探析江苏工区套管开窗侧钻井超长裸眼钻井及钻井液技术

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  [摘 要] 随着油田开发的不断深入,主力油田已相继进入油田开发的中、后期,在老油田的枯竭井、水淹井和套损井中实施套管内侧钻井,是油田开发调整挖潜的重要手锻,已被各油田普遍采用,用于恢复井网,完善注采关系,实现少投入多产出,稳定和提高老油田产油量。 详细介绍苏东187B井套管开窗侧钻井超长裸眼的钻井和钻井液技术,从地质构造特点(难点)、锻铣工艺技术、钻具组合、侧钻钻井措施、及钻井液携岩、防粘卡等方面,总结了在江苏地区套管开窗侧钻井的经验。该井创下了华东石油局当时本地区套管开窗侧钻井裸眼井锻最长(900.13米)的记录。
  [关键词] 小井眼 超长裸眼 锻铣开窗 侧钻 定向钻井 井眼轨迹 钻井液技术
  中图分类号:TE254 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)30-0041-02
  套管开窗、小井眼侧钻技术,以其良好的实用性和可观的经济效益在国内外得到了迅速发展,它不仅可以节约上部井锻大量钻井费用和套管费用,更引人注目的是可使“死井”复活,提高单井产能和采取率,已成为油气田开发后期降低钻井成本,挖掘剩余油潜力的一种重要手锻,越来越得到国内外石油工程界的重视,应用范围不断扩大。华东石油局为救活一批已下套管的低效或无效试、采油井,自1997年以来对Φ139.7mm套管内开窗侧钻小井眼进行了积极的探索工作,到目前已完成套管开窗侧钻井五十余口,并取得了一定的成效。
  苏东187B井位于江苏东台台南地区,设计垂深:2200米,靶点半径30米。在1440米开始使用套管锻铣工具进行开窗,完钻斜深2340.13米,垂深2203.09米,最大井斜角38.4°,水平位移439.35米,裸眼锻长900.13米。本井钻井周期18.52天,纯钻時251小时,纯钻时间利用率54.68%,平均机械钻速3.56米/时,台月效率1395米/月。测井一次成功,下套管顺利,固井质量良好。该井从锻铣套管、造斜、稳斜钻进直到完井作业未发生任何井下事故。本井创下了我局目前套管开窗侧钻井裸眼井锻最长的记录。
  一、地层特点及原井基本情况
  苏东187B井勘探目的为探索该地区泰州组断鼻构造的剩余油藏资源。钻遇地层为第四系(东台组)、上第三系(盐城组)、下第三系(三垛、阜宁、泰州组)。在钻井过程中易发生缩径和掉块、垮塌、粘卡事故,其特征是:上部开窗、定向锻三垛组一锻软泥岩地层造浆,易缩径和粘卡;中部缺失垛一锻下部至阜三锻上部地层,断缺阜三锻下部至阜一锻上部地层,断层上下灰黑色泥岩吸水膨胀易剥蚀掉块、垮塌和粘卡。
  原井基本情况:该井88年施工(直井),完井深度2386.63米,下入Φ139.7mm,壁厚7.72mm油层套管2345.84米,水泥返深1794米,固井质量良好。在本井开窗1440米处井斜3.19°,方位80.5°。
  二、套管开窗技术
  1、钻前准备
  原井资料的收集和汇总分析调研工作:包括对原井地层分层、地层可钻性、故障提示、钻井液类型、钻井参数选择、钻遇复杂情况等方面资料;原井井下套管数据及固井质量的资料收集。
  装好350型封井器,压井、洗井起出原井管柱;用Φ118mm通井规通井至1500米无遇阻,彻底热洗井两周;在1480-1500米注悬空水泥塞,候凝24小时。对原井试压15Mpa,30分钟压力降低不超过0.5Mpa为合格。
  用钻井液替出井内清水,并进行充分循环处理,以性能指标达到设计要求。做到所有钻具下井前进行通径检查;开窗前,井场500米以内的注水井停止注水。
  2、开窗方式的确定
  套管开窗侧钻方法目前主要采用二种:(1)利用套管锻铣工具在预定位置铣去一锻套管,然后打水泥塞,下入造斜钻具侧钻;(2)利用设计的一种套管开窗工具下造斜器,在适当的层锻磨铣出一个窗口,然后再下入造斜钻具侧钻。前者施工工艺简单,单层套管易于锻铣、周期短、效果明显。后者工艺复杂,易出现井下复杂情况,而且施工周期较长、效率低。结合苏东178B的实际情况,确定使用较为成熟的锻铣开窗工艺。
  3、窗口位置及锻铣长度
  选用TDX-140型锻铣器在1440米开始锻铣开窗,设计锻铣井锻1440-1465米(实际为1440-1460米)。
  4、锻铣开窗工艺
  TDX-140锻铣器下井前认真检查和调试,确保全部铣刀片开、合灵活。下钻时控制速度,避免中途开泵,转动钻盘,遇阻不强压,防止锻铣片损坏。
  锻铣钻具组合:TDX-140型锻铣器+Φ89mm加重钻杆2根+Φ73mm钻杆。
  钻井参数:钻压=10-30KN、转速=60-70r/min、排量=9L/s、泵压=12Mpa。
  钻井液性能:粘度=45-50s、密度=1.02g/cm3、失水=6ml、切力=2-5pa、塑/动比=0.34-0.40.
