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        杭錦旗區(qū)塊定向井軌跡控制技術(shù)

        2019-10-14 03:13:13毛永飛
        西部論叢 2019年20期
        關(guān)鍵詞:控制

        摘 要:本文從水平井井眼軌跡控制技術(shù)分析出發(fā),結(jié)合鄂北工區(qū)地質(zhì)構(gòu)造和井身結(jié)構(gòu)特點(diǎn),探討了水平井井眼軌跡控制技術(shù)在鄂北杭錦旗區(qū)塊的應(yīng)用。

        關(guān)鍵詞:水平井 井眼軌跡 控制 井身結(jié)構(gòu) 造斜率

        1、鄂北工區(qū)地質(zhì)構(gòu)造及井身結(jié)構(gòu)特點(diǎn):

        1.1地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn):

        鄂北工區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部。該工區(qū)主井眼的完鉆層位通常為石盒子組,主要為河流-三角洲沉積,發(fā)育多套不等厚互層的砂泥巖組合,以砂巖沉積為主,砂巖主要為灰白色、淺灰色細(xì)礫巖、含礫粗砂巖及中砂巖,粒序?qū)永怼鍫罱诲e(cuò)層理、平行層理發(fā)育,底部常見(jiàn)沖刷構(gòu)造??傮w表現(xiàn)為向上粒度變細(xì)、巖屑含量高。杭錦旗錦58井區(qū)整體劉家溝地層表現(xiàn)漏失嚴(yán)重,下部地層石千峰組、石盒子組易出現(xiàn)垮塌。

        1.2井深結(jié)構(gòu)特點(diǎn):

        以JPH-426為例,其導(dǎo)眼軌道類(lèi)型為:直-增-穩(wěn)-降,導(dǎo)靶是半徑為30米的圓靶,主井眼軌道類(lèi)型:直-增-平,A靶為靶半高:1m,靶半寬:10m的矩形靶。

        2、軌跡控制的影響因素分析

        2.1實(shí)鉆軌跡點(diǎn)的位置和井斜大小對(duì)軌跡控制的影響

        實(shí)鉆軌跡點(diǎn)的位置超前,相當(dāng)于縮短了靶前位移。此時(shí)若井斜角偏大,會(huì)使穩(wěn)斜鉆至目的層所產(chǎn)生的位移接近甚至超過(guò)目標(biāo)窗口平面的位置,必將欠位移入靶;為了保證中靶,應(yīng)根據(jù)實(shí)鉆井斜情況,調(diào)整造斜率,使得軌跡點(diǎn)位置適中,若此時(shí)井斜角大小也適中,是實(shí)鉆軌跡與設(shè)計(jì)軌道符合的理想狀態(tài)。如果井斜角大小超設(shè)計(jì)過(guò)多,往往需要放垂深;如果軌跡點(diǎn)的位置滯后,相當(dāng)于加長(zhǎng)靶前位移。此時(shí)若實(shí)鉆井斜角偏低,就需要提高造斜率以改變待鉆井眼垂深和位移增量之間的關(guān)系,往往要采用較高的造斜率而提前入靶。

        2.2水平井井身剖面特點(diǎn)

        大斜度導(dǎo)眼井中使用的剖面設(shè)計(jì)常為變曲率切線剖面,即由兩個(gè)(或兩個(gè)以上)造斜率不相等的造斜段組成,例如增-穩(wěn)-降,這種剖面設(shè)計(jì),按照理論,需要使用到增斜鉆具、穩(wěn)斜鉆具和降斜鉆具。但在實(shí)際的生產(chǎn)中,為了減少起下鉆次數(shù),提高經(jīng)濟(jì)效益,常常在保證中靶的前提下,開(kāi)始造斜并以較高的造斜率將井斜增致一個(gè)合適井斜后,起鉆換降斜鉆具組合,復(fù)合監(jiān)測(cè)井斜,快速中靶。

