水平井的特點外，還必須考慮套管開窗、定向井段高造斜率、可控井段短及井眼直徑小等特點。還必須考慮有利于油層開采，實現(xiàn)地質(zhì)設計的要求。而原井多數(shù)都存在井斜方位，且方位與新設計方位不一致。井眼軌跡因井而異，往往須進行三維設計。7小井眼開窗側(cè)鉆三維水平井的井眼軌跡一般設計為三增軌道，中間造斜段造斜率相對較低，作為調(diào)整段，以彌補第一和第三高造斜率井段實際造斜率和設計造斜率的誤差。8增斜段造斜率的合理確定，必須考慮馬達類型、彎度、鉆具結(jié)構(gòu)、鉆頭直徑與類型、地層情況和鉆進參數(shù)等影響因素，參照造斜馬達的實際造斜能力和推薦造斜率進行。10增斜井段：

鉆具組合一：

?149.2mmHA517+?120mm3.5o單彎螺桿+?120mm定向接頭+88.9mm無磁承壓鉆桿+88.9mm斜坡鉆桿+88.9mm加重鉆桿+88.9mm鉆桿

鉆具組合二：

?149.2mmBIT+?120mm3.5o單彎螺桿+?120mm定向接頭+73mm無磁承壓鉆桿+88.9mm斜坡鉆桿+88.9mm加重鉆桿+88.9mm鉆桿

施工參數(shù)：

鉆壓：30—50kN，排量：14L/s，泵壓：20MPa

效果分析：

使用定向井工程軟件校核結(jié)果表明，方案（2）中?73mm鉆桿抗壓強度不足；方案（1）中在曲率半徑大于45m時能夠滿足強度要求。12短半徑水平井鉆井，由于造斜需在很短的井段內(nèi)完成，井眼曲率變化大，鉆柱在造斜井段會產(chǎn)生較大的彎曲應力，易造成鉆具的疲勞損害；特別在鉆柱旋轉(zhuǎn)時，彎曲井段的鉆柱受交變應力作用，鉆柱極易發(fā)生疲勞破壞，施工中應注意：每趟鉆倒換彎曲井段的鉆柱位置，避免了鉆柱長時間上受交變應力作用，避免鉆柱的疲勞失穩(wěn)破壞；造斜段和水平段全部使用斜坡鉆桿，加重鉆桿放在直井段，減小鉆柱磨擦，增加鉆柱的抗壓失穩(wěn)能力。14（三）測量方式、測量儀器的選擇通過比較認為有線隨鉆測量儀是小井眼側(cè)鉆三維水平井造斜井段施工的最好方案。造斜井段采用有線隨鉆測量儀器利用電纜將井下儀器測量的測點井斜、測點方位及當時動力鉆具的工具面角傳到地面，有線隨鉆測量儀需經(jīng)常起下電纜，工作效率低，但成本低，數(shù)據(jù)傳輸速度快，測量儀器傳感器距鉆頭距離近，一般為5.5----8m。

15水平井段采用超小井眼無線隨鉆測斜儀器利用鉆井液脈沖將井下儀器測量的測點井斜、方位及當時動力鉆具的工具面角傳到地面，實現(xiàn)水平段的控制。超小井眼無線隨鉆測斜儀測量方式無需電纜，工作效率高，但成本高，數(shù)據(jù)傳輸時間長，測量儀器傳感器距鉆頭距離一般為16--18m。16（四）井眼軌道的測量、預測和控制井底參數(shù)預測技術(shù)的關(guān)鍵就是對動力鉆具造斜率的準確計算。施工中采用水平井工程軟件，根據(jù)螺桿鉆具造斜率計算結(jié)果，準確地預測出了在造斜段和水平段鉆進過程中的井斜角和方位角的變化規(guī)律，為最終井眼軌跡進入設計靶窗提供了保證。17（五）降低摩阻、降低扭矩措施實踐證明降低摩阻、降扭矩需要從以下幾方面入手：1、應用計算機軟件計算、分析在設計的鉆具組合、鉆井參數(shù)條件下，鉆柱軸向受力狀況，及時掌握和了解造斜井段小尺寸斜坡鉆桿屈曲狀況，通過改變鉆井方式、調(diào)整鉆井參數(shù)，避免鉆具產(chǎn)生螺旋彎曲。2、斜井段使用柔性斜坡鉆桿，降低鉆柱與井壁的阻力。鉆井過程中堅持短程起下鉆和分段旋轉(zhuǎn)洗井作業(yè)，以達到破壞巖屑床和攜巖洗井的要求。3、計算鉆進時鉆柱軸向摩阻力和摩擦阻力，合理地選擇鉆具組合和鉆進參數(shù)，避免鉆柱扭轉(zhuǎn)破壞，實現(xiàn)全部鉆壓的有效傳遞。4、應用濾餅控制技術(shù)，使鉆井液形成薄而韌的優(yōu)質(zhì)濾餅。在鉆井液形成優(yōu)質(zhì)濾餅的基礎上進行適度混油并充分乳化，盡可能降低濾餅摩擦系數(shù)。5、解決好凈化問題。首先要有足夠的泵排量，保持井眼環(huán)空返速在0.9m/s以上，其次要保證良好的鉆井液性能和完好的固控設備系統(tǒng)。18三、現(xiàn)場施工實踐20序號井號井隊地區(qū)開窗方式井段段長完成時間鉆井周期1紅南102C側(cè)鉆隊吐哈斷銑1305~16133082000年9天2側(cè)平蘇20420508江蘇斜向器2019~25625432003年27天3CPQK11020508江蘇斜向器2516~31576412003年35天4側(cè)平蘇220508江蘇斜向器1987~26536662003年28天5高104-5CP1鉆修2隊冀東斜向器1650~21324822004年24天6高104-5CP9鉆修2隊冀東斜向器1618~22025842004年23天21井號G104-5CP9地區(qū)冀東油田井型斷銑側(cè)鉆三維定向井設計施工原因報廢井再利用施工時間2004.7.25-2004.8.16施工周期23d原井套管情況139.7mm設計井眼情況118.5mm*2198m設計三維旋轉(zhuǎn)角度44.27造斜初始方位109造斜結(jié)束方位153.27開窗側(cè)鉆方式斜向器開窗實際開窗井段/實際側(cè)鉆井段1609.5m—1618.3m側(cè)鉆測量儀器陀螺測斜儀S-MWD實際造斜井段1618.3m—2130.85m

