C6H水平井三維軌跡優(yōu)選與控制技術(shù)

邊 杰， 崔愛(ài)貞， 和鵬飛， 袁則名， 齊 斌

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452； 2.中海油服油田技術(shù)事業(yè)部塘沽作業(yè)公司，天津 300452； 3.中海油服鉆井事業(yè)部鉆井研究院鉆井工藝研究所，天津 300452)

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C6H水平井三維軌跡優(yōu)選與控制技術(shù)

邊 杰1， 崔愛(ài)貞2， 和鵬飛1， 袁則名1， 齊 斌3

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452； 2.中海油服油田技術(shù)事業(yè)部塘沽作業(yè)公司，天津 300452； 3.中海油服鉆井事業(yè)部鉆井研究院鉆井工藝研究所，天津 300452)

渤海北部LD油田在井網(wǎng)加密、油田大規(guī)模綜合布置新鉆調(diào)整井時(shí)，存在新鉆的25口井與老井井網(wǎng)交叉、井眼軌跡立體三維纏繞問(wèn)題，其中C6H水平井是此類問(wèn)題的典型，同時(shí)C6H井還需要在可鉆性極差的館陶組底礫巖地層定向造斜。針對(duì)上述問(wèn)題，通過(guò)C6H井3種軌跡方案對(duì)比、分析，優(yōu)選出最為有利的方案，結(jié)合螺桿馬達(dá)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具性能分析，最后采用螺桿馬達(dá)+水力震蕩器+微偏心穩(wěn)定器等鉆具組合新方式，順利實(shí)施了C6H井。

水平井；井網(wǎng)加密；井眼防碰；三維設(shè)計(jì)；軌跡控制；渤海油田

渤海油田現(xiàn)階段開(kāi)發(fā)中，零散調(diào)整井和整裝規(guī)模的綜合調(diào)整井較多，前者屬于油田范圍內(nèi)的局部井網(wǎng)調(diào)整，后者屬于全油田范圍的井間加密，此類作業(yè)中井眼防碰問(wèn)題是最為棘手的問(wèn)題[1-8]。近年來(lái)渤海油田進(jìn)行了較多的井眼防碰研究，出臺(tái)若干管理辦法，形成了老井陀螺油管內(nèi)復(fù)測(cè)等一系列技術(shù)措施，但主要的手段還是集中在井眼軌跡設(shè)計(jì)階段的規(guī)避和控制[9-12]。LD油田位于渤海北部，目的層位于東營(yíng)組，在2014年進(jìn)行了井網(wǎng)加密，累計(jì)鉆井25口，井眼防碰問(wèn)題較為突出，尤其是C6H井最為典型。

1 作業(yè)背景

1.1 初始軌跡設(shè)計(jì)

C6H井在初步研究階段，軌跡設(shè)計(jì)如表1所示，該井設(shè)計(jì)為一口水平生產(chǎn)井，采用兩段式造斜，方位角變化較大，屬于典型的三維水平井。

表1 C6H井初始軌跡設(shè)計(jì)

注：井底垂深1548.8 m，井底斜深2448.0 m。

1.2 井身結(jié)構(gòu)

C6H井采用渤海通用三開(kāi)井身結(jié)構(gòu)，?444.5 mm井眼(鉆深805.0 m)×?339.7 mm套管(下深800.0 m)+?311.1 mm井眼(鉆深2177.0 m)×?244.5 mm套管(下深2172.0 m)+?215.9 mm井眼(鉆深2448.0 m)×防砂篩管(下深2443.0 m)。

1.3 地層情況

在軌跡控制過(guò)程中分別穿過(guò)平原組、明化鎮(zhèn)組、館陶組和東營(yíng)組地層，其中在館陶組地層底部還有可鉆性比較差的底礫巖。

2 難點(diǎn)分析

綜合分析本井初始設(shè)計(jì)軌跡以及與周圍臨井的防碰掃描圖(見(jiàn)圖1)，可以看出C6H井的難點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：(1)嚴(yán)重的淺層防碰問(wèn)題：在175.0～500.0 m間存在多井的淺層防碰；在1180.0 m附近與A26H井的防碰以及深層防碰問(wèn)題。(2)軌跡復(fù)雜，控制難度大：設(shè)計(jì)軌跡扭方位239.88°；因靶前位移不足，軌跡存在反扣，井斜由64.03°降至25.44°再增至90°；軌跡存在增斜降方位段、降斜增方位段和增斜增方位段。(3)一開(kāi)在淺部軟地層存在造斜且造斜率達(dá)到3.6°/30 m，而渤海常規(guī)設(shè)計(jì)為3.0°/30 m，主要是地層疏松造斜較為困難。(4)二開(kāi)主要問(wèn)題是防碰、減少或避開(kāi)底礫巖的滑動(dòng)作業(yè)；本作業(yè)區(qū)塊館陶組地層中有底礫巖，在底礫巖使用馬達(dá)滑動(dòng)存在工具面不穩(wěn)定，時(shí)效較低的問(wèn)題；設(shè)計(jì)軌跡中，斯倫貝謝旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向Xceed存在工作盲區(qū)——避開(kāi)其工作盲區(qū)[13]。

