樂(lè)東 22-1 氣田A14H井表層定向及擴(kuò)眼鉆井技術(shù)

吳旭東， 劉和興， 方滿宗， 馬傳華， 鄭金龍， 牛 雪

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)湛江分公司，廣東湛江 524057；2.中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057)

海洋淺層由于其特殊的沉積環(huán)境，壓實(shí)性差，普遍具有地層松軟、易被沖刷、易垮塌等特征[1-2]。海洋導(dǎo)管架相鄰井槽之間的距離一般只有1.5～2.8 m，因此要求對(duì)淺層井眼進(jìn)行預(yù)斜，使各井眼盡早分離，避免多口井的井眼之間相互干擾，甚至在鉆井過(guò)程中各井眼之間發(fā)生碰撞[3-10]。在油氣田開(kāi)發(fā)后期利用調(diào)整井開(kāi)發(fā)淺層油氣資源時(shí)，要求井眼在淺層地層具有較高的造斜率，但使用大尺寸造斜鉆具造斜率不高，井眼軌跡很難滿足設(shè)計(jì)要求，易發(fā)生井眼報(bào)廢等情況。這是國(guó)內(nèi)海洋淺層定向及擴(kuò)眼鉆井中常遇到的一個(gè)問(wèn)題，且目前尚缺乏很好的解決辦法。為此，筆者分析了樂(lè)東 22-1 氣田A14H井的具體情況，提出采用小尺寸鉆具領(lǐng)眼造斜、新型三級(jí)固定翼擴(kuò)眼器進(jìn)行擴(kuò)眼，并對(duì)領(lǐng)眼造斜與擴(kuò)眼鉆具組合進(jìn)行優(yōu)選，對(duì)特殊的固定翼擴(kuò)眼器力學(xué)和水力學(xué)進(jìn)行分析，形成一套“埋深淺，水垂比大”的淺層水平井表層定向及擴(kuò)眼鉆井技術(shù)，以解決海洋淺層預(yù)斜、造斜難度大的問(wèn)題。

1 領(lǐng)眼造斜及擴(kuò)眼鉆井技術(shù)方案

1.1 樂(lè)東 22-1 氣田A14H井概況

樂(lè)東 22-1 氣田位于南海西部海域鶯歌海盆地，一期開(kāi)發(fā)共實(shí)施13口井，2008年8月投產(chǎn)，2011年其中2口井相繼見(jiàn)水停產(chǎn)，為補(bǔ)充產(chǎn)能，2013年對(duì)該氣田進(jìn)行二期開(kāi)發(fā)，并首次嘗試鉆淺層水平井——A14H井。該井的主要目的層段垂深僅550.00 m，水平位移1 500.00 m。

樂(lè)東 22-1 氣田的井口平臺(tái)井槽分布為4×4，井槽間距2.286 m，中間剩余3個(gè)空井槽，其余各井槽均已鉆井。A14H井使用10#空槽口進(jìn)行鉆進(jìn)，其井身結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 A14H井的井身結(jié)構(gòu)Fig.1 Casing program of Well A14H

1.2 A14H井鉆井方案設(shè)計(jì)

A14H井所鉆上部?jī)?chǔ)層埋深很淺，需要鉆頭出套管鞋后開(kāi)始預(yù)斜，同時(shí)為規(guī)避底水，預(yù)斜角度應(yīng)盡量大，設(shè)計(jì)預(yù)斜造斜率4°/30m。

在極松軟地層使用大尺寸鉆具預(yù)斜造斜難度大，易出現(xiàn)井眼軌跡不滿足設(shè)計(jì)要求、發(fā)生井眼報(bào)廢等問(wèn)題，而小尺寸鉆具定向造斜難度小，后續(xù)可以使用新型固定翼擴(kuò)眼器進(jìn)行擴(kuò)眼達(dá)到預(yù)斜造斜要求。為此，經(jīng)綜合考慮，A14H井采用“小井眼繞障預(yù)斜造斜，新型擴(kuò)眼器鉆具進(jìn)行擴(kuò)眼”的鉆井方案，即：先鉆φ250.8 mm領(lǐng)眼，繞障通過(guò)防碰段，并預(yù)斜造斜至井斜角為15°，再通過(guò)特殊固定翼擴(kuò)眼器將領(lǐng)眼擴(kuò)大至φ444.5 mm，下入φ339.7 mm套管并固井。

