大尺寸SAGD雙水平井軌跡控制技術(shù)實(shí)踐

于洋飛，羅　亮，伍　偉，蔣先釗，丁　紅，李俊勝，王豫疆

（1.新疆油田公司開(kāi)發(fā)公司，新疆克拉瑪依834000；2.西部鉆探定向井技術(shù)服務(wù)公司，新疆烏魯木齊830026）

大尺寸SAGD雙水平井軌跡控制技術(shù)實(shí)踐

于洋飛*1，羅亮1，伍偉1，蔣先釗1，丁紅2，李俊勝2，王豫疆2

（1.新疆油田公司開(kāi)發(fā)公司，新疆克拉瑪依834000；2.西部鉆探定向井技術(shù)服務(wù)公司，新疆烏魯木齊830026）

為探索大尺寸SAGD雙水平井的開(kāi)發(fā)效果，提高淺層超稠油油藏的采收率，在風(fēng)城油田首次部署了大尺寸SAGD水平井試驗(yàn)井，水平段長(zhǎng)800m。存在松軟地層大尺寸井眼工具造斜率控制、水平段穩(wěn)平控制、2口井水平段精細(xì)平行控制及管柱下入等技術(shù)難點(diǎn)，通過(guò)對(duì)水平井鉆井井眼軌跡優(yōu)化、長(zhǎng)水平段穩(wěn)平控制與延伸鉆進(jìn)精確控制、管柱安全下入等技術(shù)研究，現(xiàn)場(chǎng)用于1組大尺寸井組，2口井水平段軌跡走向控制滿足設(shè)計(jì)要求，為該區(qū)域大尺寸SAGD雙水平井鉆井積累了十分有益的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

大尺寸井眼；雙水平井；軌跡控制；技術(shù)實(shí)踐

開(kāi)采淺層超稠油油藏，采用雙水平井組合SAGD技術(shù)，是提高超稠油原油采收率的一種經(jīng)濟(jì)可行的方法。一般采用生產(chǎn)井（P井）和注汽井（I井）平行的雙水平布井方式，2口井縱、橫向間距均有嚴(yán)格要求。對(duì)于大尺寸井眼SAGD雙水平井，它不僅要求具有合理的著陸點(diǎn)位置，而且對(duì)入靶時(shí)的井眼方向具有很高的要求，既要保證單井水平段的水平度，也必須保證SAGD雙水平井水平段的平行度，如果不能對(duì)大尺寸井眼造斜段的井斜及井眼方向進(jìn)行有效的控制，將會(huì)增大水平段軌跡控制難度和工作量，給施工帶來(lái)不利影響；如果注汽井和生產(chǎn)井在同一平面上沒(méi)有保持直線平行，發(fā)生水平與垂向偏移較大超出要求時(shí)，會(huì)對(duì)原油采出程度和生產(chǎn)效果產(chǎn)生明顯影響［1］。通過(guò)對(duì)大尺寸SAGD雙水平井軌跡控制技術(shù)研究，大尺寸井組的成功應(yīng)用，為后期采油作業(yè)提供了更大的作業(yè)空間，以及滿足了稠油熱采井采油泵安放對(duì)井眼軌跡的要求。

1　區(qū)域地質(zhì)特征

風(fēng)城油田區(qū)域構(gòu)造位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣烏夏斷褶帶的夏紅北斷裂上盤中生界超覆尖滅帶上，侏羅系齊古組總體構(gòu)造形態(tài)為被斷裂切割的向南傾的單斜，地層傾角5°～8°，近斷裂附近傾角變陡。地層自上而下可劃分為白堊系吐谷魯群、侏羅系齊古組、三工河組、八道灣組以及三疊系、二疊系及石炭系地層。稠油油藏埋深淺，目的層齊古組稠油油藏埋深240～500m，部分區(qū)塊埋深在140～300m左右。

2　軌跡控制難點(diǎn)

2.1造斜率的控制

?444.5mm井眼造斜段為大尺寸井眼，地層松軟，工具實(shí)際造斜率難確定，井眼軌跡控制難度增大；鉆井液排量大，排量在55～60L/s范圍，流速快，對(duì)軟地層沖刷嚴(yán)重，會(huì)降低工具的造斜能力。

2.2大尺寸井眼軌跡控制要求高

大尺寸井眼入靶及水平段靶窗窄，要求靶窗高度1m、寬度2m；造斜段、水平段較長(zhǎng)，造斜段長(zhǎng)600m左右，水平段長(zhǎng)達(dá)到800m，是目前風(fēng)城油田SAGD雙水平井斜井段軌跡控制最長(zhǎng)的井組；軌跡控制要求高，生產(chǎn)井下泵位置井斜55°～60°井段造斜率不超過(guò)5°/30m，以滿足采油工藝要求，水平井段軌跡必須保證水平，軌跡距靶心垂向誤差不超過(guò)±0.5m，平面上水平井段軌跡距靶心誤差不超過(guò)±1m，2井之間水平段間距為5m± 0.5m。

