懸空側(cè)鉆技術(shù)在紅河油田水平井中的應(yīng)用

懸空側(cè)鉆技術(shù)在紅河油田水平井中的應(yīng)用解超【摘要】在水平井儲(chǔ)層鉆進(jìn)中,地層發(fā)生突變導(dǎo)致鉆頭偏出產(chǎn)層的情況時(shí)有發(fā)生，運(yùn)用懸空側(cè)鉆的方法在儲(chǔ)層內(nèi)側(cè)鉆，選擇更加有利的井斜角繼續(xù)在儲(chǔ)層內(nèi)鉆進(jìn),是一種高效、經(jīng)濟(jì)的施工方法.紅河油田長(zhǎng)8儲(chǔ)層巖性為砂、泥巖互層，水平井在施工過(guò)程中易鉆遇泥巖夾層,在水平段施工過(guò)程中鉆遇泥巖后退至砂巖井段應(yīng)用了懸空側(cè)鉆技術(shù)，通過(guò)優(yōu)選側(cè)鉆點(diǎn)、側(cè)鉆鉆頭和鉆具組合，采用合理的造斜率及側(cè)鉆鉆壓,確保其繼續(xù)在儲(chǔ)層砂巖中鉆進(jìn)，側(cè)鉆過(guò)程中油氣顯示良好.采用懸空側(cè)鉆技術(shù)成功地找到了儲(chǔ)層，提高了儲(chǔ)量鉆遇率，為實(shí)現(xiàn)預(yù)計(jì)產(chǎn)量提供了保障.【期刊名稱】《探礦工程-巖土鉆掘工程》【年(卷)，期】2012(039)010【總頁(yè)數(shù)】5頁(yè)(P7-11)【關(guān)鍵詞】水平井;懸空側(cè)鉆;側(cè)鉆點(diǎn);軌跡控制;鉆遇率;紅河油田【作者】解超【作者單位】中石化華北石油局五普鉆井公司，河南新鄉(xiāng)453700【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】TE243紅河油田位于甘肅省鎮(zhèn)原縣一涇川縣，北東方向與西峰等油田相鄰。紅河油田主產(chǎn)層為長(zhǎng)8、9儲(chǔ)層，水平井鉆探已經(jīng)成為了油田開(kāi)發(fā)的主要手段，效果顯著。隨著開(kāi)發(fā)程度的深入，產(chǎn)層靶區(qū)的地質(zhì)情況愈來(lái)愈復(fù)雜，水平段鉆遇泥巖的情況愈來(lái)愈常見(jiàn)，保證儲(chǔ)層鉆遇率的問(wèn)題愈來(lái)愈突出。紅河油田砂體有效厚度薄，地層非均質(zhì)性強(qiáng)，在多口井遭遇地層突變、面臨儲(chǔ)層鉆遇率無(wú)法滿足要求的情況下，采用懸空側(cè)鉆的方法在儲(chǔ)層段選點(diǎn)側(cè)鉆，避開(kāi)非儲(chǔ)層段，重新回到儲(chǔ)層，大幅度地提高了儲(chǔ)層鉆遇率，帶來(lái)了極大的綜合效益。本文重點(diǎn)介紹HH12P21井懸空側(cè)鉆工藝技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐。HH12P21井是鄂爾多斯盆地天環(huán)坳陷構(gòu)造南端紅河油田一口以三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)812層段為地質(zhì)靶體的水平井。該井用374.7mm鉆頭一開(kāi)，鉆至井深301m后下入273mm套管;二開(kāi)用241.3mm鉆頭垂直鉆至井深1790.29m開(kāi)始造斜，增斜鉆進(jìn)至井深2260m井斜增至90.29°著陸于目的層，下入177.8mm套管;使用152.4mm鉆頭進(jìn)行三開(kāi)水平段鉆進(jìn)。水平段在井深2828-2975m鉆遇大段泥巖，對(duì)應(yīng)垂深2085.60~2086.00m。