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        ?139.7mm套管開窗側(cè)鉆井優(yōu)快鉆井技術(shù)

        2016-04-27 05:44:55中石油渤海鉆探第四鉆井分公司河北任丘062552

         (中石油渤海鉆探第四鉆井分公司,河北 任丘 062552)

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        ?139.7mm套管開窗側(cè)鉆井優(yōu)快鉆井技術(shù)

        [摘要]套管開窗側(cè)鉆井技術(shù)可以使深部套管損壞的油、水井得到修復(fù)再利用,但由于開窗側(cè)鉆井井眼小,所用鉆頭、鉆具、工具受到限制。同時(shí)環(huán)空間隙小,對(duì)鉆井速度及施工質(zhì)量有很大的影響。通過優(yōu)選鉆頭不但提高了鉆井速度同時(shí)增大了環(huán)空間隙,解決了小井眼施工中環(huán)空返速低的問題,也為后期完井作業(yè)奠定了基礎(chǔ)。通過優(yōu)化鉆具結(jié)構(gòu),使用防卡鉆具組合提高了防卡能力。在軌跡控制方面運(yùn)用無線隨鉆測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)了隨鉆跟蹤,進(jìn)一步提高了井下安全。針對(duì)以往小井眼固井難點(diǎn),研究適合小井眼固井的低密度早強(qiáng)水泥漿,解決了固井水泥低返以及固井過程中蹩壓的問題,使小井眼固井質(zhì)量都有了很大提高。通過以上技術(shù)應(yīng)用為側(cè)鉆井的進(jìn)一步發(fā)展找到一種新的方法。

        [關(guān)鍵詞]?139.7mm套管;PDC鉆頭;軌跡控制;鉆井液;低密度

        套管開窗側(cè)鉆井鉆井技術(shù)是在定向井、水平井、小井眼鉆井技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種綜合鉆井技術(shù)。采用開窗側(cè)鉆井技術(shù)可以使深部套管損壞的油、水井得到修復(fù)再利用,在低產(chǎn)井中開窗側(cè)鉆可發(fā)現(xiàn)新的含油層位,特別是對(duì)破壞性開采過的油田是一種提高油層采收率的手段。利用老井開窗還可以節(jié)約土地占用,減少建設(shè)資金。

        近年來石油行業(yè)越來越重視套管開窗側(cè)鉆井的發(fā)展。由于開窗側(cè)鉆井井眼小,特別是在?139.7mm套管內(nèi)進(jìn)行側(cè)鉆,所用鉆頭、鉆具、工具均尺寸較小,環(huán)空間隙小,對(duì)鉆井速度及施工有很大的影響。因此如何優(yōu)選鉆井工具、控制井眼軌跡、提高機(jī)械鉆速、縮短建井周期成為當(dāng)前需要解決的問題。

        1開窗側(cè)鉆井快速鉆井關(guān)鍵技術(shù)

        1)根據(jù)井下情況選用高壓、大排量的鉆井參數(shù)。施工泵壓在18~20MPa、排量在8~10L/s情況下通過提升射流的水力作用,提高鉆井效率。

        2)對(duì)側(cè)鉆井鉆頭進(jìn)行優(yōu)選,改變以往只用?118mm鉆頭的做法。在壁厚為7.72mm的?139.7mm套管中選用?120.65mm鉆頭,在壁厚為9.19mm的?139.7mm套管中選用?118mm鉆頭。同時(shí)優(yōu)選出高效能的單牙輪鉆頭和PDC鉆頭。為適應(yīng)井眼軌跡的變化,并對(duì)各種鉆頭進(jìn)行組合使用,提高了機(jī)械鉆速[1]。

        3)運(yùn)用防卡鉆具組合。在側(cè)鉆井的鉆具組合中,拋棄了過去使用的鉆頭+導(dǎo)向鉆具+無磁鉆鋌+鉆鋌的結(jié)構(gòu)組合,采用了加重鉆桿替代鉆鋌,變井下鉆具與井壁的面接觸為點(diǎn)接觸,減小了卡鉆風(fēng)險(xiǎn)。

        4)加強(qiáng)井眼軌跡的控制。施工過程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況,在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)選擇出最佳的井眼軌跡,加大復(fù)合鉆進(jìn)井段,減少滑動(dòng)鉆進(jìn)井段。

        5)無線隨鉆測(cè)量定向。改變老式隨鉆定向模式,運(yùn)用MWD無線隨鉆定向技術(shù)替代有線隨鉆定向,可以邊側(cè)鉆邊定向,避免了接單根時(shí)起電纜工作,節(jié)約了時(shí)間,也保證了井下安全。

