雅達油田水平井尾管附件鉆除異常分析

王建全，孫文俊，張國安，楚廣川，趙德利，馬錦明（中國石化石油工程技術研究院　德州大陸架石油工程技術有限公司，山東　德州253005）

雅達油田水平井尾管附件鉆除異常分析

王建全，孫文俊，張國安，楚廣川，趙德利，馬錦明
（中國石化石油工程技術研究院德州大陸架石油工程技術有限公司，山東德州253005）①

通過對伊朗雅達油田水平井尾管附件鉆除異常情況的介紹，對前期幾口水平井的鉆除數(shù)據(jù)進行了詳細對比分析。結(jié)合具體鉆除參數(shù)的變化及鉆除效果，找出了主要影響因素，總結(jié)出在雅達油田水平井鉆除尾管附件的優(yōu)化方法。通過對后期7口水平井鉆除情況的進一步討論分析，驗證了該方法的可行性和適用性。有效解決了雅達油田水平井尾管附件鉆除困難的難題，縮短了水平井鉆井周期，節(jié)省了鉆井成本，值得進一步推廣。

雅達油田；水平井；尾管；鉆除；鉆壓

水平井固井附件鉆除一直是鉆井比較關注的問題，且目前固井附件鉆除的相關技術探討比較少。多數(shù)油田的水平井設計為直接完井不鉆除附件［1］，而雅達油田水平井則要對附件進行鉆除。其鉆井設計主要步驟為：?215．9 m m鉆頭鉆至設計井深，下?177．8 m m合金尾管至水平段A點附近，留900 m左右口袋，固井；掃水泥塞、鉆除附件，下入?114．3 m m套（篩）管完井。截止2012 08，雅達油田已鉆水平井12口，井身結(jié)構(gòu)基本相同，井深3 900～4 100 m，球座位置井斜80～90°，位于3 000～3 200 m，靠近A點。前期幾口水平井在尾管附件鉆除中采用與直井相似的鉆壓，發(fā)現(xiàn)鉆速緩慢后擔心鉆壞合金套管，不敢盲目提高鉆壓，于是發(fā)生尾管附件鉆除時間過長問題，對此進行技術討論及分析。

1 雅達油田尾管附件鉆除情況

伊朗雅達油田為中石化國勘與伊朗國家石油公司合作開發(fā)項目，已鉆水平井井眼軌跡如圖1。前期施工的幾口水平井，?177．8 m m尾管固井施工順利，碰壓和放回水均正常，浮箍、浮鞋為水泥式，鉆除時間較快，每只鉆0．5 h左右；而?177．8 m m膠塞組及球座內(nèi)套材質(zhì)為鋁合金及橡膠，則出現(xiàn)鉆除時間過長問題，鉆時都大于12 h，且各井之間相差較大，個別井達62．5 h。具體情況如表1。這不僅影響了鉆井周期及鉆井成本，而且增加了鉆穿球座處合金套管的風險，并影響下一步?114．3 m m套（篩）管的完井作業(yè)。

圖1 雅達油田水平井井眼軌跡垂直投影示意

表1 雅達油田前期水平井中膠塞及球座鉆除情況

同期施工的直井，其膠塞及球座鉆除時間相對穩(wěn)定，且較短，一般在3～6 h。如表2。

表2 雅達油田直井中膠塞及球座鉆除情況

由表1～2看出，水平井和直井中的鉆時差別很大，可見井斜是引起水平井鉆除效率降低的主要原因。

2 水平井和直井尾管附件鉆除參數(shù)對比分析

2．1 直井鉆除參數(shù)分析

雅達油田直井中鉆除尾管附件采用基本相同的下部鉆具組合，多數(shù)井采用P D C鉆頭，只有2口井使用了牙輪鉆頭，鉆除參數(shù)與鉆時對比如表3所示。

從表3看出，隨著鉆除參數(shù)的強化，鉆時降低。其中，鉆壓是影響鉆除效果的主要因素，隨著鉆壓增大，鉆時明顯縮短。

表3 直井中膠塞及球座具體鉆除參數(shù)對比

2．2 水平井鉆除參數(shù)對比分析

前期幾口水平井的井眼軌跡、球座位置、井斜相近，采用相同型號的鉆頭和與直井相似的鉆除參數(shù)，鉆除效率卻比直井大大降低，且各井之間鉆時相差較大，如表4。

表4 前期水平井中膠塞及球座具體鉆除參數(shù)對比

從表4看出，鉆壓、下部鉆具組合結(jié)構(gòu)及球座以上是否留有水泥塞，都是影響水平井鉆除效率的重要因素。鉆壓越大、加重鉆桿越長，鉆時越短；球座以上留水泥塞的井，鉆時短。

