解超

(中石化華北石油局五普鉆井公司，河南新鄉(xiāng) 453700）

懸空側(cè)鉆技術(shù)在紅河油田水平井中的應(yīng)用

解超

(中石化華北石油局五普鉆井公司，河南新鄉(xiāng) 453700）

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，水平井在施工過程中易鉆遇泥巖夾層，在水平段施工過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。

水平井;懸空側(cè)鉆;側(cè)鉆點(diǎn);軌跡控制;鉆遇率;紅河油田

0 引言

紅河油田位于甘肅省鎮(zhèn)原縣—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)成為了油田開發(fā)的主要手段，效果顯著。隨著開發(fā)程度的深入，產(chǎn)層靶區(qū)的地質(zhì)情況愈來愈復(fù)雜，水平段鉆遇泥巖的情況愈來愈常見，保證儲(chǔ)層鉆遇率的問題愈來愈突出。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。

1 基本工程地質(zhì)情況

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 374.7 mm鉆頭一開，鉆至井深301 m后下入 273 mm套管;二開用 241.3 mm鉆頭垂直鉆至井深1790.29 m開始造斜，增斜鉆進(jìn)至井深2260 m井斜增至90.29°著陸于目的層，下入 177.8 mm套管;使用 152.4 mm鉆頭進(jìn)行三開水平段鉆進(jìn)。水平段在井深2828～2975 m鉆遇大段泥巖，對(duì)應(yīng)垂深2085.60～2086.00 m。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)間劃眼處理仍無法正常通過，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2796 m(垂深2085.47 m）開始，在方位不變的情況下，每鉆進(jìn)100 m垂深上調(diào)1.5 m，側(cè)鉆井眼軌跡數(shù)據(jù)見表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):

表1 HH12P21井側(cè)鉆軌跡設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

(1）側(cè)鉆點(diǎn)垂深大、位移大、摩阻大;

圖1 紅河油田12井區(qū)長(zhǎng)油藏剖面圖

(4）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;

(5）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)定問題突出。

2 懸空側(cè)鉆基本原理

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。然后再通過調(diào)整井斜或方位來控制井眼軌跡，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后，懸空側(cè)鉆作業(yè)結(jié)束。

3 懸空側(cè)鉆主要技術(shù)措施

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，2750～2795 m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2783 m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

圖2 水平井下部鉆具受力變形示意

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。

圖3 造斜能力隨螺桿彎角變化趨勢(shì)

3.2.3 懸空側(cè)鉆鉆具組合選擇

圖4 水平井摩阻、扭矩、法向力

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2768～2816 m處井眼曲率在1.07°～3.2°/30 m(見表2），根據(jù)經(jīng)驗(yàn)， 120 mm 1.25°單彎螺桿在該工區(qū)的造斜率在7.5°～9°/30 m之間，所以 120 mm1.25°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: 152.4 mm PDC+ 120 mm 1.25°單彎螺桿+ 148 mm扶正器+ 120 mm無磁鉆鋌+ 120 mm MWD懸掛短節(jié)+ 89 mm。

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:

圖5 側(cè)鉆造臺(tái)階時(shí)鉆頭受力情況

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，N·m。

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)鉆的開始階段，臺(tái)階較低，應(yīng)該采用較小的鉆壓。而在側(cè)鉆過程中鉆柱長(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)，說明臺(tái)肩已形成。

4 懸空側(cè)鉆施工及效果

4.1 施工過程

(1）劃槽:劃槽井段為2774～2783 m。下鉆至井深2774 m處，將重力工具面擺放在150°左右，并保證工具面穩(wěn)定，以5 m/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2783 m，重力工具面擺放在220°左右開始控時(shí)側(cè)鉆，嚴(yán)格控制送鉆速度在0.5～0.6 m/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2788 m后，逐漸將工具面調(diào)整在260°左右，速度控制在0.7～0.8 m/h控時(shí)至2793 m，此時(shí)鉆壓能逐漸加至40 kN，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1～1.2 m/h鉆進(jìn)至2797.5 m時(shí)，返出巖屑明顯增多，鉆壓也逐漸增至80 kN，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2808.17 m，測(cè)點(diǎn)井深2796.67 m，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°。通過防碰掃描，該位置新老井眼夾壁墻0.5 m;井深2808.17 m處新老井眼夾壁墻已達(dá)1.0 m以上(見表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)見表4。懸空側(cè)鉆前后實(shí)鉆井眼軌跡示意圖(見圖6）。

表3 HH12P21井側(cè)鉆夾壁墻厚度掃描

表4 HH12P21井側(cè)鉆后部分井段軌跡數(shù)據(jù)

紅河油田多口水平井水平段通過懸空側(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。

圖6 HH12P21井側(cè)鉆前后實(shí)鉆軌跡示意

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1）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。

(2）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。

(3）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。

圖7 HH37P24井側(cè)鉆軌跡圖

圖8 HH37P51井側(cè)鉆軌跡

［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水平井的應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2012，34(3）:20－23.

［3］李功強(qiáng)，趙永剛，陳利雯.鎮(zhèn)涇油田長(zhǎng)8_1段儲(chǔ)層測(cè)井相研究［J］.石油地質(zhì)與工程，2011(5）.

［4］李維，李黔，李生林.魚骨型分支井開窗下部鉆具力學(xué)性能分析［J］.石油鉆采工藝，2009，32(3）:30－33.

［5］劉文兵.DP6水平井 311.15 mm井眼側(cè)鉆技術(shù)探［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程），2011，38(12）:27－31.

Application of Suspended Sidetracking Technology in Horizontal Well of Honghe Oilfield

XIE Chao(Wupu Drilling Company of North China Petroleum，SINOPEC，Xinxiang Henan 453700，China）

Bit deviating out from producing formation by formation discontinuity some time happens in reservoir drilling with horizontal well.It is a high efficiency and economic construction method to use suspended sidetracking technology to sidetrack inside the reservoir formation with proper deviation angle.Chang－8 reservoir of Honghe oilfield is sand and mudstone interbed，it is easy to drill into mudstone interbed for horizontal construction.Back to the sandstone section，suspended sidetracking technology was applied，by optimization of sidetracking point，sidetracking bit and bottom hole assembly and with the rational deflection rate and sidetracking pressure，continuous drilling in reservoir sandstone was ensured with good oil gas show.Key words:horizontal well;suspended sidetracking;sidetracking point;trajectory control;drilling－encounter ratio; Honghe oilfield

TE243

:A

:1672－7428(2012）10－0007－05

2012－07－31

解超(1965－），男(漢族），河南人，中石化華北石油局五普鉆井公司經(jīng)理、高級(jí)工程師，探礦工程專業(yè)，主要從事鉆井工程技術(shù)研究、管理工作，河南省新鄉(xiāng)市洪門五普。