桩西滩海大位移定向井老168-斜18井钻井工艺

时间：2024-07-28

刘永旺,郭杰,胡昌蓬,王庆峰

(1.中国石油大学(华东）石油工程学院,山东青岛 266555;2.中国石油大学(华东）机电工程学院,山东东营257061;3.中国石化胜利钻井工程技术公司,山东东营 257064）

刘永旺1,郭杰2,胡昌蓬3,王庆峰3

老168-斜18井是胜利油田在桩西滩海地区钻成的一口井斜达到63.70°的大位移海油陆采井。由于造斜点浅、造斜井眼较大、造斜地层软、水平位移大、大斜度稳斜段长等,该井施工困难极大。为保证施工的顺利进行,针对钻遇地层的特点,通过制定有效轨迹控制方案,选取合理的造斜工具及钻具组合,实施合理的钻井参数及技术措施,同时进行简化钻具结构和安全管理技术措施等,顺利完成了钻井任务。从井眼轨迹精确控制、优质钻井液技术、安全钻进措施、大井斜长稳斜井段套管下入等方面介绍了该大位移井实施过程中采取的技术或措施。这些技术及措施的应用不仅避免和降低了井下事故的发生,而且施工井满足开发要求,对该区域滩海大位移海油陆采井的施工具有较高的借鉴意义。

老168-斜18井;滩海;大位移井;钻井工艺;技术措施

在胜利油田桩西地区的海上和近海都含有丰富的石油资源。目前实现“海油陆采”主要有3条途径:一是借助于浅海钻井平台在海里钻丛式井组;二是在人工岛或者近海陆上利用斜直井钻机钻斜直井;三是在人工岛或者近海陆上钻浅层大位移定向井[1-2]。经多方论证,开发桩西浅海油田,前两种途径,钻井投资比较高,不利于降低勘探成本,探索实施浅层大位移定向钻井是开发该油田的有效途径。

老168-斜18井是近期在人工岛上完成的一口大位移海油陆采定向井,完钻井深2 425 m,垂深1 445.20 m,水平位移1 765.03 m,位垂比为1.22∶1,靶心距1.26 m。实际造斜点218.41 m,最大井斜63.7°。由于造斜点浅、造斜井眼大、造斜率高,水平位移大,大斜度稳斜段长等,该井施工困难极大。该井采用常规32塔式钻机施工,在施工中通过采用多项大位移钻井技术,全井施工安全无事故,钻井周期仅16 d(含3 d停工时间）,圆满完成了各项钻探任务,实现了安全、优质、快速钻井的目标。

1 设计情况

1.1 地质简况

老168-斜18井为开发老168井区馆陶组油藏钻探的新区产能建设井,地质分层见表1。

表1 老168-斜18井地质分层Tab.1 Formation classification of Lao168-xie18 well

1.2 井眼轨迹设计

老168-斜18井采用”直—增—稳”三段制井身剖面,分段设计数据见表2。该剖面设计简单,现场施工容易实现。

表2 老168-斜18井井眼轨迹设计Tab.2 Trajectory design of Lao168-xie18 well

1.3 井身结构设计

上部地层极软,容易坍塌,同时造斜后极易出现软键槽。设计定向后,在明化镇组底部下入技套,及时封住上部松软地层和狗腿度较大的造斜段。设计井身结构见表3。

表3 老168-斜18井井身结构设计Tab.3 Casing program design of Lao168-Xie18 Well

2 钻井施工难点分析和采取的技术措施

2.1 面临的主要困难

(1）造斜点浅、较软的地层导致造斜困难。设计造斜点井深仅250 m,在第四系平原组,地层为极松软的黏土及流沙层;且定向段井眼直井为Ф311.1 mm,在如此软的浅地层中进行 Ф311.1 mm井眼定向,由于水力作用,根本加不上钻压,工具面亦不稳定,井径扩大率大,造斜率很难达到设计目标。

(2）井眼轨迹控制难度大。设计井斜角为61.16°的稳斜井段长达 1 773.30 m,井眼轨迹控制相当困难;地层软,水力冲击破岩显著,常规稳斜钻具难以保证稳斜效果,频繁更换钻具组合,不仅影响施工速度,还易导致井下复杂情况。