使用鄰井已有的單點(diǎn)測(cè)斜儀及隨鉆測(cè)量井斜數(shù)據(jù)，對(duì)A14H井進(jìn)行防碰掃描，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 A14H井防碰掃描結(jié)果

由表1可知，A14H井與A5H井的最小中心距為1.29 m，與A9井的最小分離系數(shù)為1.27。由此判斷，整體上防碰形勢(shì)嚴(yán)峻，但具有可操作性。由于周邊鄰井的井眼軌跡數(shù)據(jù)有限，為進(jìn)一步規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，使用電子多點(diǎn)陀螺測(cè)斜儀對(duì)12口鄰井的表層套管井段進(jìn)行復(fù)測(cè)，對(duì)重點(diǎn)防碰井段210～300 m加密測(cè)點(diǎn)，每15 m測(cè)一個(gè)點(diǎn)。根據(jù)復(fù)測(cè)后的鄰井井眼軌跡，對(duì)A14H井的設(shè)計(jì)軌道進(jìn)行防碰掃描，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2根據(jù)復(fù)測(cè)后鄰井軌跡對(duì)A14H井的防碰掃描結(jié)果

Table2Anti-collisionscanresultsofWellA14Haccordingtotheremeasureddatafromadjacentwells

井號(hào)防碰點(diǎn)井深/m中心距離/m分離系數(shù)A139513.73134.0A21357.53A3H3562.6572.0A4H2301.59323.03652.9052.0A5H3440.7111.0A61353.71A71455.11A8H1355.11A92502.40153.0A103300.536.7A111455.11A121352.4910.0

由表2可知，A14H井在井深330 m處與A10井的中心距離僅為0.53 m?？紤]到實(shí)際鉆進(jìn)過(guò)程中定向造斜鉆具的工具面可能出現(xiàn)測(cè)量誤差和讀數(shù)誤差，防碰井段中心距離需大于1 m，故對(duì)A14H井的井眼軌道進(jìn)行優(yōu)化，以減小防碰風(fēng)險(xiǎn)。

綜合考慮井眼軌跡的控制難度及可操作性因素，結(jié)合A10井與A14H井相關(guān)井段的空間位置關(guān)系，因300 m以淺A10H井朝正南方向偏斜，為錯(cuò)開(kāi)防碰段需選擇合適的預(yù)斜方位，故A14H井的最佳選擇是朝西北方向預(yù)斜，基于以上分析完成A14H井的井眼軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)。

對(duì)A14H井優(yōu)化后的井眼軌道設(shè)計(jì)進(jìn)行防碰掃描，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3優(yōu)化后A14H井的防碰掃描結(jié)果

Table3Anti-collisionscanningresultsofWellA14Hafteroptimization

井號(hào)防碰點(diǎn)井深/m中心距離/m分離系數(shù)A13003.9989A230015.46267A3H2373.77225A4H2711.28262791.3821A5H2711.45292791.5426A637817.2967A73009.82156A8H41719.7937A92362.4947A102601.43422761.6829A112916.755A122794.42110

由表3可知，防碰井段為260～280 m，A14H井在井深271 m處與A4H井的最小中心距離為1.28 m，防碰形勢(shì)依然嚴(yán)峻，但防碰井段的中心距離均大于1 m，具備可操作性。

1.3 擴(kuò)眼器的設(shè)計(jì)

目前，常規(guī)的牙輪擴(kuò)眼器及常規(guī)固定翼擴(kuò)眼器在軟地層井斜角及造斜率較大的時(shí)候擴(kuò)眼均存在井眼軌跡不滿足設(shè)計(jì)要求的風(fēng)險(xiǎn)，鑒于此，針對(duì)A14H井設(shè)計(jì)了一種新型固定翼擴(kuò)眼器(以下簡(jiǎn)稱新型擴(kuò)眼器)。該擴(kuò)眼器主要由球形引導(dǎo)頭、短鉆鋌及固定翼擴(kuò)眼器本體組成，球形引導(dǎo)頭可以增加鉆具的導(dǎo)引性，摩阻小，不易出現(xiàn)新井眼，更容易進(jìn)入領(lǐng)眼。