2．3 S04井鉆除異常實例分析

表4中的S04井鉆時62．5 h，是其它井的2～4倍，特別異常。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該井前期為防止P D C鉆頭長時間鉆除時鉆壞合金套管，下入使用過的牙輪鉆頭，用40～70 k N小鉆壓鉆進，鉆進32 h進尺緩慢，起鉆發(fā)現(xiàn)鉆頭磨損程度仍很小，如圖2。分析為井底有效鉆壓偏小，導致鉆除效果差。后期嘗試加大鉆壓至100～150 k N鉆除，效果明顯。具體鉆除情況如表5。

圖2 鉆頭鉆除32 h出井狀態(tài)

表5 S04井膠塞及球座具體鉆除參數(shù)

從S04井鉆除過程看，井底有效鉆壓是影響水平井尾管附件鉆除效率的關鍵因素。

3 影響水平井尾管附件鉆除速度的綜合原因分析

3．1 鉆頭選型

目前，膠塞及球座的材質(zhì)主要為鋁合金和少量橡膠，P D C和牙輪鉆頭都可選用。P D C鉆頭以“犁削”方式破巖，膠塞與球座不防轉(zhuǎn)時需要較大鉆壓，這在水平井中會使鉆頭側(cè)向力過大、易鉆壞套管而不易采用。牙輪鉆頭在周向轉(zhuǎn)動的同時牙輪能自轉(zhuǎn)，以沖擊、撕扯方式破巖，膠塞和球座不防轉(zhuǎn)時有較好鉆除效果，但鉆除效率低于P D C鉆頭。

3．2 下部鉆具組合

在水平井中，近鉆頭處選用大尺寸鉆鋌，能夠減少鉆頭側(cè)向力，減少對套管的損壞。加重鉆桿越多，鉆具的整體剛性越強［2 3］，可減少鉆具多次彎曲產(chǎn)生的摩擦力，有利于鉆壓傳遞。加重鉆桿過少，傳遞至井底的有效鉆壓小，鉆速低；超過所需最低長度后，對鉆除效果影響不大。根據(jù)表3直井中的鉆除經(jīng)驗，50～60 k N的有效鉆壓可取得較好鉆除效果，考慮井斜因素，粗略計算水平井所需的?88．9 m m加重鉆桿為381～458 m。

表6 下部鉆具組合和鉆壓及球座以上水泥塞對鉆時的影響分析數(shù)據(jù)

表6中前3口井使用10柱加重鉆桿，計算能提供約39 k N有效鉆壓，達到優(yōu)化鉆壓的80%，提高表觀鉆壓（指重表指示鉆壓），能夠傳遞至井底，取得較好鉆除效果。S23井和F13井因加重鉆桿過少，鉆壓不能有效傳遞，雖然表觀鉆壓較大，井底有效鉆壓卻很小，導致鉆時過長。

3．3 鉆除參數(shù)

從表3～4看出，強化鉆除參數(shù)，有利于提高鉆除效果。轉(zhuǎn)速、排量、泵壓在水平井中對鉆除效果影響較小，而施加至井底的有效鉆壓直接影響鉆除效果。現(xiàn)場為防止鉆壞合金套管采用與直井中相同的表觀鉆壓，由于井斜因素影響，實際作用至井底的有效鉆壓不夠，導致水平井中鉆除附件效果差。F2、F31在直井中鉆壓最大，鉆時最短；S04井后期增大鉆壓至100～150 k N后鉆速也成倍提高?？梢?，雅達油田水平井尾管附件鉆除困難的主要原因是施加的有效鉆壓不夠。