實際造斜率0.51-14.78/30m實際水平段井段2083.92m-2202.45m實際水平段井斜93.5“A”中靶情況2.14m“B”中靶情況2.98m2324四、施工難點和施工重點分析1、以較小的造斜率和較大的井斜角度準確入靶，在水平段鉆進時可避免或減少滑動方式鉆進增加復合鉆進方式，避免鉆進摩阻大、機械鉆速低，易發(fā)生井下復雜，形成“波浪曲線”等難題。入窗施工一定要仔細，確保位置合適。同時做好工具造斜率、反扭矩、鉆速等的統(tǒng)計分析以及儀器的調(diào)校。2、及時與現(xiàn)場地質(zhì)、錄井、泥漿、工程等負責人溝通交流。了解油層厚度、走向、傾角、巖性以及蓋層、底層相關(guān)情況。錄井方面的數(shù)據(jù)掌握油層的巖性及施工時的錄取要求提前交流。施工過程跟蹤分析，各方均應知已知彼，預測及時，提前控制。3、實鉆中增斜井段沒有調(diào)整空間時，可通過調(diào)整鉆井參數(shù)微調(diào)增降斜率，實現(xiàn)安全中靶。264、由于每口所鉆遇的地層情況不同，同一種造斜馬達在不同井的相同井段所表現(xiàn)出的造斜能力也不相同，增加了井眼軌跡控制難度。但在同一口井的相同地層條件下，造斜馬達所表現(xiàn)出的造斜能力是有規(guī)律的。正是因為這一點，工程技術(shù)人員才能通過改變鉆井參數(shù)，鉆井方式或鉆具組合對井眼軌跡進行有效控制。5、增斜段的造斜率確定的合理與否，是短半徑側(cè)鉆水平設計與施工的關(guān)鍵問題。應根據(jù)造斜馬達的實鉆造斜能力，推薦造斜率及地質(zhì)設計需要等進行選擇。6、PDC鉆頭切削效率好，但在小井眼開窗側(cè)鉆短半徑水平井可能造成下鉆困難，特別是其較大的切削扭矩會造成增斜井段鉆具受力超過臨界點，易發(fā)生鉆具事故。27表1：使用Φ118mmPDC鉆頭時Φ95mm單彎馬達的造斜率范圍單彎馬達度數(shù)（o）實鉆平均造斜率（o）/m廠家推薦造斜率（o）/m0o—25o井段25o—90o井段0o—25o井段25o—90o井段1.75o0.36—0.470.43—0.520.34—0.450.40—0.502o0.49—0.640.65—0.780.50—0.650.60—0.752.5o0.87—1.020.73—1.110.80—0.950.90—1.052.7o50.97—1.050.96—1.330.90—1.051.00—1.253o/1.28—1.301.10—1.251.20—1.35281、小井眼開窗側(cè)鉆水平井鉆井技術(shù)是一項綜合性的鉆井技術(shù)，其關(guān)鍵是科學化設計和優(yōu)化施工。合理的施工方案配合其它相應的技術(shù)措施是取得最佳施工效果的保證。

2、有線隨鉆測斜儀在TK450C井的成功使用，為今后小井眼短半徑開窗側(cè)鉆水平井中有線隨鉆測斜儀的使用奠定了基礎，為降低小井眼短半徑開窗側(cè)鉆水平井測量費用找到了一條新的途徑，從而擴大了低成本測量儀器的使用范圍。

3、小井眼開窗側(cè)鉆水平井采用組合式隨鉆測斜工藝，即：有線隨鉆進行造斜段施工，無線隨鉆配合自然伽瑪技術(shù)進行水平井段的施工，不但能減少測量費用，而且能進一步降低測量風險和施工風險，確保油層穿透率和中靶