遼河油田杜84區塊超稠油油藏水平井鉆井技術(shù)

  遼河石油勘探局鉆井一公司.遼寧盤(pán)錦1引川();2.大慶汕lI]股份公司井卜作業(yè)公司,黑龍江大慶以3。。0)摘要:遼河油田杜8一1區塊是一個(gè)以砂巖為主的超稠油油藏.為了提高開(kāi)發(fā)效果進(jìn)行了直井與水平井組合重力輔助蒸汽驅(SAGD)開(kāi)發(fā)試驗。針對杜8級區塊水平井鉆井中存在的防碰難度大、造料困難、井眼軌跡控制要求高、固井質(zhì)量差、易出現沉砂卡鉆等技術(shù)難點(diǎn),應用了三維繞障防碰技術(shù)、復合導向鉆井技術(shù)、井眼軌跡控制技術(shù)、水平井井眼凈化技術(shù),并優(yōu)化了井身結構和剖面設計,所鉆5口水平井都精確入靶,井身質(zhì)量和固井質(zhì)量合格率都達到了1()()%.施工過(guò)程中沒(méi)有出現井下復雜情況和事故,提高了機械鉆速.縮短了鉆井周期,降低了鉆井成本。

 

  關(guān)鍵詞:稠油油藏;水平井;導向鉆井;井眼軌跡;井眼凈化。

 

  遼河油田遼河油田曙一區杜84區塊位于遼河盆地西部坳陷西斜坡的中段.北以杜32斷層為界,東以杜79斷層為界,西以杜115斷層為界,南以杜205井與曙l-27一454井連線(xiàn)為界,整體上呈一長(cháng)條狀單斜構造。

 

  目的層為沙3段上部興VI組油層,該油層以巖屑砂巖為主,為高孔隙度、高滲透率儲層。興城組為底水超稠油油藏,油層發(fā)育較好,平面上連片分布。為了更合理的開(kāi)發(fā)該區塊興隆臺油層超稠油,遼河油田進(jìn)行了直井與水平井組合重力輔助蒸汽驅(SAGD)乞開(kāi)發(fā)試驗。

 

  969一IOO5m,水泥返至地面;三開(kāi)小215.gmm井眼鉆深1195一123Om,價(jià)177.8nim篩管下深1193一1228m,不固井。

 

  水平井井眼軌道設計數據水平井均設計采用雙增雙穩剖面,即“直一增一穩一增一穩”剖面。第一增斜段設計造斜率為60/3Om一7.3。/3om,第二增斜段設計造斜率為6.5“/3Om一7.60/3Om。造斜點(diǎn)井深350一600m,人靶垂深780~85om,水平位移45·1.30一640.81m,靶前位移242.26一389.52m。水平段縱向偏差士lm,水平段橫向偏差士3m,水平段井斜角均為90。。

 

  1地質(zhì)概況杜84區塊由上到下鉆遇的地層依次為平原組、明化鎮組、館陶組、沙1段、沙2段、沙3段。平原組巖性為棕色、棕黃色粘土層與灰白色細砂、含礫中細砂巖互層,底界深ZIOm;明化鎮組巖性為淺灰白含礫砂巖、砂礫巖及綠灰色泥巖,底界深340m;館陶組巖性為砂礫巖、砂巖、中粗砂巖和細砂巖不等厚互層,底界深67om;沙1段和沙2段巖性為淺灰色砂礫巖、砂礫巖與灰綠色泥巖互層,底界深800m;沙3段巖性為巨厚塊狀砂礫巖、礫狀砂巖和灰色淺灰色泥巖,底界深1200m。

 

  3水平井鉆井技術(shù)難點(diǎn)l)該區塊屬于老區塊,已鉆直井、定向井、水平井數量多,井網(wǎng)密集,防碰難度大。

 

  2)造斜點(diǎn)在井深350~6()0m處,出表層就定向,上部地層松散,造斜率極低,加之是采用爭311.lmm鉆頭雙泵大排量鉆進(jìn),因此造斜十分困難。仁部地層為館陶組,其巖性主要為砂礫巖和粗礫巖,粒徑非常大,對定向造斜和井眼軌跡控制極為不利。

 

  3)油層膠結疏松,鉆入油層后,造斜率非常低,對著(zhù)陸前造斜非常不利,從而給人靶前著(zhù)陸帶來(lái)很大2工程設計2.1水平井井身結構及套管程序設計一開(kāi)爭444.5mm井眼鉆深212n:,小339.7mm表層套管下深Z10m,水泥返至地面;二開(kāi)小311.1mm井眼鉆深970一IOlom,價(jià)244.5mm技術(shù)套管下深收稿日期:2(〕。5一03一21作者簡(jiǎn)介:岳宗杰(1973一),男,1996年畢業(yè)于石油大學(xué)(華東)石油工程專(zhuān)業(yè).工程師。

