盤2-斜192井七段制大斜度長裸眼定向井設(shè)計(jì)與施工

于鵬璽

（中國石化西南石油工程有限公司臨盤鉆井分公司，山東臨邑251500）

盤2-斜192井七段制大斜度長裸眼定向井設(shè)計(jì)與施工

于鵬璽*

（中國石化西南石油工程有限公司臨盤鉆井分公司，山東臨邑251500）

盤2-斜192井是沿斷塊高部位，緊貼斷層走向部署的一口多目標(biāo)、長裸眼段、七段制的大斜度定向井，該井的裸眼段長2400m，設(shè)置6個控制點(diǎn)，采用直—增—穩(wěn)—增—穩(wěn)—增—穩(wěn)的七段制剖面，設(shè)計(jì)最大造斜率25°/100m，設(shè)計(jì)最大井斜66.44°位移915m。該井的主要難點(diǎn)在于裸眼段長，造斜拐點(diǎn)多導(dǎo)致摩阻扭矩大，三增造斜率要求高，井下事故風(fēng)險高，第三穩(wěn)斜段井斜大、段長長、貼近斷層，控制難度大。但在該井軌跡設(shè)計(jì)和施工中很好地解決了上述問題，在軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)、摩阻扭矩分析計(jì)算、鉆具結(jié)構(gòu)優(yōu)選和防止井下事故方面均取得了一些經(jīng)驗(yàn)，事實(shí)證明這些數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)可以在同類復(fù)雜軌跡定向井的設(shè)計(jì)和施工中進(jìn)行進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用。

長裸眼；七段制大斜度定向井；設(shè)計(jì)施工；盤2-斜192井

臨盤油田油藏的地質(zhì)特點(diǎn)就是斷塊多，以中小型斷塊油藏為主，盤2塊構(gòu)造位置位于惠民中央隆起帶盤河構(gòu)造盤西南部，為2條東西向斷層和3條南北向斷層所夾形成的多個封閉小斷塊，但含油豐度低，圈閉面積小，用直井或普通定向井進(jìn)行開發(fā)效率低，實(shí)踐證明多段制大斜度多目標(biāo)定向井開發(fā)技術(shù)，可以大幅度提高零碎斷塊油田單井的控制儲量和產(chǎn)能，提高經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概況

盤2-斜192井設(shè)計(jì)井深2670.29m，設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)為：一開采用?444.5mm鉆頭鉆至井深270m，下入?339.7mm的表層套管封固平原組以上疏松地層，二設(shè)計(jì)為?215.9mm鉆頭鉆進(jìn)至完鉆井深下入?139.7mm油層套管，靶點(diǎn)信息如表1所示。

表1 靶點(diǎn)信息表

2 難點(diǎn)分析

（1）軌道貼斷層設(shè)計(jì)，要求中靶精度高，大井斜井段長，控制難度大。

（2）裸眼段長，軌跡復(fù)雜，施工后期摩阻扭矩增大。

（3）三增后滑動鉆進(jìn)時容易使鉆具發(fā)生屈曲現(xiàn)象。

（4）大井斜段攜砂困難，易形成巖屑床，易發(fā)生井下事故。

3 工程設(shè)計(jì)

3.1 軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)

長裸眼復(fù)雜軌道設(shè)計(jì)主要采用恒曲率法和變曲率法2種方法：恒曲率法的造斜率為常量，變曲率法的造斜率為變量。變曲率法又可分為懸鏈線、準(zhǔn)懸鏈線等方法。設(shè)計(jì)井眼軌道時，首先保證常規(guī)導(dǎo)向鉆具組合的造斜率與套管柱和井眼曲率半徑要相適應(yīng)；其次井眼曲率要適中，確保井下安全；再次設(shè)計(jì)井眼長度要相對較短，以保證摩阻/扭矩相對較小。針對地質(zhì)設(shè)計(jì)提供的4個靶點(diǎn)進(jìn)行了多圓弧三增剖面、懸鏈線剖面及準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)計(jì)，其中多圓弧三增剖面井眼軌道相對圓滑，結(jié)合不同剖面井眼軌道進(jìn)行摩阻/扭矩模擬計(jì)算，結(jié)果表明，多圓弧三增剖面平均摩阻最小。綜合考慮，該井選用七段制三增剖面，優(yōu)化剖面如表2所示。