固定翼擴(kuò)眼器本體的主要結(jié)構(gòu)有鉆頭體、三級(jí)擴(kuò)眼刀翼、噴嘴以及切削齒。刀翼固定在鉆頭體前端冠部，切削齒安裝并固定在刀翼上，擴(kuò)眼器采用5刀翼，刀翼環(huán)繞鉆頭體冠部中心平均分布。第一級(jí)擴(kuò)眼刀翼直徑為254.1 mm，略大于領(lǐng)眼直徑；第三級(jí)擴(kuò)眼刀翼直徑為444.5 mm；第二級(jí)擴(kuò)眼刀翼直徑為349.3 mm，取第一級(jí)與第三級(jí)直徑的中間值。新型擴(kuò)眼器的基本形貌如圖2所示。

圖2 新型擴(kuò)眼器本體形貌Fig.2 Schematic diagram of new reamer

利用相關(guān)軟件對(duì)擴(kuò)眼器進(jìn)行力學(xué)模擬(結(jié)果見(jiàn)圖3)，分析在不同鉆壓及井斜角情況下擴(kuò)眼器及引導(dǎo)頭的受力情況，對(duì)擴(kuò)眼器是否易出現(xiàn)新井眼進(jìn)行論證，并對(duì)擴(kuò)眼鉆具的振動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)行安全評(píng)估。以井下鉆具組合安全、簡(jiǎn)單為原則，引導(dǎo)頭與擴(kuò)眼器之間選用φ203.2 mm短鉆鋌，長(zhǎng)度為3 m。

圖3 擴(kuò)眼鉆具組合力學(xué)模擬結(jié)果Fig.3 Mechanical Simulation of reaming BHA

結(jié)合圖3所示的模擬結(jié)果，通過(guò)合理的水力設(shè)計(jì)改善井眼攜砂狀況，減小對(duì)井壁沖刷及擴(kuò)眼器泥包的概率?？紤]到噴嘴的噴速和比水功率對(duì)鉆速及造斜率的影響，選用8個(gè)內(nèi)徑為12.7 mm的噴嘴，在擴(kuò)眼鉆進(jìn)鉆井液排量為4 000 L/min時(shí)，噴速為62.5 m/s，比水功率為1.23。

1.4 鉆具組合設(shè)計(jì)

考慮到常規(guī)大尺寸井眼不利于防碰及預(yù)斜，結(jié)合前期不同尺寸井眼的造斜能力，確定先使用螺桿鉆具鉆預(yù)斜領(lǐng)眼通過(guò)防碰段。領(lǐng)眼鉆具組合為：φ250.8 mm牙輪鉆頭+φ171.5 mm1.5°彎角螺桿鉆具(自帶單流閥心)+φ171.5 mm定向接頭+φ165.1 mm振擊器 +φ127.0 mm 加重鉆桿×11根。

使用設(shè)計(jì)的新型擴(kuò)眼器進(jìn)行擴(kuò)眼，擴(kuò)眼鉆具組合為：φ244.5 mm引導(dǎo)頭+φ203.2 mm短鉆鋌(3 m)+新型擴(kuò)眼器+φ203.2 mm浮閥接頭+φ203.2 mm非磁短鉆鋌+φ203.2 mm非磁配合接頭+φ203.2 mm隨鉆測(cè)量?jī)x+φ203.2 mm非磁鉆鋌+φ203.2 mm定向接頭+φ203.2 mm振擊器+變扣接頭(631×410)+φ127.0 mm加重鉆桿×11根。鉆具組合中的隨鉆測(cè)量?jī)x可實(shí)時(shí)獲取鄰井套管的磁干擾信息，持續(xù)跟蹤擴(kuò)眼鉆具在擴(kuò)眼過(guò)程中對(duì)井斜的影響，有效預(yù)防產(chǎn)生新井眼。