2.3管柱下入難

地層淺且井眼大，水平井的水平段較長(zhǎng)，巖屑易堆積形成巖屑床，而且下入大尺寸管柱剛性強(qiáng)，致使管柱下入摩阻扭矩大；垂直段管柱長(zhǎng)度短，管柱自重所能提供的下行力很有限。

3　軌跡控制技術(shù)方案

3.1井身剖面優(yōu)化

根據(jù)井區(qū)已鉆井實(shí)鉆軌跡控制情況，F(xiàn)HWX井組井身剖面選擇“直—增—穩(wěn)”三段式剖面，結(jié)合考慮滿足開(kāi)采的要求，通過(guò)上移調(diào)整造斜點(diǎn)位置，適當(dāng)延長(zhǎng)在淺層水平井大井眼中的靶前位移，降低斜井段造斜率，使生產(chǎn)井斜井段造斜率既能達(dá)到在要求范圍內(nèi)，也能在較短的靶前位移內(nèi)入靶，生產(chǎn)井與注汽井為平行的剖面。注汽井在實(shí)鉆前，要依據(jù)生產(chǎn)井的實(shí)鉆軌跡剖面，重新優(yōu)化設(shè)計(jì)井身剖面。

3.2下部鉆具組合力學(xué)性能分析與優(yōu)化

考慮到造斜段地層比較疏松，又是?444.5mm大尺寸井眼，造斜率控制難度大，通過(guò)底部鉆具組合力學(xué)分析軟件對(duì)2組下部鉆具組合力學(xué)性能進(jìn)行了計(jì)算分析，2組鉆具組合分別為：?444.5mm鉆頭+?244.5mm螺桿鉆具+?203mmMWD短節(jié)+?203.2mm無(wú)磁鉆鋌×2根；?311.2mm鉆頭+?197.0mm螺桿鉆具+?203mm MWD短節(jié)+?177.8mm無(wú)磁鉆鋌×2根。假設(shè)?444.5mm井眼鉆壓為140kN，螺桿的近鉆頭穩(wěn)定器外徑為?441.0mm，螺桿彎角度數(shù)為1.25°，擴(kuò)徑率為5%；假設(shè)?311.2mm井眼鉆壓為120kN，螺桿的近鉆頭穩(wěn)定器外徑為?308mm，螺桿彎角度數(shù)為1.25°，擴(kuò)徑率為5%。通過(guò)計(jì)算分析，結(jié)果表明，不同井眼條件下相同螺桿彎角的底部螺桿鉆具組合，?444.5mm井眼造斜段底部鉆具組合的造斜率比?311.2mm井眼造斜段底部鉆具組合的造斜率要低，特別是在初始造斜段的造斜率。綜合考慮螺桿造斜率分析、井眼實(shí)際情況及地層的影響，在?444.5mm井眼可以選用比設(shè)計(jì)最大造斜率（4.64°/30m）高2～3個(gè)級(jí)別的彎度，1.83°、2.12°可以滿足要求，因此選擇2°螺桿彎度。另外，如果在?311.2mm井眼，在假設(shè)鉆壓為120kN，螺桿的近鉆頭穩(wěn)定器外徑為308mm，擴(kuò)徑率為5%的情況下，選用2根?127mm無(wú)磁鉆鋌、1.5°螺桿彎度可以達(dá)到造斜率要求。

3.3造斜段軌跡控制

SAGD油井要達(dá)到預(yù)期的高采收率，必須對(duì)注汽井和產(chǎn)油井有嚴(yán)格的控制要求，要求2口井的距離誤差滿足工程設(shè)計(jì)的要求［2-3］。如果2口井的水平段始端距離過(guò)近，高溫蒸汽從井口注入注汽井后，易發(fā)生汽竄，注采井容易過(guò)早形成熱聯(lián)通，影響采收率；如果SAGD井組的水平段始端垂向距離過(guò)遠(yuǎn)，熱連通較差，水平段末端位置優(yōu)先形成熱連通，最終導(dǎo)致水平段動(dòng)用程度較差，因此，SAGD雙水平井造斜段入靶控制是水平井軌跡控制關(guān)鍵點(diǎn)之一?？紤]到松軟地層?444.5mm大尺寸井眼造斜段的造斜點(diǎn)淺、造斜段較長(zhǎng)、鉆井液排量大，造斜率難以把控，造斜段軌跡控制難度大，最終確定的方案為先用剛性小、摩阻也相對(duì)較小和利于定向施工的鉆具組合鉆進(jìn)至A點(diǎn)完成造斜段，以滿足軌跡控制需求，后再下入?444.5mm擴(kuò)眼鉆具組合進(jìn)行擴(kuò)眼作業(yè)。不同井眼尺寸下造斜段鉆具組合扭矩、摩阻計(jì)算對(duì)比見(jiàn)表1，計(jì)算條件按套管內(nèi)摩擦系數(shù)0.2、裸眼摩擦系數(shù)0.3和鉆井液密度1.15g/cm3。