3．4 膠塞與球座材質(zhì)和結(jié)構(gòu)的影響

目前使用的膠塞及球座內(nèi)套材料為鋁合金和橡膠，如圖3。在牙輪鉆頭鉆除過程中時，鋁合金和膠皮塑性強，易粘連，不易破碎，鉆除時間相對較長，更適合用P D C鉆頭鉆除。

鉆桿膠塞、尾管膠塞和球座之間設計有防轉(zhuǎn)機構(gòu)，防止鉆除過程中跟隨鉆頭轉(zhuǎn)動。但長時間鉆除易導致防轉(zhuǎn)機構(gòu)被破壞，影響鉆除效果。

3．5 球座以上水泥塞的影響

用水泥漿壓塞，可將膠塞固住，能夠阻止防轉(zhuǎn)機構(gòu)失效后膠塞跟隨鉆頭一起轉(zhuǎn)動，提高鉆除效果。前期5口水平井都沒有專門用水泥漿壓塞，只將固井管線內(nèi)約200 L水泥漿替入井內(nèi)，除S15井球座以上有水泥塞、鉆除時間相對較短外，其它井球座以上均無水泥塞，鉆除時間也更長。

綜上分析，雅達油田前期水平井尾管附件鉆除困難的主要原因是有效鉆壓太低，加重鉆桿長度不夠，鉆壓不能有效傳遞至鉆頭，井底有效鉆壓太低；其次是球座處無水泥漿封固，導致鉆時過長。

4 推薦的鉆除參數(shù)及方法

針對雅達油田影響水平井尾管附件鉆除效率的主要因素，總結(jié)出以下優(yōu)化鉆除方法：

1） 水平井推薦使用M D527或M D517牙輪鉆頭。不建議用P D C鉆頭，防止鉆壞合金套管。

2） 采用合理鉆具組合，保證能提供足夠有效鉆壓。推薦鉆具組合：?149．2 m mM D517牙輪鉆頭＋?120．65 m m鉆鋌1柱＋?88．9 m m加重鉆桿13～15柱＋普通鉆具。

3） 使用水泥頭，用標準施工程序固井，并用1 m3水泥漿壓塞，防止膠塞跟隨鉆頭轉(zhuǎn)動。

4） 推薦優(yōu)化鉆除參數(shù)為：排量1．0～1．1 m

3／min，轉(zhuǎn)速40～60 r／min，轉(zhuǎn)矩4～8 kN·m，表觀鉆壓120～150 kN。根據(jù)鉆除效果適時調(diào)整鉆壓。

5） 每鉆進5 cm左右活動鉆具一次，以清理鉆頭底部的鉆屑。

5 現(xiàn)場應用與效果分析

經(jīng)分析研究后，雅達油田后期水平采用以上方法進行鉆除作業(yè)，主要采取了固井用1 m3水泥漿壓塞、提高表觀鉆壓至100～150 k N、排量1．05～1．4 m3／min和定時活動鉆具措施，膠塞和球座鉆除時間大幅降低。具體鉆除參數(shù)及效果如表7。

表7 后期水平井中膠塞及球座具體鉆除參數(shù)對比

從表7鉆除情況看，優(yōu)化參數(shù)后取得了理想鉆除效果，達到直井內(nèi)的鉆除水平。尤其是S18井，超過了直井內(nèi)的鉆除速度，只用了1．8 h，這也說明直井內(nèi)還有提高鉆除效率的潛力。S02井因鉆壓偏低，鉆除較慢。S20井因使用加重鉆桿過少，即使施加了較大鉆壓，鉆壓不能有效傳遞，鉆除時間仍過長，但也比優(yōu)化參數(shù)前鉆得快。S24井使用的加重鉆桿偏少，鉆壓不到推薦值的一半，致使鉆除效率變化不大，鉆除時間為18．5 h。

由于后期水平井均采用了水泥漿壓塞措施，保證了膠塞固定不轉(zhuǎn)動，加之鉆壓普遍比前期水平井大，鉆除效率得到明顯提高，這充分說明了有效鉆壓是水平井中影響鉆除效率的最關鍵因素。對比表4、表7鉆除效果，也進一步證明下部鉆具結(jié)構(gòu)和膠塞防轉(zhuǎn)措施也是水平井影響鉆除效率的重要因素。后期經(jīng)過試壓和測井解釋，證明下部合金套管沒有造成損傷，這是牙輪鉆頭在水平井合金套管內(nèi)長時間、大鉆壓鉆除附件的一個探索。

