邊 杰， 崔愛貞， 和鵬飛， 袁則名， 齊 斌

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452； 2.中海油服油田技術(shù)事業(yè)部塘沽作業(yè)公司，天津 300452； 3.中海油服鉆井事業(yè)部鉆井研究院鉆井工藝研究所，天津 300452)

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C6H水平井三維軌跡優(yōu)選與控制技術(shù)

邊 杰1， 崔愛貞2， 和鵬飛1， 袁則名1， 齊 斌3

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452； 2.中海油服油田技術(shù)事業(yè)部塘沽作業(yè)公司，天津 300452； 3.中海油服鉆井事業(yè)部鉆井研究院鉆井工藝研究所，天津 300452)

渤海北部LD油田在井網(wǎng)加密、油田大規(guī)模綜合布置新鉆調(diào)整井時，存在新鉆的25口井與老井井網(wǎng)交叉、井眼軌跡立體三維纏繞問題，其中C6H水平井是此類問題的典型，同時C6H井還需要在可鉆性極差的館陶組底礫巖地層定向造斜。針對上述問題，通過C6H井3種軌跡方案對比、分析，優(yōu)選出最為有利的方案，結(jié)合螺桿馬達和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具性能分析，最后采用螺桿馬達+水力震蕩器+微偏心穩(wěn)定器等鉆具組合新方式，順利實施了C6H井。

水平井；井網(wǎng)加密；井眼防碰；三維設(shè)計；軌跡控制；渤海油田

渤海油田現(xiàn)階段開發(fā)中，零散調(diào)整井和整裝規(guī)模的綜合調(diào)整井較多，前者屬于油田范圍內(nèi)的局部井網(wǎng)調(diào)整，后者屬于全油田范圍的井間加密，此類作業(yè)中井眼防碰問題是最為棘手的問題[1-8]。近年來渤海油田進行了較多的井眼防碰研究，出臺若干管理辦法，形成了老井陀螺油管內(nèi)復(fù)測等一系列技術(shù)措施，但主要的手段還是集中在井眼軌跡設(shè)計階段的規(guī)避和控制[9-12]。LD油田位于渤海北部，目的層位于東營組，在2014年進行了井網(wǎng)加密，累計鉆井25口，井眼防碰問題較為突出，尤其是C6H井最為典型。

1 作業(yè)背景

1.1 初始軌跡設(shè)計

C6H井在初步研究階段，軌跡設(shè)計如表1所示，該井設(shè)計為一口水平生產(chǎn)井，采用兩段式造斜，方位角變化較大，屬于典型的三維水平井。

表1 C6H井初始軌跡設(shè)計

注：井底垂深1548.8 m，井底斜深2448.0 m。

1.2 井身結(jié)構(gòu)

C6H井采用渤海通用三開井身結(jié)構(gòu)，?444.5 mm井眼(鉆深805.0 m)×?339.7 mm套管(下深800.0 m)+?311.1 mm井眼(鉆深2177.0 m)×?244.5 mm套管(下深2172.0 m)+?215.9 mm井眼(鉆深2448.0 m)×防砂篩管(下深2443.0 m)。

1.3 地層情況

在軌跡控制過程中分別穿過平原組、明化鎮(zhèn)組、館陶組和東營組地層，其中在館陶組地層底部還有可鉆性比較差的底礫巖。

2 難點分析

綜合分析本井初始設(shè)計軌跡以及與周圍臨井的防碰掃描圖(見圖1)，可以看出C6H井的難點主要有以下幾點：(1)嚴重的淺層防碰問題：在175.0～500.0 m間存在多井的淺層防碰；在1180.0 m附近與A26H井的防碰以及深層防碰問題。(2)軌跡復(fù)雜，控制難度大：設(shè)計軌跡扭方位239.88°；因靶前位移不足，軌跡存在反扣，井斜由64.03°降至25.44°再增至90°；軌跡存在增斜降方位段、降斜增方位段和增斜增方位段。(3)一開在淺部軟地層存在造斜且造斜率達到3.6°/30 m，而渤海常規(guī)設(shè)計為3.0°/30 m，主要是地層疏松造斜較為困難。(4)二開主要問題是防碰、減少或避開底礫巖的滑動作業(yè)；本作業(yè)區(qū)塊館陶組地層中有底礫巖，在底礫巖使用馬達滑動存在工具面不穩(wěn)定，時效較低的問題；設(shè)計軌跡中，斯倫貝謝旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向Xceed存在工作盲區(qū)——避開其工作盲區(qū)[13]。

圖1 初始設(shè)計防碰掃描中心距圖

3 設(shè)計優(yōu)化與方案對比

3.1 優(yōu)化設(shè)計

C6H井在一開作業(yè)結(jié)束后，利用陀螺工具在表層套管內(nèi)進行了軌跡復(fù)測，有效保證了上部數(shù)據(jù)的準確度。根據(jù)最新的復(fù)測結(jié)果，形成了2個二開優(yōu)化設(shè)計方案(主要是針對800.0 m以深的井段軌跡設(shè)計)，如表2所示。