圖1 初始設(shè)計(jì)防碰掃描中心距圖

3 設(shè)計(jì)優(yōu)化與方案對(duì)比

3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)

C6H井在一開(kāi)作業(yè)結(jié)束后，利用陀螺工具在表層套管內(nèi)進(jìn)行了軌跡復(fù)測(cè)，有效保證了上部數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。根據(jù)最新的復(fù)測(cè)結(jié)果，形成了2個(gè)二開(kāi)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案(主要是針對(duì)800.0 m以深的井段軌跡設(shè)計(jì))，如表2所示。

表2 C6H井優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

注：方案1和方案2的井底垂深均為1548.8 m，方案1的井底斜深2442.0 m，方案2的井底斜深2443.0 m。

3.2 方案對(duì)比

(1)分析優(yōu)化設(shè)計(jì)1，有如下特點(diǎn)：針對(duì)防碰做出了優(yōu)化，與A26H井的分離距離和分離系數(shù)都比之前更加安全，如圖2所示；底礫巖垂深預(yù)計(jì)在1180～1250 m，在其中有一個(gè)33.70 m的穩(wěn)斜段，穩(wěn)斜角設(shè)計(jì)為30.39°；防碰優(yōu)化后，直接使用PDC鉆頭，無(wú)需使用牙輪鉆頭。一是提高了鉆井速度；二是避免穿過(guò)底礫巖后的起鉆更換鉆頭，提高了作業(yè)時(shí)效。底礫巖中的穩(wěn)斜段，有利于實(shí)鉆軌跡的模擬；可以減少底礫巖中的滑動(dòng)距離，提高了作業(yè)時(shí)效；同時(shí)，模擬的軌跡更貼近設(shè)計(jì)，有利于控制軌跡和著陸。

圖2 優(yōu)化設(shè)計(jì)1防碰系數(shù)

(2)分析優(yōu)化設(shè)計(jì)2，具有如下特點(diǎn)：防碰形勢(shì)更加有利于工程實(shí)施，如圖3所示，根據(jù)防碰報(bào)告A26H井位于C6H井右上方，C6H井斜深1148 m時(shí)與A26H井中心距離41.81 m，分離系數(shù)1.98，垂差14.3 m。A36井位于C6H井右上方，C6H井斜深1768 m時(shí)與A36井中心距離42.84 m ，分離系數(shù)1.77，垂差17.33 m。A9井位于C6H井右上方，C6H井斜深2016 m時(shí)與A9井中心距離35.77 m，分離系數(shù)1.68，垂差15.29 m。C6H井下部井段使用斯倫貝謝Xceed著陸，因設(shè)計(jì)鉆穿底礫巖后部分井段是Xceed的工作盲區(qū)，故在軌跡優(yōu)化過(guò)程中也嘗試規(guī)避。限于靶點(diǎn)和軌跡的實(shí)際情況，無(wú)法規(guī)避，故需要鉆進(jìn)至無(wú)Xceed盲區(qū)后，才能更換旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向；根據(jù)地磁場(chǎng)參數(shù)，計(jì)算本井盲區(qū)警告區(qū)：同時(shí)滿足井斜角范圍21.85°～41.85°、方位角范圍342.2°～2.2°；本井根據(jù)井眼軌跡和鉆具表，需要鉆進(jìn)至斜深1715 m后，出Xceed盲區(qū)警告區(qū)。

圖3 優(yōu)化設(shè)計(jì)2防碰系數(shù)

(3)對(duì)比上述2個(gè)方案可知，優(yōu)化設(shè)計(jì)1雖然做了諸多優(yōu)化，但仍存在如下問(wèn)題：①3.8°/30 m左右造斜率的井段長(zhǎng)度>600 m；②二開(kāi)軌跡除底礫巖有穩(wěn)斜段外，使用螺桿馬達(dá)控制軌跡要求嚴(yán)格，需要一直進(jìn)行滑動(dòng)作業(yè)，軌跡調(diào)整余地小；③鉆出表層套管鞋就需要3.6°/30 m的造斜率，嘗試馬達(dá)鉆具組合造斜率的井段余量極?。虎芟鄬?duì)初始設(shè)計(jì)與A36井的防碰形勢(shì)有所加重。因此優(yōu)選設(shè)計(jì)2為實(shí)施方案。

