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        渤海某油田大位移井摩阻系數(shù)取值問題研究

        2021-05-20 00:40:58聶光輝席江軍陳清正楊元超
        科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2021年12期
        關(guān)鍵詞:摩阻井段扶正

        聶光輝 席江軍 賈 雍 陳清正 楊元超

        (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、中海石油有限公司天津分公司,天津300457)

        1 下套管摩阻系數(shù)的取值問題

        摩阻系數(shù)的取值直接影響大位移井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計及下套管工藝的選擇。實際應(yīng)用中,鉆進(jìn)和下套管工況的摩阻系數(shù)差異較大,預(yù)測與實際情況誤差較大。一般設(shè)計摩阻系數(shù)通過經(jīng)驗參考值和現(xiàn)場實測值反算獲得,不同鉆井液體系下的摩阻系數(shù)有所不同。對于鉆進(jìn)時鉆具在井眼內(nèi)的摩阻系數(shù)和下套管時的摩阻系數(shù)都可以進(jìn)行懸重擬合反算。在大位移井實施中更應(yīng)該不斷校正以得到準(zhǔn)確的摩阻系數(shù)。

        1.1 起下鉆和下套管實際摩阻系數(shù)反演

        選取渤海某油田大位移井(大斜度)8 口,均采用水基鉆井液,通過懸重反演得到以下數(shù)據(jù),如表1。

        從8 口井的反算結(jié)果看,鄰井鉆進(jìn)過程中,Φ311.15 mm 井段鉆具起下鉆在套管內(nèi)和裸眼段摩阻系數(shù)明顯小于下套管摩阻系數(shù)。

        實際上,鉆進(jìn)期間起下鉆時鉆具尺寸普遍較小,摩阻集中在鉆頭和尺寸較大的鉆井工具位置。而下套管的工況是井眼已鉆成,下入的套管尺寸大,Φ311.15 mm 井段中套管扶正器外徑達(dá)到了Φ311.15 mm,接箍外徑Φ269.88 mm。而套管柱動輒200-300 根套管,大尺寸剛性扶正器數(shù)量100 個以上的情況極為平常,因而下套管的摩阻系數(shù)更大。

        1.2 套管扶正器對摩阻系數(shù)的影響

        針對套管扶正器,前人做了大量研究,推薦選用剛性扶正器或者滾珠的剛性扶正器。剛性扶正器對于套管居中度有較好的效果,但是安裝剛性扶正器的數(shù)量和位置對摩阻系數(shù)有較大的影響。

        在部分井徑擴(kuò)大井段,扶正器對套管居中幾乎不起作用,反而會因為扶正器外徑大刮削砂泥巖交界面的巖屑,造成井下二次巖屑堆積及局部的砂橋。因而下套管之前還應(yīng)參照地質(zhì)錄井圖,將扶正器安裝在井徑規(guī)則井段,優(yōu)化扶正器的數(shù)量和安裝位置,最大程度保證套管居中的同時,減少扶正器對井眼的破壞,造成后期砂橋。

        表1 大位移井(大斜度井)摩阻數(shù)據(jù)表

        圖1 G35/G01H 井下9-5/8 套管摩阻反演圖

        2 套管下入方式與降阻措施(圖1)

        2.1 關(guān)于套管下入方式

        2.1.1 漂浮接箍和常規(guī)下套管方式

        以渤海蓬萊淺層的大位移井G26H 井為例,討論鉆前設(shè)計中下套管摩阻系數(shù)取值對開發(fā)方案的影響。G26H 井的一開Φ406.4 mm 井段為表層大井眼增斜井段,井斜角64°左右。二開Φ311.15 mm 井段為長裸眼高井斜穩(wěn)斜及二次增斜著陸井段,裸眼長2290m,井斜角87.2°、扭方位20°,本井垂深1226.50m,水平位移2868.04 m,水垂比為2.42。要在此井段下入Φ244.475 mm 套管,摩阻問題突出。

        鉆前設(shè)計中,對Φ311.15mm 井段摩阻系數(shù),依照本區(qū)塊鄰井的摩阻系數(shù)0.30 與0.40。因本區(qū)塊唯一的大位移井G35 井下套管摩阻系數(shù)0.3/0.40,不使用漂浮接箍時,Φ244.475 mm 套管下到位后,下放懸重24t,因而前期設(shè)計考慮并準(zhǔn)備了漂浮接箍。

