編譯:李文博 賈光亮 (西安石油大學)

審校:李天太 (西安石油大學)

中半徑水平側(cè)鉆技術(shù)在深高溫氣井鉆井中可以縮短鉆井時間、降低成本和減小風險

編譯:李文博 賈光亮 (西安石油大學)

審校:李天太 (西安石油大學)

沙特阿美石油公司的首個中半徑水平側(cè)鉆井,Haradh-AX1井,于2008年6月完鉆,它創(chuàng)造了一個耗時48.7天、油層接觸深度4 989 ft、共減少總成本33%的記錄。先前,二疊系 Khuff-C段水平側(cè)鉆井與Haradh-AX1井的操作相同,即:鉆開完井段,側(cè)鉆,重新完井。沿 Khuff-C段側(cè)鉆分支,平均每83天可鉆3 441 ft。中徑分支定向井在以12°/100 ft增斜,以88°傾斜角穩(wěn)斜后鉆進,可以獲得較快的鉆頭鉆進速率、較低的扭矩和摩阻,以及較高的井眼穩(wěn)定性和可控性。在先前的長水平段側(cè)鉆設(shè)計中,需要進行充分的磨銑以進入83/8in的側(cè)鉆裸眼井段。然后從底層的白云巖開鉆83/8in的長徑造斜段,穿過底部壓力異常的Sudair頁巖儲層到 Khuff-C段的頂部,下7 in的篩管并進行水泥固井。繼續(xù)穿過Khuff-C段側(cè)鉆57/8in的分支,使用裸眼完井。在中徑設(shè)計中,在相同的壓力區(qū),通過在 Khuff-C目的層以上真垂深450 ft處的7 in篩管鑿孔,造斜,鉆57/8in的井眼穿過Khuff-C直到井總深,這樣可以把側(cè)鉆段設(shè)計得更深。本文將從中徑鉆井技術(shù)出發(fā),以沙特阿美石油公司的Arab-D油氣藏水平油井 (真垂深6 500 ft)和水平氣井(真垂深12 000 ft的 Khuff儲層)為例詳述中徑鉆井技術(shù)在減少鉆時和節(jié)約成本方面的應(yīng)用。

高溫氣井 中半徑 水平側(cè)鉆減少鉆時降低成本

1 簡介

先前,沙特阿美石油公司在 Ghawar特大氣田對9口低產(chǎn)或不產(chǎn)井自主進行了水平重新進入側(cè)鉆?；玖鞒淌前?00～1 000 ft(1 ft=30.48 cm)的7 in(1 in=25.4 mm)篩管疊合段磨銑到95/8in套管鞋以下約150 ft處。

由于可能遇到諸如“鳥巢”地層 (需驅(qū)除環(huán)空中的磨屑)、卡鉆、不穩(wěn)定的設(shè)備性能、磨銑流體的低端流變性不易保持等問題,磨銑是極其耗時的作業(yè)。

在83/8in的裸眼井段插入水泥側(cè)鉆塞,按典型的3°～7°/100 ft進行長水平段側(cè)鉆造斜,直到Khuff-C段的頂層,然后下入7 in篩管進行注水泥完井。

如果施加的壓力高達2 400 psi(1 psi=6.895 kPa),Khuff-A和 Khuff-B儲層就要隔離,7/8in段的長直徑軌跡段將要繼續(xù)增斜到90°,穿過目的產(chǎn)層;Khuff-C,使用最小許可泥漿密度鉆至總井深。

另一種方法是在7 in篩管之上的95/8in套管里下入造斜器,在套管上鑿開83/8in的窗口,以相同的方式鉆長直徑造斜段直到 Khuff-C儲層頂部的7 in篩管下入點。這種方法并不是在所有的側(cè)鉆段都適合。

中徑水平側(cè)鉆技術(shù)在鉆整個水平段或一個井段時是在一個壓力體系下,這樣就可大大地減少鉆井時間,降低成本和風險。

2 鉆井軌跡的選擇

鉆井監(jiān)理要求對將要鉆的井,HRDH-AX1井,鉆開垂直井完井段,清除掉7 in的篩管,鉆5 000 ft的分支井段進入Khuff-C儲層,重新完井。

起初,有兩種方案可供選擇,第一種方案是先磨銑掉870 ft、直徑7 in的篩管,下入95/8in的造斜器,在95/8in的套管開窗,鉆開井徑83/8in的裸眼井段2 985 ft,下入7 in的篩管。最后以井徑57/8in、井段長5 000 ft鉆至總井深。這種鉆井方式共需耗時約80天。

第二種方案是先磨銑掉1 070 ft、直徑7 in的篩管,在裸眼井中下入水泥造斜塞,開窗側(cè)鉆直徑83/8in的分支段直到 Khuff-C儲層的頂層;下入7 in的篩管。最后以井徑57/8in、井段長5 000 ft鉆至總井深。這種鉆井方式共需耗時約85天。