由于泥巖段出現(xiàn)坍塌，造成上提下放遇嚴(yán)重，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間劃眼處理仍無(wú)法正常通過(guò)，繼續(xù)鉆進(jìn)困難;為了加快施工進(jìn)度，減小繼續(xù)處理存在的風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)甲方同意決定上提至上部合適井段進(jìn)行側(cè)鉆。同時(shí)，地質(zhì)上結(jié)合鄰井資料，認(rèn)為軌跡已鉆穿砂巖底部，為了確保鉆遇好的油氣顯示，對(duì)水平段軌跡也進(jìn)行了調(diào)整，要求自井深2796m(垂深2085.47m)開(kāi)始，在方位不變的情況下，每鉆進(jìn)100m垂深上調(diào)1.5m，側(cè)鉆井眼軌跡數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。打水泥塞側(cè)鉆是常規(guī)的側(cè)鉆方法，具有側(cè)鉆成功率高、夾壁墻坍塌風(fēng)險(xiǎn)小、后期作業(yè)安全等優(yōu)點(diǎn)，但注水泥塞、候凝、探塞面等將耗費(fèi)4.5天左右的輔助時(shí)間。為了提高生產(chǎn)效率，縮短鉆井周期，決定采取上提至上部合適井段進(jìn)行懸空側(cè)鉆的最經(jīng)濟(jì)、最省時(shí)、最高效的側(cè)鉆方法。但本井實(shí)施懸空側(cè)鉆面臨著以下幾個(gè)難點(diǎn)：側(cè)鉆點(diǎn)垂深大、位移大、摩阻大；從12井區(qū)長(zhǎng)油藏剖面圖(圖1)可知，儲(chǔ)層薄、非均質(zhì)性強(qiáng)，儲(chǔ)層縱向上沉積非均質(zhì)中間存在一個(gè)或多個(gè)夾層，側(cè)鉆后依然存在鉆遇泥巖的風(fēng)險(xiǎn)以及引起的井眼穩(wěn)定問(wèn)題；本井目的層為長(zhǎng)段，屬于辮裝河流相沉積，巖性呈灰、淺灰色細(xì)砂巖，硬度超過(guò)5級(jí)，研磨性強(qiáng)，地層可鉆性差，側(cè)鉆難度大；水平井水平段，鉆具粘附下井壁，控時(shí)側(cè)鉆易粘卡，活動(dòng)鉆具，容易破壞形成的臺(tái)階；水平段裸眼段長(zhǎng)，側(cè)鉆點(diǎn)處夾壁墻薄，懸空側(cè)鉆夾壁墻中空易垮塌，井壁穩(wěn)定問(wèn)題突出。在大位移井或水平井的裸眼井段，在未打水泥塞的情況下側(cè)鉆。把工具面重力高邊擺放在井眼低邊，依靠鉆具的自重，讓鉆頭在老井眼的低邊鉆出一個(gè)新井眼。當(dāng)新井眼形成后，再改變方位使新井眼逐漸與老井眼分開(kāi)。然后再通過(guò)調(diào)整井斜或方位來(lái)控制井眼軌跡，使井眼軌跡按照地質(zhì)上的要求在目的層中延伸。當(dāng)新井眼與老井眼分開(kāi)后，懸空側(cè)鉆作業(yè)結(jié)束。3.1側(cè)鉆點(diǎn)的選擇側(cè)鉆點(diǎn)的選擇要考慮易于側(cè)鉆和側(cè)鉆成功后井眼軌跡控制問(wèn)題，是懸空側(cè)鉆的第一步，也是成功側(cè)鉆的先決條件。要盡量減少報(bào)廢井段，節(jié)約成本;同時(shí)也要保證側(cè)鉆點(diǎn)地層穩(wěn)定，防止夾壁墻坍塌，提高目的層砂巖鉆遇率。綜合以上考慮，結(jié)合該井實(shí)鉆地層情況和軌跡情況，2750-2795m處巖性為灰、淺灰色細(xì)砂巖，可鉆性相對(duì)較好，因此將側(cè)鉆點(diǎn)選擇在2783m處。3.2懸空側(cè)鉆鉆具組合力學(xué)分析懸空側(cè)鉆鉆具組合由鉆頭、螺桿鉆具、穩(wěn)定器、無(wú)磁鉆鋌、加重鉆桿及斜坡鉆桿組成，帶有小角度單彎螺桿的下部鉆具組合，在自重的作用下，將〃躺在”井眼低邊(如圖2所示)。由于單彎螺桿的存在，鉆頭在初始狀態(tài)將偏離原有井眼軸心，在近鉆頭穩(wěn)定器及鉆壓的作用下，鉆具將發(fā)生彎曲彈性變形。