水平井優(yōu)化鉆除參數(shù)和方法的應用，使雅達油田水平井尾管附件鉆除效率大大提高，平均鉆除效率提高5倍，解決了現(xiàn)場尾管附件鉆除困難的難題。同時縮短了鉆井周期，減小了鉆井成本，為雅達油田水平井附件鉆除提供了很好的參考依據(jù)，并再次證明鉆除困難的原因分析及推薦方法的合理性。

6 結(jié)論

1） 現(xiàn)場應用證明，有效鉆壓是影響水平井尾管附件鉆除效率的關鍵因素，下部鉆具組合結(jié)構(gòu)和尾管附件的防轉(zhuǎn)性能也是影響水平井鉆除效率的重要因素。

2） 使用推薦的鉆除參數(shù)和方法，鉆除效率高，不損傷套管，對雅達油田水平井合金套管內(nèi)的附件鉆除起了一定指導作用，縮短了鉆除時間，節(jié)省了鉆井成本。該方法在其他油田水平井的附件鉆除方面也具有一定參考意義，值得進一步推廣。

3） 建議在膠塞及球座的材質(zhì)及防轉(zhuǎn)機構(gòu)方面進一步研究，以進一步提高其可鉆性。

［1］ 張桂林，勝利油田水平井鉆井技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］．石油鉆探技術，2005，33（2）：66 70．

［2］ 劉暉．梁9平1水平井井眼軌跡控制技術［J］．石油鉆采工藝，2005（4）：9 11．

［3］ 馮光彬，唐世忠，藺玉水，等．ZH8 EsH5大位移水平井鉆井技術［J］．石油鉆采工藝，2009，31（3）：14 17．

［4］ 陳永明，閆振來．定向井井底真實鉆壓的計算方法［J］．鉆井工藝，1996，19（4）：1 5．

［5］ 肖建波，雷宗明．水平井井底鉆壓的研究［J］．天然氣工業(yè)，2001，21（3）：41 44．

［6］ 王家宏．中國水平井應用實例分析［M］．北京：石油工業(yè)出版社，2003．

［7］ 謝桂芳．水力加壓器在鉆井施工中的作用［J］．石油礦場機械，2009，38（5）：89 91．

［8］ 陳勇，吳欣袁，蔣祖軍，等．水平井鉆井減摩降阻工具研制及流場分析［J］．石油礦場機械，2014，43（8）：27 30．

Anaiysis of Abnormaiities During Driiiing out Liner Accessories in
the Horizontai Weiis of Yadavaran Oiifieid

WANG Jianquan，SUN Wenjun，ZHANG Guoan，CHUG uangchuan，ZHAO Deli，MA Jin ming
（Shelfoil Petroleu m Equip ment&Services Co．，Ltd．，Research Institute of Petroleum Engineering，SINOPEC，Dezhou253005，China）

The abnormalities during drilling outliner accessoriesin the horizontal wells of Iran Ya davaran oilfield isintroduced in this paper．Detailed co m parison and analysis are carried out on the drill out data of severalinitial horizontal wells．Causes that lead to drill out difficulty are analyzed and discussed，and the root causes are identified by correlating the changes of drill out para meters and the corresponding results．An optimized method is concluded for drilling out liner accessories in the horizontal wells of Yadavaran oilfield．T his method covers several sectors such as drill bit，drill string co m bination，drill out para meters and cementing procedure．T he drill out data of seven later horizontal wells are discussed and analyzed，w hich verifies the feasibility and applicability of this method．This method has effectively solved the difficulty during drilling out liner accessories in the horizontal wells of Yadavaran oilfield，shorten the time of horizontal drilling and saved drilling cost and deserves further application．

Yadavaran oilfield；horizontal well；liner；accessories；drill out；WOB

T E925．2

B

10．3969／j．issn．1001 3842．2015．06．017

1001 3482（2015）06 0074 05

①2015 02 08

王建全（1965 ），男，山東淄博人，高級工程師，主要從事固完井工具研發(fā)與推廣應用工作，Email：wjq＠shelfoil．co m。