幾種防斜技術(shù)在宣頁 1井的試驗(yàn)應(yīng)用

楊 力

(中國石化集團(tuán)華東石油局,江蘇南京 210019)

幾種防斜技術(shù)在宣頁 1井的試驗(yàn)應(yīng)用

楊 力

(中國石化集團(tuán)華東石油局,江蘇南京 210019)

宣頁 1井是一口評(píng)價(jià)頁巖氣資源潛力的探井,設(shè)計(jì)垂深 2570 m,該井主要鉆遇中古生界地層,巖性致密,可鉆性極值達(dá) 8～10級(jí),地層傾角 45°左右。在分析塔式鉆具、偏心鉆具、復(fù)合鉆進(jìn)、垂直鉆井等防斜技術(shù)防斜機(jī)理的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)介紹了各種防斜技術(shù)在該井試驗(yàn)應(yīng)用試驗(yàn)情況,并針對(duì)各種防斜技術(shù)的應(yīng)用效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

宣頁 1井;防斜;塔式鉆具;偏心鉆具;復(fù)合鉆進(jìn);垂直鉆井

石油鉆井中的直井防斜一直是一項(xiàng)未能根本解決的技術(shù)難題,是制約鉆井降本增效的“瓶頸”。幾十年來,國內(nèi)外的直井防斜技術(shù)發(fā)展迅速,針對(duì)不同地層特點(diǎn)呈現(xiàn)出多種多樣的防斜糾斜技術(shù)。主要分有 3類,即:靜力學(xué)防斜、動(dòng)力學(xué)防斜和工具防斜。靜力學(xué)防斜有滿眼鉆具組合防斜技術(shù)、鐘擺鉆具組合防斜技術(shù)等,動(dòng)力學(xué)防斜有偏軸 (心)組合防斜技術(shù)、柔性組合防斜技術(shù)、復(fù)合鉆進(jìn)防斜技術(shù)等,工具防斜技術(shù)有自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)等[1]。宣頁1井在施工過程中,針對(duì)上述幾類防斜技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)應(yīng)用,并取得了一定的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn),為高陡、高研磨性地層防斜打直提供了良好的借鑒作用。

1 工程概況

宣頁 1井為直井,設(shè)計(jì)井深 2570 m,鉆遇地層有第四系;奧陶系上統(tǒng)于潛組、黃泥崗組,中統(tǒng)硯瓦山組、胡樂組、牛上組,下統(tǒng)寧國組、印渚埠組;寒武系上統(tǒng)西陽山組、華嚴(yán)寺組,中統(tǒng)楊柳崗組、大陳嶺組,下統(tǒng)荷塘組;震旦系上統(tǒng)西尖山組。其中荷塘組為本井主要目的層,巖性為黑色泥巖與含硅質(zhì)泥巖互層。設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)為:一開采用 “444.5 mm鉆頭鉆穿第四系至井深 120 m;二開采用 “311.1 mm鉆頭鉆至楊柳崗組底界 2040 m,三開采用 “215.9 mm鉆頭鉆穿荷塘組底部完鉆。井底最大位移要求不大于80 m。

2 塔式鉆具防斜技術(shù)

鉆具組合:“311.1 mm鉆頭 +“203.2 mm鉆鋌×52 m+“177.8 mm鉆鋌 ×17 m+“165.1 mm無磁鉆鋌 ×9 m+“127 mm鉆桿;鉆進(jìn)參數(shù):鉆壓 6～8 kN,轉(zhuǎn)速 50 r/min;應(yīng)用井段:124.50～210.27 m;鉆進(jìn)地層:寧國組、印渚埠組。

使用效果:最大井斜 3.06°,平均機(jī)械鉆速 2.05 m/h。

塔式鉆具組合在直井段內(nèi)所產(chǎn)生的側(cè)向力,存有一種微弱的增斜力,但隨著井斜的增加則可產(chǎn)生出較大的降斜率,且在不同鉆壓下基本保持常量[2]。實(shí)踐效果表明,塔式鉆具組合具鐘擺的防斜機(jī)理,雖不能保證一個(gè)較小角度的井斜角,但也不致使井斜角過大。由此可以說明,在復(fù)雜地區(qū),尤其是地層傾角較大、易斜井段較長(zhǎng)時(shí),單純地使用塔式鉆具組合不足以能夠很好地控制井斜。再則該項(xiàng)技術(shù)需配合小鉆壓吊打防斜,鉆井速度慢。

3 偏心鉆具防斜技術(shù)

鉆具組合:“311.1 mm鉆頭 +“228.6 mm偏心接頭 ×0.6 m+“228.6 mm鉆鋌 ×18 m+“203.2 mm鉆鋌 ×35 m+“177.8 mm鉆鋌 ×17 m+“165.1 mm無磁鉆鋌 ×9 m+“165.1 mm鉆鋌 ×44 m+“127 mm鉆桿;鉆進(jìn)參數(shù):鉆壓 40 kN,轉(zhuǎn)速 80 r/ min;應(yīng)用井段:210.27～479.67 m;鉆進(jìn)地層:印渚埠組。

