高溫高壓定向井技術(shù)在順北區(qū)塊的應(yīng)用

吳國榮(中石化江漢石油工程公司鉆井鉆井二公司西部分公司，新疆 巴音郭楞 841600)

0 引言

隨著西北油田分公司順北區(qū)塊勘探開發(fā)的深入，高溫高壓小井眼定向技術(shù)的改進(jìn)和應(yīng)用顯得尤為重要，2017年至2019年兩年間，西北油田分公司部署在順北區(qū)塊的井基本深度為8000～9000m。根據(jù)以前施工井經(jīng)驗(yàn)，順北區(qū)塊該深度溫度基本為150～180℃，在該溫度范圍內(nèi)國內(nèi)外抗高溫儀器、螺桿工具選擇性不高。在本井的施工過程中，螺桿選擇立林180℃抗高溫螺桿，儀器選擇美國進(jìn)口APS抗高溫儀器或國產(chǎn)鄭州士奇抗高溫儀器。根據(jù)該井施工的成功經(jīng)驗(yàn)，歸納總結(jié)先進(jìn)施工經(jīng)驗(yàn)并推廣應(yīng)用。

1 順北5-15H井螺桿鉆具選擇

選擇螺桿主要從兩方面考慮，一為造斜所需螺桿造斜率，二為滿足耐高溫性能。

(1)從螺桿造斜率著手。順北5-15H施工前，針對順北區(qū)塊149.1mm井眼，同深度、同層位井螺桿造斜率做了詳細(xì)的研究與調(diào)研。選擇出適合該井造斜率的螺桿。順北工區(qū)之前施工井149.1mm井眼螺桿造斜率總結(jié)如表1所示。

表1 順北工區(qū)之前施工井149.1mm井眼螺桿造斜率總結(jié)

施工完成后，根據(jù)每趟鉆施工情況總結(jié)出順北5-15H井螺桿造斜率情況，如表2所示。

表2 順北5-15H井螺桿造斜率情況

(2)從溫度方面選擇該井所用螺桿，首先的摸清該區(qū)塊不同深度所對應(yīng)地層溫度。根據(jù)之前已鉆井，統(tǒng)計(jì)出以下地層溫度規(guī)律，如圖1所示。

圖1 地層溫度規(guī)律

從上圖可以看出，在順北區(qū)塊最高溫度一般為180℃左右。根據(jù)此依據(jù)我們在順北5-15H施工中選擇立林180℃抗高溫螺桿。在順北5-15H施工過程中，經(jīng)過MWD儀器測得地層溫度，如表3所示。

表3 MWD儀器測得地層溫度

根據(jù)現(xiàn)場MWD儀器所測井底溫度，我們可以看出前4趟鉆最高溫度為154℃，由于順北區(qū)塊距離基地較遠(yuǎn)，螺桿供應(yīng)上有著距離遠(yuǎn)，供應(yīng)周期長等特點(diǎn)，150℃單彎螺桿在使用過程中有一定的風(fēng)險(xiǎn)，地層溫度隨時(shí)會突破螺桿最大耐溫極限，造成施工中斷。為了保證施工連續(xù)性，我們選擇了更為保險(xiǎn)的抗高溫180℃單彎螺桿。

2 順北5-15H井MWD儀器的選擇與使用情況

順北區(qū)塊由于地溫梯度較高，油層埋藏深，加之小井眼鉆進(jìn)儀器故障率很高，根據(jù)前面已鉆井施工情況，每口井，因?yàn)閮x器故障起下鉆次數(shù)基本為4～5次，嚴(yán)重耽誤鉆井時(shí)效。在儀器的選用上，我們選擇了更加可靠，故障率低的美國APS抗高溫180℃無限隨鉆儀器。在整個(gè)使用過程中，運(yùn)行情況良好，僅有一趟鉆因?yàn)樘焦軗p壞，起鉆更換，優(yōu)于同時(shí)期順北施工定向井。順北5-15H井定向施工中儀器使用情況統(tǒng)計(jì)，如表4所示。

在第二趟鉆儀器因?yàn)楣收掀疸@檢查后，我們發(fā)現(xiàn)損壞原因主要為儀器在井底震動(dòng)過大，造成儀器疲勞損壞。整個(gè)第二趟鉆施工中儀器震動(dòng)值最大可以達(dá)到40G以上。如圖2所示，根據(jù)儀器在井底的受力分析，整個(gè)儀器在井底所受的震動(dòng)主要有三個(gè)方面，分別是橫向震動(dòng)、縱向震動(dòng)、旋轉(zhuǎn)震動(dòng)。分析到震動(dòng)來源后，在后幾趟鉆的施工中，我們不斷的調(diào)節(jié)鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速、鉆壓、排量等鉆進(jìn)參數(shù)找出震動(dòng)最小的鉆進(jìn)參數(shù)搭配。儀器實(shí)時(shí)測得的震動(dòng)值有著明顯的變小趨勢。并且為了進(jìn)一步減小來自縱向的震動(dòng)，我們在探管和電池筒之間加入一截空的加長筒，來進(jìn)一步減小震動(dòng)。可以看到在后續(xù)的定向施工中，儀器故障率明顯降低，節(jié)約了時(shí)效。

