淺層稠油叢式水平井鉆井技術(shù)

朱杰　蔣娟　李秀靈　宋啟明

摘要：為了進(jìn)一步降低淺層稠油區(qū)塊開發(fā)的綜合投資和開采成本，結(jié)合淺層稠油水平井鉆井情況，從技術(shù)難點(diǎn)、井身軌跡控制、三維繞障技術(shù)、著陸控制、水平段控制等進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，總結(jié)了淺層叢式水平井井身軌跡控制工藝技術(shù)，也為今后淺層稠油水平井技術(shù)推廣應(yīng)用積累了經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：稠油油藏；水平井；軌跡控制；淺層；三維繞障

為了合理開發(fā)淺層稠油油氣資源，水平井鉆井技術(shù)已經(jīng)逐步成為稠油油藏開采方式之一。利用水平井泄油面積大、生產(chǎn)壓差小、產(chǎn)量高、投入產(chǎn)出比低、采收率高，蒸汽驅(qū)時(shí)范圍大。

1 施工難點(diǎn)

叢式井防碰。兩井之間距離較近時(shí)，易發(fā)生管柱之間的磁干擾，造斜點(diǎn)淺，地層松軟，前期要求造斜率高，井眼擴(kuò)大率大，極易發(fā)生新老井眼相碰。油層垂深淺，造斜點(diǎn)淺，造斜段很短，地層前期造斜率比較低，實(shí)際造斜率較設(shè)計(jì)造斜率偏差大，井段調(diào)整余量小，井眼軌跡控制精度要求高。地層比較淺并且松軟，斜井段、水平段下鉆遇阻易劃出新眼，開泵循環(huán)易形成大肚子。

2 井身軌跡控制技術(shù)

2.1軌跡控制影響因素

影響井眼軌跡控制的因素對(duì)于淺層水平井可分為下部鉆具（簡(jiǎn)稱BHA）結(jié)構(gòu)、己鉆井眼的幾何形狀、鉆井參數(shù)、地層特性等[1-2]，其中地層特性因素為非人為控制客觀因素，其余均為人為主觀因素。施工過程中可以通過采取一定的技術(shù)措施進(jìn)行軌跡控制。

2.1.1 鉆具結(jié)構(gòu)對(duì)井身軌跡的影響

鉆具組合性能是影響定向井、水平井井眼軌跡的主要因素之一。為了防止卡鉆事故的發(fā)生，斜井段使用柔性斜坡鉆桿，減少鉆具與井壁的接觸面積，降低鉆柱與井壁的阻力。采用加重鉆桿代替鉆鋌，將加重鉆桿接于井斜小于30°的井段，斜坡鉆桿置于斜井段和水平段。由于造斜點(diǎn)淺，在起鉆換地質(zhì)導(dǎo)向作業(yè)中，加重鉆桿未能按照要求全部入井，可以采取接單根過程中接加重鉆桿，直至加重鉆桿全部下井。同時(shí)使用無磁承壓鉆桿加長(zhǎng)無磁環(huán)境，防止地磁場(chǎng)對(duì)方位的影響，提高測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。

2.1.2 鉆井參數(shù)對(duì)井眼軌跡的影響

通過合理的鉆井參數(shù)調(diào)節(jié)，可有效地發(fā)揮和利用鉆具的本身特性，使實(shí)際井眼軌跡與設(shè)計(jì)井眼軌跡更吻合。由于地層比較淺，地層松軟，鉆具自重輕。淺層造斜施工中，適量控制泥漿排量，合理調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，根據(jù)軌跡控制的需要，合理確定鉆壓，同時(shí)采用連續(xù)加壓、快速間斷加壓等方法。

2.1.3 井眼幾何參數(shù)的影響

井眼幾何參數(shù)主要包括井眼直徑、井眼曲率、井斜角和井斜方位角等[3]。下部鉆具組合的彎曲變形總是受井眼幾何形狀的嚴(yán)格約束。曲率效應(yīng)的影響最終歸結(jié)為鉆頭方位側(cè)向力和井斜側(cè)向力兩方面作用。對(duì)于剛性鉆具組合，需要經(jīng)過相當(dāng)長(zhǎng)的井段才能逐漸消除，從而顯示鉆具的自身特征。實(shí)踐證明，實(shí)際鉆井過程中，可通過對(duì)鉆具組合的優(yōu)選，利用和達(dá)到這種效應(yīng)[4]。

2.1.4 地質(zhì)因素對(duì)井眼軌跡的影響

淺層水平井，由于油層埋藏淺，上部地層膠結(jié)疏松，可鉆性好，地層應(yīng)力對(duì)鉆具組合能力影響不大。但是，可鉆性好會(huì)影響鉆具組合的造斜能力，對(duì)于淺層水平井斜控制非常不利。因此，保證造斜率是實(shí)現(xiàn)水平井井眼軌跡控制成功的關(guān)鍵。具體施工中，膠結(jié)疏松的上部造斜井段采用理論造斜率比設(shè)計(jì)造斜率高的螺桿鉆具造斜，確保工具造斜率不低于設(shè)計(jì)造斜率，下部井段采用理論造斜率比設(shè)計(jì)略高的螺桿鉆具造斜，合理調(diào)整鉆井參數(shù)，當(dāng)實(shí)際造斜率比設(shè)計(jì)高時(shí)采用開轉(zhuǎn)盤復(fù)合鉆進(jìn)，基本上能消除地層因素對(duì)鉆具組合造斜性能不利的影響，控制精度較高。根據(jù)實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于同樣的鉆具組合鉆井參數(shù)和不同地層、巖性，造斜率的變化也很大。

