小井眼鉆井鉆具組合及軌跡控制對(duì)策探討

【摘 要】隨著大慶油田的勘探開發(fā)持續(xù)發(fā)展，小井眼鉆井技術(shù)在提高鉆井效率，降低鉆井成本方面發(fā)揮了重要作用。小井眼技術(shù)推廣應(yīng)用的技術(shù)關(guān)鍵在于其配套技術(shù)是否完善，只有提高配套能力，才能充分發(fā)揮小井眼鉆井技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。本文介紹了小井眼復(fù)合鉆進(jìn)技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)和大慶油田小井眼配套鉆井具組合及軌跡控制對(duì)策探討。

【關(guān)鍵詞】小井眼鉆井;鉆具組合;特點(diǎn);軌跡控制;對(duì)策

1.前言

大慶油田是一個(gè)典型的復(fù)雜斷塊構(gòu)造油氣田，體現(xiàn)了井深度大、高溫、高壓、高鹽的特點(diǎn)。近幾年井況的惡化破壞了注采井網(wǎng)，影響了上產(chǎn)措施的實(shí)施，造成儲(chǔ)量和產(chǎn)量損失。針對(duì)井況的惡化的趨勢(shì)，大慶油田開展了老井開窗側(cè)鉆技術(shù)，有效遏制了井況惡化、降低投資、提高剩余儲(chǔ)量動(dòng)用程度的目的。

大慶許多斷塊屬高鹽、高溫、高壓地層，可鉆性差;產(chǎn)層壓力系數(shù)差別大，漏涌并存，且極易發(fā)生粘卡。在該區(qū)塊進(jìn)行深層套管開窗，又面臨著側(cè)鉆難度大、施工泵壓高、攜砂困難、井眼軌跡不易控制等困難。實(shí)踐表明，開窗側(cè)鉆屬于小井眼鉆井，由于鉆具尺寸和環(huán)空間隙的限制，必須解決循環(huán)壓力高、軌跡難以控制、鉆井速度提高、固井環(huán)空狹小等技術(shù)難題，這對(duì)鉆井工藝提出了新的挑戰(zhàn)。

2.小井眼復(fù)合鉆進(jìn)技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)

多年來的實(shí)踐表明，在小井眼側(cè)鉆中應(yīng)用動(dòng)力鉆具配合高效鉆頭的復(fù)合鉆井技術(shù)，可取得很好的成效，與過去相比，平均機(jī)械鉆速提高60%以上，有效縮短鉆井周期。PDC鉆頭可一次完成定向、扭方位、增斜、穩(wěn)斜的操作;PDC鉆頭可多次使用，鉆頭成本低;同時(shí)，復(fù)合鉆進(jìn)的小井眼平均井徑一般在125～132mm之間，基本能滿足完井、固井需要，不需要擴(kuò)眼。

2.1鉆頭優(yōu)選辦法

應(yīng)用井下動(dòng)力鉆具配合高效鉆頭進(jìn)行復(fù)合鉆井時(shí)，選擇適合地層特點(diǎn)的鉆頭，是提高鉆速的關(guān)鍵。大慶油田小井眼側(cè)鉆點(diǎn)一般在下部，地層一般是沙一至沙三段，地層可鉆性差，一般選用短保徑的PDC 鉆頭，復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)選用長保徑的PDC 鉆頭或單牙輪鉆頭。通過單牙輪鉆頭和PDC 鉆頭的分析對(duì)比， 選用準(zhǔn)118mm 的6RPDC 鉆頭配合動(dòng)力鉆具進(jìn)行復(fù)合鉆進(jìn)，鉆速比單牙輪鉆頭提高約60%以上。

2.2螺桿的合理使用

目前，大慶油田使用的井下動(dòng)力鉆具主要是螺桿鉆具。針對(duì)小井眼的特性，選擇單彎螺桿對(duì)開窗側(cè)鉆小井眼進(jìn)行軌跡控制。準(zhǔn)95mm 螺桿用于側(cè)鉆小井眼鉆井時(shí)一般不帶穩(wěn)定器，其型號(hào)根據(jù)彎曲角的不同主要有：直螺桿、0.5°單彎螺桿、0.75°單彎螺桿、1°單彎螺桿、1.25°單彎螺桿、1.5°單彎螺桿等6 種，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。