        6)采用近平衡壓力鉆井。側(cè)鉆井施工都是在已開發(fā)地層進(jìn)行的,地層的情況都能知道的很準(zhǔn)確。在保證井下安全(不塌、不噴)的前提下,可以盡量將鉆井液的密度降低以提高鉆井速度。

        7)加強(qiáng)鉆井液的潤滑、穩(wěn)定與凈化。開窗前所配鉆井液已經(jīng)達(dá)到井下地層的鉆井液要求,側(cè)鉆施工中又加強(qiáng)了鉆井液的維護(hù)以達(dá)到減小施工泵壓、降低環(huán)空摩阻的作用。

        8)低密度早強(qiáng)水泥漿固井。由于有的側(cè)鉆井易漏失層和低壓層共存,掛尾管過程中會(huì)對(duì)井下產(chǎn)生較大液柱回壓。使用低密度早強(qiáng)(24h強(qiáng)度≥14MPa)水泥漿體系固井,可防止固井過程中的井漏,減輕固井對(duì)油氣層的污染。

        2現(xiàn)場(chǎng)施工

        文20-24X1井是冀中地區(qū)的一口開窗側(cè)鉆井。老井套管?139.7mm,壁厚9.19mm。井眼剖面設(shè)計(jì)如表1所示。

        表1 文20-24X1井井眼剖面設(shè)計(jì)

        2.1鉆頭的優(yōu)選

        在側(cè)鉆井中的小尺寸PDC鉆頭,由于鉆頭結(jié)構(gòu)是按大尺寸鉆頭設(shè)計(jì)的,因此一般鉆速都較低。而小尺寸牙輪鉆頭由于軸承弱、牙掌單薄,鉆頭壽命短,并極易發(fā)生鉆頭事故,不能適應(yīng)小井眼的高轉(zhuǎn)數(shù),使得鉆頭進(jìn)尺少,效率低[2]。文20-24X1井通過優(yōu)選側(cè)鉆用鉆頭,使側(cè)鉆井機(jī)械鉆速有了大幅提高。鉆頭使用情況見表2。

        表2 文20-24X1井側(cè)鉆井鉆頭使用情況

        注:Ng、Ed、Es分別表示館陶組、東營組和沙河街組。

        2.2井眼軌跡控制

        在側(cè)鉆井中使用無線隨鉆定向,使鉆進(jìn)過程中能夠隨時(shí)監(jiān)測(cè)井眼軌跡變化,能夠隨時(shí)調(diào)整參數(shù),確保井眼軌跡優(yōu)質(zhì)[3];定向過程中能夠方便有效地控制井眼曲率變化,從而減少井下復(fù)雜事故的發(fā)生;相對(duì)于有線隨鉆沒有了起下電纜時(shí)間上的損失,而且不用長(zhǎng)時(shí)間停泵活動(dòng)鉆具,在安全上得到了保障,加快了鉆井速度,保證了井下安全。

        2.2.1脫離老井眼階段(1810~1826m)

        開窗后的試鉆就是為了盡快脫離老井眼而進(jìn)行的。對(duì)試鉆的距離進(jìn)行了試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)試鉆的長(zhǎng)度最小16m就可以滿足定向的要求。由于試鉆用常規(guī)鉆具鉆速較慢,因此只需要達(dá)到定向要求[4]。

        鉆具組合:?118mm單牙輪+浮閥+?89mm無磁承壓鉆桿(NWDP)×1根+MWD懸掛短節(jié)+?89mm加重鉆桿(WDP)×18根+?73.02mm鉆桿(DP)。

        鉆進(jìn)參數(shù):控制試鉆鉆壓在20~40kN,轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速35~60r/min,泵壓18MPa,排量10L/s。經(jīng)過平穩(wěn)鉆進(jìn)由1810m鉆至1826m,進(jìn)尺16m,達(dá)到了試鉆目的。

        2.2.2造斜軌跡控制階段(1826~2089m)

        鉆具組合:?118mm單牙輪+?95mm×1.5°單彎螺桿(DN)+浮閥+?89mmNWDP×1根+MWD懸掛短節(jié)+?89mmWDP×18根+?73.02mmDP。

        該階段鉆進(jìn)中根據(jù)無線隨鉆所得的井斜和方位以及鉆具的實(shí)鉆造斜率,實(shí)時(shí)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)井眼軌跡的符合率,分析井眼變化趨勢(shì),不斷優(yōu)化修正待鉆井眼軌道,及時(shí)調(diào)整鉆井參數(shù),盡可能多地采用復(fù)合鉆進(jìn),減少滑動(dòng)鉆進(jìn),對(duì)每根鉆桿鉆進(jìn)方式進(jìn)行優(yōu)化,使用1.5°DN可提高側(cè)鉆井的造斜率。當(dāng)鉆至2089m時(shí)井斜已達(dá)到39°。

