中石化西南石油工程有限公司臨盤鉆井分公司工程技術(shù)服務(wù)隊(duì) 山東 臨邑 251500

1 湖盆沉積相長裸眼復(fù)雜軌道定向井提速鉆井難點(diǎn)分析

1.1 砂泥巖長裸眼井身結(jié)構(gòu)加劇了地層的高摩阻特性,在湖盆沉積相的中高滲透性砂巖地層,泥餅較厚,對鉆具包角較大,易粘吸鉆具而造成托壓,泥頁巖井壁不規(guī)則,易形成沙橋,會增加扶正器、鉆桿接頭等鉆具變徑部分的通過阻力。

1.2 設(shè)計(jì)軌道復(fù)雜摩阻扭矩大,非典型井軌道特點(diǎn):多段制化、大井斜化、大位移化、三維扭方位化和“S”型降斜化,由于五化特征的存在,實(shí)鉆過程中摩阻扭矩大,對鉆速提高的制約主要表現(xiàn)為①滑動鉆進(jìn)易托壓,定向耗時長;②復(fù)合鉆進(jìn)扭矩高,鉆井參數(shù)優(yōu)化空間小。

1.3 高摩阻條件下鉆進(jìn)時存在粘滑振現(xiàn)象,高摩阻存在的情況下,鉆柱與井壁的嚴(yán)重摩擦,使鉆具主動扭矩產(chǎn)生循環(huán)的積聚和釋放,導(dǎo)致鉆頭發(fā)生粘滑振現(xiàn)象,PDC鉆頭發(fā)生崩齒、偏磨等現(xiàn)象,PDC鉆頭損壞導(dǎo)致破巖效率降低,鉆速下降;

1.4 環(huán)空存在巖屑床,大井斜段及軌跡拐點(diǎn)處,環(huán)空下井壁巖屑濃度高,存在巖屑床,使鉆具與鉆井液之間的固液摩擦變成了固固摩擦,使鉆具受到的摩擦力進(jìn)一步增大,且水基鉆井液潤滑能力有限,導(dǎo)致定向易托壓;

2 提速鉆井的對策

2.1 應(yīng)用準(zhǔn)懸鏈線軌道優(yōu)化技術(shù)將設(shè)計(jì)軌道的一部分圓弧段和一部分穩(wěn)斜段優(yōu)化為一段曲率遞減或曲率恒定的懸鏈線軌道,從而導(dǎo)致了一系列的正弦形狗腿,充分利用單彎螺桿鉆具的導(dǎo)向增斜特性,減少滑動進(jìn)尺,提高機(jī)械鉆速,同時扭矩及阻力的減少能夠?qū)︺@頭施加更大的鉆壓以提高機(jī)械鉆速。

2.2 利用NDS摩阻分析軟件優(yōu)化鉆具組合,摩阻的大小用鉆柱靜重與起下鉆懸重之差來衡量。同樣,由于摩擦作用鉆臺施加的扭矩與鉆頭所獲得的扭矩存在差異。摩阻和扭矩問題經(jīng)常互相聯(lián)系,在延伸井和水平井上會特別嚴(yán)重,摩阻扭矩?fù)p失有許多根源:壓差卡鉆、鍵槽、井壁的不穩(wěn)定性、較差的井眼凈化和與鉆柱側(cè)向力有關(guān)的總摩擦作用。

2.3 集成應(yīng)用水力減阻工具,鉆具組合中加入水力振蕩器,通過周期性定頻振蕩鉆柱,使得BHA產(chǎn)生軸向振動,將靜摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽Σ?減少滑動鉆進(jìn)和旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時井壁與鉆桿之間的摩擦,提高鉆壓傳遞效率,提高了高效PDC鉆頭的適用性,提高了高摩阻定向井中PDC鉆頭的連續(xù)鉆進(jìn)能力。

2.4 提高大井斜段井眼清潔的集成技術(shù),適當(dāng)提高鉆井液密度和環(huán)空返速,提高排量30L/s以上;調(diào)整鉆井液的流型和流變性能,在大斜度井段中鉆井液為紊流時清潔效果更好,但現(xiàn)場條件所限,無法形成紊流,所以可以通過提高鉆井液的動塑比,形成平板型層流來提高井眼清洗效果;調(diào)節(jié)鉆具轉(zhuǎn)速,增大鉆桿轉(zhuǎn)速可擾動巖屑床,使巖屑重新分散到鉆井液中,阻止巖屑在鉆桿接頭和鉆桿保護(hù)器附近聚集;短起下鉆破壞巖屑床,根據(jù)井段長度或托壓嚴(yán)重程度,確定短起下鉆的頻次;

3 典型井應(yīng)用

3.1 預(yù)探井盤斜68井典型應(yīng)用 該井為區(qū)域邊緣預(yù)探評價井,軌道模型為直—增—穩(wěn)—扭—增—扭—穩(wěn),井身結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)表層600m,二開裸眼段長3600m,最大井斜:51.97°,扭方位量:38°利用NDS摩阻軟件對設(shè)計(jì)軌道的摩阻情況進(jìn)行分析,增斜扭方位的井段側(cè)向力超過了裸眼經(jīng)驗(yàn)值0.992T/10m的250%。增斜扭方位的井段側(cè)向力也達(dá)到了0.8-0.9T/10m的臨界狀態(tài),起下鉆過程中摩阻30T-50T,滑動定向鉆進(jìn)時摩阻25-35T,是典型的高摩阻大井斜三維空間軌道定向井。

實(shí)鉆中,通過優(yōu)化軌跡,將原剖面的增斜段的一部分和穩(wěn)斜段的一部分優(yōu)化為“準(zhǔn)懸鏈線”軌道,減少25%的滑動進(jìn)尺;優(yōu)選鉆具組合,二開PDC鉆頭+常規(guī)單彎1.5°螺桿鉆具組合,鉆進(jìn)1990m～2300m的“準(zhǔn)懸鏈線軌道”,導(dǎo)向/定向比31:1,第二段長穩(wěn)斜段軌道應(yīng)用PDC鉆頭+X:120m,Y:2m鉆具組合實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向/定向比15:1;潤滑劑加量控制在3.3%,泥餅粘附系數(shù)在0.127～0.137,滑動鉆進(jìn)工具面穩(wěn)定,沒有出現(xiàn)嚴(yán)重的托壓現(xiàn)象;水力振蕩器效果顯著,單只PDC鉆頭連續(xù)鉆進(jìn)1306m;大排量(平板層流)高轉(zhuǎn)速(破壞巖屑床)通井?dāng)y巖效果好;單井與同區(qū)域?qū)Ρ?鉆井周期減少52%,滑動鉆進(jìn)鉆速提高45.7%,達(dá)到了良好的提速效果。

4 結(jié)論與建議

1)在長裸眼復(fù)雜軌道定向井中應(yīng)用準(zhǔn)懸鏈線軌道優(yōu)化控制實(shí)鉆軌跡可以減少滑動進(jìn)尺,提高鉆井速度。

2)托壓主要由鉆柱與井壁之間的摩擦力造成的,其影響因素包括:井身結(jié)構(gòu)井眼軌跡的平滑度、井眼清潔程度、鉆具組合、鉆井液的潤滑性和地層類型。

3)優(yōu)化井眼軌道、優(yōu)化鉆具組合、提高井眼清潔程度、提高鉆井液的潤滑性、采用改善托壓的井下工具可以有效控制托壓問題。

4)建議在高摩阻非典型軌道定向井中推廣應(yīng)用水力振蕩器等減阻工具,實(shí)現(xiàn)該類型井的優(yōu)快鉆井。