川南頁(yè)巖氣平臺(tái)井組淺層預(yù)增斜軌道優(yōu)化技術(shù)

張 強(qiáng)，杜小松，孔 華，晁文學(xué)，李亞南

（1.中石化中原石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)研究院，河南濮陽(yáng)457001；2.中石化中原石油工程有限公司西南鉆井分公司，四川南充637001）

川南頁(yè)巖氣田位于四川盆地南緣，地處山地、環(huán)境復(fù)雜，井場(chǎng)面積受限，大部分為小井距三維叢式水平井[1-3]。常規(guī)叢式井一般采用錯(cuò)開造斜點(diǎn)及設(shè)計(jì)方位線的方式以達(dá)到鄰井防碰的施工要求，井間距離通常在10m左右。川南地區(qū)由于上部地層傾角大，加壓快速鉆進(jìn)易井斜，直井段的防碰問(wèn)題尤為突出，因此，常規(guī)錯(cuò)開造斜點(diǎn)的防碰方法已不適應(yīng)川南小井距三維叢式水平井的施工。借鑒海上平臺(tái)叢式井開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，淺層預(yù)增斜技術(shù)已在國(guó)內(nèi)取得了較好的應(yīng)用效果[4-5]，通過(guò)優(yōu)化川南叢式井防碰及軌道設(shè)計(jì)，形成了適用于川南頁(yè)巖氣的預(yù)增斜剖面優(yōu)化技術(shù)，并在長(zhǎng)寧X平臺(tái)進(jìn)行了應(yīng)用，取得了較好的效果。

1 川南工區(qū)平臺(tái)井組鉆井施工難點(diǎn)

1.1 井間距離小

川南叢式井平臺(tái)井組，布井方式一般為單排或雙排，排距約30m，每排3～4口井，井間距離約5m左右，有些井實(shí)際井間距僅4.88m，因此，對(duì)井身質(zhì)量要求高，防碰難度大。

1.2 地層傾角大

由于上部地層傾角大，加壓快速鉆進(jìn)過(guò)程中，易井斜。由表1前期完鉆井直井段井斜、位移統(tǒng)計(jì)情況可以看出，0～1200m實(shí)鉆井斜一般大于2°，位移均在10m以上，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了井口的最近距離，因此，井組間相鄰各井的防碰問(wèn)題尤為突出。

表1 直井段（0～1200m）井斜、位移情況統(tǒng)計(jì)表

1.3 石牛欄組抗研磨性強(qiáng)定向鉆速慢

下部地層石牛欄組（垂厚400m左右）抗研磨性強(qiáng)、可鉆性差，常規(guī)設(shè)計(jì)需在石牛欄組定向增斜，導(dǎo)致機(jī)械鉆速低（1.5m/h左右），嚴(yán)重影響了鉆井施工進(jìn)度。

2 軌道優(yōu)化總體思路

（1）淺層預(yù)斜技術(shù)可以減少直井段控制長(zhǎng)度，從而降低與鄰井發(fā)生交碰的風(fēng)險(xiǎn)，淺層預(yù)增斜防碰技術(shù)已在海上平臺(tái)成功應(yīng)用[6]。通過(guò)對(duì)鄰近已鉆及待鉆井眼軌跡的分析，在淺層預(yù)斜鉆進(jìn)，按照一定方位偏離鄰近井眼，能夠降低直井段防碰風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也減小了后續(xù)作業(yè)井的防碰壓力。

（2）三開石牛欄組地層可鉆性差、定向鉆速慢，剖面上宜將石牛欄組設(shè)計(jì)成穩(wěn)斜段，盡量采用復(fù)合鉆進(jìn)的方式鉆穿石牛欄組，之后開始定向增斜扭方位作業(yè)，以避開在石牛欄組定向增斜，圖1為預(yù)增斜軌道優(yōu)化示意圖。

依據(jù)上部防碰、下部復(fù)合鉆穿石牛欄組的總體思路，采用“直—微增—穩(wěn)—增—平”的軌道類型[7]。

3 井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 預(yù)增斜井段的優(yōu)選

川南地區(qū)一開嘉陵江組、銅街子組井漏嚴(yán)重，預(yù)增斜井段應(yīng)盡量避開巖石破碎帶和漏失地層，選在二開相對(duì)較為穩(wěn)定的地層飛仙關(guān)組，垂深500～800m左右，以提高地層的造斜能力。

3.2 預(yù)增斜造斜率的合理選擇

淺層造斜受地層松軟、鉆時(shí)快、井眼尺寸大等因素的影響，導(dǎo)致造斜率普遍偏低，因此，在設(shè)計(jì)預(yù)增斜段時(shí)，造斜率不宜過(guò)高，K1控制在3°/30m以內(nèi)[8]。