        在水平井主井眼中使用的剖面類(lèi)型為單圓弧增斜剖面,它從造斜點(diǎn)開(kāi)始,以不變的造斜率鉆達(dá)目標(biāo)。這種剖面要求靶區(qū)范圍足夠?qū)?,以滿(mǎn)足鉆具造斜率偏差的要求。在實(shí)際生產(chǎn)中,保證造斜率不變是需要花較大的工作量隨時(shí)調(diào)整和控制造斜率的,不利于提速提效。實(shí)踐中往往是采用多造斜率剖面(或分段造斜剖面),即造斜曲線由兩個(gè)以上不同造斜率的造斜段組成,是一種比較復(fù)雜的井身剖面。這種剖面曲線可以通過(guò)compass預(yù)測(cè)軟件實(shí)現(xiàn)隨時(shí)預(yù)測(cè)隨時(shí)設(shè)計(jì),通過(guò)適時(shí)調(diào)整造斜率和段長(zhǎng),彌補(bǔ)鉆具造斜能力的偏差。杭錦旗工區(qū)主井眼的靶點(diǎn)通常為靶半高:1m,靶半寬:10m的矩形靶。經(jīng)過(guò)多年的施工積累,采用compass預(yù)測(cè)軟件結(jié)合使用1.5度扶正器直徑為212mm螺桿并能準(zhǔn)確地控制鉆具的造斜性能,順利入窗。

        根據(jù)鄂北區(qū)塊地層傾角和工程設(shè)計(jì),使用1度螺桿配合150mm扶正器的微降鉆具組合,可滿(mǎn)足施工要求。

        2.3軌跡入窗前的臨時(shí)軌跡調(diào)整

        在入靶前的大井斜角井段增加一穩(wěn)斜調(diào)整段,既可調(diào)整垂深精度,又有助于及時(shí)辨別地質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)層,以便及時(shí)準(zhǔn)確地確定目的層入靶點(diǎn)的相對(duì)位置。如圖1所示,靶區(qū)允許縱向誤差范圍△Hm(△Hm=2△h),也就是允許在垂深H1和H2之間入靶并使造斜終點(diǎn)的井斜角等于水平段井斜角αm,若求出V2>Am這時(shí)井眼軌跡在入靶窗口平面的垂深H=Hm+h(h<0),我們要校核是否滿(mǎn)足│h│<△h,否則要調(diào)整Rv重新設(shè)計(jì)。

        3、井眼軌跡控制模式

        (1)直井段充分利用成功的高壓噴射和防斜打直技術(shù),嚴(yán)格將造斜點(diǎn)前的直井段井眼軌跡控制在允許范圍之內(nèi),快速優(yōu)質(zhì)地鉆完該井段。

        (2)造斜段的施工以1.5度彎殼體動(dòng)力鉆具為主要鉆進(jìn)方式,以一套鉆具組合在一至二趟鉆內(nèi)鉆完0~90°造斜段。

        4、不同井段實(shí)鉆軌跡控制

        4.1直井段實(shí)鉆軌跡控制:

        4.1.1直井段井斜的的危害及影響因素

        (1)如果實(shí)鉆直井段不直,產(chǎn)生井斜,如果大于3°,則影響直井段質(zhì)量評(píng)定,同時(shí),上部井段的井斜造成的位移勢(shì)必影響下一步的井身軌跡控制。選擇好鉆具組合及鉆進(jìn)參數(shù),監(jiān)測(cè)好井斜,若發(fā)現(xiàn)井斜偏大,應(yīng)采取吊打或者減小鉆壓的措施,以防斜打直為原則,保證直井段的施工質(zhì)量,為后期斜井段的施工做好鋪墊。

        (2)影響因素:地層因素:傾角、走向、軟硬變化、軟地層中的井眼擴(kuò)大等;鉆具因素:扶正器尺寸的磨損,特別是近鉆頭扶正器的磨損;鉆進(jìn)參數(shù):鉆壓和不對(duì)稱(chēng)的水力沖蝕。

        4.1.2直井段軌跡控制措施

        (1)常用鉆具組合:

