小井眼開窗側鉆水平井技術

小井眼開窗側鉆水平井技術

大港油田集團定向井技術服務公司田戈目錄前言國內(nèi)外技術現(xiàn)狀市場需求分析工程施工技術井眼軌計設計鉆具組合的優(yōu)化和鉆進參數(shù)的優(yōu)選

開窗，修窗，試鉆施工井眼軌跡的控制和預測鉆井液控制技術

施工難點和施工重點分析

現(xiàn)場施工實踐一

.前言

１．

國內(nèi)外技術現(xiàn)狀小井眼側鉆水平井技術是在定向井、水平井和小井眼鉆井技術基礎上發(fā)展起來的綜合鉆井技術，在一定程度上代表著鉆井工藝的發(fā)展水平。利用該項技術可使套損井、停產(chǎn)井等死井復活，改善油藏開采效果，有效地開發(fā)各類油藏，提高采收率及油井產(chǎn)量，減少鉆井作業(yè)費，節(jié)約套管使用費及地面設施建設費等，降低綜合開發(fā)成本，有利于環(huán)境保護。國外利用小井眼側鉆水平井技術開發(fā)老油田發(fā)展較快。國外一些公司如：哈里伯頓、斯倫貝謝、貝克等，對小井眼側鉆水平井施工工藝開展了一系列研究，開發(fā)了適用于現(xiàn)場的裝備及工具。在常規(guī)177.8mm套管中技術應用已基本配套，側鉆最深達7010m；在139.5mm套管中已可多次開窗側鉆，鉆成分支水平井和多底水平井。國內(nèi)勝利、遼河等油田在“九五”期間就開始了老井側鉆水平井的試驗研究工作，其中勝利油田施工側鉆水平井30余口，水平段長在150m左右，完井方式主要采用篩管加裸眼封隔器完井。冀東油田利用側鉆水平井，在老油田獲得了較好的開發(fā)效果。我公司在冀東油田到目前為止，已施工完成側鉆水平井40余口，其成本是鉆常規(guī)水平井的50-60%。

2、市場需求分析

全國各油田逐步認識到側鉆及側鉆水平井的重要性，逐漸增加這方面的投資，這也為我們開拓外部市場提供了機遇，而側鉆水平井技術水平的高低是開拓市場的決定性因素。我公司自2004年至今，牢牢占領冀東油田小井眼側鉆水平井市場，冀東油田開采已進入中后期，有二三百口套管損壞井或低產(chǎn)井，因此小井眼側鉆水平井已成為老井修復、老油田提高產(chǎn)能的一項重要措施。小井眼側鉆水平井與常規(guī)水平井有較大區(qū)別，它井眼直徑小，鉆具尺寸小，軌跡控制難度大。而且隨著可利用的老井越來越少，設計井眼軌跡難度越來越大。在現(xiàn)有工具、工藝技術及鉆井設備條件下，增加了井下安全難度系數(shù)，在軌跡控制、側鉆泥漿、固井完井工藝方面提出了嚴格的技術要求,二、工程施工技術

1、井眼軌跡設計

小井眼井軌跡特點：裸眼井段600-1000m，造斜率高平均13-15/30m，增斜控制井段短170m-200m，水平段短100-150m，軌跡多為三維1）井眼軌跡的形狀設計是一口開窗側鉆水平井順利施工的基礎。小井眼開窗側鉆三維水平井的設計應考慮普通水平井的特點外，還必須考慮套管開窗、定向井段高造斜率、可控井段短及井眼直徑小等特點。還必須考慮有利于油層開采，實現(xiàn)地質(zhì)設計的要求。而原井多數(shù)都存在井斜方位，且方位與新設計方位不一致。井眼軌跡因井而異，往往須進行三維設計。

2）盡量選擇簡單的剖面類型以減少井眼軌跡控制的難度；裸眼井段盡量短，800米以內(nèi)，水平段盡量短100-150米。3）開窗點選擇老井套管水泥封固質(zhì)量良好，水泥環(huán)分布均勻的井段，避開水泥竄槽，套管外無水泥的井段，斜向器的座封位置與套管的下接箍盡量的接近。2、鉆具組合的優(yōu)化和鉆進參數(shù)的優(yōu)選

1)現(xiàn)場常用的鉆具組合為：?118.5mm鉆頭+

?95mm螺桿+

?89mm無磁鉆桿X兩根+

?73mm斜坡鉆桿（根據(jù)增斜段長度）+

?78mm加重鉆桿+

?73mm鉆桿。鉆壓：：10—20kN，排量：9-10L/s，轉速：馬達+20r/min2)側鉆小井眼水平井鉆具組合中應使用無磁承壓鉆桿替代無磁鉆鋌、鉆鋌，采用倒裝鉆具組合，將加重鉆桿接于直井段或套管內(nèi)，普通斜坡鉆桿置于斜井段、水平段。3)盡可能簡化鉆具結構，鉆柱組合結構以能順利通過大曲率段井眼為原則，鉆柱構件盡量減少過多的轉換配合，減少造斜井段鉆柱剛性。