表2 軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果

3.2 鉆具結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

由于盤2-斜192井第一穩(wěn)斜段和第三穩(wěn)斜段的段長均超過了500m，且第三穩(wěn)斜段井斜66.44°，為了提高穩(wěn)斜段旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的比例，避免滑動鉆進(jìn)的波浪型軌跡，在穩(wěn)斜段主要采用雙扶導(dǎo)完螺桿鉆具組合，為降低摩阻選用球型扶正器，并通過摩阻扭矩計(jì)算軟件分析，對剛性鉆具進(jìn)行倒裝：

?215.9mmPDC鉆頭+1.25°×172mm単彎螺桿+ ?165mm短鉆鋌（1～3m）+（212～210mm）球型穩(wěn)定器+?165mm回壓凡爾+?165mmMWD定向接頭+ ?165mm無磁鉆鋌×2根+?127mm加重鉆桿×（3～6）根+?127mm斜坡鉆桿（根據(jù)進(jìn)尺調(diào)整斜坡鉆桿的數(shù)量，使加重鉆桿在30°井斜以上井段）+?127mm加重鉆桿×（21～27）根+?127mm鉆桿，屈曲分析結(jié)果如圖1所示。

通過分析該鉆具結(jié)構(gòu)在施工過程中的滑動鉆進(jìn)、旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)和起下鉆工況下鉆具皆不會發(fā)生鉆具屈曲現(xiàn)象，并可以有效的降低鉆具的摩阻和扭矩。

圖1 鉆具組合的屈曲分析圖

3.3 鉆井參數(shù)對改善攜巖屑性的分析

盤2-斜192井斜井段長，尤其在施工后期45°～65°的大井斜段容易形成巖屑床，增加工程風(fēng)險，為最大限度地提高井眼凈化程度，減小鉆進(jìn)過程的摩阻和扭矩，確保安全施工，依據(jù)垣平1井模擬計(jì)算排量、轉(zhuǎn)速和巖屑顆粒半徑對巖屑床厚度的影響實(shí)驗(yàn)及其現(xiàn)場鉆井參數(shù)，巖屑粒徑的大小和鉆進(jìn)中使用的排量大小直接影響巖屑床的形成和厚度規(guī)律可知，上述因素對井斜大于50°井段的影響程度逐漸擴(kuò)大，為了保證井眼凈化，應(yīng)適當(dāng)提高排量和控制巖屑的粒徑來減小巖屑床的厚度，達(dá)到降低摩阻和扭矩的目的。因此，后期大井斜段施工時控制排量30～34L/s，優(yōu)選PDC鉆頭控制巖屑粒徑，并通過技術(shù)劃眼和短程起下鉆等方法提高井眼凈化程度。

4 現(xiàn)場施工

900～1880m井段施工，鉆具組合?215.9mmPDC鉆頭+1.25°×172mm単彎螺桿+?165mm短鉆鋌× 1.5m+210mm球型穩(wěn)定器+?165mm回壓凡爾+ ?165mmMWD定向接頭+?165mm無磁鉆鋌×2根+ ?127mm加重鉆桿×21根+?127mm鉆桿，由于設(shè)計(jì)方位與地磁方向垂直，鉆具組合中采用雙無磁，造斜段地層為明化鎮(zhèn)組地層，巖性質(zhì)地松軟，造斜過程中采用滑動鉆進(jìn)與復(fù)合鉆進(jìn)相結(jié)合的方式控制實(shí)際造斜率在15°/100m，鉆進(jìn)至988m，將井斜調(diào)整為10.55°，方位115.8°，開始復(fù)合鉆進(jìn)，轉(zhuǎn)盤鉆速100r/min，排量34L/s,鉆進(jìn)至井深1710m穩(wěn)斜效果極佳，井斜一直穩(wěn)定在9.8°～11°，并自該井深開始進(jìn)行第二增斜段的施工采用滑動鉆進(jìn)與復(fù)合鉆進(jìn)相結(jié)合的方式控制實(shí)際造斜率在18°/100m左右鉆進(jìn)至井深1880m，井斜37.5°,考慮第三增斜段的造斜率要求，起鉆簡化鉆具組合，并進(jìn)行倒裝，從而弱化鉆具組合的剛性，提高滑動鉆進(jìn)適用性，確保第三增斜段的順利完成。該趟鉆完成進(jìn)尺980m，穩(wěn)斜段進(jìn)尺892m，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)/滑比例為99∶1，平均機(jī)械鉆速達(dá)28.69m/h。