表1　不同井眼尺寸下造斜段鉆具組合扭矩、摩阻計(jì)算對(duì)比

為了實(shí)現(xiàn)注汽井造斜段軌跡更加精確的入靶著陸，采用RMS-I型磁導(dǎo)向儀器［4］，用磁導(dǎo)向系統(tǒng)引導(dǎo)注汽井的鉆進(jìn)，避免入靶前因MWD測(cè)量受已鉆生產(chǎn)井套管磁干擾影響，使入靶軌跡偏移誤差大，使造斜段井眼軌跡重合性更好，入靶精度嚴(yán)格控制在要求范圍內(nèi)，為三開(kāi)水平段軌跡引導(dǎo)打下良好的基礎(chǔ)。在現(xiàn)場(chǎng)施工當(dāng)中鉆至設(shè)計(jì)靶點(diǎn)A點(diǎn)，將井斜較A點(diǎn)設(shè)計(jì)入靶井斜適當(dāng)增加2°～3°，保持井斜角適當(dāng)超前，彌補(bǔ)下入技術(shù)套管后的降井斜，有利于水平段軌跡平穩(wěn)控制。

3.4水平段軌跡控制

對(duì)于?311.2mm大井眼800m長(zhǎng)水平段的SAGD井，根據(jù)目前水平井軌跡控制技術(shù)保持1口井水平段的水平度較容易實(shí)現(xiàn)；但要確保上下2口井水平段的平行度，由于受到前一口井套管的磁干擾作用，同時(shí)常規(guī)儀器的測(cè)量累計(jì)誤差較大，因此，在?311.2mm井眼注汽井水平段使用高精度MWD配合磁導(dǎo)向儀器［5］，保證測(cè)量的精確和儀器使用的可靠性，使注汽井與生產(chǎn)井水平段達(dá)到要求的平行度。在鉆具組合選擇方面，首先考慮鉆具組合的穩(wěn)平能力，具有較高穩(wěn)平能力的鉆具組合可以在很大程度上減少軌跡控制的工作量；合理選擇鉆具組合和鉆進(jìn)方式，及時(shí)調(diào)整鉆井參數(shù)，精細(xì)控制軌跡，確保水平段穩(wěn)平鉆進(jìn)。

3.5大尺寸套管的安全下入

采用通井鉆具組合模擬套管串剛度通井，綜合考慮井眼的準(zhǔn)備情況，設(shè)計(jì)通井鉆具組合進(jìn)行通井，是確保套管下至設(shè)計(jì)井深重要的前提條件之一。考慮到大尺寸井眼套管下入難度，需要重新設(shè)計(jì)通井鉆具組合疏通井眼、修整井壁。采用加權(quán)系數(shù)法計(jì)算出3種通井鉆具組合的剛度，充分考慮了扶正器與鉆鋌或加重鉆桿的組合剛度，在計(jì)算的時(shí)候，把鉆具組合最上面的扶正器作為最后一個(gè)計(jì)算的單元梁，進(jìn)而得到鉆具組合與套管的剛度匹配比值。通過(guò)計(jì)算結(jié)果對(duì)比，當(dāng)m≥1時(shí)說(shuō)明通井管柱的剛度大于套管剛度，套管在井下比通井管柱更柔軟，理論上套管應(yīng)能下至預(yù)定位置。計(jì)算結(jié)果表明，若不考慮其他因素的影響，通井鉆具組合在理論上可保證套管的順利下入。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　造斜段、水平段通井鉆具組合與套管的剛度匹配比值

3.6配套技術(shù)措施

軌跡控制中，工具性能出現(xiàn)較大幅度變化時(shí)，每5m測(cè)取一點(diǎn)數(shù)據(jù)，及時(shí)摸清工具造斜性能，調(diào)整鉆井方式。在水平段作業(yè)中，依據(jù)水平段鉆井方式變化，準(zhǔn)確做好井底軌跡預(yù)測(cè)，避免井斜和方位大幅度變化，確保水平段井眼軌跡的平滑。

