大港油田側(cè)鉆井提速技術(shù)研究與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

黃萬(wàn)龍，饒開(kāi)波，高學(xué)生 董超，劉立功

（中石油渤海鉆探工程有限公司第一鉆井工程分公司，天津 300280）

隨著油田開(kāi)發(fā)的不斷深入，由于地質(zhì)及工程原因越來(lái)越多的油水井在經(jīng)過(guò)一定時(shí)期的生產(chǎn)后，在還具備一定產(chǎn)能的情況下無(wú)法繼續(xù)生產(chǎn)。小井眼開(kāi)窗側(cè)鉆技術(shù)的出現(xiàn)及應(yīng)用很好的解決了這個(gè)問(wèn)題，達(dá)到了使“死井復(fù)活”、提高采收率、降低成本的目的［1］。

小井眼側(cè)鉆技術(shù)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，技術(shù)水平取得了很大進(jìn)步，機(jī)械鉆速較早期有了大幅提高，但由于小井眼側(cè)鉆井自身的特性，可供選擇的鉆頭類型較少，相應(yīng)的輔助工具極其匱乏，使得小井眼鉆井技術(shù)無(wú)法照搬常規(guī)鉆井的模式，嚴(yán)重制約了小井眼側(cè)鉆井提速提效［2］。大港油田平均每年投資約8000萬(wàn)用于實(shí)施30～40口小井眼側(cè)鉆井，截止到2014年11月，共完成側(cè)鉆井435口。為保證油田穩(wěn)產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)高效開(kāi)發(fā)，大港油田將逐年增加小井眼側(cè)鉆施工任務(wù)，因此，如何突破“小井眼機(jī)械鉆速低”這一瓶頸，達(dá)到進(jìn)一步縮短鉆井周期及建井周期、降低施工成本，是當(dāng)前亟待解決的重大問(wèn)題［3，4］。下面，筆者針對(duì)大港油田側(cè)鉆井難點(diǎn)分析，通過(guò)鉆頭優(yōu)選和改進(jìn)、鉆井參數(shù)優(yōu)選、鉆具組合優(yōu)選和井眼軌跡控制對(duì)大港油田側(cè)鉆井提速技術(shù)進(jìn)行了研究。

1 大港油田側(cè)鉆井難點(diǎn)分析

通過(guò)對(duì)近幾年來(lái)大港油田已鉆側(cè)鉆井鉆井情況分析，總結(jié)出該油田側(cè)鉆井的主要難點(diǎn)如下：

1）受原井眼影響，開(kāi)窗側(cè)鉆使用的鉆具及工具尺寸較小，循環(huán)壓耗大，施工泵壓高。

2）由于井眼小，所使用的鉆具剛性低、柔性大，井斜和方位的漂移規(guī)律難以掌握，增加了井眼軌跡控制的難度。

3）鉆頭可選類型少，可供選擇的空間比較小；適用于側(cè)鉆井的輔助工具少，限制了小井眼機(jī)械鉆速的提高。

4）套管外水泥膠結(jié)不好或在水泥返高以上，側(cè)鉆出原井眼較困難［5］。

2 鉆頭優(yōu)選及改進(jìn)

由于受側(cè)鉆井井眼尺寸的影響，可供選擇的鉆頭類型較少，給鉆頭選型工作帶來(lái)了很大困難。因此，根據(jù)目前大港油田側(cè)鉆井已使用的鉆頭類型進(jìn)行了優(yōu)選：開(kāi)窗后鉆進(jìn)為了盡快使鉆具離開(kāi)老井眼應(yīng)選用側(cè)向切削能力強(qiáng)的鉆頭；增斜井段應(yīng)選用既能滿足井眼軌跡控制又具有良好造斜性能的鉆頭；穩(wěn)斜井段優(yōu)選保徑良好的鉆頭。在該地區(qū)多年側(cè)鉆井經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，與鉆頭廠家合作對(duì)PDC鉆頭進(jìn)行了改進(jìn)。

