許興鋒 申子臣
摘要:Z22區(qū)塊的主力油層F油層屬于低孔、特低滲儲(chǔ)層,直井和普通水平井開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益低,因此部署了9靶點(diǎn)、水平段長(zhǎng)度超過2500.00m的ZP24-P2長(zhǎng)水平段水平井。在進(jìn)行鉆井工程設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)井身結(jié)構(gòu)和靶前距、造斜率等井眼軌道設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,施工中選用合理的井眼軌跡控制方式保證了井眼軌跡精確控制,優(yōu)化鉆井排量和頂驅(qū)轉(zhuǎn)速、強(qiáng)化井眼清潔措施保證了井眼清潔,監(jiān)測(cè)施工摩阻和旋轉(zhuǎn)扭矩,實(shí)現(xiàn)了水平段最大化延伸。該井完鉆井深4670.00m,水平段長(zhǎng)2522.00m,全井無事故復(fù)雜,創(chuàng)造了大慶油田應(yīng)用水基鉆井液施工水平段最長(zhǎng)記錄。
關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì)優(yōu)化;軌跡控制,井眼清潔;摩阻監(jiān)控;ZP24-P2長(zhǎng)水平段
大慶油田的Z22區(qū)塊的主力油層為F油層,該油層含油層段為FⅠ、FⅡ組,沉積時(shí)期主要受南部沉積體系控制,儲(chǔ)層主要為分流河道砂、水下分流河道砂和決口扇砂。砂體多呈北東-南西展布,平均單砂層厚度一般在1.2m~5.2m,常規(guī)巖心分析孔隙度一般為9.0%~12.9%,平均為10.5%,滲透率一般為0.10×10-3μm2~1.47×10-3μm2,平均為1.04×10-3μm2,屬低孔、特低滲儲(chǔ)層,因此部署了長(zhǎng)水平段水平井ZP24-P2井進(jìn)行開發(fā),在該井的實(shí)際施工中克服了井眼凈化困難、摩阻/扭矩大、井眼軌跡控制難度大等施工難題,成功完成了9靶點(diǎn)致密油水平井,實(shí)現(xiàn)完鉆井深4670.00m,垂深1941.94m,最大井斜角91.88°,閉合方位角359.33°,水平位移長(zhǎng)2934.12m,水平段長(zhǎng)2522.00m,對(duì)該區(qū)塊高效開發(fā)具有重要意義。
1設(shè)計(jì)優(yōu)化
1.1井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化
在進(jìn)行井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候,按照有利于安全鉆井、降低長(zhǎng)水平段施工摩阻與扭矩的總體要求,主要對(duì)技術(shù)套管的下深進(jìn)行了優(yōu)化,最后選用三層套管的井身結(jié)構(gòu)。技術(shù)套管封固青山口以上的大段易坍塌的泥巖地層,同時(shí)在技術(shù)套管內(nèi)進(jìn)行造斜施工,技術(shù)套管施工完成后的井斜角達(dá)到85°,最大限度降低三開長(zhǎng)水平段施工的摩阻與扭矩,為水平段的有效延伸創(chuàng)造條件。
1.2井眼軌道優(yōu)化
在ZP24-P2井井眼軌道設(shè)計(jì)中選擇的是“直—增—穩(wěn)—增—水平”的變曲率多圓弧剖面類型,該剖面特點(diǎn)是軌道比較圓滑,能夠最大限度降低施工摩阻與扭矩。
1.2.1靶前位移優(yōu)化