3.3 預(yù)增斜方位的確定

預(yù)增斜方位選擇的前提是應(yīng)有利于該井的下部施工，可根據(jù)鄰井實(shí)鉆及待鉆井眼軌跡的位置，確定初始預(yù)增方位角，進(jìn)行剖面設(shè)計(jì)同時(shí)對(duì)鄰井的安全防碰距離進(jìn)行評(píng)估，如果不滿足，可對(duì)初始預(yù)增方位角進(jìn)行優(yōu)化，直到滿足鄰井防碰要求為止。

圖1 預(yù)增斜軌道優(yōu)化示意圖

3.4 預(yù)增斜剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)

依據(jù)上部井段防碰、下部有利于石牛欄組快速鉆進(jìn)的軌道優(yōu)化總體思路，宜將石牛欄組設(shè)計(jì)成穩(wěn)斜段。

3.4.1 預(yù)增段最大井斜角對(duì)下部造斜率的影響

二開大尺寸井眼?311.2mm，K1按3°/30m的造斜率預(yù)增斜，穩(wěn)斜角分別以10°、15°、20°、25°進(jìn)行預(yù)增斜設(shè)計(jì)，圖2為不同井斜角預(yù)增斜的剖面對(duì)比。

設(shè)計(jì)結(jié)果表明預(yù)增設(shè)計(jì)穩(wěn)斜角10°、15°對(duì)下部造斜率影響不大，10°穩(wěn)斜下部造斜率K3為6.08°/30m；15°穩(wěn)斜下部造斜率K3為6.00°/30m；20°穩(wěn)斜下部造斜率K3為 5.60°/30m，25°穩(wěn)斜下部造斜率K3為 7.00°/30m，且需要降斜至19°，導(dǎo)致井眼軌跡不平滑，造成下部增斜扭方位段井眼曲率大，增加了后續(xù)施工難度。

圖2 不同井斜角預(yù)增斜設(shè)計(jì)剖面對(duì)比

由圖3可已看出，按照10°～15°井斜角預(yù)增斜鉆進(jìn)至700m與鄰井的防碰距離已達(dá)到20m以上。因此，預(yù)增井斜角10°～15°已經(jīng)滿足鄰井的安全防碰要求。

3.4.2 長(zhǎng)穩(wěn)斜段井斜微增、微降對(duì)下部造斜率的影響考慮到長(zhǎng)穩(wěn)斜段實(shí)現(xiàn)穩(wěn)斜難以控制，實(shí)鉆過(guò)程中常會(huì)出現(xiàn)微增、微降的情況，因此，需要對(duì)穩(wěn)斜段進(jìn)行微增、微降設(shè)計(jì)，預(yù)測(cè)下部施工難度，從而對(duì)前期剖面設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)做進(jìn)一步優(yōu)化。

圖3 不同預(yù)增斜剖面與鄰井防碰距離掃描圖

（1）長(zhǎng)穩(wěn)斜段井斜微降對(duì)下部造斜率的影響。K1按3°/30m的造斜率預(yù)增斜，井斜角分別以10°、15°、20°進(jìn)行吊直或自然降斜，降斜率K2按0.15°～0.3°/30m設(shè)計(jì)，剖面對(duì)比結(jié)果如表2所示。

由表2可以看出，預(yù)增井斜角在10°～20°之間，復(fù)合鉆井斜微降，鉆穿石牛欄組后，下部造斜率K3為6.06°～6.18°/30m，能夠滿足三開?215.9mm井眼的施工要求。

（2）長(zhǎng)穩(wěn)斜段井斜微增對(duì)下部造斜率的影響。井斜角分別以10°、15°、20°進(jìn)行預(yù)增斜，微增段造斜率K2按0.15°～0.3°/30m設(shè)計(jì)，剖面對(duì)比結(jié)果如表3所示。

由表3可以看出，預(yù)增井斜角為10°、15°時(shí)，長(zhǎng)穩(wěn)斜段井斜微增的下部造斜率與長(zhǎng)穩(wěn)斜段井斜微降對(duì)比反而會(huì)降低，但是，當(dāng)預(yù)增井斜角為20°時(shí)，長(zhǎng)穩(wěn)斜段井斜微增至29.8°，由于位移過(guò)大，導(dǎo)致無(wú)法復(fù)合鉆穿石牛欄組地層，需在石牛欄組定向降斜，增大了下部施工難度的同時(shí)影響了鉆井時(shí)效。

因此，通過(guò)以上長(zhǎng)穩(wěn)斜段井斜微降、微增的設(shè)計(jì)結(jié)果表明，在長(zhǎng)穩(wěn)斜段井斜不確定微增、微降的情況下，預(yù)增斜井斜角不宜過(guò)大，10°～15°左右較為合適，既能滿足上部直井段的防碰要求，又能實(shí)現(xiàn)復(fù)合鉆穿石牛欄組的施工方案。

