樁西灘海大位移定向井老168-斜18井鉆井工藝

劉永旺,郭 杰,胡昌蓬,王慶峰

(1.中國石油大學(華東）石油工程學院,山東青島 266555;2.中國石油大學(華東）機電工程學院,山東東營257061;3.中國石化勝利鉆井工程技術公司,山東東營 257064）

樁西灘海大位移定向井老168-斜18井鉆井工藝

劉永旺1,郭 杰2,胡昌蓬3,王慶峰3

(1.中國石油大學(華東）石油工程學院,山東青島 266555;2.中國石油大學(華東）機電工程學院,山東東營257061;3.中國石化勝利鉆井工程技術公司,山東東營 257064）

老168-斜18井是勝利油田在樁西灘海地區(qū)鉆成的一口井斜達到63.70°的大位移海油陸采井。由于造斜點淺、造斜井眼較大、造斜地層軟、水平位移大、大斜度穩(wěn)斜段長等,該井施工困難極大。為保證施工的順利進行,針對鉆遇地層的特點,通過制定有效軌跡控制方案,選取合理的造斜工具及鉆具組合,實施合理的鉆井參數(shù)及技術措施,同時進行簡化鉆具結(jié)構(gòu)和安全管理技術措施等,順利完成了鉆井任務。從井眼軌跡精確控制、優(yōu)質(zhì)鉆井液技術、安全鉆進措施、大井斜長穩(wěn)斜井段套管下入等方面介紹了該大位移井實施過程中采取的技術或措施。這些技術及措施的應用不僅避免和降低了井下事故的發(fā)生,而且施工井滿足開發(fā)要求,對該區(qū)域灘海大位移海油陸采井的施工具有較高的借鑒意義。

老168-斜18井;灘海;大位移井;鉆井工藝;技術措施

在勝利油田樁西地區(qū)的海上和近海都含有豐富的石油資源。目前實現(xiàn)“海油陸采”主要有3條途徑:一是借助于淺海鉆井平臺在海里鉆叢式井組;二是在人工島或者近海陸上利用斜直井鉆機鉆斜直井;三是在人工島或者近海陸上鉆淺層大位移定向井[1-2]。經(jīng)多方論證,開發(fā)樁西淺海油田,前兩種途徑,鉆井投資比較高,不利于降低勘探成本,探索實施淺層大位移定向鉆井是開發(fā)該油田的有效途徑。

老168-斜18井是近期在人工島上完成的一口大位移海油陸采定向井,完鉆井深2 425 m,垂深1 445.20 m,水平位移1 765.03 m,位垂比為1.22∶1,靶心距1.26 m。實際造斜點218.41 m,最大井斜63.7°。由于造斜點淺、造斜井眼大、造斜率高,水平位移大,大斜度穩(wěn)斜段長等,該井施工困難極大。該井采用常規(guī)32塔式鉆機施工,在施工中通過采用多項大位移鉆井技術,全井施工安全無事故,鉆井周期僅16 d(含3 d停工時間）,圓滿完成了各項鉆探任務,實現(xiàn)了安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井的目標。

1 設計情況

1.1 地質(zhì)簡況

老168-斜18井為開發(fā)老168井區(qū)館陶組油藏鉆探的新區(qū)產(chǎn)能建設井,地質(zhì)分層見表1。

表1 老168-斜18井地質(zhì)分層Tab.1 Formation classification of Lao168-xie18 well

1.2 井眼軌跡設計

老168-斜18井采用”直—增—穩(wěn)”三段制井身剖面,分段設計數(shù)據(jù)見表2。該剖面設計簡單,現(xiàn)場施工容易實現(xiàn)。

表2 老168-斜18井井眼軌跡設計Tab.2 Trajectory design of Lao168-xie18 well

1.3 井身結(jié)構(gòu)設計

上部地層極軟,容易坍塌,同時造斜后極易出現(xiàn)軟鍵槽。設計定向后,在明化鎮(zhèn)組底部下入技套,及時封住上部松軟地層和狗腿度較大的造斜段。設計井身結(jié)構(gòu)見表3。