        2.2.3穩(wěn)斜(擴(kuò)眼鉆進(jìn))軌跡控制階段(2089~2213.91m)

        該階段是提高側(cè)鉆井機(jī)械鉆速的主要階段。鉆具組合:?118mm三刀翼PDC+?95mm×1.25°DN+浮閥+?89mmNWDP×1根+MWD懸掛短節(jié)+?89mmWDP×18根+?73.02mmDP。鉆進(jìn)中少了造斜和扭方位,整個(gè)階段基本都是復(fù)合鉆進(jìn),最高機(jī)械鉆速達(dá)到6m/h。鉆井參數(shù):鉆壓20~25kN,轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速60~70r/min,泵壓20MPa,排量10L/s[5]。

        2.2.4降斜軌跡控制階段(2213.91~2550m)

        鉆具組合:?118mm三刀翼PDC+?95mm×1.25°DN+浮閥+?89mmNWDP×1根+MWD懸掛短節(jié)+?89mmWDP×18根+?73.02mmDP。利用無線定向得到實(shí)現(xiàn)。

        2.3鉆井液技術(shù)

        采用聚合物鉆井液體系,基本配方:2%~3%膨潤土+0.15%~0.35%包被劑(KPAM、TBPS)+0.5%~1%中小分子聚合物(NPAN、HMP21)+0.5%~1.5%防塌潤滑劑(WFT-108、SR-1)(配方中的百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

        2.3.1現(xiàn)場(chǎng)鉆井液維護(hù)處理

        開窗前在鉆井液中加入純堿、膨潤土、水解聚丙烯腈銨鹽和抗高溫降濾失劑(KJAN)在地面低壓充分循環(huán)攪拌均勻,性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的同時(shí)漏斗黏度達(dá)到50~60s,提高了開窗過程中鐵屑的懸浮能力。

        館陶組、東營組:該井段是側(cè)鉆井中的主要造斜段,為了配合井下造斜的需要,正常維護(hù)以PAC141為包被絮凝劑,保持鉆井液黏度在35~45s,屈服值在2~4Pa,用NH4-HPAN-2溶液作為降濾失劑維護(hù)處理,根據(jù)井深情況及溫度增加KJAN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來控制鉆井液的高溫高壓失水,調(diào)節(jié)鉆井液的流型和濾失量及改善鉆井液的濾餅質(zhì)量,保持鉆井液較低的濾失量,同時(shí)又有一定的懸浮攜帶能力,形成低固相聚合物鉆井液。使用離心機(jī)清除鉆井液中的有害固相,同時(shí)加入液體潤滑劑和乳化石蠟,以增加井壁泥餅的韌性,防止定向時(shí)井下的托壓。

        沙一段至完鉆:東營組鉆穿進(jìn)入沙一段后再進(jìn)一步以液體潤滑劑、防塌劑FT-103、超細(xì)碳酸鈣和單向壓力封閉劑DCL-1配合,改善泥餅質(zhì)量,提高鉆井液的潤滑性。為防止井壁失穩(wěn),適量加入1%~1.5%的防塌劑FT-342及2.0%左右的超細(xì)碳酸鈣、單向壓力封閉劑(DCL-1),以改善泥餅質(zhì)量、降低鉆井液濾失量、屏蔽井壁、減少鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的損害[6]。

        完鉆時(shí)鉆井液密度要控制在1.25g/cm3以上,馬氏黏度在40~50s,屈服值在5~12Pa,塑性黏度在14~18mPa·s,中壓失水小于5mL,高壓高溫失水小于15mL,pH值8.5~9.0,固相含量在7%~16%,初/終切力(1~2)Pa/(3~6)Pa。

        2.3.2加強(qiáng)施工過程控制

        1)鉆井液增加密度時(shí)要求每循環(huán)一周增加0.02g/cm3。

        2)鉆井過程中盡量提高鉆井排量,以便環(huán)空上返速度達(dá)到1m/s。

        3)不要認(rèn)為側(cè)鉆井井眼小有害固相就少,每天離心機(jī)的使用不能小于鉆井液總量的2倍,以清除鉆井液中的有害固相。

        4)為防止無線隨鉆不工作,要認(rèn)真檢查鉆井液過濾網(wǎng)。

        2.3.3完井電測(cè)技術(shù)措施

        用PDC鉆頭完鉆后要使用牙輪鉆頭進(jìn)行通井循環(huán),使井眼平滑。用離心機(jī)進(jìn)一步清除鉆井液中的有害固相。鉆井液中提前加入潤滑劑(GFR-1),循環(huán)1h后短起下至開窗點(diǎn),下入底后再次循環(huán)3.5h加入抗高溫降濾失劑(KJAN)、無熒光防塌劑(WFT-108),用漏斗黏度為90s以上稠漿(內(nèi)含塑料小球0.5m3)封閉側(cè)鉆裸眼井段后起鉆電測(cè)。常規(guī)完井電測(cè)一次完成,減少濾液對(duì)油層的危害,縮短油層的浸泡時(shí)間。