在井眼軌道設(shè)計(jì)中,利用軟件以水平段長(zhǎng)度為2500m,套管內(nèi)的摩阻系數(shù)0.2,裸眼井段的摩阻系數(shù)0.3為模擬條件,分別對(duì)靶前位移300.00m、400.00m、500.00m、600.00m、700.00m的施工摩阻與旋轉(zhuǎn)扭矩進(jìn)行了模擬,結(jié)果見圖1所示。從圖1我們可以看成,當(dāng)在靶前位移為400.00m左右的時(shí)候施工摩阻最小,此時(shí)的旋轉(zhuǎn)扭矩也比較小,因此ZP24-P2井設(shè)計(jì)的靶前位移最終確定為400.00m左右最為合適。
1.2.2造斜率優(yōu)化
選取靶前位移為400.00m,分別對(duì)造斜率為3°/30m、4°/30m、5°/30m、6°/30m、7°/30m和8°/30m的施工摩阻和旋轉(zhuǎn)扭矩情況進(jìn)行模擬,結(jié)果見圖2所示。從圖2我們可以看出,當(dāng)造斜率在4~5°/30m的時(shí)候施工摩阻最小,而此時(shí)的旋轉(zhuǎn)扭矩也相對(duì)較小,因此在該井的軌道設(shè)計(jì)中造斜率應(yīng)該在4~5°/30m之間。
1.2.3井眼軌道的最終確定
通過靶前位移和造斜率的優(yōu)化,最后優(yōu)選造斜點(diǎn)位置為1513.00m,靶前位移為403.00m,最大造斜率為4.80°/30m,最終優(yōu)化形成的井眼軌道如表1所示。
2鉆井施工技術(shù)
2.1井眼軌跡控制技術(shù)
2.1.1直井段軌跡控制技術(shù)
該井的直井段長(zhǎng)度為1513.00m,因此直井段施工以“防斜打直”為主,為增斜段施工創(chuàng)造條件。采用雙扶正器鐘擺鉆具組合,施工中嚴(yán)格控制鉆壓,每鉆進(jìn)120.00m左右進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)斜,發(fā)現(xiàn)井斜異常及時(shí)調(diào)整施工參數(shù),至井深1500.00m時(shí)井斜角僅為0.47°,水平位移3.2m。
2.1.2造斜段軌跡控制技術(shù)
ZP24-P2井的造斜段要在Φ311.2mm井眼中完成,大井眼造斜造斜率具有不確定性,為了有效保證造斜率,按照比設(shè)計(jì)高20%來選取造斜工具,應(yīng)用Φ216mm1.5°螺桿鉆具+LWD進(jìn)行施工,鉆具組合為:Φ311.20mmBIT×0.40m+Φ216.00mmLZ×7.58m+Φ203.00mmJHF×0.59m+Φ203.00mmLWD×6.49m+Φ206.00mmMDC×8.83m+Φ178.00mmDC×55.63m+Φ127.00mmHWDP×56.69m+Φ127.00mmDP×572.98m+Φ127.00mmHWDP×224.22m+Φ127.00mmDP。施工之前根據(jù)直井段的井斜角、位移偏差對(duì)井眼軌跡進(jìn)行重新修正設(shè)計(jì),施工中首先連續(xù)定向4個(gè)單根,摸索出該套鉆具組合在該井的實(shí)際造斜率,然后通過計(jì)算確定合理的滑動(dòng)鉆進(jìn)和復(fù)合鉆進(jìn)的最佳進(jìn)尺,既實(shí)現(xiàn)了井眼軌跡的平滑,又保證了井眼軌跡的精確控制。
2.1.3水平段軌跡控制技術(shù)