        Φ222.3mmPDC+Φ172mm螺桿+變徑接頭+Φ216mm扶正器+變徑接頭+Φ172mm無(wú)磁DC*1根+mwd短節(jié)+變徑接頭+Φ165.1mmDC*4柱+變徑接頭(托盤(pán))+Φ127mm無(wú)磁

        (2)鉆進(jìn)參數(shù):8-1/2″井眼正常鉆進(jìn)鉆壓常采用120-140KN,吊打時(shí)常采用30-50KN;

        4.2增斜井段實(shí)鉆軌跡控制:

        4.2.1影響增斜鉆具組合增斜效果的因素:

        (1)螺桿扶正塊外徑磨小,增斜率下降(2)保持低轉(zhuǎn)速,使用小鉆鋌,大鉆壓,壓彎鉆柱,井斜角增大,則增斜力增大(3)地層因素:①在軟地層中使用,以泥巖和煤層為例,軟地層中鉆進(jìn),地層因素影響較小;影響增斜率的主要因素是鉆具力學(xué)因素;軟地層水力沖蝕、扶正器和鉆頭的側(cè)向刮切等作用顯著,容易井徑擴(kuò)大,使增斜率下降。②在中硬地層中使用:以粗砂巖為例,地層構(gòu)造因素影響非常顯著;所以要特別注意掌握底層的造斜規(guī)律,運(yùn)用這些規(guī)律,控制井眼方向。

        4.2.2增斜井段實(shí)鉆軌跡控制措施:

        (1)常用鉆具結(jié)構(gòu)為:PDC鉆頭+1.5°單彎螺桿動(dòng)力鉆具+定向頭+無(wú)磁鉆鋌+鉆桿。

        (2)鉆進(jìn)參數(shù):鉆壓80~120KN,原則是大鉆壓鉆進(jìn),有利于增斜,轉(zhuǎn)速:48rpm+螺桿,排量:30-32L/S

        (3)根據(jù)工具面穩(wěn)定情況,結(jié)合MWD測(cè)斜數(shù)據(jù),通過(guò)compass軟件計(jì)算,決定定向米數(shù)。

        4.3穩(wěn)斜段實(shí)鉆軌跡控制

        4.3.1影響穩(wěn)斜段穩(wěn)斜的因素

        (1)鉆壓對(duì)穩(wěn)斜組合性能的影響是很小的。所以在穩(wěn)斜鉆進(jìn)中,可以根據(jù)穩(wěn)斜組合性能改變鉆壓。穩(wěn)斜組合對(duì)井斜角的變化是敏感的。井斜角增大,則負(fù)側(cè)向力增大。所以,在井斜較小時(shí)顯示穩(wěn)斜的組合,在井斜較大時(shí)可能顯示為降斜組合(2)保持正常鉆壓和較高轉(zhuǎn)速有利于穩(wěn)斜(3)地層因素:傾角、走向、軟硬變化、軟地層中的井眼擴(kuò)大等(4)鉆具因素:扶正器尺寸的磨損,特別是近鉆頭扶正器的磨損(5)鉆進(jìn)參數(shù):不對(duì)稱(chēng)的水力沖蝕。

        4.3.2穩(wěn)斜井段實(shí)鉆軌跡控制措施:

        在小斜度導(dǎo)眼中使用穩(wěn)斜鉆具,而在大斜度導(dǎo)眼井段,雖然工程設(shè)計(jì)中有穩(wěn)斜段,但在實(shí)際鉆進(jìn)過(guò)程中,考慮經(jīng)濟(jì)效益,減少起下鉆趟數(shù),常常省去穩(wěn)斜鉆具,直接采用降斜鉆具組合,同樣可以中靶。穩(wěn)斜段常采用三合一鉆具組合:PDC鉆頭+1°單彎螺桿動(dòng)力鉆具+短扶正器+無(wú)磁鉆鋌+定向接頭+鉆桿。