使用效果:最大井斜 3.7°,平均機(jī)械鉆速 3.47 m/h。

偏心鉆具組合即為底部鉆具的幾何中心與重心不重合,使其在井眼內(nèi)做穩(wěn)定的弓形回旋運(yùn)動(dòng)。可以在較低的轉(zhuǎn)速下得到較大的離心力,保證穩(wěn)定的公轉(zhuǎn),使鉆頭均等切削井壁四周。由于鉆頭傾角在一周的回旋中作用抵消,因而消除了鐘擺鉆具中鉆頭傾角大于 0°造成的增斜作用而可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)斜鉆進(jìn),可以在傾斜地層中克服較大的地層力而達(dá)到糾斜目的[3]。實(shí)踐表明,該鉆具組合針對(duì)印渚埠組地層防斜效果一般。分析認(rèn)為,由于地層巖性致密,研磨性強(qiáng),偏心接頭轉(zhuǎn)動(dòng)所形成的鉆頭離心力無法有效克服巖石的抗研磨能力,從而導(dǎo)致防斜降斜效果不明顯。

4 復(fù)合鉆進(jìn)防斜技術(shù)

鉆具組合:“311.1 mm鉆頭 +“197 mm 1.25°單彎螺桿 +定向接頭 +“165.1 mm無磁鉆鋌 ×9 m +“165.1 mm鉆鋌 ×114 m+“127 mm鉆桿;鉆進(jìn)參數(shù):鉆壓 60 kN,轉(zhuǎn)速 40 r/min;應(yīng)用井段:589.19～805.61 m;鉆進(jìn)地層:印渚埠組。

使用效果:起始井斜較大,最大井斜達(dá) 4.89°,在施工過程中,利用糾斜作業(yè),使該井段井斜降至2.1°左右,井斜得到了明顯的控制,平均機(jī)械鉆速1.82 m/h。

復(fù)合鉆進(jìn)防斜技術(shù)是指采用螺桿鉆具配合高效鉆頭的鉆具組合來進(jìn)行復(fù)合鉆進(jìn),以此來實(shí)現(xiàn)防斜和提高機(jī)械鉆速的目的。該技術(shù)特點(diǎn)是在鉆進(jìn)過程中采用滑動(dòng)鉆進(jìn)與旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)相結(jié)合的方式,依據(jù)井眼軌跡變化情況,隨時(shí)采取相應(yīng)的鉆進(jìn)措施,可實(shí)現(xiàn)不需起鉆而采用定向糾斜技術(shù)進(jìn)行滑動(dòng)鉆進(jìn)。減少了起下鉆次數(shù),縮短了鉆井周期。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與應(yīng)用表明,復(fù)合鉆進(jìn)防斜技術(shù)具備高效糾斜能力,能夠有效且主動(dòng)控制井斜與方位,提高鉆井效率,簡(jiǎn)化了施工工序。但由于該鉆具受一定制約,不宜采用大鉆壓,機(jī)械鉆速較低,再則進(jìn)行滑動(dòng)鉆進(jìn)糾斜時(shí),易形成較大“狗腿彎”,造成井下復(fù)雜情況和后續(xù)施工困難[4]。

5 垂直鉆井防斜技術(shù)

鉆具組合:“311.1 mm鉆頭 +AVDS+“203.2 mm鉆鋌 ×8.5 m+“310 mm扶正器 +“203.2 mm鉆鋌 ×8.5 m+“177.8 mm鉆鋌 ×17 m+“165.1 mm鉆鋌 ×35 m+“127 mm加重鉆桿 ×19 m+“127 mm鉆桿;鉆進(jìn)參數(shù):鉆壓 60～80 kN,轉(zhuǎn)速 80 r/ min;應(yīng)用井段:805.6～1017.18 m;鉆進(jìn)地層:印渚埠組、西陽山組。

使用效果:垂鉆工具從 805.6 m下入,鉆至1017.18 m取出,進(jìn)尺 210.88 m,工具在井下工作103 h,累計(jì)純鉆 64 h,井斜從測(cè)深 791.75 m處的2186°下降到測(cè)深 997.39 m處的 1.2°,其中最小井斜為 968.56 m處 1.09°。機(jī)械鉆速高達(dá) 3.3 m/h,與沒有使用垂鉆工具相比,機(jī)械鉆速提高 213%。