  锻铣施工:将工具下至1440米(避开套管接箍),缓慢开泵,以45-60r/min的转速启动转盘开始锻铣,同时注意观察扭矩变化情况,平稳操作。当套管切断后,缓慢加压送钻,开始正常锻铣作业。施工中,钻井液性能要满足携带铁屑的需要,并在泥浆出口槽内放置多个打捞磁铁,根据铁屑数量和形状分析井下情况,尽可能减少铁屑进入泥浆罐,以避免铁屑对泵及净化设备的损坏。同时,每锻铣1米左右,停止锻铣,用大排量钻井液循环清除井下铁屑,以防止卡钻事故的发生。本井至1460米锻铣结束。经调整钻井液性能,确保井底干净。
  在锻铣井锻打水泥塞45米,候凝、扫水泥塞。调整钻井液性能,以满足下步定向侧钻施工的要求。
  5侧钻技术
  (1)定向造斜锻:
  用陀螺测斜仪测量原井套管轨迹:锻铣井锻处井斜3.19°,方位80.5°。本井采用小尺寸单点、电子多点和有线随钻测斜仪进行定向造斜、扭方位作业,对井眼轨迹实施连续控制。   侧钻造斜钻具组合:Φ118mmPDC钻头+Φ95mm×1.75°弯壳泥浆马达+定向接头+Φ89mm无磁钻铤1根+Φ89mm加重钻杆2根+Φ73mm钻杆。
  从1450米开始造斜钻进,钻井参数:钻压15-20KN,转速70-100r/min,排量9L/s,泵压15Mpa;钻井液性能:密度1.05g/cm3,粘度50-55s,失水5ml。钻进至1570.14米定向、侧钻造斜结束。井眼轨迹:井斜:34°、方位:328°。本井仅用2天时间完成了20米套管的锻铣工作,由于技术措施得当,锻铣效率较高,井内未发生阻、卡事故。
  定向造斜锻技术措施:下钻完毕,利用非磁性测量仪器对侧钻方向定位,并锁定转盘。侧钻时,先让钻头在同一位置空转10分钟左右,使井下裸露的地层造出台阶,并用测量仪器进行连续监控,以防侧钻方向变化。钻进中,根据井内返出钻屑的含量变化情况,调整钻井参数,当新、老井眼距离超过1米以上时就可逐步加压造斜。同时,要控制造斜率,防止狗腿严重度过大,造成提下钻具及下部施工困难。
  (2)增斜、稳斜锻(中靶钻进):
  钻具组合:Φ118mm单牙轮钻头+Φ89mm无磁钻铤1根+Φ89mm加重钻杆2根+Φ73mm钻杆。钻井参数:钻压40-60KN,转速60-80r/min,排量9L/s,泵压14-17Mpa。钻达井深(斜深)2340.13米完钻。其基本数据:垂深2203.09米,井斜30.2°,方位角343°,水平位移439.35米,中靶垂深2120.0米,闭合距390.55米,闭合方位331.98°,靶心距16.82米,达到设计要求。全井裸眼进尺900.13米,下入Φ89N-80×6.45mm油层套管1017.76米,下深2323.34米,悬挂器位置1306.74米,与上层套管重叠131.73米,固井质量良好。
  自定向造斜(1450米)至2340.13米中靶完钻,仅用了18.52天时间。该井井斜角较大,最大井斜38.4°/1994米,而全井造斜及随钻井锻平均“狗腿度”很小。
  本井定向增斜、稳斜锻施工质量及速度是较高的,全井畅通无阻。实践证明,在小井眼开窗测钻井中钻具的优化组合是十分重要的,它是提高钻井效率、缩短建井周期、降低成本的行之有效技术措施。
  三、开窗侧钻钻井液技术
  苏东187B井钻遇地层为下第三系三垛、阜宁、泰州组。本井要重点解决的问题是井壁稳定及润滑防卡,同时钻井液必须具有良好的流变性能,满足携带铁屑、井眼净化的要求,最大限度的防止液井液对储层的损害,保证小井眼环空畅通,减少环空流阻,提高钻井效率。
  (1) 钻井液类型的确定
  通过该地区已施工的二口开窗侧钻井的实践,认为选择正电胶乳化聚合物钻井液能满足钻井的需要。该体系钻井液具有一定的抑制、防塌能力,性能容易控制。且工艺简单,施工方面,既可满足钻井工程要求,又可达到降低密度,保护油气层目的。
  (2)井壁稳定