(3）地层造浆严重,易泥包稳定器。斜井段为明化镇及馆陶组地层,地层中的泥岩成分遇水水化,吸水膨胀严重。容易泥包稳定器,导致起钻困难,甚至造成井眼坍塌,出现划眼,且划眼易出新眼。

(4）井斜较大,容易形成岩屑床。该井的最大井斜角为61.16°。根据以往钻井经验,井斜角45°～90°井段定向钻进时,井眼不易清洁、摩阻扭矩相对较大且预测困难,较大的摩阻扭矩极易导致井下事故[3]。

(5）稳斜段较长,容易形成键槽,造成卡钻。由于稳斜段长达1 773.30 m,施工周期长,长时间的钻进导致增斜段极易产生键槽,造成卡钻事故。

(6）直径段较浅,套管下入重力小,而水平位移比较大,因此下套管困难,并且套管居中性差,容易导致固井窜槽的问题。

2.2 采取的技术措施

针对以上难点,根据以往钻探经验[3-7],在本井施工过程中采用了如下几项技术:

(1）针对造斜点浅、造斜地层较软的问题,选用大水眼、大尺寸、大弯度井下弯壳体且配备有偏心稳定器的中空螺杆,来满足施工中造斜率和携砂的要求。

(2）钻井方式采用导向钻进方式,用导向工具配合复合无线随钻进行井眼轨迹控制。井眼轨迹测量采用无线随钻测量方式,仪器采用 PLMMWD无线随钻测斜仪,以满足复合井眼大排量的需求。

(3）为保证井下安全作业施工,优化钻进中的钻具组合,简化了钻具组合,加强全井施工与安全技术措施。

(4）采用优质钻井液,增加润滑性,提高井壁稳定性及携岩效果。

(5）起下钻时要注意预防键槽卡钻,如阻卡现象严重,可下入破键器破坏键槽,以防止发生卡钻事故。

(6）完井下套管过程中,分段循环,降低循环阻力,并及时清除下套管过程中除下的泥饼,增加套管扶正器的数量,改善水泥浆的性能,以提高固井质量。

3 井眼轨迹的精确控制技术

3.1 一开直井段(51～250 m）

为了确保直井段打直,一开(51～151 m）以及二开直径段(151～250 m）采用光钻铤钻具组合控压吊打,一开钻具组合:Φ444.5 mm钻头+Φ203.2 mm钻铤54 m(其中无磁 9 m）+Φ127 mm钻杆。钻压 50～60 kN,转速150～170 r/min,流量55 L/s,泵压15 MPa。二开钻具组合:Φ311.1 mm钻头+Φ203.2 mm钻铤54 m(其中无磁9 m）+Φ127 mm钻杆。钻压30～40 kN,转速 150～170 r/min,流量 35 L/s,泵压 17 MPa。本井段最大井斜角0.20°(测深194.07 m）,井底位移0.17 m,从而为造斜段和稳斜段的施工创造了良好条件。

3.2 初始定向段(251～657.73 m）

由于该大位移定向井斜井段长,施工中受各种因素的影响,井眼方位难免出现超出一定范围的方位偏离,而不可避免地需要进行方位的调整。在井眼方位的调整控制过程中,要综合考虑,尽量减少井眼的狗腿严重度[8-9]。首先要选好井眼方位调整的时机,由于该井设计了下技术套管,且技术套管下至稳斜段,因此方位控制选在下技术套管之前,将井眼方位调整到合适的范围内,避免在下技术套管之后不久调整方位,以免形成键槽,对后续施工造成困难。其次,调方位井段选择在井斜角增至40°以前,避免在大井斜下调整方位。再就是井眼方位的调整既不能太急,也不能一次调整方位太多,易采用缓慢调整方位和分段调整方位的方法[5]。考虑到以上原因,本井需在定向段将方位调整至最佳。

考虑到造斜率的要求,选用1.75°中空单弯螺杆钻具,增加循环排量,定向开始选定好方位角,全力增斜钻进,为了满足设计轨道的要求和减少起下钻作业次数,在每一单根内采用复合钻进与滑动钻进相结合的方式,实现了实钻轨迹基本稳斜的要求。在钻进中,根据震动筛及离心机返砂情况,及时搞短起下,每钻进100～150 m,搞一次短起,并做到长起和短起相结合的原则(长起起至套管斜;短起起至上一趟钻所钻井深）,有效地破坏了“岩屑床”的沉积状态和位置,达到了净化井眼的目的。