在水平井中，隨工具面角度的改變，鉆具的重力分量沿工具面角也相應(yīng)隨之改變，這兩個(gè)不同方面的重力分量對(duì)造斜能力和扭方位能力的影響也有所不同。3.2.1螺桿彎角和造斜能力的關(guān)系由圖3可以看出，隨著螺桿彎角的增大，下步鉆具組合造斜能力逐漸增大，可根據(jù)側(cè)鉆井眼軌跡設(shè)計(jì)及地層情況選用不同彎角的螺桿，進(jìn)而獲得不同的造斜能力，達(dá)到一次側(cè)鉆成功的目的［4］。3.2.2側(cè)鉆摩阻扭矩分析由圖4所示水平井上行摩阻和下行摩阻實(shí)際表示的是軸向力。通過(guò)分析狗腿度和法向力可以看出，由于軌跡不同對(duì)不同工況下摩阻的影響。法向力越大，摩擦力越大，即摩阻亦越大。因此，選擇合適的側(cè)鉆造斜率鉆具組合，是保證后續(xù)水平段順利施工的關(guān)鍵。3.2.3懸空側(cè)鉆鉆具組合選擇鉆具組合的設(shè)計(jì)主要考慮易于側(cè)鉆成功，并在側(cè)鉆成功后不用起鉆就能繼續(xù)鉆進(jìn)。老井眼在井深2768-2816m處井眼曲率在1.07。~3.2。/30m（見(jiàn)表2），根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，120mm1.25°單彎螺桿在該工區(qū)的造斜率在7.5。~9。/30m之間，所以120mm1.25°螺桿能滿足成功側(cè)鉆的需要。采用的懸空側(cè)鉆鉆具組合為：152.4mmPDC+120mm1.25°單彎螺桿+148mm扶正器+120mm無(wú)磁鉆鋌+120mmMWD懸掛短節(jié)+89mm。3.3懸空側(cè)鉆鉆壓控制［2］如圖5所示，假定側(cè)鉆點(diǎn)處的巖石具有足夠的抗壓和抗剪強(qiáng)度，在造臺(tái)階的過(guò)程中始終不會(huì)坍塌。由鉆桿所提供的鉆壓將在鉆頭上形成均布載荷，假定鉆壓W在鉆頭上沿其直徑寬度D均勻分布，則其載荷集度q為：造臺(tái)階時(shí)鉆頭兩側(cè)受力并不相同，其中一側(cè)處于放空狀態(tài)。設(shè)在側(cè)鉆過(guò)程某一刻臺(tái)階的高度為L(zhǎng),則在鉆頭放空一側(cè)形成的彎矩M為：式中:D——鉆頭直徑寬度，m;W——鉆壓，kN;q——鉆壓沿鉆頭直徑寬度均布時(shí)的載荷集度，kN/m;L——側(cè)鉆臺(tái)階的高度，m;M——彎矩，Nm隨著彎矩M的增大，鉆具發(fā)生彎曲變形，鉆頭傾角增大，方向指向側(cè)鉆臺(tái)階，這將增大鉆具的造斜能力，最終可能導(dǎo)致形成的側(cè)鉆井眼〃狗腿度”較大，偏離了原本的設(shè)計(jì)軌跡。從式(2)可以看出，通過(guò)減少鉆壓W或者力臂(D-L)能夠減少?gòu)澗豈，因此在側(cè)鉆的開(kāi)始階段，臺(tái)階較低，應(yīng)該采用較小的鉆壓。而在側(cè)鉆過(guò)程中鉆柱長(zhǎng)時(shí)間幾乎靜止躺臥在下井壁，巖屑容易堆積從而增大摩阻，因此隨著臺(tái)階逐步形成應(yīng)逐漸增大鉆壓以提高鉆速，相應(yīng)地增大傾角，迅速完成滑動(dòng)造斜階段。3.4懸空側(cè)鉆技術(shù)措施(1)鉆井液要具有良好的潤(rùn)滑性能，確保鉆具不粘附，保證懸空側(cè)鉆正常順利進(jìn)行。(2)采取降方位、微降井斜的側(cè)鉆技術(shù)措施，主要依靠方位的變化側(cè)鉆出新井眼，側(cè)鉆出新井眼后再增井斜，使實(shí)鉆軌跡達(dá)到設(shè)計(jì)要求。(3)在側(cè)鉆過(guò)程中要密切注意鉆壓和工具面的變化，當(dāng)逐漸能加上鉆壓，且工具面隨鉆壓的增大而逐漸減小時(shí)，說(shuō)明臺(tái)肩已形成。