2 現(xiàn)場(chǎng)施工

2.1 φ250.8 mm領(lǐng)眼鉆進(jìn)

按照A14H井的設(shè)計(jì)方案組合領(lǐng)眼鉆具，測(cè)量并確認(rèn)工具面，下鉆至泥面以下215.00 m，旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)至預(yù)斜井深228.00 m，泵入8 m3膨潤(rùn)土漿清掃井眼。鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓0～20.0 kN，轉(zhuǎn)速30 r/min，排量2 600 L/min，泵壓4.5 MPa，扭矩0～113 N·m。

鉆頭提離井底1.50 m，使用陀螺測(cè)斜儀測(cè)斜，測(cè)點(diǎn)井深212.20 m，井斜角0.25°，方位角271.11°，調(diào)整工具面，定向方位角330°。開(kāi)始定向滑動(dòng)鉆進(jìn)，鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓5.0～50.0 kN，排量1 000 L/min，泵壓1.8～2.0 MPa。為保證預(yù)斜效果，第一柱鉆桿(長(zhǎng)28 m)整柱滑動(dòng)，不提拉，通過(guò)泵入膨潤(rùn)土漿的方式保證井眼清潔；第一柱鉆桿鉆完后，泵入膨潤(rùn)土漿至井底，然后將鉆頭提離井底1.50 m左右，用陀螺測(cè)斜儀測(cè)量，跟蹤井眼走向及工具實(shí)際造斜能力，接完立柱后直接進(jìn)行第二柱預(yù)斜；用第二柱鉆桿鉆進(jìn)至井深275.00 m后，上下提放鉆具9.00 m，泵入膨潤(rùn)土漿，將鉆頭下放至距離井底1.50 m的位置，用陀螺測(cè)斜儀測(cè)量，測(cè)點(diǎn)井深259.67 m，井斜角4.59°，方位角307.41°。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)較接近，實(shí)時(shí)防碰掃描與設(shè)計(jì)相近，說(shuō)明風(fēng)險(xiǎn)可控。繼續(xù)防碰繞障鉆進(jìn)，通過(guò)防碰段。鉆進(jìn)期間，井口監(jiān)聽(tīng)鄰井套管，在A4H井、A5H井和A10井的井口頭處安裝防碰監(jiān)測(cè)儀器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)振動(dòng)數(shù)據(jù)是否有異常，加密撈砂，觀察振動(dòng)篩上水泥及鐵屑的返出情況，密切關(guān)注進(jìn)尺、扭矩和鉆壓的變化，確保疏松地層防碰預(yù)斜成功。

領(lǐng)眼定向滑動(dòng)鉆進(jìn)至井深354.00 m，泵入8 m3膨潤(rùn)土漿清掃井眼，鉆頭提離井底1.50 m，用陀螺儀測(cè)斜，測(cè)點(diǎn)井深335.22 m，井斜角15.9°，方位角269.79°。平均預(yù)斜造斜率4.49°/30m，預(yù)斜效果良好，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。由于整個(gè)領(lǐng)眼鉆進(jìn)過(guò)程中采取連續(xù)滑動(dòng)方式，而且狗腿嚴(yán)重度相對(duì)較大，為保證后續(xù)擴(kuò)眼作業(yè)正常進(jìn)行，倒劃眼短起至樁管鞋。倒劃眼參數(shù)：轉(zhuǎn)速30 r/min，排量1 800 L/min，泵壓3.5 MPa，扭矩20～100 N·m，循環(huán)干凈，下鉆到底，無(wú)沉砂，起鉆。

