南海某高溫高壓氣田叢式井表層大尺寸井眼防碰技術(shù)

楊玉豪, 張萬(wàn)棟, 張 超, 吳 江, 楊前亮

(1中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司 2中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)湛江分公司)

南海某氣田儲(chǔ)層壓力系數(shù)1.91～1.97，最高溫度150℃，該氣田開發(fā)中除面臨顯著的高溫高壓挑戰(zhàn)外，表層?660.4 mm大尺寸井眼批鉆作業(yè)時(shí)井眼碰撞風(fēng)險(xiǎn)高，防碰形式極其嚴(yán)峻。

一、表層井眼碰撞風(fēng)險(xiǎn)及難點(diǎn)分析

結(jié)合該氣田開發(fā)中的實(shí)際情況，深入分析了表層?660.4 mm鉆井井眼碰撞風(fēng)險(xiǎn)及技術(shù)難點(diǎn)。

1. 井網(wǎng)密集，井眼間距小

該氣田導(dǎo)管架平臺(tái)井槽排列4×4，共有16個(gè)井槽，槽口間距2.286 m×2 m，開發(fā)7口井(6口定向井和1口水平井)。由于氣田溫壓系統(tǒng)復(fù)雜，套管層次多，隔水導(dǎo)管采用?762 mm尺寸，一開表層為?660.4 mm大尺寸井眼。即使在保證完全垂直的理想情況下，就幾何大小而言，?762 mm隔水導(dǎo)管之間僅1.238 m，?660.4 mm井眼之間僅1.34 m。圖1是防碰掃描結(jié)果，從中可以看出：由于間距過(guò)小，即使通過(guò)優(yōu)化槽口、錯(cuò)開造斜點(diǎn)深度和調(diào)整鉆井順序[1]等措施，表層碰撞風(fēng)險(xiǎn)依然很高。

2. 表層防斜打直難，水平位移極易超過(guò)槽口間距

綜合考慮強(qiáng)度、井口穩(wěn)定性、承壓能力等要求，該氣田7口井均采用?762 mm隔水導(dǎo)管,下深為173 m，入泥70 m。7口井的井身結(jié)構(gòu)見表1。由表1可知,?660.4 mm井段井深范圍500～530 m左右；?444.5 mm井段井深范圍2 100～2 300 m。

圖1 表層防碰掃描結(jié)果

在本項(xiàng)目中，一方面?762 mm隔水導(dǎo)管由工程方面通過(guò)打樁方式提前錘入，打樁時(shí)更多依靠隔水導(dǎo)管自重來(lái)保持垂直度，作業(yè)時(shí)受浪涌等影響大，無(wú)法保證隔水導(dǎo)管的完全垂直，同時(shí)也難排除導(dǎo)管在錘入過(guò)程中發(fā)生偏移與鄰井導(dǎo)管碰撞、擠壓變形的可能[2];另一方面，?660.4 mm井段井深范圍500～530 m左右，該井段進(jìn)尺約327～357 m，一旦控制不好井斜，將會(huì)出現(xiàn)井眼碰撞。

表1 井身結(jié)構(gòu)

假設(shè)泥線103 m處井斜0°，隔水導(dǎo)管鞋173 m處偏斜0.3°，?660.4 mm井段鉆至中完深度500 m時(shí)偏斜0.5°，此時(shí)水平位移達(dá)到2.48 m，大于?660.4 mm井眼間距(除開井眼直徑)1.34 m，也大于井槽間距2 m。

3. 地層松軟，成巖性較差，井眼易擴(kuò)徑

該氣田所在的淺部地層為灰色泥巖夾灰色細(xì)砂巖，成巖性較差，地層極其松軟。表層井段采用海水鉆進(jìn)，每柱掃稠膨潤(rùn)土漿，配合大排量井眼清潔、提高攜巖效果，但會(huì)嚴(yán)重沖刷井壁，造成擴(kuò)徑。擴(kuò)徑減小了主井眼與鄰井直井的距離，也可能導(dǎo)致后續(xù)下入的套管居中度低而向鄰井偏斜等情況，進(jìn)一步增加碰撞幾率。

二、表層防碰工藝技術(shù)

1. 隔水導(dǎo)管防斜打直技術(shù)

(1)在兼顧施工效率的基礎(chǔ)上，合理優(yōu)化打樁順序，遵循從中心向外圍錘入、整排施工的原則，盡量減少打樁作業(yè)過(guò)程中由群樁效應(yīng)引起的應(yīng)力集中以及土壤擠壓使得隔水導(dǎo)管傾斜等[3-4]。圖2所示。

圖2 打樁順序

(2)根據(jù)隔水導(dǎo)管尺寸合理匹配導(dǎo)管架上各層導(dǎo)向孔。

(3)為確保隔水導(dǎo)管入泥前處于居中狀態(tài)，選擇在平流時(shí)讓樁管入泥，最大限度減小海流對(duì)樁管的影響，同時(shí)加扶正楔塊進(jìn)行扶正[5]，有效避免晃動(dòng)。

(4)確保打樁機(jī)安裝時(shí)的垂直度，保證樁錘、樁帽、樁身在同一中心線上。

(5)每錘進(jìn)尺選擇合適的打樁參數(shù)，避免單次錘擊沖擊力太大影響垂直度。

(6)針對(duì)以往隔水導(dǎo)管鞋破巖能力不足導(dǎo)致拒樁、甚至變形的問(wèn)題，應(yīng)用了深穿刺引鞋(見圖3)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在引鞋底部1.5 m的管體內(nèi)外壁上加焊加強(qiáng)筋、在引鞋底部加焊硬質(zhì)合金的深穿透齒，目的分別是提高管鞋縱橫向強(qiáng)度、破巖能力[5]。