1880～2055m井段施工，鉆具組合?215.9mm PDC鉆頭+1.5°×172mm単彎螺桿+?165mm回壓凡爾+?165mmMWD定向接頭+?165mm無磁鉆鋌×2根+?127mm加重鉆桿×6根+?127mm斜坡鉆桿×30根+?127mm加重鉆桿×21根+?127mm鉆桿。

第三增斜段施工中組合取出了第二只穩(wěn)定器，弱化鉆具剛性，每鉆進(jìn)1根單根后技術(shù)劃眼一次，便于泥漿的攜帶巖屑，運(yùn)用聚合物防塌潤滑體系鉆井液加強(qiáng)井壁穩(wěn)定，控制鉆井液摩阻系數(shù)Kf=0.12左右，控制平均造斜率23°/100m,鉆進(jìn)至井深2055m井斜65.12°，對于C、D靶井斜角控制就為靶心狀態(tài)，控制角分別為4.5°及1.6°。

2055～2648m井段施工，鑒于2055m井斜65.12°達(dá)到穩(wěn)斜要求，固更換雙扶單彎螺桿組合，并優(yōu)選2個穩(wěn)定器之間的長度，以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)穩(wěn)斜鉆進(jìn)的目的，鉆具組合：?215.9mmPDC鉆頭+1.25°×172mm単彎螺桿+ ?165mm短鉆鋌×1.5m+210球型穩(wěn)定器+?165mm回壓凡爾+?165mmMWD定向接頭+?165mm無磁鉆鋌×1根+?127mm無磁承壓鉆桿×1根+?127mm加重鉆桿×6根+?127mm斜坡鉆桿×75根+?127mm加重鉆桿×27根+?127mm鉆桿，鉆進(jìn)排量32L/s，轉(zhuǎn)盤鉆速100r/min,該井大井斜穩(wěn)斜段的實(shí)鉆數(shù)據(jù)如表3所示。

從表3可以看出，盤2-斜192井采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的單彎雙穩(wěn)導(dǎo)向鉆具組合復(fù)合鉆進(jìn)的穩(wěn)斜效果很好，且該井在穩(wěn)斜段鉆進(jìn)過程中，沒有被動地實(shí)施滑動鉆進(jìn)。

表3 盤2-斜192井的測斜結(jié)果

5 結(jié)論

（1）對于復(fù)雜軌跡定向井軌道可以通過優(yōu)化設(shè)計(jì)剖面、選擇合理的靶前距、井眼曲率和優(yōu)選鉆井參數(shù)來克服鉆具的摩阻和扭矩大、井眼凈化難等鉆井技術(shù)難點(diǎn)。

（2）長裸眼段復(fù)雜軌跡定向井，應(yīng)用聚合物防塌潤滑體系鉆井液，有利于穩(wěn)定井壁、降低摩阻，有助于實(shí)現(xiàn)軌跡安全、精確控制。

（3）控制32L/s以上的鉆井液排量及適當(dāng)?shù)你@速有助于井眼的清潔。

（4)應(yīng)用Navigator摩阻軟件，對鉆具的受力進(jìn)行模擬分析，能夠?qū)崿F(xiàn)對鉆具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，有助于在實(shí)鉆中規(guī)避鉆柱脫壓、正弦屈曲和螺旋自鎖現(xiàn)象的發(fā)生。

（5）建議在大斜度定向井和長水平段水平井的穩(wěn)斜段施工時，選用雙扶單彎螺桿鉆具組合，可以較好地實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)穩(wěn)斜鉆進(jìn)，避免被動滑動進(jìn)，井眼軌跡平滑且有利于提高機(jī)械鉆速。

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TE243

B

1004-5716(2015)09-0068-03

2014-09-05

2014-09-30

于鵬璽（1983-），男（漢族），山東乳山人，工程師，現(xiàn)從事定向井技術(shù)管理與施工工作。