DP6水平井311.15 mm井眼側(cè)鉆技術(shù)探討

劉文兵

(中國石化集團華北石油局五普鉆井技術(shù)研發(fā)服務(wù)中心，河南新鄉(xiāng) 453700)

劉文兵

(中國石化集團華北石油局五普鉆井技術(shù)研發(fā)服務(wù)中心，河南新鄉(xiāng) 453700)

DP6井是華北分公司在大牛地氣田布置的一口長水平段水平井。該井設(shè)計造斜點井深2510.00 m，在311.15 mm井眼內(nèi)以平均4.85°/30 m的增斜率增斜鉆進至A靶點，增斜鉆進至井深3033.05 m時鉆穿目的層至下部煤層。為了實現(xiàn)鉆井目標(biāo)，避免煤層坍塌的風(fēng)險，決定采取上調(diào)靶點垂深、填井側(cè)鉆的補救處理措施。文章結(jié)合老井眼實鉆軌跡情況，對側(cè)鉆工藝、側(cè)鉆點的選擇、側(cè)鉆井眼軌跡調(diào)整、高井斜側(cè)鉆技術(shù)難點及采取的相應(yīng)技術(shù)措施等進行了分析，對側(cè)鉆鉆具組合、側(cè)鉆施工情況等進行了介紹。該井的成功側(cè)鉆為以后同類大井眼側(cè)鉆提供了現(xiàn)場經(jīng)驗。

軌跡控制;水泥塞;側(cè)鉆;控時鉆進;鉆具組合;水平井

大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東北部，屬于低壓低滲氣田，單井產(chǎn)量比較低。水平井技術(shù)能有效擴大儲層裸露面積、提高采收率、提高該氣田單井產(chǎn)量，從而增加經(jīng)濟效益和社會效益。DP6井是為了繼續(xù)評價水平井技術(shù)提高山1－2石英砂巖產(chǎn)能效果及應(yīng)用水平井技術(shù)進行1億m3產(chǎn)能建設(shè)而布置的一口水平井。該井于2008年4月4日開鉆，二開鉆至井深2510.00 m開始以平均4.86°/ 30 m定向增斜，增斜鉆進至井深3033.05 m(垂深2871.72 m，井斜85.4°，方位317.9°)時，鉆穿目的層至下部煤層。為了實現(xiàn)鉆井目標(biāo)，避免繼續(xù)施工可能出現(xiàn)煤層坍塌的風(fēng)險，最后決定采取上調(diào)靶點垂深、填井側(cè)鉆的措施進行處理。

1 原井眼設(shè)計與施工簡況

1.1 設(shè)計情況

1.1.1 地質(zhì)設(shè)計

該井設(shè)計目的層為二疊系山西組山1段，設(shè)計A靶點垂深為2874.00 m，B靶點垂深為2867.00 m，方位角 316.82°，靶前位移 350 m，水平段長1350.00 m，靶半高≤2.0 m，靶半寬≤10.0 m，采用裸眼完井的方式完井。

1.1.2 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)水平井設(shè)計依據(jù)和原則以及水平井鉆井的特殊性，結(jié)合大牛地氣田地層特征，該井一開采用444.5 mm鉆頭鉆至501 m，下入339.7 mm表層套管;二開用311.2 mm鉆頭鉆至水平段A點，下入244.5 mm套管;水平段采用215.9 mm鉆頭鉆至設(shè)計井深，裸眼完井。井身結(jié)構(gòu)設(shè)計見圖1。

1.1.3 剖面軌跡設(shè)計

圖1 DP6井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

(2)根據(jù)大牛地氣田地層特性和造斜率不確定等因素，為了便于施工和軌跡調(diào)整，選擇中等造斜率的造斜工具，給現(xiàn)場軌跡調(diào)整留一定的余地。