        現(xiàn)場監(jiān)督研究反演圖后發(fā)現(xiàn),2400m 以后實際的下放大鉤懸重出現(xiàn)偏差,仔細(xì)比對套管表和下套管方式,發(fā)現(xiàn)本井扶正器安裝數(shù)量明顯超過其他井的數(shù)量,而井型類似的G01H 井扶正器數(shù)量合適,摩阻系數(shù)明顯較低且與模擬曲線擬合更精準(zhǔn)。

        2.1.2 頂驅(qū)下套管方式

        本區(qū)域Φ244.475 mm 套管使用CDS 頂驅(qū)下套管工藝,中途遇阻的情況下,可以隨時使用頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)(不超過套管上扣扭矩),同時可以滿足隨時開泵,對大位移井下套管的復(fù)雜情況處理有極大的好處。

        2.2 關(guān)于井筒降摩阻技術(shù)

        摩阻系數(shù)受井眼軌跡、鉆井液性能、泥餅質(zhì)量、地層巖性、管柱結(jié)構(gòu)以及井眼清潔程度等因素的影響。為有效降低在Φ311.15 mm 井段中下Φ244.475 mm 套管的摩阻,G26H 井綜合采取井眼軌跡控制、井眼凈化、增強(qiáng)鉆井液潤滑性等措施。

        2.2.1 保證井眼軌跡平滑

        G26H 井Φ311. 15 mm 井段為長裸眼高井斜穩(wěn)斜及二次增斜井段,穩(wěn)斜長達(dá)2009 m,二次增斜長210m。井眼軌跡控制的主要難點在于穩(wěn)斜鉆進(jìn)中存在方位右漂、井斜穩(wěn)不住的情況。

        選擇底部鉆具組合為:Φ311.15 mm PDC 鉆頭+Φ244 mm GP9600 + Φ203.2 mm LWD (PM+ILS)+ Φ203.2mm MWD (M5)+Φ203.2mm 負(fù)脈沖工具 +Φ203.2mm 濾網(wǎng)短接+ Φ203.2 mm浮閥短節(jié)+Φ203.2 mm 機(jī)械震擊器+ 配合接頭( 631 × DSHT 55B) +Φ139.7 mm 加重鉆桿5 根 +Φ311 mm 微擴(kuò)眼器 +Φ139.7 mm 加重鉆桿9 根。其中,GP9600 的穩(wěn)斜和造斜能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定,既能滿足3.5°/30m 設(shè)計造斜率,又能避免大狗腿出現(xiàn),有助于使井段軌跡平滑。

        Φ311.15 mm 鉆進(jìn)至新地層之后,穩(wěn)斜鉆進(jìn)之后增井斜至設(shè)計穩(wěn)斜角( 76.5°~77°) ,保持方位不變,繼續(xù)鉆進(jìn)至深度2960m 左右。然后發(fā)指令進(jìn)入二次造斜至著陸井斜,最后成功以88°井斜著陸。

        鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)方位右漂和掉井斜的情況,根據(jù)巖性的不同,跳出穩(wěn)斜模式,通過drillspan 發(fā)指令,實時調(diào)整。在砂巖段地層有降斜趨勢且井斜降低過快時,控制排量由4200L/min 降至3700 L/min,轉(zhuǎn)速由120 r/min 降至70~90r/min,增加鉆壓至9~15 t,以克服降斜問題。

        2.2.2 大位移井眼清潔

        G26H 井二開Φ311.15 mm 井段從783m~1800m 采用海水鉆進(jìn),配合旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具實行高轉(zhuǎn)速、高排量鉆進(jìn),每鉆完一個立柱,掃高黏流體段塞( 稠膨潤土漿) 10m3,清掃巖屑。在1800m以后,轉(zhuǎn)化為PEM 鉆井液體系,沿用“低粘高切”策略,增加攜砂能力的同時增加對井壁的沖刷。

        采用機(jī)械手段輔助清巖。在鉆進(jìn)至2400m 之后,倒劃眼起鉆至套管鞋,下鉆至井底繼續(xù)鉆進(jìn)。在著陸之后,再次倒劃眼起鉆至套管鞋。通過兩次倒劃眼,將裸眼段巖屑攜帶干凈。配合偏心的微擴(kuò)眼器,可以將井眼在倒劃過程中將井筒擴(kuò)大至Φ326.24 mm,進(jìn)一步輔助清理巖屑床。