為了能夠?qū)崿F(xiàn)水平段超過2500.00m的施工目標(biāo),并保證砂巖的鉆遇率,因此應(yīng)用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具進(jìn)行施工,具體組合為:Φ 215.90mmBIT × 0.36m+ Φ 172.00mmXZDX × 17.41m+ Φ 203.00mmSTB × 1.74m+ Φ 127.00mmMHWDP × 9.18m+ Φ172.00mmJHF × 0.50m+ Φ 127.00mmHWDP × 56.69m+ Φ 127.00mmDP × 3378.82m+ Φ 127.00mmHWDP × 224.22m+ Φ127.00mmDP。由于該井水平段超長(zhǎng),油層砂體發(fā)育不連續(xù),因此現(xiàn)場(chǎng)施工建立精確地質(zhì)模型,結(jié)合實(shí)鉆的伽馬、電阻率曲線和錄井巖屑、顯示情況修正模型,并隨時(shí)調(diào)整井斜角和方位角,至完鉆井深4670.00m時(shí)實(shí)現(xiàn)了水平段砂巖鉆遇率91.5%。
2.2井眼清潔技術(shù)
三開水平段施工長(zhǎng)度超過2500.00m,有效保證井眼清潔是降低施工的摩阻與扭矩,保證鉆井施工安全和完井套管安全下入的必要條件。
2.2.1優(yōu)化鉆井參數(shù)
鉆井排量和頂驅(qū)轉(zhuǎn)速對(duì)鉆井液的攜巖性能有著非常大的影響,因此在ZP24-P2井的施工中對(duì)這2個(gè)參數(shù)進(jìn)一步優(yōu)化,以保證井眼清潔。以機(jī)械鉆速為6.5m/h,鉆井液密度1.40g/cm3,表觀粘度60s,塑性粘度26mPa.s,動(dòng)切力12Pa,頂驅(qū)轉(zhuǎn)速80r/min、100r/min為模擬條件,利用軟件對(duì)28L/S~32 L/S不同鉆井排量、頂驅(qū)轉(zhuǎn)速下的巖屑床形成厚度進(jìn)行模擬,結(jié)果見圖3a、b所示。從圖3a、圖3b可以看出,在頂驅(qū)轉(zhuǎn)速80 r/min時(shí),隨著鉆井泵排量的增加,巖屑床厚度逐漸減小,當(dāng)鉆井泵排量達(dá)到32L/S的時(shí)候,產(chǎn)生的巖屑床厚度為4mm左右。保證相同排量,提高頂驅(qū)轉(zhuǎn)速到100r/min,此時(shí)排量32L/S所產(chǎn)生的巖屑床厚度僅為2mm左右,因此在ZP24-P2井的施工中鉆井泵的排量一直未低于32L/S,頂驅(qū)轉(zhuǎn)速一直在100r/min以上,起到了很好的攜巖效果。
2.2.2其它井眼清潔措施
ZP24-P2井施工中,除了優(yōu)化鉆井排量和頂驅(qū)轉(zhuǎn)速以外,還采取了以下井眼凈化措施。一是優(yōu)化鉆井液性能,保證鉆井液動(dòng)塑比。研究表明鉆井液的動(dòng)塑比越大攜巖效果越好,因此在該井施工中鉆井液的動(dòng)塑比一直未低于0.4,有效地保證了鉆井液的攜巖效果;二是強(qiáng)化固控設(shè)備的使用,及時(shí)清除巖屑。振動(dòng)篩都更換為200目篩布,做好一級(jí)固控,同時(shí)應(yīng)用除砂/除泥一體機(jī)和中、高速離心機(jī),使這些設(shè)備的使用率不低于90%,有效地清除鉆井液中的有害固相含量。三是根據(jù)井下施工的摩阻/扭矩和返砂情況及時(shí)進(jìn)行短起下鉆,下鉆到底后大排量循環(huán)2周以上,直到振動(dòng)篩無砂后方可鉆進(jìn)。
2.3摩阻/扭矩監(jiān)測(cè)控制技術(shù)
隨著水平段的不斷增長(zhǎng),摩阻和旋轉(zhuǎn)扭矩是影響長(zhǎng)水平段水平井施工安全和水平段最大化延伸的障礙,因此采取減小摩阻,降低旋轉(zhuǎn)扭矩的措施是長(zhǎng)水平段水平井成功實(shí)施的關(guān)鍵。在ZP24-P2井水平段施工中實(shí)時(shí)測(cè)量鉆具上提和下放的摩阻情況,然后根據(jù)摩阻反算摩阻系數(shù),再根據(jù)反算的摩阻系數(shù)計(jì)算待鉆井段的摩阻與旋轉(zhuǎn)扭矩,當(dāng)發(fā)現(xiàn)待鉆井摩阻與扭矩超過施工承受范圍后及時(shí)采取在鉆井液中補(bǔ)充潤(rùn)滑劑、進(jìn)行短起下鉆、大排量洗井等措施,來降低施工摩阻和扭矩,保障施工安全。實(shí)測(cè)摩阻數(shù)據(jù)見圖4、實(shí)測(cè)扭矩與預(yù)測(cè)扭矩對(duì)比見圖5所示。