表2 長(zhǎng)穩(wěn)斜段井斜微降剖面對(duì)比結(jié)果

表3 長(zhǎng)穩(wěn)斜段井斜微增剖面對(duì)比結(jié)果

4 軌道優(yōu)化技術(shù)在長(zhǎng)寧X-5井的應(yīng)用

4.1 預(yù)增斜軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)

長(zhǎng)寧X平臺(tái)井組，雙排共6口井，井距5m，排距30m，其中長(zhǎng)寧X-5與長(zhǎng)寧X-1井井口距離為4.87m，石牛欄組設(shè)計(jì)垂深1947～2355m，對(duì)長(zhǎng)寧X-5井綜合評(píng)估后，需要對(duì)其進(jìn)行預(yù)增斜軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)，見表4。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

4.2.1 一開直井段

一開采用塔式防斜鉆具組合：?444.5mm鉆頭+減震器+?228.6mm鉆鋌×3根+?203.2mm鉆鋌×9根+?139.7mm鉆桿。

一開直井段加密測(cè)斜，及時(shí)調(diào)整鉆具組合，實(shí)時(shí)根據(jù)測(cè)斜數(shù)據(jù)進(jìn)行防碰掃描，采用輕壓吊打的方式，確保了一開井身質(zhì)量。

4.2.2 二開預(yù)增斜段及穩(wěn)斜段

二開采用MWD監(jiān)測(cè)井眼軌跡，鉆進(jìn)至680m開始預(yù)增斜，優(yōu)化后預(yù)增方位角為90°，增斜鉆進(jìn)至740m，防碰距離逐漸降至6.79m，繼續(xù)增斜鉆進(jìn)至800m，井斜增至8.1°，防碰距離逐漸增大，復(fù)合鉆進(jìn)至830m，鄰井最近距離增大至13.96m，已達(dá)到鄰井的安全防碰距離。

（1）預(yù)增斜段鉆具組合：?311.2mmPDC+?216mm單彎螺桿×1.5°+?203.2mm無(wú)磁鉆鋌+MWD懸掛短節(jié)+?203.2mm鉆鋌×6根+?127mm加重鉆桿×9根+止回閥+?139.7mm鉆桿。

（2）穩(wěn)斜段具組合：?311.2mmPDC+?216mm單彎螺桿+?306mm螺旋扶正器+?203.2mm無(wú)磁鉆鋌+MWD懸掛短節(jié)+?203.2mm鉆鋌×6根+?127mm加重鉆桿×9根+止回閥+?139.7mm鉆桿。

二開穩(wěn)斜段平均機(jī)械鉆速為5.18m/h，實(shí)際穩(wěn)斜段微增，900～1700m井斜由10.2°增至14.6°，方位由87°降至84°，全角變化率在0.12°～0.6°/30m之間。圖4為預(yù)增斜后實(shí)鉆測(cè)斜數(shù)據(jù)與長(zhǎng)寧X-1井防碰掃描圖。

4.2.3 三開穩(wěn)斜段

穩(wěn)斜段具組合：?215.9mmPDC+?172mm單彎螺桿×1.25°+?208mm扶正器+止回閥+?158.8mm無(wú)磁鉆鋌×1根+MWD懸掛短節(jié)+?158.8mm鉆鋌×3根+?127mm加重鉆桿×15根+?127mm鉆桿+?139.7mm鉆桿。

該段下入微増斜鉆具組合，復(fù)合鉆穿了石牛欄組高研磨性地層，石牛欄井段：1996～2580m，進(jìn)尺：584m，井斜變化：18.7°～25.4°，方位變化：92°～98°，石牛欄組平均機(jī)械鉆速5.37m/h，與鄰井相比機(jī)械鉆速明顯提高。

表4 長(zhǎng)寧X-5井預(yù)增斜剖面設(shè)計(jì)

圖4 長(zhǎng)寧X-5井與長(zhǎng)寧X-1井防碰距離掃描圖

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）預(yù)增斜軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)在川南地區(qū)的應(yīng)用，能夠有效地解決井組間各井的防碰問(wèn)題，同時(shí)降低了下部井段的施工難度。

（2）針對(duì)石牛欄組研磨性強(qiáng)、可鉆性差的情況，將石牛攔組設(shè)計(jì)為穩(wěn)斜段，實(shí)鉆中采用復(fù)合鉆進(jìn)的方式鉆穿石牛欄組，能夠有效地提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期。

（3）通過(guò)長(zhǎng)穩(wěn)斜段井斜微增、微降的研究結(jié)果表明，預(yù)增斜井斜角不宜過(guò)大，應(yīng)控制在10°～15°左右，避免長(zhǎng)穩(wěn)斜段因位移超出設(shè)計(jì)位移而導(dǎo)致的降斜施工，增加后續(xù)作業(yè)難度。

（4）現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中長(zhǎng)穩(wěn)斜段應(yīng)充分考慮地層自然造斜率，優(yōu)選底部鉆具組合，以提高長(zhǎng)穩(wěn)斜段的控制能力。

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