2.1 單牙輪鉆頭的優(yōu)選

在小井眼開(kāi)窗側(cè)鉆井中應(yīng)用的單牙輪鉆頭主要是以江漢鉆頭廠YC系列及江西宜春飛龍鉆頭廠GYD系列單牙輪鉆頭為主。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比（見(jiàn)表1）分析，發(fā)現(xiàn)GYD系列單牙輪鉆頭與螺桿匹配較好，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中機(jī)械鉆速較高，且比較經(jīng)濟(jì)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用較多。

表1 單牙輪鉆頭優(yōu)選結(jié)果

2.2 PDC鉆頭優(yōu)選及改進(jìn)

針對(duì)明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營(yíng)組上部膠結(jié)較松軟的泥巖、砂巖地層優(yōu)選RK3162GJ及RK3192GJ鉆頭，并和鉆頭廠家聯(lián)系，對(duì)鉆井進(jìn)行了改進(jìn)：三刀翼、漸開(kāi)式非對(duì)稱螺旋刀翼布齒（見(jiàn)圖1），使鉆頭在具備良好穩(wěn)定性的同時(shí)更有利于排屑；采用?16mm×8mm及?19mm×8mm復(fù)合片，加大地層吃入面；采用進(jìn)口高磨耗比復(fù)合片，使鉆頭更具進(jìn)攻性，且具有較長(zhǎng)的使用壽命；繼續(xù)采用了鋼性胎體，使鉆頭具有較高的安全性和可修復(fù)性。

圖1 RK3132GJ（RK3162GJ／RK3192GJ）PDC鉆頭

圖2 RK4132GJ（RK4132GJ）PDC鉆頭

針對(duì)沙河街組、孔店組及下部抗壓強(qiáng)度較高、膠結(jié)較好的泥頁(yè)巖、砂巖地層優(yōu)選RK4132GJ、RK4162G鉆頭，并和鉆頭廠家聯(lián)系，對(duì)鉆井進(jìn)行了改進(jìn)：四刀翼、漸開(kāi)式非對(duì)稱螺旋刀翼布齒（見(jiàn)圖2），使鉆頭具備良好的穩(wěn)定性；采用進(jìn)口高磨耗比?13mm×8mm及?16mm×8mm復(fù)合片，使鉆頭更加耐用；采用鋼質(zhì)胎體，使鉆頭具有較高的安全性及較好的可修復(fù)性。

由于先期設(shè)計(jì)的PDC鉆頭刀翼上部倒角較小，在硬夾層短起下過(guò)程中曾多次發(fā)生卡鉆（鉆頭在中10－61－2K等幾口井深2500m以上地層上提鉆具時(shí)多次卡鉆），因此，對(duì)PDC鉆頭進(jìn)行了改進(jìn)，將刀翼上部倒角改的比較平緩，以降低上提鉆具時(shí)卡鉆的風(fēng)險(xiǎn)。

3 鉆井參數(shù)優(yōu)化

鉆井參數(shù)的選擇上應(yīng)做到鉆壓、轉(zhuǎn)速和排量的合理配合，做到“一高一低一適當(dāng)”，即高轉(zhuǎn)速、低鉆壓、排量適當(dāng)。選擇合理的鉆井參數(shù)，有利于提高鉆頭的破巖效率、及時(shí)將鉆屑攜帶至地面、防止重復(fù)破碎現(xiàn)象的發(fā)生，達(dá)到提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期的目標(biāo)。

圖3 改進(jìn)前后PDC鉆頭的對(duì)比圖

大港油田側(cè)鉆井所鉆的井眼尺寸主要以?120mm為主，選用PDC鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，鉆壓控制在10～40kN；采用單牙輪鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，為使鉆頭齒與軸承磨損相匹配，鉆壓控制在20～70kN。采用鉆頭＋單彎螺桿進(jìn)行導(dǎo)向鉆進(jìn)時(shí)，轉(zhuǎn)速由15～20r／min逐步提高至40～60r／min，采用常規(guī)鉆具組合鉆進(jìn)時(shí)轉(zhuǎn)速控制在70～90r／min；排量保持在9～13L／s。開(kāi)窗側(cè)鉆井不同于常規(guī)鉆井井眼的循環(huán)壓耗，開(kāi)窗側(cè)鉆井的循環(huán)壓耗主要分布在鉆具內(nèi)，排量小井眼凈化不能保證；排量過(guò)高，井眼沖刷嚴(yán)重，地面設(shè)備難以持續(xù)工作，故合理選擇水力參數(shù)對(duì)提高側(cè)鉆井機(jī)械鉆速、保證井眼穩(wěn)定與施工安全十分重要。