        4.4降斜井段實(shí)鉆軌跡控制

        4.4.1影響降斜鉆具組合降斜效果的因素:

        (1)鉆鋌直徑。鉆鋌直徑越大,重力就越大,所以鐘擺力越大,降斜能力越強(qiáng)。(2)軟地層。鉆頭側(cè)向力容易發(fā)揮作用,井徑也容易擴(kuò)大,所以地層越軟,越容易降斜;反之,地層越硬,越不易降斜;(3)鉆進(jìn)中注意保持較小鉆壓,較低轉(zhuǎn)速;降斜組合要注意使用新鉆頭,保證鉆頭的側(cè)切能力;在降斜特別困難的井段,在軌道設(shè)計(jì)時(shí),注意避開(kāi)降斜。

        4.4.2降斜井段實(shí)鉆軌跡控制

        (1)用大鉆鋌,小鉆壓,不要壓彎鉆柱。

        (2)在降斜效果不好的情況下,可降低轉(zhuǎn)速

        (3)常采用的降斜鉆具組合為:222.30mmPDC鉆頭+直螺桿+172mm無(wú)磁DC+懸掛短節(jié)+127mmHWDP*1根+127mmDP*89根

        5.結(jié)論

        (1)在鄂北杭錦旗工區(qū),增斜井段常采用1.5°動(dòng)力鉆具就可能獲得高造斜率,并采用MWD無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀嚴(yán)格監(jiān)控井眼軌跡,通過(guò)調(diào)整和控制動(dòng)力鉆具的工具面,可以獲得較穩(wěn)定的井眼全角變化率。滿(mǎn)足水平井中靶要求,同時(shí)提高機(jī)械鉆速,獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

        (2)采用動(dòng)力鉆具為主鉆模式,能在增斜井段能獲得高造斜率,并采用MWD無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀嚴(yán)格監(jiān)控井眼軌跡,通過(guò)調(diào)整和控制動(dòng)力鉆具的工具面,可以獲得較穩(wěn)定的井眼全角變化率,幾乎不存在方位漂移的問(wèn)題。因此,造斜井段井眼軌跡控制工藝技術(shù)研究的重點(diǎn)是在不同的井眼條件下,如何選擇不同角度的彎套動(dòng)力鉆具來(lái)獲得需要的造斜率,并研究與之相關(guān)因素的影響規(guī)律。

        (3)井眼軌跡控制的對(duì)象是控制穩(wěn)定的井眼全角變化率,使之得到與設(shè)計(jì)的井眼軌道相符合的連續(xù)的軌跡點(diǎn)位置和矢量方向。從提高水平井鉆井速度和效益的角度來(lái)講,針對(duì)水平井的井眼軌道設(shè)計(jì),合理選擇動(dòng)力鉆具的角度及與之配合的鉆頭、測(cè)量工具以及合理的鉆進(jìn)參數(shù)和技術(shù)措施,使每套鉆具組合達(dá)到設(shè)計(jì)的目的,是水平井井眼軌跡控制的關(guān)鍵。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 蘇義腦.水平井井眼軌跡控制.北京.石油工業(yè)出版社.2000

        [2] 蘇義腦.大斜度井和水平井井眼軌跡控制的幾個(gè)問(wèn)題.石油鉆采工藝.1992.2:22-26

        [3] 韓志勇.關(guān)于大位移井軌跡設(shè)計(jì)問(wèn)題的思考.石油工程學(xué)會(huì)大位移井理論研討會(huì)論文集.西安.1997.11

        [4] 侯煉,黃志強(qiáng),吳健,游堯,孫偉.PX11-1HF水平井井眼軌跡控制技術(shù)[J].河南科技,2013(9):29-30.

        [5] 蘇義腦.水平井井眼軌跡控制.北京.石油工業(yè)出版社.2000

        作者簡(jiǎn)介:毛永飛(1987-),性別:男,籍貫:河南省鄭州市,職稱(chēng):助理工程師,研究方向:石油工程鉆井工藝技術(shù)。

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