        2.4固井技術(shù)

        套管下入前進(jìn)行通井,通井鉆具組合:?118mm單牙輪+浮閥+?89mmWDP×18根+?73.02mmDP。通井過程中保證井眼沒有遇阻、卡現(xiàn)象發(fā)生,通井到底后小排量頂通,然后加大排量至8~9L/s進(jìn)行循環(huán),充分洗井,帶干凈巖屑,起鉆前向井內(nèi)打入漏斗黏度為100s的稠鉆井液進(jìn)行封閉。

        下套管過程中控制下放速度在0.4m/s以內(nèi),每下10根向套管內(nèi)灌滿鉆井液[7]。下完套管循環(huán)時(shí)小排量頂通,頂通泵壓小于8MPa,環(huán)空頂通后加大排量至8~9L/s進(jìn)行循環(huán),在保證循環(huán)壓力穩(wěn)定、排量穩(wěn)定、無巖屑后再進(jìn)行固井施工。

        針對(duì)側(cè)鉆的井眼情況,前置液要求有良好的沖洗隔離作用又能很好地產(chǎn)生紊流效果沖洗井壁濾餅,控制前置液的使用量,環(huán)空上返高度控制在200m左右。

        使用1.55g/cm3低密度固井水泥漿,減小液柱對(duì)地層的回壓,防止井漏,在水泥漿中加入微珠、微硅、降失水劑、分散劑、堵漏劑、彈性材料、膨脹劑、消泡劑以提高小井眼固井質(zhì)量。

        采用液壓尾管懸掛器。在頂替固井水泥漿碰壓后,懸掛器丟手位置上下預(yù)留25m的隔離液。再次向井內(nèi)打10MPa壓力上提中心管,當(dāng)壓力下降立即停止上提,開泵循環(huán),沖洗干凈懸掛器周圍及套管內(nèi)的水泥漿,避免套管內(nèi)留水泥塞[8]。

        2.5應(yīng)用情況

        文20-24X1井試鉆、增斜段選用?118mmGYD517單牙輪,進(jìn)尺276m,平均機(jī)械鉆速3.73m/h。穩(wěn)斜和降斜段選用?118mm三刀翼PDC鉆頭帶螺桿定向鉆進(jìn),進(jìn)尺438.21m,平均機(jī)械鉆速5.73m/h。井身質(zhì)量、固井質(zhì)量合格。

        通過在9口側(cè)鉆井的施工,應(yīng)用效果較好。一般完鉆井深2500~3000m,裸眼段600~1000m,平均鉆井周期9~18d,平均機(jī)械鉆速3.6m/h。井身質(zhì)量合格,固井質(zhì)量合格。

        3認(rèn)識(shí)與建議

        1)使用無線隨鉆控制技術(shù)對(duì)井眼軌跡的控制達(dá)到了實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)調(diào)整的效果,可有效減少鉆具靜止時(shí)間和縮短鉆井周期,減少了井下卡鉆風(fēng)險(xiǎn)。

        2)調(diào)整好鉆井液的流型可很好提高鉆井液的攜巖能力??刂坪勉@井液的失水量及高溫高壓濾失量,對(duì)鞏固井壁和穩(wěn)定性起到一定的作用。加足各種固體、液體滑潤劑,可提高鉆井液的防卡能力。加強(qiáng)固控設(shè)備的使用,降低了鉆井液有害固相及含砂量,降低了鉆井液的流動(dòng)阻力,防止了PDC鉆頭的泥包。

        3)小尺寸鉆頭配合使用。用單牙輪鉆頭進(jìn)行挑井斜、扭方位,用三刀翼PDC鉆頭進(jìn)行穩(wěn)斜鉆進(jìn)可以大大提高?139.7mm套管開窗側(cè)鉆井的機(jī)械鉆速。

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        [編輯]帥群

        [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

        [文章編號(hào)]1673-1409(2016)5-0058-04

        [中圖分類號(hào)]TE242

        [作者簡(jiǎn)介]梁厚滄(1973-),男,工程師,長(zhǎng)期從事修井、鉆井技術(shù)研究與管理工作,664948985@qq.com。

        [收稿日期]2015-10-20

        [引著格式]梁厚滄,孫尚勇,唐生顯,等.?139.7mm套管開窗側(cè)鉆井優(yōu)快鉆井技術(shù)[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2016,13(5):58~61.

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