垂直鉆井系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)推靠方式實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)過程中的主動(dòng)防斜、糾斜,主要由基于旋轉(zhuǎn)基座的測(cè)量短節(jié)和防斜糾斜執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。在地面的控制下,執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的盤閥對(duì)過流的鉆井液進(jìn)行控制,利用活塞驅(qū)動(dòng)翼肋推靠井壁,產(chǎn)生具有糾斜作用的側(cè)向推靠力,以實(shí)現(xiàn)防斜、糾斜功能。工具的核心部件,就是液壓驅(qū)動(dòng)可徑向伸出的翼肋。這種翼肋在井壁上產(chǎn)生一種由井下執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制其大小和方向的徑向接觸力,而由 3個(gè)翼肋接觸力的綜合作用來實(shí)現(xiàn)按需要的井眼方向鉆進(jìn)。它的主要特點(diǎn)是在鉆柱旋轉(zhuǎn)時(shí),能夠控制井斜和方位;能夠通過上傳信號(hào)讓地面跟蹤實(shí)鉆井眼軌道;同時(shí)直接下傳指令調(diào)整井眼軌道[5]。通過宣頁1井自動(dòng)垂直鉆井技術(shù)的試驗(yàn)應(yīng)用,一定程度地解決了宣城 -桐廬區(qū)塊高陡構(gòu)造、大傾角地層等易斜地層的防斜問題,提高了鉆井速度,并且能夠達(dá)到實(shí)現(xiàn)主動(dòng)、適時(shí)防斜的目的。

6 經(jīng)驗(yàn)與建議

通過宣頁 1井不同類型防斜技術(shù)的試驗(yàn)應(yīng)用,取得了針對(duì)宣城 -桐廬區(qū)塊巖性致密、傾角大的中古生界地層如何更有效防斜打直的經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識(shí):

(1)采用傳統(tǒng)的鐘擺鉆具組合或剛性滿眼鉆具組合,其特點(diǎn)是以慢保直。一旦井斜增大,再輕壓吊打,以慢糾斜。即使這樣,也很難滿足地質(zhì)和工程對(duì)井斜的要求。

(2)采用偏心接頭、偏軸組合等離心力防斜打直技術(shù),其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作安全方便,一定程度上能夠緩解大尺寸井眼的井斜問題,并保證一定的機(jī)械鉆速,但防斜效果不明顯。

(3)復(fù)合鉆進(jìn)防斜技術(shù)是一種能很好地解決大傾角地層井斜問題的技術(shù)手段,現(xiàn)有工具配套成熟,技術(shù)較為完善,具備高效糾斜能力,但施工中易致軌跡出現(xiàn)“狗腿彎”。

(4)目前解決大傾角地層井斜問題的最有效手段就是采用垂直鉆井技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)主動(dòng)防斜、糾斜,效果明顯,但成本較高。

實(shí)踐表明,防斜打直技術(shù)較多,各具優(yōu)勢(shì)和不足,需根據(jù)不同地層和鉆井特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)選。

[1] 蘇義腦.油氣直井防斜打快技術(shù)理論與實(shí)踐[M].北京:石油工業(yè)出版社,2003.

[2] 隆威,衛(wèi)軍剛.柔性糾斜防斜鉆具組合的應(yīng)用研究[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2007,34(1):50-52.

[3] 夏宏南,王小建,戴俊,等.偏軸防斜鉆具井底鉆具組合受力分析模型的建立[J].探礦工程 (巖土鉆掘工程),2004,31(10): 39-42.

[4] 吳允.螺桿防斜快速鉆井機(jī)理探索[J].鉆采工藝,2002,25 (5),15-16.

[5] 楊劍鋒,張紹槐.旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向閉環(huán)鉆井系統(tǒng)[J].石油鉆采工藝, 2003,25(1):1-5.

Exper imental Application of Deviation Control Technologies in XuanyeW ell 1

YANG Li(East China Petroleum Bu2 reau,S INOPEC,Nanjing Jiangsu 210019,China)

As an exploration well,XuanyeWell 1 was designed 2570m in vertical depth for shale gas resource potential e2 valuation.The constructionwasmainly drilling in theMesozoic2Paleozoic for mationwith dense lithology,drillability extreme of 8～10 and formation tip about 45.Based on the analysis on the technology and the mechanism of deviation controlwith tower2type drilling tool,eccentric drilling tool,compound drilling and verticalwell drilling;the paper introduced the exper2 imental application of all kindsof deviation control technologies in XuanyeWell1,and the application effectsof all kindsof deviation control technologieswere evaluated.

XuanyeWell1;deviation control;tower2type drilling tool;eccentric drilling tool;compound drilling;vertical well drilling

TE242

A

1672-7428(2011)05-0037-02

2011-11-29

楊力(1964-),男(漢族),湖南臨澧人,中國石化集團(tuán)華東石油局副總工程師兼工程院院長(zhǎng)、高級(jí)工程師,鉆探工程專業(yè),碩士,從事石油鉆井技術(shù)及管理工作,江蘇省南京市江東中路 315號(hào)中泰國際廣場(chǎng) 6號(hào)樓,yangli95098@sohu.com。