4.1施工過(guò)程劃槽:劃槽井段為2774-2783m。下鉆至井深2774m處，將重力工具面擺放在150°左右，并保證工具面穩(wěn)定，以5m/h的速度反復(fù)上下劃槽2-3遍。(2)劃槽結(jié)束后將鉆具放至深2783m，重力工具面擺放在220°左右開(kāi)始控時(shí)側(cè)鉆，嚴(yán)格控制送鉆速度在0.5-0.6m/h，并做到送鉆均勻，操作平穩(wěn)。按照該工具面和速度控時(shí)鉆進(jìn)至2788m后，逐漸將工具面調(diào)整在260°左右，速度控制在0.7-0.8m/h控時(shí)至2793m，此時(shí)鉆壓能逐漸加至40kN，工具面也隨鉆壓的增大而減小，判斷已在井眼左下位置形成臺(tái)肩。于是逐漸增大鉆壓，速度控制在1-1.2m/h鉆進(jìn)至2797.5m時(shí)，返出巖屑明顯增多，鉆壓也逐漸增至80kN,判斷已經(jīng)側(cè)鉆出新井眼。為了保證井眼的平滑，復(fù)合鉆進(jìn)一個(gè)單根后，開(kāi)始增斜增方位，將實(shí)鉆軌跡控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。4.2應(yīng)用效果該井側(cè)鉆至井深2808.17m，測(cè)點(diǎn)井深2796.67m，井斜88.68°,方位161.96°。與原井眼相比，井斜降低了1.52°，方位減小了3.07°。通過(guò)防碰掃描，該位置新老井眼夾壁墻0.5m;井深2808.17m處新老井眼夾壁墻已達(dá)1.0m以上(見(jiàn)表3)。懸空側(cè)鉆取得了滿意的效果。側(cè)鉆后部分井段軌跡數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。懸空側(cè)鉆前后實(shí)鉆井眼軌跡示意圖(見(jiàn)圖6)。紅河油田多口水平井水平段通過(guò)懸空側(cè)鉆技術(shù)的成功應(yīng)用，諸如HH37P24井側(cè)鉆3次(如圖7所示)，HH37P51井下切側(cè)鉆1次(如圖8所示)，施工效率大幅度提高，儲(chǔ)層平均鉆遇率已達(dá)86%，有效的提高了水平井單井產(chǎn)能，懸空側(cè)鉆技術(shù)已成為紅河油田水平井提速提效的關(guān)鍵技術(shù)之一。在裸眼段實(shí)施懸空側(cè)鉆，減少了注水泥塞、候凝、多次起下鉆等輔助時(shí)間，提高了鉆井速度和效率，同時(shí)在水平段實(shí)施也避免了水泥對(duì)儲(chǔ)層的污染。側(cè)鉆點(diǎn)的選擇非常重要，要對(duì)原井眼軌跡數(shù)據(jù)和側(cè)鉆井眼軌跡設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)采用的側(cè)鉆工藝選擇利于側(cè)鉆的井段，同時(shí)也要考慮地質(zhì)因素，側(cè)鉆段地層穩(wěn)定很重要。要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況制定合理的施工技術(shù)措施，側(cè)鉆時(shí)要控制好工具面，要根據(jù)鉆壓、扭矩和工具面角的變化及時(shí)對(duì)側(cè)鉆情況做出判斷?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】[1]周井紅，陳友生，陳其學(xué)，等.磨溪?dú)馓镅心バ杂驳貙铀骄畱铱諅?cè)鉆技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐[J].天然氣勘探與開(kāi)發(fā)，2009,32(3):45-47.[2]楊仲涵，何世明，鄭鋒輝，等.懸空側(cè)鉆技術(shù)在大牛地氣田DP22水