表2 C6H井優(yōu)化設(shè)計方案

注：方案1和方案2的井底垂深均為1548.8 m，方案1的井底斜深2442.0 m，方案2的井底斜深2443.0 m。

3.2 方案對比

(1)分析優(yōu)化設(shè)計1，有如下特點：針對防碰做出了優(yōu)化，與A26H井的分離距離和分離系數(shù)都比之前更加安全，如圖2所示；底礫巖垂深預(yù)計在1180～1250 m，在其中有一個33.70 m的穩(wěn)斜段，穩(wěn)斜角設(shè)計為30.39°；防碰優(yōu)化后，直接使用PDC鉆頭，無需使用牙輪鉆頭。一是提高了鉆井速度；二是避免穿過底礫巖后的起鉆更換鉆頭，提高了作業(yè)時效。底礫巖中的穩(wěn)斜段，有利于實鉆軌跡的模擬；可以減少底礫巖中的滑動距離，提高了作業(yè)時效；同時，模擬的軌跡更貼近設(shè)計，有利于控制軌跡和著陸。

圖2 優(yōu)化設(shè)計1防碰系數(shù)

(2)分析優(yōu)化設(shè)計2，具有如下特點：防碰形勢更加有利于工程實施，如圖3所示，根據(jù)防碰報告A26H井位于C6H井右上方，C6H井斜深1148 m時與A26H井中心距離41.81 m，分離系數(shù)1.98，垂差14.3 m。A36井位于C6H井右上方，C6H井斜深1768 m時與A36井中心距離42.84 m ，分離系數(shù)1.77，垂差17.33 m。A9井位于C6H井右上方，C6H井斜深2016 m時與A9井中心距離35.77 m，分離系數(shù)1.68，垂差15.29 m。C6H井下部井段使用斯倫貝謝Xceed著陸，因設(shè)計鉆穿底礫巖后部分井段是Xceed的工作盲區(qū)，故在軌跡優(yōu)化過程中也嘗試規(guī)避。限于靶點和軌跡的實際情況，無法規(guī)避，故需要鉆進至無Xceed盲區(qū)后，才能更換旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向；根據(jù)地磁場參數(shù)，計算本井盲區(qū)警告區(qū)：同時滿足井斜角范圍21.85°～41.85°、方位角范圍342.2°～2.2°；本井根據(jù)井眼軌跡和鉆具表，需要鉆進至斜深1715 m后，出Xceed盲區(qū)警告區(qū)。

圖3 優(yōu)化設(shè)計2防碰系數(shù)

(3)對比上述2個方案可知，優(yōu)化設(shè)計1雖然做了諸多優(yōu)化，但仍存在如下問題：①3.8°/30 m左右造斜率的井段長度>600 m；②二開軌跡除底礫巖有穩(wěn)斜段外，使用螺桿馬達控制軌跡要求嚴格，需要一直進行滑動作業(yè)，軌跡調(diào)整余地小；③鉆出表層套管鞋就需要3.6°/30 m的造斜率，嘗試馬達鉆具組合造斜率的井段余量極??；④相對初始設(shè)計與A36井的防碰形勢有所加重。因此優(yōu)選設(shè)計2為實施方案。

4 現(xiàn)場軌跡控制

4.1 螺桿馬達控制井段(805～1715 m)

(1)鉆具組合[14-15]。?311.1 mm鉆頭+?244.5 mm螺桿馬達(1.25°，308/273 mm直翼扶正套子)+?203.2 mm浮閥接頭+?229.1 mm穩(wěn)定器+?203.2 mm非磁鉆鋌+?203.2 mm MWD+?203.2 mm非磁鉆鋌+?203.2 mm隨鉆震擊器+變扣接頭+?127 mm加重鉆桿×14根+?203.2 mm水力振蕩器+?127 mm鉆桿。

(2)控制參數(shù)?；瑒鱼@進鉆壓20～60 kN，排量3000～3600 L/min，旋轉(zhuǎn)鉆進鉆壓10～60 kN，排量3000～3800 L/min，頂驅(qū)轉(zhuǎn)速50～70 r/min。