  对三垛组软泥岩易造浆、缩径地层,将钻井液的粘度、切力控制得较低(粘度35-40s),适当增大排量,冲刷井壁;钻进中控制钻井速度,速度过快要及时对新钻开裸眼井锻短程起下钻,确保井眼畅通,以防缩径卡钻。由于技术措施合理,本井未出现缩径、垮塌等事故。
  (3)井眼净化
  在锻铣井锻,将粘度控制在55-60s,动塑比在0.38-0.42.使钻井液具有良好的悬浮携岩能力。实践证明尺寸较大的铁屑能被带出地面,能避免铁屑沉降堆积,锻铣钻井正常。
  斜井锻钻屑携带是小井眼开窗测钻井的成败关键。一般认为,井斜角30-60°(中斜度)范围属井眼净化的危险区,中斜度井锻洗井最困难。本井井眼小(Φ118mm),环空间隙小,为保证钻屑能及时携带出地面,首先确保钻进的泵排量,保持井眼环空返速在1.25-1.34m/s;此外根据井眼轨迹及其他情况的变化,每钻进50米左右短程起下钻一次,以破坏钻屑在井内形成的岩屑床,有利于井眼净化。
  (4)润滑防粘卡
  本井设计井斜较大,裸眼锻长。相对而言,造成粘卡的机会也就增大,因此,润滑防粘卡工作显得十分重要。在侧钻及以后的钻进期间,首先维护好二台振动筛的正常运行,及时清除粗粒的钻屑。在这基础上,确保钻进期间离心机利用率达到70%以上,以钻井液固相和密度得到了有效的控制。全井钻井液最高密度1.15g/cm3 (人为加重),大多数钻进期间密度维护在1.12以内g/cm3 左右。固相和密度的有效控制,提高了钻井液质量,减少了粘卡机遇。
  该项研究成果又成功应用于江苏工区台平110-1井、台平1井、台平2井、侧平苏204井。在挖掘油田潜力、降低开采成本方面发挥了重要作用。
  2006年2804井队施工的侧储1井自2051m開窗侧钻,完成侧钻定向进尺斜深3088.00m/垂深2930.69m;裸眼进尺1037.00m。创江苏工区侧钻井裸眼井段最长记录。
  自1996年以来,华东石油局共施工小尺寸套管开窗井55口,包括侧钻水平井6口,侧钻定向井49口,累计完成进尺1.56×104m,中靶率100%。
  四、几点认识
  (1)小井眼套管开窗侧钻井已在我局施工50余口井,积累了一些经验。实践证明:它能够充分开采低效或无效油井的剩余资源,无论是钻井投资还是钻井效率方面都体现了“多、快、好、省”的经营方针,具有推广应用价值。
  (2)根据江苏地层的特点,开窗侧钻井造斜、增斜锻应尽可能地多用PDC钻头,既能提高纯钻进时间,又无掉牙轮之忧,且钻进寿命长。同时,选择合适的单牙轮钻头与优化的钻具组合相匹配是提高全井钻进效率,避免扭方位,缩短钻井周期的重要技术措施。在钻井过程中,要坚持短程提下钻,以达到破坏钻屑床的目的。
  (3)本地区适应低密度、中粘度性能的正电胶—聚合物体系钻井液。提高钻井液的润滑能力是套管开窗侧钻井的关键问题,在30°~60°定向斜井中尤其重要。施工中应在进入易垮塌地层前做好钻井液的防垮塌预处理工作,增强钻井液抑制垮塌能力,以确保井眼畅通和稳定。
  (4)结合江苏地区套管开窗定向侧钻井的施工情况和理论研究,应深入地研讨提高套管锻铣效率及全面提高小井眼钻进速度的影响因素,完善和发展套管开窗侧钻井技术。
  参考资料
  1 魏文忠 郭卫东 贺昌华 龚德章·胜利油田小眼井套管开窗侧钻技术·石油钻探技术,2001,29(1)19~22
  2 张永青 王同昌 刘杰·任丘地区套管开窗侧钻配套技术·石油钻探技术,2000,28(1)24~25
  3 赵江印 王芬荣 庄立新 喻彦民·套管开窗侧钻技术的钻井液技术·钻井液与完井液,1999,16(6)
  作者简历:
  吴江麟,男 1966年生,江苏宜兴人,本科, 1987年毕业于南京大学地质系钻井工程专业,中石化华东石油局钻井工程公司从事钻井技术管理工作,工程师 副总工程师。
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