2.2優(yōu)選造斜率

為了安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井，控制好井身軌跡，避免井下事故的發(fā)生，選擇合適的造斜率和井身軌跡比較關(guān)鍵。井眼曲率過小，使造斜井段的鉆進(jìn)時(shí)間太長(zhǎng)，穩(wěn)斜段太短，調(diào)整方位的回旋余地太小。井眼曲率過大，鉆具偏磨嚴(yán)重，摩擦阻力增加，起下鉆困難；容易磨出鍵槽，造成鍵槽卡鉆，對(duì)井下儀器不安全，并且還會(huì)對(duì)后期其他作業(yè)造成困難。

2.3 三維繞障防碰技術(shù)

2.3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)區(qū)塊進(jìn)行整體開發(fā)設(shè)計(jì)，確保設(shè)計(jì)井身軌跡與已鉆井有一定的安全距離。對(duì)確實(shí)不能錯(cuò)開的井， 通過調(diào)整造斜點(diǎn)、造斜率以及繞方位的方法來解決。根據(jù)上部直井段多點(diǎn)數(shù)據(jù)，及時(shí)修正井身軌跡，確保后期施工的順利進(jìn)行。

2.3.2 測(cè)量?jī)x器選擇

三維繞障作業(yè)通常是在強(qiáng)磁干擾環(huán)境中進(jìn)行，因此選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)量?jī)x器至關(guān)重要。一般來說，如果預(yù)計(jì)磁干擾不是很強(qiáng)， 并且繞障作業(yè)允許的軌跡范圍較大時(shí)，可采用一般的MWD。如果預(yù)計(jì)磁干擾很強(qiáng)，并且繞障作業(yè)允許的軌跡范圍很有限時(shí)，應(yīng)考慮使用不受磁場(chǎng)影響的陀螺測(cè)量?jī)x器。同時(shí)增加無磁環(huán)境，減小磁干擾。

2.3.3 防碰掃描

在實(shí)際施工過程中嚴(yán)格控制井身軌跡，盡量的沿著設(shè)計(jì)軌跡線，確保施工井與已鉆井有一定的安全距離。同時(shí)使用相應(yīng)的計(jì)算機(jī)防碰軟件，在防碰問題出現(xiàn)的井段用計(jì)算機(jī)防碰程序算出有關(guān)數(shù)據(jù)， 繪出大比例尺的防碰圖。鉆進(jìn)中隨時(shí)跟蹤井眼軌跡，觀察是否有鉆時(shí)突然加快、鉆具放空及蹩跳，隨時(shí)注意轉(zhuǎn)盤扭矩的變化，觀察巖屑中是否含有水泥及鐵屑，若砂樣異常要及時(shí)停鉆，做出分析與判斷，及時(shí)處理。

2.4 著陸控制

著陸控制是一口水平井成功與否的前提和關(guān)鍵，因而在施工前認(rèn)真分析油藏地質(zhì)構(gòu)造，參考鄰井施工過程和相關(guān)設(shè)計(jì)。針對(duì)地層特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的情況制定了一套周密的施工方案及應(yīng)變措施。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)井身軌道進(jìn)行調(diào)整，按照“先低后高再低”的原則，即上部造斜率低，中部造斜率高，下部造斜率低，這樣既有利于著陸控制，又有利于保護(hù)后期地質(zhì)導(dǎo)向儀器的安全。

2.5水平段控制

在靶體內(nèi)鉆水平段這一過程稱為水平控制。進(jìn)靶鉆進(jìn)是著陸控制過程的最后一個(gè)階段，也是該過程最關(guān)鍵、難度最高的一個(gè)階段。在水平段鉆進(jìn)時(shí)，由于隨鉆測(cè)量?jī)x器零長(zhǎng)較長(zhǎng)，這就使得井底的井斜角，方位角不能及時(shí)的測(cè)量，只能靠預(yù)測(cè)進(jìn)行軌跡調(diào)整，靶窗較小對(duì)造斜率精度要求較高，通過“動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，精確預(yù)測(cè)”。預(yù)測(cè)并控制下部待鉆井眼軌跡變化趨勢(shì)，通過及時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，調(diào)整工具面位置，實(shí)現(xiàn)井眼軌跡的連續(xù)控制，在儲(chǔ)層內(nèi)穿行。

3 結(jié)論建議

1、加強(qiáng)儀器的更新進(jìn)步，應(yīng)積極采用新的鉆井測(cè)量?jī)x器和技術(shù)。如推廣近鉆頭測(cè)量技術(shù)，降低軌跡調(diào)整的難度。

2. 淺層稠油層水平段的施工具有較大的難度，為保證水平段施工，前期的井身軌跡需要盡量精確控制，因此要根據(jù)直井段的數(shù)據(jù)修正軌跡剖面，在施工中保證前期井身軌跡盡量圓滑。

3. 在水平井的施工中，鉆井液的性能對(duì)后期施工至關(guān)重要，因此要加強(qiáng)鉆井液性能的處理，及時(shí)清理巖屑，保持井壁穩(wěn)定，保證鉆井液的潤(rùn)滑性，使井眼保持暢通。

4、提前了解稠油層厚度、走向、傾角、巖性以及蓋層、底層相關(guān)情況，確保油層鉆遇率。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋朝暉.淺層大位移水平井鉆井工程優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用研究[D].西南石油學(xué)院碩士畢業(yè)論文.四川南充，1998.

[2]高德利.影響井眼軌跡控制的諸種因素[J].石油鉆采工藝.1992.2：27.34

[3]蘇義腦.大斜度井和水平井井眼軌跡控制的幾個(gè)問題[J].石油鉆采工藝.1992.2：22-26