應(yīng)用中徑水平側(cè)鉆技術(shù),可以輕易地在7 in篩管中,在57/8in的開窗操作中,由 Khuff-B層底部從 Khuff-B層進入 Khuff-C層以12°/100 ft造斜率下入造斜器。用中徑水平側(cè)鉆技術(shù),這個過程的總耗時僅僅需要50天左右,并且能顯著地降低成本和減小風險。圖1和圖2是可供選擇的井身結(jié)構(gòu)。

圖1 HRDH-AX1前期再入/修井井身結(jié)構(gòu)

圖2 HRDH-AX1后期再入/修井井身結(jié)構(gòu)

3 鉆井設(shè)計需考慮的因素

側(cè)鉆開窗,通常選用單程機械導斜裝置。在允許范圍內(nèi)應(yīng)該盡可能減小鉆頭穿過開窗井段和井底小直徑井眼時的狗腿角嚴重度,在磨銑鉆具尺寸誤差大于1/8in時應(yīng)重新定位開窗井段。

為了避免鉆柱疲勞破壞,造成時間和鉆井成本的浪費,扭矩和摩阻分析要先于優(yōu)化鉆柱組合進行。為減小扭矩和摩阻,通過對比分析容積式馬達和旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)鉆進水平段的成本效益,在鉆井液中加入了潤滑劑。

為減少鉆井過程對儲層的傷害,鉆井過程中采用了最小允許過平衡鉆進,使用了 73 lb/ft3(1 lb/ft3=16.018 kg/m3)的低固相分散鉆井液體系。為避免巖屑在水平段堆積,在水平段鉆進過程中,設(shè)計優(yōu)化了水力參數(shù)方案和井底清潔技術(shù)。

4 鉆井成效

4.1 鉆穿完井段/造斜/開窗

鉆穿完井段共耗時7天。出于相關(guān)性和確保造斜器避開下入套管接箍處,自然伽馬測井/接箍測井要在下入造斜器之前進行。

確保造斜器下入合適的深度是極其重要的,例如在Khuff-B儲層,壓力比較高,為了避免不同的卡鉆問題,而側(cè)鉆通過 Khuff-C儲層。合適的造斜點選在 11 104 ft。入窗是在 11 104～11 116 ft,并且在4天要鉆5 ft的裸眼井,兩個底部鉆具組合 (BHA)就是出于這個目的。第二個過程是入窗,目的是避免后面問題的發(fā)生,應(yīng)用高黏度清潔鉆井液是為了確保井壁清潔。

金剛石鉆頭用于鉆橫斷面較軟的碳酸鹽儲層,機械鉆數(shù)最高為26.1 ft/h,每天進尺495 ft,完成了4 989 ft最后的水平井段。側(cè)井段的機械鉆數(shù)平均是18 ft/h,共鉆28天到達總井深,即測量深度16 810 ft,真垂深11 904 ft。5個BHA用來控制井斜和方位角,其中2個用于造斜段,2個用于鉆橫截面,另外1個地質(zhì)導向到總深。

4.2 鉆井優(yōu)化

整個過程節(jié)約的大部分時間是在裸眼段鉆井中實現(xiàn)的,然而鉆穿完井段、造斜和套管開窗所用時間與以往井基本相同。大部分鉆井時間和費用的節(jié)約歸功于底部鉆井時間占到總時間的51%,而接單根時間僅為19%。好的射流和鉆井液性能可以使驅(qū)掃和清洗井眼的循環(huán)時間只占8%。

商業(yè)潤滑劑的常規(guī)添加劑可降低扭矩量達2 000～2 500 ft·lb。裸眼摩擦系數(shù)從0.38降到0.22。

細心選擇、控制和再分析BHA和鉆頭性能,可以達到意想不到的鉆頭進尺,最后兩個鉆頭進尺都超過2 000 ft。

相比計劃的總鉆井時間56天,所用時間為48.7天。

在10天內(nèi)用7 in生產(chǎn)封隔器和4.5 in碳鋼管柱進行了完井作業(yè)。

5 結(jié)論

◇中半徑水平鉆井技術(shù)已成功應(yīng)用于Haradh-AX1井,造斜率是12.1°/100 ft;

◇相比過去在沙特阿美石油公司的 Ghawar油田的9口長半徑再入側(cè)鉆井,用常規(guī)BHA、鉆桿和導向工具的中半徑水平鉆井技術(shù)節(jié)約了34天的操作時間和33%的作業(yè)費用;

◇有計劃嚴謹?shù)男阅茏粉櫴沁_到從每個鉆頭到BHA的性能優(yōu)化的重要方法;

◇在鉆井液系統(tǒng)中使用潤滑劑和好的射流對減小扭矩、拖拉和井眼問題都非常有效;

◇減少側(cè)鉆部分長度的理論優(yōu)勢是減少整個井眼軌跡的扭矩,這在 Haradh-AX1井已得到完全的實現(xiàn);

◇很明顯,Khuff-A、B和C儲層都有充足的厚度和空間,這三個層都可用于側(cè)鉆和使用中、短半徑軌跡鉆相同壓力體系和井眼尺寸的井。

資料來源于美國《SPE 120393》

10.3969/j.issn.1002-641X.2010.5.006

2009-03-31)