2.2 擴(kuò)眼鉆進(jìn)、下套管并固井

組合擴(kuò)眼鉆具，用隨鉆測(cè)量?jī)x測(cè)量并定向接頭高邊，下鉆至井深215.00 m，擴(kuò)眼鉆進(jìn)至井深220.00 m。鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓5.0～20.0 kN，轉(zhuǎn)速15 r/min，排量3 000～3 600 L/min，泵壓3.5～4.0 MPa，扭矩50～145 N·m。泵入10 m3膨潤(rùn)土漿清掃井眼，繼續(xù)擴(kuò)眼鉆進(jìn)，調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓5.0～40.0 kN，轉(zhuǎn)速30 r/min，排量3 600 L/min，泵壓4 MPa，扭矩110～400 N·m。擴(kuò)眼鉆進(jìn)期間實(shí)時(shí)對(duì)比領(lǐng)眼井的測(cè)斜數(shù)據(jù)和隨鉆測(cè)量的井斜數(shù)據(jù)，監(jiān)控井眼軌跡走向，派專(zhuān)人監(jiān)測(cè)鄰井情況，加密撈砂，注意水泥或鐵屑的返出情況。擴(kuò)眼鉆進(jìn)至井深352.00 m，泵入18 m3膨潤(rùn)土漿清掃井眼，循環(huán)至返出干凈，井底墊入27 m3膨潤(rùn)土漿，短起下鉆順利，起鉆。下入φ339.7 mm套管至井深350.00 m，留口袋2 m，固井作業(yè)順利。

3 施工效果分析

實(shí)鉆預(yù)斜領(lǐng)眼、擴(kuò)眼段的井眼軌跡數(shù)據(jù)見(jiàn)表4、表5。其中，表4為用陀螺測(cè)斜儀測(cè)得的結(jié)果，表5為用隨鉆測(cè)量?jī)x測(cè)得的結(jié)果。

表4用陀螺測(cè)斜儀測(cè)得的A14H井預(yù)斜井眼軌跡數(shù)據(jù)

Table4BoreholetrajectorydataofWellA14Hmeasuredbygyroinclinometer

井深/m井斜角/(°)方位角/(°)造斜率/((°)·(30 m)-1)0000146.50000212.200.25271.110.04240.802.21315.292.14259.674.59307.413.85297.519.44281.914.07335.2215.90269.795.53

表5用隨鉆測(cè)量?jī)x測(cè)得的A14H井?dāng)U眼后井眼軌跡數(shù)據(jù)

Table5BoreholetrajectorydatameasuredbyMWDinWellA14Hafterreaming

井深/m井斜角/(°)方位角/(°)造斜率/((°)·(30m)-1)0000146.53000240.802.57314.532.11259.704.80314.533.45297.509.88285.894.46335.2016.63269.085.47

對(duì)比表4、表5可知，在使用陀螺測(cè)斜儀和隨鉆測(cè)量?jī)x測(cè)斜2種情況下，領(lǐng)眼、擴(kuò)眼兩井眼的造斜率及井底井斜角相近，且均超出A14H井的設(shè)計(jì)值。這表明，應(yīng)用該技術(shù)可以降低后續(xù)井段的造斜難度，也說(shuō)明A14H井領(lǐng)眼造斜及擴(kuò)眼鉆井技術(shù)方案實(shí)施成功，取得了良好的應(yīng)用效果。

4 結(jié) 論

1) 在海洋淺層水平井A14H井的表層定向和擴(kuò)眼鉆進(jìn)中，選擇1.5°彎角的φ171.5 mm螺桿鉆具，通過(guò)合理控制領(lǐng)眼及擴(kuò)眼鉆進(jìn)參數(shù)，結(jié)合必要的技術(shù)措施，造斜率可達(dá)到(4°～5°)/30m。

2) 設(shè)計(jì)的φ254.1 mm×φ349.3 mm×φ444.5 mm新型三級(jí)固定翼擴(kuò)眼器在擴(kuò)眼過(guò)程中操作平穩(wěn)，沒(méi)有出現(xiàn)新井眼，使用風(fēng)險(xiǎn)小，安全可靠，并且在疏松表層預(yù)斜鉆進(jìn)過(guò)程中獲得較高的造斜率，很好地克服了軟地層造斜及防碰技術(shù)難題。

3) 新型擴(kuò)眼一體化鉆井技術(shù)在A14H井表層鉆井作業(yè)的成功應(yīng)用，可為類(lèi)似井的鉆井施工提供借鑒。

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