4 鉆具組合的優(yōu)選

大港油田側(cè)鉆井井眼尺寸主要為?120mm，受原井眼尺寸限制，在側(cè)鉆井施工過(guò)程中只能采用小尺寸、柔性較大的加重鉆桿及鉆桿，井眼軌跡受上部井眼曲率影響大，從而增加了側(cè)鉆井井眼軌跡控制的難度。通過(guò)對(duì)該油田鉆具組合使用情況評(píng)價(jià)分析，優(yōu)選出適合該油田側(cè)鉆井的鉆具組合。

1）?120mm開(kāi)窗銑錐＋?81mm加重鉆桿＋?73mm鉆桿，用于開(kāi)修窗試鉆。

2）?120mm鉆頭＋?95mm螺桿（1.5～1.75°）＋止回閥＋?89mm無(wú)磁鉆鋌＋MWD短節(jié)＋?89mm無(wú)磁鉆鋌＋?81mm加重鉆桿＋?73mm鉆桿，主要用于套管開(kāi)窗后定向增、降斜鉆進(jìn)，使新井眼盡快脫離老井眼，是鉆頭沿斜向器鞋面方位鉆進(jìn)，避免鉆頭沿水泥環(huán)鉆進(jìn)。對(duì)于定向段短、造斜率高的側(cè)鉆井，初始優(yōu)選1.75°單彎螺桿；對(duì)于定向段長(zhǎng)、造斜率低的側(cè)鉆井直接選用1.5°單彎螺桿。

3）?120mm鉆頭＋?95mm螺桿（1.25～1.5°）＋止回閥＋?89mm無(wú)磁鉆鋌×＋MWD短節(jié)＋?81mm加重鉆桿＋?73mm鉆桿，主要用于穩(wěn)斜鉆進(jìn)。

4）?120mm鉆頭＋230／210接頭＋?105mm浮閥＋?116mm螺旋穩(wěn)定器＋?89mm無(wú)磁鉆鋌＋MWD短節(jié)＋?81mm加重鉆桿＋?73mm鉆桿，在實(shí)際鉆井過(guò)程中表現(xiàn)出穩(wěn)斜特征，用于易漏失等復(fù)雜層位，對(duì)于井斜過(guò)大時(shí)起到一定的降斜作業(yè)。

5 井眼軌跡控制研究

為有效控制側(cè)鉆井眼軌跡，降低扭方位風(fēng)險(xiǎn)，提高機(jī)械鉆速，杜絕工程風(fēng)險(xiǎn)，在確定待施工井原井眼及鄰井軌跡數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的情況下采取以下側(cè)鉆井眼軌跡控制措施。

1）側(cè)鉆點(diǎn)的優(yōu)選。側(cè)鉆開(kāi)窗點(diǎn)即造斜點(diǎn)，應(yīng)選取地層較穩(wěn)定（可鉆性比較均勻、不存在硬夾層），在充分考慮地層傾角因素的同時(shí)，避免在巖石破碎帶、漏失地層、流沙層或易坍塌地層進(jìn)行開(kāi)窗定向鉆進(jìn)，以防止出現(xiàn)沿原井眼鉆進(jìn)、漂移嚴(yán)重等問(wèn)題，造成難以有效控制井眼軌跡的風(fēng)險(xiǎn)。

2）陀螺定向，確保導(dǎo)斜器坐掛方位準(zhǔn)確。根據(jù)原井眼為直井時(shí)采取鉆桿帶導(dǎo)斜器，測(cè)陀螺時(shí)多次大幅度活動(dòng)鉆具，復(fù)測(cè)方位達(dá)到要求，起出儀器進(jìn)行坐掛；原井眼存在一定井斜時(shí)，采取在導(dǎo)斜器送入鉆具合適位置上加裝扶正器或減阻接箍、大幅度活動(dòng)鉆具的方式有效消除大段鉆具躺在下井壁上，摩阻大消除困難的問(wèn)題。導(dǎo)斜器送入鉆具組合為：導(dǎo)斜器＋定向接頭＋18°正扣鉆桿。