4 現(xiàn)場(chǎng)軌跡控制

4.1 螺桿馬達(dá)控制井段(805～1715 m)

(1)鉆具組合[14-15]。?311.1 mm鉆頭+?244.5 mm螺桿馬達(dá)(1.25°，308/273 mm直翼扶正套子)+?203.2 mm浮閥接頭+?229.1 mm穩(wěn)定器+?203.2 mm非磁鉆鋌+?203.2 mm MWD+?203.2 mm非磁鉆鋌+?203.2 mm隨鉆震擊器+變扣接頭+?127 mm加重鉆桿×14根+?203.2 mm水力振蕩器+?127 mm鉆桿。

(2)控制參數(shù)。滑動(dòng)鉆進(jìn)鉆壓20～60 kN，排量3000～3600 L/min，旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆壓10～60 kN，排量3000～3800 L/min，頂驅(qū)轉(zhuǎn)速50～70 r/min。

(3)技術(shù)分析。①使用PDC鉆頭，提高鉆速即提高時(shí)效，鉆頭為新速通(舊)STS917 型， 10個(gè)直徑15/32 in(1 in=25.4 mm)水眼；②為保證有足夠的造斜率，使用1.25°彎角、型號(hào)為7LZ244×7.0-Ⅷ-SF 的5級(jí)螺桿馬達(dá)；③參考本區(qū)塊臨近井的扶正器的使用效果，再綜合考慮本井上部模擬軌跡主要是降斜扭方位，本井選用有利于軌跡控制的?229.1 mm穩(wěn)定器；④工具面的穩(wěn)定性對(duì)馬達(dá)的造斜率的穩(wěn)定性有決定性的影響，在鉆具組合中加入了水力振蕩器，既提高工具面的穩(wěn)定性，又在一定程度上保證了足夠的造斜率，使用水力振蕩器，本井在底礫巖的滑動(dòng)效率比C3H井的滑動(dòng)有了明顯的提升，相同鉆井參數(shù)，底礫巖可鉆性最差時(shí)，C3H井底礫巖滑動(dòng)平均ROP在3～5 m/h，本井為6～8 m/h；在C6H井馬達(dá)滑動(dòng)作業(yè)中，基本沒(méi)有出現(xiàn)憋泵憋壓現(xiàn)象。

4.2 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向控制井段(1715～2157 m)

(1)鉆具組合。?311.2 mm鉆頭+?228.6 mm Xceed旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具+?209.6 mm LWD+?209.6 mm MWD+?203.2 mm非磁鉆鋌+?203.2 mm隨鉆震擊器+變扣接頭+?127 mm加重鉆桿×14根+微偏心穩(wěn)定器+?127 mm鉆桿。

(2)控制參數(shù)。鉆壓20～60 kN，排量3600～3800 L/min，轉(zhuǎn)速80～110 r/min。

(3)技術(shù)分析。本趟鉆軌跡控制的重點(diǎn)是參考Xceed在本平臺(tái)已作業(yè)井中的使用情況，盡快確定工具的指令及其對(duì)應(yīng)的造斜率，本平臺(tái)C19H、C3H井使用相同規(guī)格的Xceed，根據(jù)報(bào)告可知：造斜力度80%，造斜率約4.2°/30 m，造斜力度60%，造斜率約3.5°/30 m，造斜力度40%，造斜率在(2.2°～2.8°)/30 m。C6H井作業(yè)中，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具Xceed發(fā)送導(dǎo)向指令，控制工具面角在36°，使用70%的造斜力度，最終效果能達(dá)到3.7°/30 m的造斜率，而使用0°工具面角、80%造斜力度，能達(dá)到造斜率4.4°/30 m，此時(shí)，方位角每柱自然右飄0.8°左右。同樣工具面角情況下，使用60%造斜力度時(shí)能達(dá)到3.6°/30 m造斜率，使用40%～50%造斜力度時(shí)，造斜率(3°～3.3°)/30 m。

5 結(jié)論

(1)LD區(qū)塊館陶組、東營(yíng)組地層采用水力振蕩器+1.25°彎角馬達(dá)，保證了造斜率，也保證了滑動(dòng)作業(yè)的效果，避免在底礫巖和東營(yíng)組地層出現(xiàn)頻繁憋泵等現(xiàn)象；(2)更好的軌跡設(shè)計(jì)要求合理的穩(wěn)斜段及其所穩(wěn)的井斜、避開(kāi)或減少特殊地層的滑動(dòng)、避開(kāi)部分工具如Xceed等的工作盲區(qū)；(3)定向井軌跡優(yōu)化的手段：增加合理的穩(wěn)斜段、優(yōu)化造斜點(diǎn)、調(diào)整靶點(diǎn)、優(yōu)化造斜率等。

[1] 孫曉飛,韓雪銀,和鵬飛,等.防碰技術(shù)在金縣1-1-A平臺(tái)的應(yīng)用[J].石油鉆采工藝,2013,35(3):48-50.