表3 老168-斜18井井身結(jié)構(gòu)設計Tab.3 Casing program design of Lao168-Xie18 Well

2 鉆井施工難點分析和采取的技術措施

2.1 面臨的主要困難

(1）造斜點淺、較軟的地層導致造斜困難。設計造斜點井深僅250 m,在第四系平原組,地層為極松軟的黏土及流沙層;且定向段井眼直井為Ф311.1 mm,在如此軟的淺地層中進行 Ф311.1 mm井眼定向,由于水力作用,根本加不上鉆壓,工具面亦不穩(wěn)定,井徑擴大率大,造斜率很難達到設計目標。

(2）井眼軌跡控制難度大。設計井斜角為61.16°的穩(wěn)斜井段長達 1 773.30 m,井眼軌跡控制相當困難;地層軟,水力沖擊破巖顯著,常規(guī)穩(wěn)斜鉆具難以保證穩(wěn)斜效果,頻繁更換鉆具組合,不僅影響施工速度,還易導致井下復雜情況。

(3）地層造漿嚴重,易泥包穩(wěn)定器。斜井段為明化鎮(zhèn)及館陶組地層,地層中的泥巖成分遇水水化,吸水膨脹嚴重。容易泥包穩(wěn)定器,導致起鉆困難,甚至造成井眼坍塌,出現(xiàn)劃眼,且劃眼易出新眼。

(4）井斜較大,容易形成巖屑床。該井的最大井斜角為61.16°。根據(jù)以往鉆井經(jīng)驗,井斜角45°～90°井段定向鉆進時,井眼不易清潔、摩阻扭矩相對較大且預測困難,較大的摩阻扭矩極易導致井下事故[3]。

(5）穩(wěn)斜段較長,容易形成鍵槽,造成卡鉆。由于穩(wěn)斜段長達1 773.30 m,施工周期長,長時間的鉆進導致增斜段極易產(chǎn)生鍵槽,造成卡鉆事故。

(6）直徑段較淺,套管下入重力小,而水平位移比較大,因此下套管困難,并且套管居中性差,容易導致固井竄槽的問題。

2.2 采取的技術措施

針對以上難點,根據(jù)以往鉆探經(jīng)驗[3-7],在本井施工過程中采用了如下幾項技術:

(1）針對造斜點淺、造斜地層較軟的問題,選用大水眼、大尺寸、大彎度井下彎殼體且配備有偏心穩(wěn)定器的中空螺桿,來滿足施工中造斜率和攜砂的要求。

(2）鉆井方式采用導向鉆進方式,用導向工具配合復合無線隨鉆進行井眼軌跡控制。井眼軌跡測量采用無線隨鉆測量方式,儀器采用 PLMMWD無線隨鉆測斜儀,以滿足復合井眼大排量的需求。

(3）為保證井下安全作業(yè)施工,優(yōu)化鉆進中的鉆具組合,簡化了鉆具組合,加強全井施工與安全技術措施。

(4）采用優(yōu)質(zhì)鉆井液,增加潤滑性,提高井壁穩(wěn)定性及攜巖效果。

(5）起下鉆時要注意預防鍵槽卡鉆,如阻卡現(xiàn)象嚴重,可下入破鍵器破壞鍵槽,以防止發(fā)生卡鉆事故。

(6）完井下套管過程中,分段循環(huán),降低循環(huán)阻力,并及時清除下套管過程中除下的泥餅,增加套管扶正器的數(shù)量,改善水泥漿的性能,以提高固井質(zhì)量。