4　應(yīng)用效果

4.1FHWXP/I大尺寸井組中靶情況

根據(jù)制定的軌跡控制技術(shù)方案，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采取“先高后低”、“早扭方位”的軌跡控制策略，通過(guò)調(diào)整動(dòng)力鉆具的工具面角加強(qiáng)對(duì)方位的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了著陸點(diǎn)的精細(xì)控制，入靶點(diǎn)嚴(yán)格控制在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)；在800m長(zhǎng)水平段鉆進(jìn)中，及時(shí)把握復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)井眼曲率的變化趨勢(shì)，應(yīng)用高精度測(cè)量?jī)x器和優(yōu)選的鉆具組合、參數(shù)，采用“多復(fù)合、少滑動(dòng)”的鉆進(jìn)方式，降低摩阻，水平段復(fù)合鉆進(jìn)尺達(dá)到80%以上，在較短的時(shí)間進(jìn)入B靶。

4.2水平段軌跡的平行控制

在大尺寸井眼水平井施工工藝基礎(chǔ)上，結(jié)合磁導(dǎo)向測(cè)量技術(shù)，有效控制了2井水平井段相對(duì)誤差。在施工中，生產(chǎn)井中的磁源接收器每次放至在注汽井磁接頭前10m位置，引導(dǎo)注汽井的井眼軌跡平行控制，當(dāng)鉆完10m后將生產(chǎn)井磁接收器下入10m，始終保持10m的引導(dǎo)距離。施工中為保持控制精度，每10m MWD和磁導(dǎo)向測(cè)量一次，及時(shí)調(diào)整軌跡，確保了2井的平行。實(shí)鉆軌跡2井水平段最大垂距5.41m，最小垂距4.56m，最大橫向偏移距0.98m，最小橫向偏移距0.58m，達(dá)到井組設(shè)計(jì)要求范圍。

4.3套管下入情況

二開(kāi)?311.2mm井眼造斜段下入帶有?444.5mm擴(kuò)眼器的鉆具組合擴(kuò)眼結(jié)束后，分別使用“單扶、雙扶、三扶”三種鉆具組合通井后，?339.7mm技術(shù)套管順利下入，技術(shù)套管下入摩阻在150～200kN，比理論計(jì)算摩阻值要大；三開(kāi)?311.2mm井眼800m長(zhǎng)水平段完鉆后，分別使用“單扶、雙扶、三扶”三種鉆具組合通井，順利下入?244.5mm篩管至完鉆井深，油層尾管下入摩阻在300～400kN，無(wú)遇阻、卡現(xiàn)象發(fā)生。

5　結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）通過(guò)研究并結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)條件，制定切實(shí)可行的軌跡控制方案，確保了風(fēng)城油田第一組大尺寸SAGD水平井施工成功。

（2）保持2井800m長(zhǎng)水平段的平行，需要在磁導(dǎo)向測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，井深和測(cè)量時(shí)間一定要準(zhǔn)確，生產(chǎn)井磁源接收器和注汽井磁源前移距離保持一致，才能更好的實(shí)現(xiàn)軌跡精細(xì)控制。

（3）在前期積累了一定的大尺寸SAGD雙水平井軌跡控制實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，可以直接嘗試在?444.5mm大尺寸井眼造斜段實(shí)施軌跡控制技術(shù)應(yīng)用。

［1］何萬(wàn)軍，陳新文，趙睿，等.水平井軌跡偏移對(duì)蒸汽輔助重力泄油生產(chǎn)的影響［J］.新疆石油地質(zhì)，2013，34（6）：669-671.

［2］楊明合，夏宏南，屈勝元，等.磁導(dǎo)向技術(shù)在SAGD雙水平井軌跡精細(xì)控制中的應(yīng)用［J］.鉆采工藝，2010，33（3）：12-14.

［3］章敬，易燦，張龍，等.SAGD雙水平井入靶控制技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2013，35（6）：24-28.

［4］李曉軍，王德國(guó)，宋朝輝，等.RMS-I型磁定位系統(tǒng)的研制和應(yīng)用［J］.電子設(shè)計(jì)工程，2014，22（20）：89-91.

［5］劉烈強(qiáng)，張瑋.加拿大非常規(guī)油藏淺層SAGD鉆井技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2014，36（2）：12-15.

TE24

B

1004-5716（2016）09-0079-04

2015-09-08

2015-09-10

于洋飛（1983-），男（漢族），新疆塔城人，工程師，現(xiàn)從事鉆井技術(shù)管理工作。