（1）準(zhǔn)95mm 直螺桿多口井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況表明， 對(duì)井眼軌跡變化大、深部井段降斜或直井段防斜的井應(yīng)用直螺桿，效果較好。如在明1-側(cè)29 井鉆進(jìn)中使用準(zhǔn)95mm直螺桿，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)斜鉆進(jìn)，使用井段為1702～1805m，使用中井斜從32.5°降至25.12°，降斜率為7°/100m，方位從26.81°降至23.38°。

（2）準(zhǔn)95mm0.75°單彎螺桿應(yīng)用準(zhǔn)95mm0.75°單彎螺桿配合PDC 鉆頭進(jìn)行復(fù)合鉆井，在AD1-6-2H井上施工具有較好的降斜效果，采用準(zhǔn)95mm0.75°單彎螺桿在小井眼中復(fù)合鉆進(jìn)，降斜率一般為（4°～6°）/100m。

（3）準(zhǔn)95mm1°單彎螺桿應(yīng)用準(zhǔn)95mm1°單彎螺桿配合PDC 鉆頭進(jìn)行復(fù)合鉆井，可達(dá)到穩(wěn)斜和降斜的目的。應(yīng)用準(zhǔn)95mm1°單彎螺桿在小井眼中復(fù)合鉆進(jìn)，當(dāng)井斜角在15°左右時(shí)，穩(wěn)斜效果比較好;井斜角大于15°時(shí)，一般降斜，降斜率為（10～15°）/100m。

（4）準(zhǔn)95mm1.25°單彎螺桿應(yīng)用準(zhǔn)95mm1.25°單彎螺桿定向時(shí)增斜效果較好，配合PDC鉆頭進(jìn)行復(fù)合鉆井時(shí)可達(dá)到降斜和扭方位的目的。準(zhǔn)95mm1.25°單彎螺桿全力扭方位時(shí)，扭方位率為（50°～110°）/100m;全力增斜時(shí)增斜率為（16°～25°）/100m;復(fù)合鉆進(jìn)一般降斜，降斜率為（2°～5°）/100m。

（5）準(zhǔn)95mm1.5°單彎螺桿

應(yīng)用準(zhǔn)95mm1.5°單彎螺桿配合PDC 鉆頭進(jìn)行定向施工，增斜效果較好，復(fù)合鉆井效果很差。準(zhǔn)95mm1.5°單彎螺桿全力扭方位時(shí)，扭方位率為（250°～300°）/100m;全力增斜時(shí)增斜率為（28°～30°）/100m。準(zhǔn)95mm1.5°單彎螺桿由于彎度大，鉆頭偏移量大，復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)螺桿芯子受交變應(yīng)力大，易斷芯子，所以盡量少用準(zhǔn)95mm1.5°單彎螺桿復(fù)合鉆進(jìn)。

3.小井眼鉆井鉆具組合及軌跡控制對(duì)策

3.1鉆具組合

側(cè)鉆小井眼鉆進(jìn)常用鉆具組合有以下5 種：①118mm 單牙輪鉆頭+準(zhǔn)105mmNDC 無磁鉆鋌×1 根+準(zhǔn)105mmDC 鉆鋌×2 根。②準(zhǔn)118mmPDC 鉆頭+準(zhǔn)95mm1.5°單彎螺桿+準(zhǔn)105mmNDC 無磁鉆鋌×1 根+準(zhǔn)89mm 承壓鉆桿×6 根。③準(zhǔn)118mmPDC 鉆頭+準(zhǔn)95mm1.25° 單彎螺桿+準(zhǔn)105mmNDC 無磁鉆鋌×1根+準(zhǔn)89mm 承壓鉆桿×6 根。④準(zhǔn)118mmPDC 鉆頭+準(zhǔn)95mm1°單彎螺桿+準(zhǔn)105mmNDC 無磁鉆鋌×1 根+準(zhǔn)89mm 承壓鉆桿×6 根。⑤準(zhǔn)118mmPDC 鉆頭+準(zhǔn)95mm0.75°單彎螺桿+準(zhǔn)105mmNDC 無磁鉆鋌×1根+準(zhǔn)89mm 承壓鉆桿×6 根。

3.2 小井眼軌跡控制

鉆井過程中，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)井眼軌跡的要求和各種螺桿鉆具的特性，在各層段分別選用以上鉆具中的一種對(duì)井眼軌跡進(jìn)行有效控制，具體選用情況如下：