(3)技術(shù)分析。①使用PDC鉆頭，提高鉆速即提高時效，鉆頭為新速通(舊)STS917 型， 10個直徑15/32 in(1 in=25.4 mm)水眼；②為保證有足夠的造斜率，使用1.25°彎角、型號為7LZ244×7.0-Ⅷ-SF 的5級螺桿馬達；③參考本區(qū)塊臨近井的扶正器的使用效果，再綜合考慮本井上部模擬軌跡主要是降斜扭方位，本井選用有利于軌跡控制的?229.1 mm穩(wěn)定器；④工具面的穩(wěn)定性對馬達的造斜率的穩(wěn)定性有決定性的影響，在鉆具組合中加入了水力振蕩器，既提高工具面的穩(wěn)定性，又在一定程度上保證了足夠的造斜率，使用水力振蕩器，本井在底礫巖的滑動效率比C3H井的滑動有了明顯的提升，相同鉆井參數(shù)，底礫巖可鉆性最差時，C3H井底礫巖滑動平均ROP在3～5 m/h，本井為6～8 m/h；在C6H井馬達滑動作業(yè)中，基本沒有出現(xiàn)憋泵憋壓現(xiàn)象。

4.2 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向控制井段(1715～2157 m)

(1)鉆具組合。?311.2 mm鉆頭+?228.6 mm Xceed旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具+?209.6 mm LWD+?209.6 mm MWD+?203.2 mm非磁鉆鋌+?203.2 mm隨鉆震擊器+變扣接頭+?127 mm加重鉆桿×14根+微偏心穩(wěn)定器+?127 mm鉆桿。

(2)控制參數(shù)。鉆壓20～60 kN，排量3600～3800 L/min，轉(zhuǎn)速80～110 r/min。

(3)技術(shù)分析。本趟鉆軌跡控制的重點是參考Xceed在本平臺已作業(yè)井中的使用情況，盡快確定工具的指令及其對應(yīng)的造斜率，本平臺C19H、C3H井使用相同規(guī)格的Xceed，根據(jù)報告可知：造斜力度80%，造斜率約4.2°/30 m，造斜力度60%，造斜率約3.5°/30 m，造斜力度40%，造斜率在(2.2°～2.8°)/30 m。C6H井作業(yè)中，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具Xceed發(fā)送導(dǎo)向指令，控制工具面角在36°，使用70%的造斜力度，最終效果能達到3.7°/30 m的造斜率，而使用0°工具面角、80%造斜力度，能達到造斜率4.4°/30 m，此時，方位角每柱自然右飄0.8°左右。同樣工具面角情況下，使用60%造斜力度時能達到3.6°/30 m造斜率，使用40%～50%造斜力度時，造斜率(3°～3.3°)/30 m。

5 結(jié)論

(1)LD區(qū)塊館陶組、東營組地層采用水力振蕩器+1.25°彎角馬達，保證了造斜率，也保證了滑動作業(yè)的效果，避免在底礫巖和東營組地層出現(xiàn)頻繁憋泵等現(xiàn)象；(2)更好的軌跡設(shè)計要求合理的穩(wěn)斜段及其所穩(wěn)的井斜、避開或減少特殊地層的滑動、避開部分工具如Xceed等的工作盲區(qū)；(3)定向井軌跡優(yōu)化的手段：增加合理的穩(wěn)斜段、優(yōu)化造斜點、調(diào)整靶點、優(yōu)化造斜率等。

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Three Dimension Trajectory Optimization and Control Technology for Unconventional Well Construction in Bohai

BIAN Jie1, CUI Ai-zhen2, HE Peng-fei1, YUAN Ze-ming1, QI Bin3

(1.CNOOC EnerTech-Drilling & Production Co., Tianjin 300452, China; 2.COSL, Well Tech, Tanggu Operation Company, Tianjin 300452, China; 3.COSL Drilling R&D Institute Drilling Technical Research Unit, Tianjin 300452, China)

For well pattern infill and large-scale comprehensive arrangement of newly drilled adjustment wells in LD oilfield of northern Bohai, 25 new wells cross with old well pattern and three-dimensional winding of borehole trajectory result in all the wells are three-dimensional designed with serious wellbores crossing problem, the typical case is C6H horizontal well which should be directional deflecting drilled in the Guantao formation basal conglomerate layer with extremely poor drillability. Aiming at the above, through the comparison and analysis on 3 kinds of trajectory scheme for C6H, the most favorable design is optimized; combined with the performance analysis on the screw motor and rotary steerable tools, new mode of DHA with screw motor + hydro-oscillator + micro eccentric stabilizer is adopted, C6H has been smoothly completed.

horizontal well; pattern infilling; anti-wellbore cross; 3D design; trajectory control; Bohai oilfield

2016-07-05；

2017-03-10

邊杰，男，漢族，1984年生，工程師，從事海洋石油鉆井技術(shù)監(jiān)督與管理工作，bianjie@cnooc.com.cn。

和鵬飛，男，漢族，1987年生，工程師，從事海洋石油鉆完井技術(shù)監(jiān)督工作，天津市濱海新區(qū)中新生態(tài)城雙威悅馨苑4-301(300467)，hepf2@qq.com。

P634.7；TE243

B

1672-7428(2017)05-0024-03