4)側鉆小井眼水平井，由于造斜需在很短的井段內(nèi)完成，井眼曲率變化大，鉆柱在造斜井段會產(chǎn)生較大的彎曲應力，易造成鉆具的疲勞損害；特別在鉆柱旋轉時，彎曲井段的鉆柱受交變應力作用，鉆柱極易發(fā)生疲勞破壞，施工中應注意：倒換彎曲井段的鉆柱位置，避免了鉆柱長時間上受交變應力作用，避免鉆柱的疲勞失穩(wěn)破壞；造斜段和水平段全部使用斜坡鉆桿，加重鉆桿放在直井段，減小鉆柱磨擦5)小井眼與常規(guī)井眼使用的導向鉆井系統(tǒng)略有不同，鉆具中沒有使用穩(wěn)定器。從測斜數(shù)據(jù)分析，在調(diào)整井段和水平井段穩(wěn)斜效果良好，增斜時造斜率也達到施工要求；同時，避免了定向時由于穩(wěn)定器與井壁接觸而使鉆壓無法有效傳遞到鉆頭的現(xiàn)象。

3、開窗、修窗、試鉆施工

開窗的前準備：1.地面驗證儀器引鞋與定向直接頭定向鍵是否匹配，座鍵良好；保證陀螺或有線儀器下井坐鍵一次成功。2．丈量或了解下井鉆具內(nèi)徑，保證入井所有鉆具內(nèi)徑大于儀器外徑及引斜外徑4mm；對入井鉆具逐一進行通徑檢查，保證陀螺或有線儀器下井一次到底。3．定向井工程師和儀器工程師共同測量斜向器導斜面與定向直接頭定向鍵的角度差，保證窗口方位與設計方位準確無誤，為下步定向施工奠定良好基礎。（斜向器導斜面順時針到定向直接頭定向健的角度，數(shù)值為正。）４．窗口位置的計算，井斜小于３度使用陀螺，設計方位１００度+角差５０度＝１５０即可。井斜大于３度使用有線儀器,有線儀器高邊值１００+角差５０度+設計方位50R＝２００R。實際施工中窗口位置有的井相差很多，（和座封結束要正轉剪斷銷釘和銑錐正轉銑套管有關______）角差小擺３０度。（窗口要準確，有的井無調(diào)整段，出窗口就增斜糾方位）５．下入斜向器，下鉆過程嚴格控制鉆具下放速度（小于20m/min）,并且每下入鉆具500米灌泥漿1次至井口返出；下鉆遇阻嚴禁猛沖、硬壓，應起鉆甩掉斜向器后進行通井，以防止封隔器提前座封；

６．陀螺或有線儀器座鍵。斜向器下到預定位置后，下入陀螺儀器座鍵，上提下放3次顯示工具面數(shù)值一致，必須保證窗口方向準確無誤。７．擺放工具面。將工具面擺至所需位置，反復活動鉆具（4-9米）至工具面穩(wěn)定為止，鎖死轉盤。陀螺或有線儀器定斜向器工作結束。開窗和修窗1．銑錐初銑套管時，要輕壓低轉速，避免扭矩突然增大損壞鉆具和導致斜向器轉動；直至井口返出鐵屑后逐步放開鉆壓和轉速。2．開窗過程中用好固控設備，并在泥漿槽出口處放置強磁鐵，以清除泥漿中的鐵屑；３．開窗后要反復上提下放鉆具修整窗口，確保轉盤停轉、停泵狀態(tài)下鉆具上提下放無阻掛；窗口位置為全井施工重中之重，下步施工鉆具頻繁由此通過，應確保鉆具通過窗口時無異常情況發(fā)生。4．開窗后大排量充分循環(huán)2-4小時，以徹底清除井筒內(nèi)鐵屑。由于下步施工下入MWD儀器和導向馬達，鐵屑易對儀器和馬達造成損壞，所以將井底鐵屑清除干凈，保證下步施工的正常進行。試鉆

1、修整窗口結束后，使用牙輪鉆頭進行試鉆10-20米，并使用該套鉆具反復上提下放通過窗口上提下放無阻掛現(xiàn)象；

2、試鉆鉆具若遇阻掛，考慮起鉆換用銑錐繼續(xù)修窗。３、為儀器出套管減少磁干擾。直井要試鉆更長一些。

4、徹底清除井筒內(nèi)鐵屑

4、井眼軌跡的控制和預測

1、測深準確:測斜時以錄井鉆頭位置為準

2、測量數(shù)據(jù)精確:造斜率異常時，反復測量。地層對方位有影響

3、高邊準確:減少誤差

4、加密測點:及時反映造斜率情況，為預測井底提供依據(jù)

5、盯緊滑動鉆進：每鉆進一個單根做到心里有數(shù)，為預測井底提供依據(jù)