（1）開完窗后，一般先用3.1 節(jié)中第①種鉆具組合鉆進(jìn)20m 以脫離老井眼。起鉆前測(cè)單點(diǎn)，若實(shí)際方位與設(shè)計(jì)方位偏差較大，下入3.1 節(jié)中第②種鉆具組合。1.5°單彎螺桿扭方位效果好，一般井斜在5°以內(nèi)，一個(gè)單根可扭方位25°～30°。

（2）井斜在30°以內(nèi)的小井眼，下入3.1 節(jié)中第③種鉆具組合，定向至最大井斜后，啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤復(fù)合鉆進(jìn)。

（3）準(zhǔn)118mmPDC 鉆頭+準(zhǔn)95mm1°單彎螺桿是小井眼復(fù)合鉆進(jìn)的最佳組合。增完斜，下入3.1 節(jié)中第④種鉆具組合，鉆進(jìn)過程中如發(fā)現(xiàn)井斜、方位變化，可隨時(shí)改為滑動(dòng)鉆進(jìn)，及時(shí)控制井眼軌跡。

（4）0.75°單彎和直螺桿，復(fù)合鉆進(jìn)事故率低，因此井下情況復(fù)雜或需要降井斜井段，可下入3.1 節(jié)中第⑤種組合。

小井眼復(fù)合鉆井參數(shù)為： 鉆壓20～30kN， 轉(zhuǎn)速50～60r/min，排量6～10L/s。無論何種鉆具組合，鉆進(jìn)中都要及時(shí)測(cè)量井斜，如有問題，應(yīng)及時(shí)更換鉆具組合，控制井眼軌跡。在滿足井身質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡量簡化鉆具結(jié)構(gòu)，及時(shí)短起下鉆進(jìn)行清砂，防止事故發(fā)生。在不考慮地層傾角的情況下，0.75°單彎螺桿復(fù)合鉆進(jìn)降斜率為5°/100m，1°單彎螺桿復(fù)合鉆進(jìn)降斜率為（10°～15°）/100m， 且井斜角越大，降斜率越高，因此在定向時(shí)可根據(jù)地層傾角留有一定增降斜量。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

開窗側(cè)鉆井情況統(tǒng)計(jì)表明，通過應(yīng)用小井眼復(fù)合鉆井技術(shù)和井眼軌跡控制技術(shù)，平均機(jī)械鉆速達(dá)到2.75m/h， 比過去平均機(jī)械鉆速（1.66m/h） 提高66%。勝利6RPDC 鉆頭在明1-側(cè)29 井沙一至沙三段鉆進(jìn)，平均機(jī)械鉆速最高達(dá)3.5m/h。

R512于2016年5月4日開鉆，8月8日順利鉆至目的層，完鉆井深3700米，各項(xiàng)指標(biāo)在同區(qū)塊均排在前列。根據(jù)錄井結(jié)果，該井在3150～3800米發(fā)現(xiàn)油層52層，最厚層達(dá)10米，有油跡顯示。該井的順利完井取得了大慶油田小井眼套管深層開窗側(cè)鉆方面的成功經(jīng)驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況表明，采用井下動(dòng)力鉆具配合高效鉆頭進(jìn)行小井眼鉆井，簡化了鉆具結(jié)構(gòu)，減少了鉆鋌，提高了井下安全性，因此復(fù)合鉆井技術(shù)是小井眼側(cè)鉆井的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

4.幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)與結(jié)論

（1）井下動(dòng)力鉆具配合高效鉆頭復(fù)合鉆井技術(shù)在小井眼中的成功應(yīng)用，可提高小井眼側(cè)鉆井機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期，創(chuàng)造較好的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)井眼軌跡的要求，優(yōu)選鉆具組合可實(shí)現(xiàn)對(duì)井眼軌跡有效控制，提高鉆井效率。

（3）套管座掛后，循環(huán)泥漿性能滿足固井要求時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行固井施工，確保施工的連續(xù)性，有利于穩(wěn)定和提高固井質(zhì)量。

（4）通過簡化鉆具結(jié)構(gòu)，采用井下動(dòng)力鉆具配合高效鉆頭進(jìn)行小井眼鉆井，可有效提高井下安全性，因而是小井眼側(cè)鉆井的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]周煜輝 沈宗約. 小井眼鉆井技術(shù).《石油鉆采工藝》. 1994 第2期.

作者簡介：張士富（1980—），男，助理工程師，從事油田鉆井工作。