3 井眼軌跡的精確控制技術

3.1 一開直井段(51～250 m）

為了確保直井段打直,一開(51～151 m）以及二開直徑段(151～250 m）采用光鉆鋌鉆具組合控壓吊打,一開鉆具組合:Φ444.5 mm鉆頭+Φ203.2 mm鉆鋌54 m(其中無磁 9 m）+Φ127 mm鉆桿。鉆壓 50～60 kN,轉(zhuǎn)速150～170 r/min,流量55 L/s,泵壓15 MPa。二開鉆具組合:Φ311.1 mm鉆頭+Φ203.2 mm鉆鋌54 m(其中無磁9 m）+Φ127 mm鉆桿。鉆壓30～40 kN,轉(zhuǎn)速 150～170 r/min,流量 35 L/s,泵壓 17 MPa。本井段最大井斜角0.20°(測深194.07 m）,井底位移0.17 m,從而為造斜段和穩(wěn)斜段的施工創(chuàng)造了良好條件。

3.2 初始定向段(251～657.73 m）

由于該大位移定向井斜井段長,施工中受各種因素的影響,井眼方位難免出現(xiàn)超出一定范圍的方位偏離,而不可避免地需要進行方位的調(diào)整。在井眼方位的調(diào)整控制過程中,要綜合考慮,盡量減少井眼的狗腿嚴重度[8-9]。首先要選好井眼方位調(diào)整的時機,由于該井設計了下技術套管,且技術套管下至穩(wěn)斜段,因此方位控制選在下技術套管之前,將井眼方位調(diào)整到合適的范圍內(nèi),避免在下技術套管之后不久調(diào)整方位,以免形成鍵槽,對后續(xù)施工造成困難。其次,調(diào)方位井段選擇在井斜角增至40°以前,避免在大井斜下調(diào)整方位。再就是井眼方位的調(diào)整既不能太急,也不能一次調(diào)整方位太多,易采用緩慢調(diào)整方位和分段調(diào)整方位的方法[5]?？紤]到以上原因,本井需在定向段將方位調(diào)整至最佳。

考慮到造斜率的要求,選用1.75°中空單彎螺桿鉆具,增加循環(huán)排量,定向開始選定好方位角,全力增斜鉆進,為了滿足設計軌道的要求和減少起下鉆作業(yè)次數(shù),在每一單根內(nèi)采用復合鉆進與滑動鉆進相結(jié)合的方式,實現(xiàn)了實鉆軌跡基本穩(wěn)斜的要求。在鉆進中,根據(jù)震動篩及離心機返砂情況,及時搞短起下,每鉆進100～150 m,搞一次短起,并做到長起和短起相結(jié)合的原則(長起起至套管斜;短起起至上一趟鉆所鉆井深）,有效地破壞了“巖屑床”的沉積狀態(tài)和位置,達到了凈化井眼的目的。

考慮到施工中的安全以及其他因素,需要簡化下部鉆具結(jié)構(gòu),減少鉆鋌數(shù)量,使用加重鉆桿,來防止因鉆具原因引起的鍵槽卡鉆。其鉆具組合為:F311.2 mm鉆頭(牙輪）+F197 mm 1.75°單彎+531×410配合接頭 +411×4A10接頭 +F158.8 mm無磁鉆鋌+4A11×410接頭+411×520無磁懸掛+521×410接頭+F127 mm加重鉆桿×8柱+F127 mm鉆桿。鉆壓60～80 kN,轉(zhuǎn)速 60～75 r/min,流量 35 L/s,泵壓 15 MPa。鉆井過程中工具的實際造斜率為17.1°/100 m,達到了設計的要求。在該段鉆進施工過程中,未出現(xiàn)井下復雜狀況。

3.3 穩(wěn)斜段(657.74～2 425.00 m）

Ф311.1 mm井眼鉆至1 008.00 m,下入套管封固。Ф215.9 mm井眼采用定向鉆具組合繼續(xù)鉆進,鉆具結(jié)構(gòu) F215.9 mm鉆頭 +F172 mm 1.25°單彎+431×4A10接頭+F158.8 mm無磁鉆鋌+4A11×410接頭+411×520無磁懸掛+521×410接頭+F127 mm加重鉆桿×10柱+F127 mm鉆桿。