6、測多點校正數(shù)據(jù)：增斜前多點儀器和隨鉆儀器校正準確7

、水平段盡量減少大幅度上下調(diào)整：盡量下入1.25度馬達，不能只滿足地質(zhì)要求，而增加鉆井風險。8、大角度馬達注意：過窗口慢提慢放，最大允許3.5度，井眼曲率大不好返砂，鉆進完充分循環(huán)，造斜率高左擺右擺，起鉆后，防劃出新井眼9、隨鉆作圖的必要性：隨時了解軌跡走向，驗證數(shù)據(jù)準確性10

、井眼軌跡控制盡量圓滑，避免波浪形井眼，以免造成托壓、返砂困難及扭矩增加11井斜和方位的控制

(1)提前定向（2）增斜點垂深、位移、閉合方位調(diào)整至最佳位置

(3)三維井，方位二次設計，減小大井斜井段壓力，造斜率不夠時，先顧垂深（井斜）方位圈邊即可。防碰井多的井除外

(4)托壓嚴重，工具面不穩(wěn)定，不定向，（每一米都很寶貴）循環(huán)、短起下（5）垂深控制寧高不低（6）長時間循環(huán)、短起下通井井段，井底井斜預測要小，且初始造斜率低（7）了解地層厚度、巖性、走向。預測及時、提前控制。（如油層上有幾個標志層，垂深多少，厚度多少）（8）造斜率低時，測量準確前提下，起鉆果斷，準確預測井底（9）造斜率高時，測量準確前提下，加密測點經(jīng)常出現(xiàn)（地層對方位是否有影響，如有方位輸成一樣）（轉動鉆進盡量少轉，因再滑動時，初始造斜率低，如何轉動鉆進，轉動擴眼，轉下井壁，沙子上返，）（大角度馬達，左擺右擺，先３０L－5０L鉆進３m再３０R－5０R鉆進３m最后高邊鉆進３m，無規(guī)律、勤測斜）

使用Φ118mmPDC鉆頭時Φ95mm單彎馬達的造斜率范圍單彎馬達度數(shù)（o）實鉆平均造斜率（o）/30m初始平均造斜率連續(xù)平均造斜率1o4-55-61.25o6-78-91.5o9-1013-141.75o13—1416—172o17—1920—212.25o20—2124-25

5、鉆井液控制技術

1)要求鉆井液具有表觀粘度低、動塑比高、低剪切速率、粘度高、懸浮攜砂能力強、泥餅薄、潤滑性好、抑制性強，良好的鉆井液流變性，且性能穩(wěn)定，潤滑性好，保護油氣層，維護簡單，環(huán)境可接受等特點。2)增斜井段造斜率高，配制和維護鉆井液原則,提高鉆井液防塌能力，保證鉆井液的潤滑性；盡可能提高攜帶巖屑能力保障井眼清潔；提高鉆井液的動塑比；提高低剪切速率粘度；保持高的泵排量。使用好現(xiàn)有固控設備。3)水平井段裸眼長、井斜大，易形成砂床且鉆具受力復雜。應保證鉆井液的潤滑性；提高攜帶巖屑能力，保障井眼清潔；保持一定范圍的鉆井液的動塑比；提高低剪切速率粘度；全面使用好現(xiàn)有固控設備?？刂颇酀{密度，防止液柱壓力過大引起井漏。保持井壁的穩(wěn)定性。

6、施工難點和施工重點分析1.井眼軌跡控制盡量圓滑，避免波浪形井眼，以免造成托壓、返砂困難及扭矩增加。2.鉆井液潤滑，攜砂要好，如果定向鉆進井段較長，會出現(xiàn)鉆時變慢但加壓無效的情況，說明鉆具與井壁接觸面積增大，此時必須大幅度活動鉆具，如果無效，短起下鉆，定向段每鉆進100m-150m加大排量通井3.水平段鉆進時可避免或減少滑動方式鉆進增加復合鉆進方式，避免鉆進時摩阻大、機械鉆速低，易發(fā)生井下復雜。軌跡復雜，扭矩大，易造成井下事故4.及時與現(xiàn)場地質(zhì)、泥漿、工程等負責人溝通交流。了解油層厚度、走向、傾角、巖性情況。施工過程跟蹤分析，做到知已知彼，預測及時，提前控制。5.收集鄰井資料，由于每口井所鉆遇的地層情況不同，馬達在不同井段所表現(xiàn)出的造斜能力也不相同，增加了井眼軌計控制困難。但在同一地區(qū)的相同地層條件下，造斜馬達所表現(xiàn)出的造斜能力是有規(guī)律的。正是因為這一點，工程技術人員才能對井眼軌跡進行有效控制。三、現(xiàn)場施工實踐分析

高１０４－５側平９井施工分析特殊點井深(m)井斜(0)方位(0)垂深(m)造斜率(/30m位移（m）靶區(qū)半徑(m)側鉆點1607401321515.313340.7/穩(wěn)斜點1907.319.1153.271776.130478.61/增斜點1925.619.1153.271793.4212.82484.21/A點2096.7891.66153.271883.630609.055*1B點219891.66152.61880.630706.1410*1井底223491.66152.61879.560744.08/施工分析：（關鍵井