 

  聯(lián)系電話(huà):(()427)782170326。石油鉆探技木2()(JS年11月困難。

 

  4)該區塊地層巖性變化大,主要巖性為砂巖、砂礫巖和礫巖,但其中有不等厚的泥巖夾層,由于在砂巖、砂礫巖和礫巖地層定向鉆進(jìn)時(shí)實(shí)際井眼曲率很低,而在泥巖地層鉆進(jìn)時(shí)實(shí)際井眼曲率很高,因而給造斜率的控制和估計帶來(lái)r很大的麻煩。

 

  5)人靶點(diǎn)窗口高度只有Zm,要求測量和計算精度非常高,而測量探管到鉆頭的距離有13~14m,這給井眼軌跡的準確人靶增加了相當大的難度。

 

  6)設計要求小2側.smm技術(shù)套管下至水平段窗口,由于技術(shù)套管直徑大,剛性強,因此要求井眼的狗腿角不宜太大,否則技術(shù)套管就難以下到預定的位置,這也給井眼軌跡控制提出了更高的要求。

 

  7)由于地層松散,因此,一旦下鉆遇阻劃眼,很容易劃出新井眼,而且上部很容易出現“大肚子”

 

  井眼,對固井質(zhì)量影響很大。

 

  8)山于井較淺,鉆進(jìn)速度非?？?而且館陶組地層粗礫巖粒徑大,這就對鉆井液的攜巖性能提出了很高的要求,一旦井眼凈化不好或凈化不及時(shí),易形成巖屑床而造成沉砂卡鉆。

 

  9)由于該區塊的油藏屬于稠油油藏,所有生產(chǎn)井都需要采取熱注熱采或蒸汽吞吐,因此地溫梯度異常.給鉆井液性能的維護帶來(lái)很大影響。

 

  4水平井鉆井技術(shù)4.1三維繞障防碰技術(shù)降習”在設計時(shí)對周?chē)木c設計井進(jìn)行防碰掃描,根據掃描結果確定出重點(diǎn)防范井,以便在實(shí)際施工中重點(diǎn)防范。

 

  2)在鉆井施工過(guò)程中,隨時(shí)對實(shí)際井眼軌跡與周?chē)M(jìn)行防碰掃描,確定出實(shí)鉆井眼軌跡與周?chē)谕疃任恢蒙系目臻g距離。一旦發(fā)現這個(gè)距離小于sm時(shí),就需要采取繞障措施。

 

  3)在實(shí)際施工中,利用無(wú)線(xiàn)隨鉆儀器對周?chē)拇艌?chǎng)強度進(jìn)行監視,一旦發(fā)現磁場(chǎng)強度有異常,就立即停止鉆進(jìn),研究繞障措施。

 

  優(yōu)化井身結構設計在綜合考慮杜84塊的地質(zhì)特點(diǎn)、油藏特征、采油工藝特點(diǎn)及鉆水平井的難點(diǎn)等多方面因素的基礎上,對水平井井身結構設計進(jìn)行了優(yōu)化:一開(kāi)采用似連4.smm鉆頭鉆至井深212m,小339.7mm表層套管下深Z10m;二開(kāi)采用小311.lmm鉆頭鉆至井深10()sn飛,小244.smm技術(shù)套管下深loo3m;三開(kāi)采用中215.{)mm鉆頭鉆至井深122Om,小177.8mm油層篩管下人長(cháng)度為水平段長(cháng)(懸掛于技術(shù)套管L)。該井身結構既能滿(mǎn)足稠油熱采的要求,又能減少鉆井過(guò)程中的摩阻和扭矩,并能保證井壁穩定。

 

  優(yōu)化井身剖面設計井身剖面優(yōu)選為“直一增一穩一增一穩”五段制音g面。在井身剖面設計時(shí)也考慮了甲方的要求:在垂深780一800m、井斜角在連()o一5()o之間必須有至少25m的穩斜段,以便將來(lái)采油時(shí)把采油泵下到該穩斜段位置,從而達到延長(cháng)采油泵使用壽命的目的。

 