本井段采用MWD監(jiān)測井眼軌跡,采用滑動與旋轉(zhuǎn)兩種鉆進方式交替進行施工,通過調(diào)整兩種不同鉆進方式的不同鉆進長度比例,來達到穩(wěn)斜目的。隨著地層相對變硬及摩阻的增加,旋轉(zhuǎn)鉆進鉆壓由30 kN逐漸增加到80 kN,滑動鉆進鉆壓由60 kN逐漸增加到120 kN。復合鉆進表現(xiàn)為微增井斜,增斜率約為0.5°/10 m。該井大部分井段采用旋轉(zhuǎn)復合鉆方式完成,根據(jù)井眼軌跡的變化,適時采用滑動鉆及時調(diào)整井斜角,保持了井眼軌跡沿設計線延伸。

4 優(yōu)質(zhì)鉆井液技術

選擇的鉆井液配方:0.4%純堿+1%防塌潤滑劑+3%水化般土+1%ORH+1%DYRH-3+0.3%KPA+0.9%銨鹽+1.2%HA樹脂+0.08%黃原膠(XC）,為了保證鉆井液的潤滑性能,選用低固相鉆井液,在配漿時,采用低般含或無般含原漿;加入足量的大分子聚合物,配以適量的小分子聚合物,調(diào)整泥餅質(zhì)量,保證泥餅潤滑性。隨著井深的增加,井斜的增大,及時加入潤滑劑,提高鉆井液的潤滑性能。鉆進過程中,充分利用固控設備最大限度的清除鉆屑,以滿足設計要求?？刂迫文ψ柘禂?shù)小于0.1。為了維護井壁的力學穩(wěn)定,需要維護鉆井液的濾失性在設計范圍內(nèi)。并利用抑制劑,保證鉆井液的抑制能力。同時,大分子聚合物、小分子聚合物結(jié)合來形成高質(zhì)量泥餅。為了滿足攜巖的要求,鉆井液中般土含量維持在3%左右,以保證當加入聚合物時,鉆井液形成足夠的結(jié)構(gòu)力。使用XC提高鉆井液的動切力,提高其攜巖能力。在311.1 mm井眼段,適當?shù)奶岣咩@井液的動切力,特別是當井斜角在45～60°時,動切力的提高梯度為 3.5～6.0～13.5 Pa,滿足了攜巖要求。另外工程上利用開轉(zhuǎn)盤,上下活動鉆具、短起鉆等措施,破壞巖屑床。為了實現(xiàn)油氣層的保護,選用兩種超細碳酸鈣作為暫堵劑和加重劑。一種為灰質(zhì)碳酸鈣可實現(xiàn)暫堵和降失水作用,另一種為顆粒碳酸鈣,暫堵直徑較大的孔隙。鉆井液中加入非滲透處理劑進行油層保護,以控制鉆井液和水泥漿液相進入油層。通過上述措施,鉆具在井眼內(nèi)的摩阻扭矩較小,調(diào)整軌跡時滑動鉆進加壓正常,保證了該井的順利施工。同時鉆井液具有良好的防塌性能和防粘卡性能,在施工過程中,未出現(xiàn)井壁脫落及阻卡等現(xiàn)象。

5 安全鉆進措施

施工中還應注意:接單根時放好鉆桿濾清器;下鉆過程,立柱底部要干凈,防止雜物進入水眼堵塞MWD接頭;螺桿鉆具選用多頭大功率的,鉆井過程中保護好螺桿鉆具,減少因鉆具破壞而導致的起下鉆次數(shù);在鉆具組合中盡量減少接頭數(shù)量,簡化鉆具結(jié)構(gòu),以利于井下安全[7]。通過以上措施,該井全井未發(fā)生任何安全事故。

6 大井斜長穩(wěn)斜井段套管下入技術

長裸眼段的大斜度井段下入套管面臨的問題有:由于直井段淺,直井段套管重量輕,套管不容易下至完鉆井深;由于摩阻較大,導致下套管過程容易遇阻;套管居中程度差,固井頂替效率低等。