(3)設(shè)計剖面應(yīng)符合造斜規(guī)律和摩阻最小的原則。造斜過程中，小井斜井段造斜率偏低，在井斜60°以上，隨著井斜增加造斜率也逐漸增大。

(4)剖面設(shè)計中設(shè)計穩(wěn)斜段，便于軌跡調(diào)整。

表1 井眼剖面軌跡設(shè)計數(shù)據(jù)表

1.2 施工簡況

該井二開鉆至設(shè)計造斜點井深2510.00 m，開始增斜鉆進。

鉆井參數(shù):鉆壓140～160 kN，排量45～50 L/s，泵壓16 MPa，復(fù)合鉆進轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速40～50 r/min。

在增斜鉆進過程中，實鉆軌跡與設(shè)計軌跡一直比較吻合。由于實鉆目的層垂深與設(shè)計偏差較大，在正常增斜鉆進至井深 3033.05 m(對應(yīng)垂深2871.72 m，井斜85.4°，方位315.2°)時，已將目的層砂巖鉆穿，進入目的層下部煤層。根據(jù)甲方要求，繼續(xù)復(fù)合鉆進至井深3083.00 m二開完鉆，進行中途電測。為了完成鉆井目的，根據(jù)該井實鉆地層情況和電測資料，最后采取了上調(diào)A靶點垂深、填井側(cè)鉆的措施進行補救處理。將A靶點垂深由原來的2874.00 m上調(diào)為2867.00 m，靶前位移、設(shè)計方位及靶區(qū)范圍均執(zhí)行原工程設(shè)計。

2 側(cè)鉆方案制定

2.1 側(cè)鉆工藝的選擇

由于側(cè)鉆井眼A靶點方位、靶前位移均執(zhí)行原設(shè)計，只有垂深上調(diào)7 m，通過對原井眼軌跡數(shù)據(jù)進行分析，穩(wěn)方位全力增井斜側(cè)鉆有利于側(cè)鉆出新井眼，而且有利于下部軌跡控制，所以采取了打水泥塞填井，選用高造斜率工具穩(wěn)方位全力增斜的側(cè)鉆技術(shù)工藝。

2.2 側(cè)鉆點的選擇

側(cè)鉆點的選擇不僅要考慮順利側(cè)鉆出新井眼和下步井眼軌跡控制問題，還要考慮地質(zhì)方便的因素，這是側(cè)鉆水平井順利準(zhǔn)確著陸和順利施工的關(guān)鍵。通過對原井眼軌跡數(shù)據(jù)及實鉆地層巖性進行分析，認為側(cè)鉆點應(yīng)選擇在2889.24 m左右。一方面是由于老井眼在2889.24～2920.00 m井段增斜率低，采取穩(wěn)方位全力增斜的側(cè)鉆技術(shù)措施更有利于側(cè)鉆出新井眼，同時也避開了上部2850～2858 m井段鉆遇的煤層;另一方面通過對側(cè)鉆井眼軌跡設(shè)計和造斜工具造斜能力進行分析，在剩余井段內(nèi)能實現(xiàn)對軌跡進行有效的控制，能保證順利安全著陸于A靶點。

另外，根據(jù)老井眼實鉆地質(zhì)資料，該井段地層穩(wěn)定、不易坍塌、有利于安全施工。側(cè)鉆段老井眼實鉆軌跡數(shù)據(jù)見表2，側(cè)鉆井眼軌跡設(shè)計數(shù)據(jù)見表3，側(cè)鉆圖見圖2。

表2 側(cè)鉆段老井眼實鉆井眼軌跡數(shù)據(jù)表

表3 側(cè)鉆井眼軌跡設(shè)計數(shù)據(jù)表

圖2 DP6井側(cè)鉆圖

2.3 側(cè)鉆施工技術(shù)難點分析

(1)原井眼實際井徑不確定，因而選擇多大度數(shù)的彎螺桿進行側(cè)鉆是一個難題。螺桿彎度過小，側(cè)向力小，鉆頭會沿著井壁下滑，難以形成新井眼;彎度過大，下鉆困難。

(3)側(cè)鉆井段有限，必須在2889.24～2920 m井段內(nèi)側(cè)出新井眼，否則即使側(cè)鉆成功，下部井段需要的增斜率也很高，這樣對著陸中靶和下部順利施工不利。