  導向復合鉆井技術(shù)〔4一,〕在現場(chǎng)可根據實(shí)際情況選用以下兩套并斜可調整導向鉆具組合。第一套鉆具組合:小311.lmm或小215.gmm三牙輪鉆頭+擬97.Omm或們65.Omm單彎螺桿鉆具十變扣接頭干MWD定位接頭十小203.Zmm或小177.smn、或小158.smr,1無(wú)磁鉆艇xZ根+小127.ommls“斜坡鉆桿x(20一45)根+含127.Omm加重鉆桿只(3()一1。)根+爭158.srnm鉆挺只9根+小127.omm18“斜坡鉆桿;第二套鉆具組合:爭311.lmm或小215.gmm三牙輪鉆頭十小197.omm或小165.omm單彎螺桿鉆具十變扣接頭+小311.omn、或爭215.omm球形穩定器十MWD定位接頭+小2()3.Zmm或小177.smm或小158.srnm無(wú)磁鉆挺xZ根十幣127.Ommls“斜坡鉆桿只(20~4幼根+小127.Omm力11重鉆桿火(30一連O)根+爭158.smm鉆挺xg根+小127.Omm18“斜坡鉆桿。

 

  第一套鉆具組合的主要優(yōu)l敘:在鉆進(jìn)穩斜段時(shí)可通過(guò)調整鉆井參數來(lái)調整井斜,既可以增大井斜角,義可以減小井斜角;在鉆進(jìn)造斜段時(shí)可通過(guò)調整鉆井參數來(lái)調整井斜角變化率,既可以增大增斜率,又可以減小增斜率。第二套鉆具組合的主要優(yōu)點(diǎn):穩斜穩方位的效果更好,可以通過(guò)調整鉆井參數來(lái)減小井斜角和減小增斜率。施工實(shí)踐表明,第一套鉆具組合通過(guò)調整鉆井參數可使增(降)斜率在()o/10m到。.60/10m之間變化;第二套鉆具組合通過(guò)調整鉆井參數可以使降斜率在?！?10m到1.?！?’1。m之間變化。

 

  在實(shí)際施工中,根據測斜監測結果,利用計算機跟蹤計算井眼軌跡,根據井眼軌跡發(fā)展趨勢及時(shí)調整鉆井參數和鉆井方式,以滿(mǎn)足井眼軌跡控制的需要。若實(shí)際造斜率大于設計造斜率,則采用復合鉆井方式即旋轉鉆井方式鉆進(jìn),或改變鉆井參數來(lái)減小造斜率,使實(shí)鉆井眼軌跡盡量接近設計一井眼軌道,確保井眼軌跡控制精度。

 

  井眼軌跡控制技術(shù)并眼軌跡控制是水平井鉆井中的關(guān)鍵環(huán)節難點(diǎn)主要集中在著(zhù)陸人窗技術(shù)和水平段的控制技術(shù)上。

 

  在杜84區塊水平井施工中,采用了無(wú)線(xiàn)隨鉆MWD跟蹤測量井眼軌跡數據。在實(shí)際施工中,通過(guò)勤測量、勤計算、勤分析、勤預測、勤發(fā)現和勤調整來(lái)精確控制井眼軌跡。所謂勤測量,就是要盡量縮短測量間距,盡可能及時(shí)測出距井底最近點(diǎn)的井斜角、方位角數據,從而及時(shí)掌握井眼軌跡的最新發(fā)展趨勢。所謂勤計算,就是每測出一點(diǎn)數據后,就要及時(shí)進(jìn)行計算,從而掌握距井底最近井段的并眼曲率,以便根據該數據準確預測測點(diǎn)以下未知井段的井眼曲率。所謂勤分析,就是每測出一點(diǎn)的數據后,就要及時(shí)進(jìn)行認真的分析研究,以便及時(shí)發(fā)現問(wèn)題。所謂勤預測,就是每測出一點(diǎn)數據后,就要及時(shí)進(jìn)行預測和對待鉆井眼進(jìn)行設計,以便及時(shí)發(fā)現目前井下鉆具組合的造斜能力是否能夠滿(mǎn)足待鉆井眼設計造斜率的需要。所謂勤發(fā)現.就是根據測量、計算、分析、預測的結果,及時(shí)發(fā)現問(wèn)題,從而及時(shí)解決問(wèn)題。所謂勤調整,就是指根據發(fā)現的問(wèn)題,從實(shí)際情況出發(fā),及時(shí)調整鉆井參數、改變鉆井方式和改變鉆具組合,以達到待鉆井眼軌跡設計的需要,從而確保精確中靶。

 