[2] 韓志勇.三維定向井軌道設(shè)計(jì)和軌跡控制的新技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù),2003,31(5):1-3.

[3] 孫文博,劉明國(guó),王琪.三維繞障水平井軌跡控制技術(shù)在紅南平6井的應(yīng)用[J].斷塊油氣田,2007,14(3):63-65.

[4] 和鵬飛,孔志剛.Power Drive Xceed指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)在渤海某油田的應(yīng)用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2013，40(11):45-48.

[5] 姬洪剛,卓振洲,張雪峰,等.渤海某油田利用模塊鉆機(jī)調(diào)整井鉆井作業(yè)的難點(diǎn)與對(duì)策[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2014,23(6):77-78.

[6] 劉鵬飛,和鵬飛,李凡,等.欠位移水平井C33H井裸眼懸空側(cè)鉆技術(shù)[J].石油鉆采工藝,2014，36(1):44-47.

[7] 劉鵬飛,和鵬飛,李凡,等.Power Drive Archer型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)在綏中油田應(yīng)用[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2014,43(6):65-68.

[8] 和鵬飛,呂廣,程福旺,等.加密叢式調(diào)整井軌跡防碰質(zhì)量控制研究[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,2016,32(6):20-23.

[9] 付建民,韓雪銀,孫曉飛,等.PDC鉆頭防渦技術(shù)在礫巖地層中的應(yīng)用[J].石油鉆采工藝,2012,34(S1):5-8.

[10] 劉鵬飛,和鵬飛,李凡,等.Power DriveVorteX鉆具系統(tǒng)配套PDC鉆頭優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版),2014,11(16):41-42.

[11] 牟炯,和鵬飛,侯冠中,等.淺部大位移超長(zhǎng)水平段I38H井軌跡控制技術(shù)[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2016,43(2):57-59.

[12] 和鵬飛,侯冠中,朱培,等.海上?914.4 mm井槽棄井再利用實(shí)現(xiàn)單筒雙井技術(shù)[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2016,43(3):45-48.

[13] 邊杰,和鵬飛,朱培,等.渤海常用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)造斜率影響因素分析[J].船海工程,2016，45(S1):210-213.

[14] 陳虎,和鵬飛.密集交叉井網(wǎng)井眼軌道精確制導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2017，44(1):41-45.

[15] 和鵬飛.海上低成本側(cè)鉆調(diào)整井的可行性研究與實(shí)施[J].海洋工程裝備與技術(shù),2016,3(4):212-216.

Three Dimension Trajectory Optimization and Control Technology for Unconventional Well Construction in Bohai

BIAN Jie1, CUI Ai-zhen2, HE Peng-fei1, YUAN Ze-ming1, QI Bin3

(1.CNOOC EnerTech-Drilling & Production Co., Tianjin 300452, China; 2.COSL, Well Tech, Tanggu Operation Company, Tianjin 300452, China; 3.COSL Drilling R&D Institute Drilling Technical Research Unit, Tianjin 300452, China)

For well pattern infill and large-scale comprehensive arrangement of newly drilled adjustment wells in LD oilfield of northern Bohai, 25 new wells cross with old well pattern and three-dimensional winding of borehole trajectory result in all the wells are three-dimensional designed with serious wellbores crossing problem, the typical case is C6H horizontal well which should be directional deflecting drilled in the Guantao formation basal conglomerate layer with extremely poor drillability. Aiming at the above, through the comparison and analysis on 3 kinds of trajectory scheme for C6H, the most favorable design is optimized; combined with the performance analysis on the screw motor and rotary steerable tools, new mode of DHA with screw motor + hydro-oscillator + micro eccentric stabilizer is adopted, C6H has been smoothly completed.

horizontal well; pattern infilling; anti-wellbore cross; 3D design; trajectory control; Bohai oilfield

2016-07-05；

2017-03-10

邊杰，男，漢族，1984年生，工程師，從事海洋石油鉆井技術(shù)監(jiān)督與管理工作，bianjie@cnooc.com.cn。

和鵬飛，男，漢族，1987年生，工程師，從事海洋石油鉆完井技術(shù)監(jiān)督工作，天津市濱海新區(qū)中新生態(tài)城雙威悅馨苑4-301(300467)，hepf2@qq.com。

P634.7；TE243

B

1672-7428(2017)05-0024-03