2.4鉆井液技術(shù)
ZP24-P2井施工的水平段長(zhǎng)度超過2500.00m,施工中井眼清潔困難、摩阻與旋轉(zhuǎn)扭矩大,因此在二開和三開施工中均選用抑制性強(qiáng)、固相含量低、潤(rùn)滑性能好的KCL鹽水鉆井液體系,配方為:0.1%~0.3%純堿+1%~3%抑制劑+6%~8%氯化鉀+8%-12%氯化鈉+0.1%~0.3%檸檬酸+0.2%~0.5%提粘劑+0.3%~0.8%包被劑+0.3%~0.8%防塌劑+0.5%~1.5%穩(wěn)定劑+0.5%~1.5%降失水劑+1%~3%聚合醇+1%~3%碳酸鈣+適量消泡劑。施工中除了保證鉆井液的攜帶巖屑和懸浮能力的同時(shí),根據(jù)不同的施工階段制定了不同鉆井液維護(hù)處理措施,在二開直井段青山口大段泥巖層補(bǔ)足抑制劑和防塌劑,保證鉆井液具有強(qiáng)抑制性能和防塌性能,保證井壁穩(wěn)定;在二開定向施工段補(bǔ)充液體潤(rùn)滑劑,使含量不低于3%,降低定向施工的摩阻,提高定向施工效率;三開水平段施工中補(bǔ)充降失水劑,保證低失水,同時(shí)補(bǔ)充液體潤(rùn)滑劑的同時(shí),復(fù)配固體石墨潤(rùn)滑劑,使兩種潤(rùn)滑劑的總含量不低于5%,提高鉆井液的潤(rùn)滑效果,降低施工的摩阻和旋轉(zhuǎn)扭矩,保證水平井段的施工安全。
3施工效果分析
ZP24-P2井完鉆井深4670.00m,垂深1941.94m,最大井斜角91.88°,閉合方位角359.33°,水平位移長(zhǎng)2934.12m水平段長(zhǎng)2522.00m,平均機(jī)械鉆速7.89m/h,與臨井肇平ZP24-P1井相比在井深增加1536.00m,水平段增加1707.00m的情況下,鉆速提高22.52%,實(shí)現(xiàn)了9個(gè)靶點(diǎn)全部中靶。設(shè)計(jì)與實(shí)鉆數(shù)據(jù)見表2所示。
4結(jié)論與認(rèn)識(shí)
(1)施工之前根據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)要求對(duì)井身結(jié)構(gòu)和靶前距、造斜率等井眼軌道設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化是保證ZP24-P2井施工安全和順利的關(guān)鍵。
(2)在施工中根據(jù)井眼軌跡控制不同階段特點(diǎn)選用合理的鉆具組合和工具,保證了井眼軌跡控制的準(zhǔn)確性,實(shí)現(xiàn)了砂巖鉆遇率的最大化。
(3)通過優(yōu)化鉆井排量和頂驅(qū)轉(zhuǎn)速,采取合理的井眼凈化技術(shù)措施,保證了井眼凈化,減少了巖屑床的形成,實(shí)現(xiàn)了井下施工的安全。
(4)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)施工的摩阻和旋轉(zhuǎn)扭矩,計(jì)算裸眼井段摩阻系數(shù),從工程技術(shù)和鉆井液處理兩個(gè)方面采取相關(guān)措施降低施工的摩阻和旋轉(zhuǎn)扭矩,實(shí)現(xiàn)了水平段的最大化延伸。
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