針對以上問題,采取以下技術措施:一是完鉆后,按正常排量循環(huán),井底清洗干凈后短起至表套套管鞋處,驗證整個裸眼段是否存在泥糊井壁現(xiàn)象。起下鉆暢通無阻后開始下套管;二是針對井徑較大的井段可采用套管旋流器,增加套管扶正器個數(shù),使得套管居中;三是下完套管后,使用防塌降黏降失水劑 FTJN降低黏切至45～55 s,大排量沖去虛泥餅后開始固井,并改善水泥漿性能的方法提高固井質(zhì)量。實踐證明,通過采用以上措施,既克服了大井斜長穩(wěn)斜井段套管下入的難題,又保證了固井質(zhì)量。

7 結(jié)論與認識

(1）老168-斜18井造斜點淺,地層松軟,井徑大,進尺快,井眼軌跡控制難度大。因此,為確保工具造斜能力和定向一次成功,宜采用大角度單彎螺桿鉆具造斜。施工時,嚴格控制造斜率,在軌跡允許的情況下,寧小勿大,以保證電測的順利進行以及大尺寸套管順利下入。

(2）大井眼排量大,井眼抗沖刷差,易垮塌,因此,在定向施工中做到排量穩(wěn)定,嚴禁排量忽大忽小,使井徑成“糖葫蘆”狀,給井下造成事故隱患。

(3）為避免在大井斜條件下鉆進,出現(xiàn)鉆柱吸附卡鉆,宜采用加重鉆桿替代鉆鋌,可滿足鉆機負荷提升;用斜坡鉆桿可減少鉆具摩阻;增加鉆井液排量及鉆井液環(huán)空返速,輔之倒劃眼和短起下鉆,可有效清潔井眼。同時根據(jù)井下情況,及時搞好短起下鉆。

(4）優(yōu)良的鉆井液體系和凈化設備是灘海軟地層大位移井鉆井成功的重要保證。

(5）暢通的井眼,優(yōu)化的套管扶正器個數(shù)可以改善套管居中程度,固井過程中,采用優(yōu)質(zhì)的水泥漿可以提高固井的質(zhì)量。

(6）軟地層定向造斜,鉆井液選型、排量優(yōu)選都有待進一步的研究與完善。

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Drilling technology for extended reach directional well Lao168-Xie18 in Zhuangxi Shallow Sea Oilfield

Liu Yongwang1,Guo Jie2,Hu Changpeng3,Wang Qingfeng3(1.College of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Qingdao266555;
2.College of Mechanical and Electronic Engineering,China University of Petroleum,Dongying257061;3.Shengli Drilling Engineering and Technology Company,SINOPEC,Dongying257064）

Well Lao168-Xie18 was an extended reach directional(ERD）well with the maximum hole inclination of 63.70°.It was an offshore well producing from onshore location in Zhuangxi offshore field.Great difficulties were encountered in drilling the well due to the shallow kick-off point,large diameter and soft formation of the angle-building section,long horizontal displacement,and so on.In order to insure the drilling operation,based on those characteristics in different strata,effective trajectory control scheme was designed,reasonable deflecting tool and drilling tool assembly were selected with reasonable drilling parameters and technology.Meanwhile noticeable effects in simplifying the drilling structures and safety management were acquired.The techniques and measures taken in the drilling phases are introduced in this paper,including accurate control of well trajectory,application of high quality drilling fluid,safety drilling measures,running casing in long hold section with big inclination,etc.The application of these technologies and measures not only avoids and decreases downhole accidents but also meets development requirements.These techniques offer significant reference for drilling of ERD wells in this block.

Lao168-Xie18 well;shallow sea;extended reach well;drilling technology;technical measures

TE243

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.01.096

1008-2336(2010）01-0096-05

2009-11-16;改回日期:2009-12-28

劉永旺(1983—）,男,碩士,在讀博士研究生,主要從事井下系統(tǒng)信息與控制工程、井下工具開發(fā)、定向井設計的相關研究工作。E-mail:liuyongwang2003@163.com。