考虑到施工中的安全以及其他因素,需要简化下部钻具结构,减少钻铤数量,使用加重钻杆,来防止因钻具原因引起的键槽卡钻。其钻具组合为:F311.2 mm钻头(牙轮）+F197 mm 1.75°单弯+531×410配合接头 +411×4A10接头 +F158.8 mm无磁钻铤+4A11×410接头+411×520无磁悬挂+521×410接头+F127 mm加重钻杆×8柱+F127 mm钻杆。钻压60～80 kN,转速 60～75 r/min,流量 35 L/s,泵压 15 MPa。钻井过程中工具的实际造斜率为17.1°/100 m,达到了设计的要求。在该段钻进施工过程中,未出现井下复杂状况。

3.3 稳斜段(657.74～2 425.00 m）

Ф311.1 mm井眼钻至1 008.00 m,下入套管封固。Ф215.9 mm井眼采用定向钻具组合继续钻进,钻具结构 F215.9 mm钻头 +F172 mm 1.25°单弯+431×4A10接头+F158.8 mm无磁钻铤+4A11×410接头+411×520无磁悬挂+521×410接头+F127 mm加重钻杆×10柱+F127 mm钻杆。

本井段采用MWD监测井眼轨迹,采用滑动与旋转两种钻进方式交替进行施工,通过调整两种不同钻进方式的不同钻进长度比例,来达到稳斜目的。随着地层相对变硬及摩阻的增加,旋转钻进钻压由30 kN逐渐增加到80 kN,滑动钻进钻压由60 kN逐渐增加到120 kN。复合钻进表现为微增井斜,增斜率约为0.5°/10 m。该井大部分井段采用旋转复合钻方式完成,根据井眼轨迹的变化,适时采用滑动钻及时调整井斜角,保持了井眼轨迹沿设计线延伸。

4 优质钻井液技术

选择的钻井液配方:0.4%纯碱+1%防塌润滑剂+3%水化般土+1%ORH+1%DYRH-3+0.3%KPA+0.9%铵盐+1.2%HA树脂+0.08%黄原胶(XC）,为了保证钻井液的润滑性能,选用低固相钻井液,在配浆时,采用低般含或无般含原浆;加入足量的大分子聚合物,配以适量的小分子聚合物,调整泥饼质量,保证泥饼润滑性。随着井深的增加,井斜的增大,及时加入润滑剂,提高钻井液的润滑性能。钻进过程中,充分利用固控设备最大限度的清除钻屑,以满足设计要求。控制全井段摩阻系数小于0.1。为了维护井壁的力学稳定,需要维护钻井液的滤失性在设计范围内。并利用抑制剂,保证钻井液的抑制能力。同时,大分子聚合物、小分子聚合物结合来形成高质量泥饼。为了满足携岩的要求,钻井液中般土含量维持在3%左右,以保证当加入聚合物时,钻井液形成足够的结构力。使用XC提高钻井液的动切力,提高其携岩能力。在311.1 mm井眼段,适当的提高钻井液的动切力,特别是当井斜角在45～60°时,动切力的提高梯度为 3.5～6.0～13.5 Pa,满足了携岩要求。另外工程上利用开转盘,上下活动钻具、短起钻等措施,破坏岩屑床。为了实现油气层的保护,选用两种超细碳酸钙作为暂堵剂和加重剂。一种为灰质碳酸钙可实现暂堵和降失水作用,另一种为颗粒碳酸钙,暂堵直径较大的孔隙。钻井液中加入非渗透处理剂进行油层保护,以控制钻井液和水泥浆液相进入油层。通过上述措施,钻具在井眼内的摩阻扭矩较小,调整轨迹时滑动钻进加压正常,保证了该井的顺利施工。同时钻井液具有良好的防塌性能和防粘卡性能,在施工过程中,未出现井壁脱落及阻卡等现象。