  為了準確控制實(shí)鉆井眼軌跡鉆達設計目標靶點(diǎn),根據杜84區塊地層松軟、造斜差的特點(diǎn),選用了造斜能力較設計井眼曲率稍大的1.75“和2“的單彎中空螺桿。在實(shí)際施工中,根據造斜率的實(shí)際需要,通過(guò)平衡滑動(dòng)鉆井與旋轉鉆井的井段長(cháng)度來(lái)獲得需要的平均造斜率。由于該地區地層不穩定,巖性變化大,所以,有時(shí)也必須根據鉆時(shí)和地質(zhì)人員撈出的砂樣來(lái)判斷所鉆地層的巖性,并根據巖性的不同,采用不同的鉆井參數,以獲得需要的平均造斜率。只有這樣才能使實(shí)鉆井眼軌跡的井斜角和方位角達到設計要求,從而使實(shí)鉆井眼軌跡盡量接近設計井眼軌道。

 

  水平井井眼凈化技術(shù)杜84塊地層巖性主要以砂巖、砂礫巖為主,地層極為疏松,平均機械鉆速非常高,再加上該區塊下面館陶組礫巖的粒徑非常大,這就對水平井的井眼凈化提出了更高的要求。

 

  在水平井的實(shí)際施工中,筆者根據對大斜度井和水平井中巖屑輸送機理的研究,主要采取提高鉆井液的攜砂能力、防止巖屑床形成及盡可能破壞巖屑床來(lái)改善井眼的凈化狀況和提高鉆井液清洗鉆屑的效果。

 

  提高鉆井液的攜砂能力1)改善鉆井液性能。a.選用合適的鉆井液類(lèi)型。根據杜84區塊定向井鉆井經(jīng)驗,聚合物混油鉆井液非常適合鉆進(jìn)該區塊的地層,在此基礎上對鉆井液性能加以改善,以適用該區塊水平井鉆井要求。

 

  b.合理的鉆井液性能設計。通常,在同一口井中,某一井段中的最優(yōu)井眼凈化參數不一定適用于另一井段。但是筆者在進(jìn)行鉆井液性能設計時(shí),為獲得最佳井眼凈化效果,充分考慮了使全井最關(guān)鍵井段(井斜角為400一600的井段)的井眼凈化效果最好。c.在井眼穩定性和其它方面允許的情況下,盡可能提高鉆井液密度,以增加鉆井液懸浮鉆屑的能力。d.加人包括懷俄明土、某些聚合物增稠劑和一些不同的絮凝劑在內的鉆井液添加劑來(lái)提高鉆井液的靜切力和凝膠強度,以改善層流條件下井眼凈化能力。e.保持恰當的鉆井液流變性。強化固控設備保證四級凈化,確保固控設備的使用率,降低鉆屑固相含量,以利于鉆井液流變性的控制。

 

  2)提高鉆井液在環(huán)空中的流速和剪切速率。提高環(huán)空返速會(huì )增加井口或鉆井液中巖屑的體積分數,從而提高井眼凈化效果和減小巖屑床厚度。增大泵排量和鉆具外徑能提高鉆井液在環(huán)空中的流速和剪切速率。在地面機泵條件允許的情況下,現場(chǎng)采用一臺價(jià)17Omm3NB一1300泵和一臺小16Omm3N珍1300泵雙泵鉆進(jìn),排量可達到45一55L/S,以保證環(huán)空返速控制在2.0一1.sm/S。

 

  3)在不同井斜角的井段采用不同的鉆井液流態(tài)。

 

  在井斜角低于45“的井段和沖蝕敏感性地層中,使鉆井液在井眼環(huán)空內保持層流狀態(tài),并盡可能提高鉆井液的屈服值,從而使鉆井液的井眼清潔效果最佳。在井斜角為55“一90“的井段和堅硬地層中,采用紊流狀態(tài)下的低粘度鉆井液鉆進(jìn),可保持井眼清潔。

 

  防止巖屑床的形成和盡可能破壞巖屑床1)在鉆井液中加入包括懷俄明土、某些聚合物增稠劑和一些不同的絮凝劑在內的鉆井液添加劑來(lái)提高鉆井液的凝膠強度和靜切力,以提高鉆井液對巖屑顆粒的懸浮能力,盡可能提高井眼凈化效果。

 

  2)降低鉆進(jìn)速度,大排量充分循環(huán)鉆井液,用好固控設備,盡可能使井眼內的鉆井液保持干凈,控制鉆井液內的巖屑等固相體積分數。

 

  3)盡可能多的活動(dòng)鉆具(包括旋轉鉆具和上下活動(dòng)鉆具),以利于巖屑顆粒在鉆井液中的懸浮和鉆井液攜砂。

 

  4)定期短起下鉆和劃眼,以攪動(dòng)鉆屑并將其從井眼中清除出來(lái)。