2.4 側(cè)鉆主要技術(shù)措施

(1)打水泥塞填井前與固井隊交好底，要求保證水泥塞質(zhì)量達到側(cè)鉆的要求，以不影響順利側(cè)鉆。

(2)根據(jù)設(shè)計需要的造斜率對螺桿造斜能力進行計算，決定采用側(cè)向力和造斜率大的197 mm 1.75°單彎螺桿，以提高側(cè)鉆成功率。同時選擇牙輪鉆頭，以確保工具面的穩(wěn)定性。

(3)采取全力增斜的技術(shù)措施，工具面穩(wěn)定在0°左右，以達到最佳的增斜效果。

(4)在2880～2889.24 m井段控時劃眼，劃眼速度2 m/h、工具面控制在0°左右。劃眼的目的是在井眼上方井壁劃出一條溝槽，以便在2889.24 m處沿井眼上方側(cè)鉆出新井眼，增加側(cè)鉆成功率。

(5)在井深2889.24 m，將工具面控制在0°，開泵空鉆30 min，目的是在此處鉆出新臺階。

(6)側(cè)鉆過程中，每側(cè)鉆1.0 m撈取巖屑觀察一次，做好巖性對比。

(7)采取控時鉆進技術(shù)措施，側(cè)鉆初期鉆時控制在2.5～3 h/m;待地層巖屑占巖屑總量的60%后，鉆時控制在1.5～2.5 h/m;待返出全部為地層巖屑時，再加至正常鉆壓。

3 側(cè)鉆施工情況

3.1 側(cè)鉆鉆具組合

3.2 側(cè)鉆施工簡況

注水泥填井，水泥封固井段2850～2970 m。凝固48 h后下鉆探水泥塞面為井深2855.50 m，掃水泥塞至井深2888 m(掃塞過程中，水泥返出很少，而且有放空現(xiàn)象)。做水泥塞承壓實驗，下壓160 kN，下壓至井深2889.25 m，穩(wěn)壓5 min，無壓降，起鉆。

組合側(cè)鉆鉆具下鉆，下鉆至井深2880 m，開始控時劃眼，工具面控制在0°、排量48 L/s、劃眼速度2 m/h，劃眼至井深2889.00 m，反復(fù)劃眼2次。第二次劃眼至井深2889.00 m后，將工具面放在0°，以50 L/s的排量循環(huán)30 min造臺階。準(zhǔn)備工作結(jié)束后，開始控時側(cè)鉆，工具面控制在0°，鉆時控制在2.5～3 h/m。側(cè)鉆至2895.00 m時，無水泥返出，停泵做水泥塞承壓實驗，放空至井深2898.45 m，下壓200 kN，穩(wěn)壓5 min，無壓降。為了確保側(cè)鉆成功，利用好已經(jīng)在井壁上部形成的溝槽，現(xiàn)場決定繼續(xù)從井深2895.00 m控時側(cè)鉆。

側(cè)鉆至井深2907.17 m時，測量靜態(tài)數(shù)據(jù):測深2894.73 m，井斜61.48°，方位319.26°，與老井眼數(shù)據(jù)對比，井斜增幅較大，側(cè)鉆取得一定效果。鉆時控制在2 h/m左右繼續(xù)側(cè)鉆，鉆至井深2910.99 m時，測量靜態(tài)數(shù)據(jù):測深2898.14 m，井斜62.58°，方位319.66°，對井底參數(shù)進行預(yù)測，采用最近距離法對新老井眼軌跡進行防碰掃描，井底已偏離老井眼0.61 m。由于側(cè)鉆速度慢，水泥塞質(zhì)量不好，巖屑和水泥返出量很少，無法根據(jù)返出巖屑情況判斷是否完全側(cè)鉆出新井眼，因而不能加大鉆壓。仍然將工具面控制在0°左右，控制鉆時在1 h/m左右繼續(xù)側(cè)鉆。鉆至井深2916.55 m時，測量靜態(tài)數(shù)據(jù):測深2903.03 m，井斜64.34°，方位319.56°。進行防碰掃描，此時井底已偏離老井眼0.89 m，判斷已側(cè)鉆出新井眼。于是起鉆換203 mm 1.5°單彎螺桿，恢復(fù)正常增斜鉆進。當(dāng)鉆進至井深2930.16 m時，井底已經(jīng)偏離原井眼1.68 m。