5 安全钻进措施

施工中还应注意:接单根时放好钻杆滤清器;下钻过程,立柱底部要干净,防止杂物进入水眼堵塞MWD接头;螺杆钻具选用多头大功率的,钻井过程中保护好螺杆钻具,减少因钻具破坏而导致的起下钻次数;在钻具组合中尽量减少接头数量,简化钻具结构,以利于井下安全[7]。通过以上措施,该井全井未发生任何安全事故。

6 大井斜长稳斜井段套管下入技术

长裸眼段的大斜度井段下入套管面临的问题有:由于直井段浅,直井段套管重量轻,套管不容易下至完钻井深;由于摩阻较大,导致下套管过程容易遇阻;套管居中程度差,固井顶替效率低等。

针对以上问题,采取以下技术措施:一是完钻后,按正常排量循环,井底清洗干净后短起至表套套管鞋处,验证整个裸眼段是否存在泥糊井壁现象。起下钻畅通无阻后开始下套管;二是针对井径较大的井段可采用套管旋流器,增加套管扶正器个数,使得套管居中;三是下完套管后,使用防塌降黏降失水剂 FTJN降低黏切至45～55 s,大排量冲去虚泥饼后开始固井,并改善水泥浆性能的方法提高固井质量。实践证明,通过采用以上措施,既克服了大井斜长稳斜井段套管下入的难题,又保证了固井质量。

7 结论与认识

(1）老168-斜18井造斜点浅,地层松软,井径大,进尺快,井眼轨迹控制难度大。因此,为确保工具造斜能力和定向一次成功,宜采用大角度单弯螺杆钻具造斜。施工时,严格控制造斜率,在轨迹允许的情况下,宁小勿大,以保证电测的顺利进行以及大尺寸套管顺利下入。

(2）大井眼排量大,井眼抗冲刷差,易垮塌,因此,在定向施工中做到排量稳定,严禁排量忽大忽小,使井径成“糖葫芦”状,给井下造成事故隐患。

(3）为避免在大井斜条件下钻进,出现钻柱吸附卡钻,宜采用加重钻杆替代钻铤,可满足钻机负荷提升;用斜坡钻杆可减少钻具摩阻;增加钻井液排量及钻井液环空返速,辅之倒划眼和短起下钻,可有效清洁井眼。同时根据井下情况,及时搞好短起下钻。

(4）优良的钻井液体系和净化设备是滩海软地层大位移井钻井成功的重要保证。

(5）畅通的井眼,优化的套管扶正器个数可以改善套管居中程度,固井过程中,采用优质的水泥浆可以提高固井的质量。

(6）软地层定向造斜,钻井液选型、排量优选都有待进一步的研究与完善。

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Drilling technology for extended reach directional well Lao168-Xie18 in Zhuangxi Shallow Sea Oilfield

Liu Yongwang1,Guo Jie2,Hu Changpeng3,Wang Qingfeng3(1.College of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Qingdao266555;
2.College of Mechanical and Electronic Engineering,China University of Petroleum,Dongying257061;3.Shengli Drilling Engineering and Technology Company,SINOPEC,Dongying257064）

Well Lao168-Xie18 was an extended reach directional(ERD）well with the maximum hole inclination of 63.70°.It was an offshore well producing from onshore location in Zhuangxi offshore field.Great difficulties were encountered in drilling the well due to the shallow kick-off point,large diameter and soft formation of the angle-building section,long horizontal displacement,and so on.In order to insure the drilling operation,based on those characteristics in different strata,effective trajectory control scheme was designed,reasonable deflecting tool and drilling tool assembly were selected with reasonable drilling parameters and technology.Meanwhile noticeable effects in simplifying the drilling structures and safety management were acquired.The techniques and measures taken in the drilling phases are introduced in this paper,including accurate control of well trajectory,application of high quality drilling fluid,safety drilling measures,running casing in long hold section with big inclination,etc.The application of these technologies and measures not only avoids and decreases downhole accidents but also meets development requirements.These techniques offer significant reference for drilling of ERD wells in this block.

Lao168-Xie18 well;shallow sea;extended reach well;drilling technology;technical measures

TE243

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.01.096

1008-2336(2010）01-0096-05

2009-11-16;改回日期:2009-12-28

刘永旺(1983—）,男,硕士,在读博士研究生,主要从事井下系统信息与控制工程、井下工具开发、定向井设计的相关研究工作。E-mail:liuyongwang2003@163.com。