表4 順北5-15H井定向施工中儀器使用情況

圖2 儀器在井底的受力分析

3 順北5-15H軌跡控制技術(shù)

順北5-15H井四開井眼149.1mm，井底垂深7000多米，井底高溫高壓，在軌跡控制上存在一下難點(diǎn)。(1)井深達(dá)到8000多米，井段較長，循環(huán)壓耗大，泥漿排量小，造成巖屑攜帶差，定向容易托壓。(2) 88.9mm小鉆具剛性差，定向過程中容易出現(xiàn)鉆具自鎖性托壓。(3)井段長，摩阻大，工具面擺放困難，造成造斜率過低，影響軌跡。(4)部分井段可能含有硅制團(tuán)塊或破碎帶，鉆時(shí)極高，造斜率低，影響軌跡中靶點(diǎn)。

為了解決這些難題我們針對性的提出了一系列解決措施。(1)采用了多活動(dòng)鉆具、滑動(dòng)鉆進(jìn)前提高泥漿的潤滑性等方法來克服由于摩阻和扭矩所帶來的鉆進(jìn)困難。(2)為了控制好軌跡在所要求的范圍內(nèi)運(yùn)行，采起了勤測斜、勤計(jì)算等辦法。為了能準(zhǔn)確的入B點(diǎn)，每測一組數(shù)據(jù)都要設(shè)計(jì)出幾種方案，選擇其中最合理的一種方案。(3)在擺放工具面角時(shí)，每次轉(zhuǎn)完轉(zhuǎn)盤后，采起了多活動(dòng)鉆具的辦法。(4)為確保鉆具和井下安全，施工中盡量簡化鉆具組合，少用接頭，用加重鉆桿代替鉆鋌。

順北5-15H井是一口超深定向斜井，最大井斜78.8°，設(shè)計(jì)狗腿12°，屬于中長半徑定向井。由于首次在順北工區(qū)施工，切井深較深，某些地層甚至還有硅制團(tuán)塊，極為影響造斜率。在軌跡控制上以寧高勿低為原則。第一趟鉆下入2°單彎螺桿，實(shí)際狗腿16°/30m，打出井斜余量，防止后面遇到難打地層造斜率跟不上，也為后續(xù)下入低度數(shù)螺桿做準(zhǔn)備。設(shè)計(jì)和實(shí)鉆軌跡如表5所示。

表5 設(shè)計(jì)和實(shí)鉆軌跡

4 結(jié)語

(1)本井為超深定向井，在施工中也要按照設(shè)計(jì)控制好井身軌跡，確保井下安全，必須控制好增斜率。因此，選擇合適的彎殼體螺桿和準(zhǔn)確的預(yù)計(jì)井底的實(shí)際井斜，是增斜段成功的關(guān)鍵。

(2)預(yù)計(jì)本井井底靜止溫度160℃，循環(huán)溫度140℃左右，在施工中下入質(zhì)量和精度優(yōu)良的立林耐高溫180℃的儀器和使用性能優(yōu)良耐高溫180℃的螺桿鉆具，是施工成功的關(guān)鍵。

(3)在鉆井液方面，其潤滑性能尤為重要，在保證鉆井液性能的同時(shí)，還應(yīng)注意泥漿的固相含量，因此，固控設(shè)備一定要使用并維護(hù)好。同時(shí)要根據(jù)井下的實(shí)際情況，及時(shí)進(jìn)行短起下鉆作業(yè)，消除巖屑床，保證起下鉆作業(yè)的順利和通暢[1]。

(4)在增斜段的施工中由于小鉆具帶儀器，排量比較小，所以存在巖屑攜帶困難、易形成巖屑床、巖屑細(xì)小的問題，除了工程技術(shù)配合，固控設(shè)備運(yùn)用外，在各項(xiàng)設(shè)備允許的情況下，要盡可能的增大循環(huán)排量，以利于攜巖和保障井下安全。

(5)本井距離輪臺基地較遠(yuǎn)，在后面的施工中螺桿、儀器維修供應(yīng)較遠(yuǎn)。物資保障需充分。