3）定向鉆進(jìn)。定向造斜段采用單彎螺桿（可根據(jù)實(shí)際情況，根據(jù)設(shè)計(jì)造斜率情況選用1.25、1.5°這2種角度）帶MWD無(wú)線隨鉆儀器跟蹤控制井眼軌跡鉆進(jìn)。

4）穩(wěn)斜鉆進(jìn)。由于小鉆桿柔性大，用常規(guī)穩(wěn)斜鉆具鉆進(jìn)時(shí)，在滿足工程施工安全的前提下盡量采用滿眼鉆具（帶無(wú)磁鉆桿）鉆進(jìn)，為避免脫靶，每鉆進(jìn)30～50m必須單點(diǎn)測(cè)斜（或帶MWD儀器隨鉆測(cè)斜），跟蹤軌跡，做好軌跡預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)有脫靶跡象，及時(shí)更換鉆具組合，進(jìn)行糾正井眼軌跡，以確保順利中靶。

6 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

莊6－10－3K井是羊二莊油田二斷塊上的一口側(cè)鉆井，設(shè)計(jì)開(kāi)窗側(cè)鉆造斜井段865～1068m，穩(wěn)斜井段1068～1950m，實(shí)際開(kāi)窗造斜井段865～1068m，穩(wěn)斜井段1068～1944m。莊6－10－3K井鉆井參數(shù)如表2所示。

表2 莊6－10－3K井鉆井參數(shù)表

由表2數(shù)據(jù)可知，莊6－10－3K井平均機(jī)械鉆速5.32m／h較鄰井平均機(jī)械鉆速4.49m／h提高18.5%，該井開(kāi)窗側(cè)鉆點(diǎn)865m，采用陀螺定向，保證了導(dǎo)斜器坐掛方位準(zhǔn)確，單牙輪＋1.5°彎螺桿完成定向，穩(wěn)斜井段采用PDC鉆頭＋1.5°彎螺桿鉆進(jìn)，全井段帶MWD隨鉆測(cè)斜，井眼軌跡控制滿足設(shè)計(jì)要求，順利中靶，全井鉆井過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)復(fù)雜事故發(fā)生。

7 結(jié)論及建議

1）在小井眼開(kāi)窗側(cè)鉆井中，根據(jù)地層特性改進(jìn)的個(gè)性化PDC鉆頭能夠達(dá)到預(yù)期的效果，起到提高機(jī)械鉆速的目的。

2）通過(guò)對(duì)側(cè)鉆井優(yōu)快鉆井工藝技術(shù)研究，結(jié)合實(shí)施開(kāi)窗側(cè)鉆井的地層特點(diǎn)，合理選擇開(kāi)窗點(diǎn)位置和進(jìn)行井眼軌跡設(shè)計(jì)，能夠有效避免因開(kāi)窗點(diǎn)位置選擇和井眼軌跡設(shè)計(jì)的不合理，造成軌跡控制困難，從而出現(xiàn)井下復(fù)雜和事故。

3）開(kāi)窗側(cè)鉆井都是在原有套管內(nèi)實(shí)施的，使用的鉆具組合都是小尺寸，鉆出的都是小井眼，造成循環(huán)壓耗增大，制約著水力效率的發(fā)揮，在淺井段不太明顯，在鉆進(jìn)井段比較深的情況下問(wèn)題就比較突出了，隨著需要通過(guò)側(cè)鉆施工恢復(fù)生產(chǎn)的井越來(lái)越多的情況，建議研制或引進(jìn)非標(biāo)側(cè)鉆鉆桿。

［1］晁文學(xué)，林勇.中原油田?118mm井眼鉆井固井技術(shù)［J］.天然氣工業(yè)，2002，22（2）：54～55.

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