        另外保證井眼的環(huán)空返速,本井使用負(fù)脈沖工具M(jìn)WD,它是通過將泥漿從鉆具內(nèi)分流到環(huán)空,造成負(fù)壓波動被地面?zhèn)鞲衅魈綔y解碼。優(yōu)點是能在相同的泵壓時保持更高的排量,進(jìn)而保證了攜巖效率。

        2.2.3 增強(qiáng)鉆井液潤滑性

        A 井二開Φ311.15 mm 井段上部井段海水鉆進(jìn),下部井段轉(zhuǎn)化為PEM 鉆井液體系,在下部井段通過適度添加LUBE 等潤滑劑,將扭矩和摩阻控制住。中完之后,倒劃眼起鉆至套管鞋,循環(huán)至井眼清潔后,下鉆至井底,通過加入RT101,BLAB 等潤滑材料,進(jìn)一步降低井眼摩阻系數(shù)。

        3 實鉆后摩阻系數(shù)校正反演

        G26H 井中完結(jié)束,在處理完井筒后,實測鉆柱在井眼內(nèi)的正常上提下放載荷、空轉(zhuǎn)扭矩,校正反演下套管的摩阻系數(shù),結(jié)果如圖2 所示。裸眼內(nèi)起下鉆摩阻系數(shù)為0.20,套管內(nèi)的平均摩擦系數(shù)為0.17。

        圖2 鉆柱的大鉤懸重摩阻反演圖

        相對于鉆前設(shè)計的摩阻系數(shù)最大取值( 套管內(nèi)0.30、裸眼段0.40) ,中完后實測的摩阻系數(shù)誤差超過了80%。分析G26H井下套管風(fēng)險及摩阻敏感性,最終決定以G01H 井(套管內(nèi)0.25,裸眼內(nèi)0.35)的摩阻系數(shù)取值,Φ244.475 mm 套管到位后上提下放懸重分別為138.6t,38.5 t,遠(yuǎn)大于鉆井平臺頂驅(qū)重量(18 t)。這說明在現(xiàn)有井眼條件下,采用常規(guī)方式下入Φ244.475 mm 套管是完全可行的。

        4 現(xiàn)場應(yīng)用效果

        基于實鉆中完后實測反演的摩阻系數(shù)以及對下套管摩阻的預(yù)測,現(xiàn)場取消了漂浮下套管方案。在采用常規(guī)方式下套管期間,不同井深處的上提下放懸重情況如圖3 所示,發(fā)現(xiàn)大鉤懸重曲線與實際反演曲線擬合良好,極具參考價值。

        圖3 G26H 井下9-5/8 套管摩阻反演圖

        套管下到位,反演套管內(nèi)/裸眼段摩阻系數(shù)分別為0.22/0.27。這與下套管前基于摩阻系數(shù)校正后的摩阻系數(shù)(套管內(nèi)/裸眼段摩阻系數(shù)分別為0.17/0.20)相關(guān)性較好,這是因為套管柱外徑尺寸大的接箍和扶正器數(shù)量較多,摩阻系數(shù)增加值與經(jīng)驗值(0.05-0.15)。同時,扶正器位置相對于鄰井做了進(jìn)一步優(yōu)化,避免了井底二次砂橋產(chǎn)生,相比鄰井下套管的摩阻系數(shù)有一定降低。

        相對于漂浮下套管作業(yè)而言,采取常規(guī)方式下入套管,可減少使用進(jìn)口漂浮接箍,縮短循環(huán)排氣時間,同時在下入過程中出現(xiàn)井控情況時及時處理。

        5 結(jié)論

        從工程應(yīng)用角度看,鉆前設(shè)計確定的下套管摩阻系數(shù),容易忽視實際井況與下套管工況的差異,預(yù)測的下套管摩阻與實際值相差較大,因而需要實時反演井眼的摩阻系數(shù),基于本井下套管之前的起下鉆摩阻反演分析,對下套管摩阻預(yù)測更具有參考價值。同時,通過對扶正器的安裝數(shù)量和位置的優(yōu)化,也能適當(dāng)減小摩阻系數(shù)。

        不同井區(qū)的下套管摩阻系數(shù)會有所不同,鉆前設(shè)計時有必要對同一區(qū)域的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計對比,根據(jù)相應(yīng)的反演摩阻系數(shù),建立區(qū)域摩阻系數(shù)數(shù)據(jù)庫,做出對該區(qū)域作業(yè)有實用價值的摩阻系數(shù)參考圖版。

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