圖3 深穿刺引鞋外觀

2. 大尺寸井眼表層預(yù)斜技術(shù)

在表層?660.4 mm井段，采取提前預(yù)斜[6-7]來(lái)盡早脫離鄰井軌跡是防碰繞障的有效舉措之一。

2.1 造斜工具選擇

淺部地層疏松，海水大排量鉆進(jìn)時(shí)井眼擴(kuò)大率高，推靠式或指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具難以保證造斜率[7]。另外，?660.4 mm井段工具尺寸大、鉆具剛性較強(qiáng)，無(wú)法產(chǎn)生足夠的側(cè)向力[8]也會(huì)對(duì)造斜率產(chǎn)生較大影響。這表明在淺部松軟地層降低了增斜效果[9]，一旦糾斜或預(yù)斜效果差，也會(huì)造成嚴(yán)重的防碰風(fēng)險(xiǎn)。因此，為保證淺部松軟地層的預(yù)斜效果，通過(guò)分析采取馬達(dá)進(jìn)行導(dǎo)向(1.2°彎角?241.3 mm馬達(dá)本體配合?647.7 mm馬達(dá)扶正套)。

2.2 鉆具組合優(yōu)化

?660.4 mm井段鉆具組合：?660.4 mm牙輪鉆頭+?241.3 mm螺桿(1.2°，配?647.7 mm扶正套)+配合接頭+?657.2 mm扶正器+配合接頭+?203.2 mm無(wú)磁鉆鋌1根+MWD+?203.2 mm無(wú)磁鉆鋌1根+?203.2 mm定向接頭+?203.2 mm鉆鋌3根+?203.2 mm震擊器(帶撓性接頭)+配合接頭+?149.2 mm加重鉆桿14根+?149.2 mm鉆桿。該鉆具組合能一趟鉆滿足預(yù)斜、糾斜、穩(wěn)斜、防碰等多種作業(yè)要求，具體優(yōu)勢(shì)如下：由于不用起下鉆改變鉆具組合，節(jié)約了鉆進(jìn)時(shí)間；MWD能實(shí)時(shí)測(cè)量井斜和方位，方便軌跡控制和調(diào)整，同時(shí)可用于判斷鉆頭所在位置有無(wú)磁干擾[10-12]。

2.3 鉆井參數(shù)設(shè)計(jì)

滑動(dòng)鉆井參數(shù)：鉆壓0～10 kN，排量2 600～4 000 L/min；旋轉(zhuǎn)鉆井參數(shù)：鉆壓0～10 kN、排量3 500～4 500 L/min、轉(zhuǎn)速30～60 r/min。

2.4 其它工藝措施

(1)防碰方面：出樁管鞋5 m后用多點(diǎn)陀螺定向和測(cè)量軌跡，獲得準(zhǔn)確的軌跡數(shù)據(jù)，利用COMPASS軟件計(jì)算分析樁管鞋的偏斜方向，及時(shí)調(diào)整鉆頭鉆進(jìn)方向，向有利于減少防碰風(fēng)險(xiǎn)的方向進(jìn)行糾斜并預(yù)斜。

(2)保證造斜率方面：鉆壓0～10 kN，定向鉆進(jìn)前兩柱采用小排量3 200～3 500 L/min整柱滑動(dòng)且不劃眼，確保糾斜及預(yù)斜效果。后續(xù)預(yù)斜過(guò)程中整柱滑動(dòng)并逐級(jí)提高排量至4 000 L/min，但是第三柱劃眼采用上下提拉一遍，第四柱下單根不旋轉(zhuǎn)劃眼確保井底井斜不降。

2.5 實(shí)施策略

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，由于使用的該套貝克旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具只有重力工具面，在5°以下無(wú)法識(shí)別重力工具面，同時(shí)考慮到地層較軟極易降井斜的問(wèn)題，為了能更好地兼顧下部?444.5 mm井段的作業(yè)，確定了在?660.4 mm井段實(shí)施“外排井槽采用馬達(dá)提前預(yù)斜，內(nèi)排井槽采用常規(guī)鉆具防斜打直”的策略，即在?660.4 mm井段將外排槽口的X1、X2、X4、X6井增斜至7°以上，這樣?444.5 mm井段可以直接下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向，進(jìn)而節(jié)省一趟馬達(dá)組合，有利于提高鉆井時(shí)效。

三、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

該氣田7口井表層?660.4 mm井段鉆進(jìn)過(guò)程中，整柱滑動(dòng)造斜率(1.3°～2.2°)/30 m，旋轉(zhuǎn)井斜每柱降0.2°～0.4°，方位穩(wěn)定較好。X1、X2、X4、X6四口外排井井底全部成功預(yù)斜到7°～8°，高效化解了防碰壓力，沒(méi)有發(fā)生井眼碰撞問(wèn)題。

四、結(jié)論

(1)海上開發(fā)井井網(wǎng)密集、井槽間距小，表層井眼尺寸大，受多種疊加因素的制約，鉆井時(shí)碰撞風(fēng)險(xiǎn)高。表層防碰是項(xiàng)系統(tǒng)工程，要從前期隔水導(dǎo)管防斜打直、軌跡設(shè)計(jì)分析、現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)控等方面綜合考慮。

(2)表層預(yù)斜技術(shù)是密集型井網(wǎng)中防碰繞障的有效措施之一。針對(duì)氣田淺層地層巖性疏松，大尺寸井眼海水鉆進(jìn)造斜率難控制的難題，優(yōu)選馬達(dá)鉆具組合和配套精密的天線隨鉆測(cè)量工具，并根據(jù)廠家工具特點(diǎn)針對(duì)性制定預(yù)斜策略，解決了叢式井表層大尺寸井眼的防碰繞障難題。