側(cè)鉆井眼與原井眼軌跡數(shù)據(jù)掃描結(jié)果見表4，側(cè)鉆段實鉆井眼軌跡數(shù)據(jù)見表5。

本次側(cè)鉆，由于水泥塞質(zhì)量不好，整個側(cè)鉆過程水泥返出量很少，給側(cè)鉆帶來很大的困難，無法根據(jù)返出巖屑比例判斷是否側(cè)鉆成功，整個側(cè)鉆過程基本上按照懸空側(cè)鉆的原則進行作業(yè)。雖然側(cè)鉆井段全角變化率整體偏高，但在后來的起下鉆和下套管作業(yè)中，側(cè)鉆井段均無明顯的阻卡現(xiàn)象，而且在測技術(shù)套管固井質(zhì)量時測井儀器一次下放距井底30 m，說明井眼軌跡比較平滑，本次側(cè)鉆比較成功。

4 s幾點認識

(1)該地區(qū)地層巖性硬、可鉆性差，在大井眼、高斜度情況下穩(wěn)方位增斜側(cè)鉆一次性取得了成功，為同類井側(cè)鉆提供了經(jīng)驗。

(2)側(cè)鉆點的選擇非常重要，要對原井眼軌跡數(shù)據(jù)和側(cè)鉆井眼軌跡設(shè)計數(shù)據(jù)進行分析，根據(jù)采用的側(cè)鉆工藝選擇利于側(cè)鉆的井段，同時也要考慮地質(zhì)因素，側(cè)鉆段地層穩(wěn)定很重要。

表4 側(cè)鉆段實鉆井眼軌跡數(shù)據(jù)表

表5 側(cè)鉆井眼實鉆軌跡數(shù)據(jù)表

(3)要根據(jù)現(xiàn)場實際情況制定合理的施工技術(shù)措施，側(cè)鉆時要控制好工具面，要根據(jù)鉆壓、扭矩和工具面角的變化以及對新老井眼的防碰掃描來判斷是否側(cè)鉆出新井眼。

(4)在打水泥塞填井時，要制定好施工工藝，水泥塞質(zhì)量一定要好，以免給順利側(cè)鉆帶來影響。

(5)大井眼、地層可鉆性差的情況下側(cè)鉆比較困難，側(cè)鉆速度也很慢，施工中要有耐心，以免前功盡棄。

(6)在地質(zhì)資料不是很明確，目的層變化較大的情況下施工水平井，建議采取穩(wěn)斜探頂技術(shù)，以避免重新填井側(cè)鉆，浪費進尺。

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Discussion of Sidetracking Technology for311.15mm Borehole of DP6 Horizontal Well

LIU Wen-bing(Wupu Drilling Company of North China Petroleum Bureau，SINOPEC，Xinxiang Henan 453700，China)

DP6 well is a long horizontal well in Daniudi gas field，its designed kickoff point was at 2510.00m depth，drilling with average building up rate of 4.85°/30m to target A in311.15mm borehole，and penetrating the target strata at 3033.05m depth with increasing angle to underlie coal seam.Up-regulating the vertical depth of target point and sidetracking were adopted to avoid coal seam collapse.The paper analyzed sidetracking technology，selection of sidetracking point，trajectory adjusting for sidetracking，difficulties in large hole deviation sidetrack drilling and the relative technical measures;and introduced the drill assembly and construction of sidetracking.

trajectory control;cement plug;sidetracking;time-controlled drilling;drill assembly;horizontal well

TE243

A

1672－7428(2011)12－0027－05

2011－07－01

劉文兵(1965－)，男(漢族)，河南人，中國石化集團華北石油局五普鉆井技術(shù)研發(fā)服務(wù)中心副主任、工程師，物理專業(yè)，從事技術(shù)及管理工作，河南省新鄉(xiāng)市洪門，yffwzx@163.com。