小井眼开窗侧钻水平井技术

DagangDirectionalDrillingCompany小井眼开窗侧钻水平井技术大港油田集团定向井技术服务公司田戈DagangDirectionalDrillingCompany目录•前言•国内外技术现状•市场需求分析•工程施工技术•井眼轨计设计•钻具组合的优化和钻进参数的优选•开窗，修窗，试钻施工•井眼轨迹的控制和预测•钻井液控制技术•施工难点和施工重点分析•现场施工实践DagangDirectionalDrillingCompany一.前言•１．国内外技术现状小井眼侧钻水平井技术是在定向井、水平井和小井眼钻井技术基础上发展起来的综合钻井技术，在一定程度上代表着钻井工艺的发展水平。利用该项技术可使套损井、停产井等死井复活，改善油藏开采效果，有效地开发各类油藏，提高采收率及油井产量，减少钻井作业费，节约套管使用费及地面设施建设费等，降低综合开发成本，有利于环境保护。国外利用小井眼侧钻水平井技术开发老油田发展较快。国外一些公司如：哈里伯顿、斯伦贝谢、贝克等，对小井眼侧钻水平井施工DagangDirectionalDrillingCompany工艺开展了一系列研究，开发了适用于现场的装备及工具。在常规177.8mm套管中技术应用已基本配套，侧钻最深达7010m；在139.5mm套管中已可多次开窗侧钻，钻成分支水平井和多底水平井。国内胜利、辽河等油田在“九五”期间就开始了老井侧钻水平井的试验研究工作，其中胜利油田施工侧钻水平井30余口，水平段长在150m左右，完井方式主要采用筛管加裸眼封隔器完井。冀东油田利用侧钻水平井，在老油田获得了较好的开发效果。我公司在冀东油田到目前为止，已施工完成侧钻水平井40余口，其成本是钻常规水平井的50-60%。DagangDirectionalDrillingCompany2、市场需求分析全国各油田逐步认识到侧钻及侧钻水平井的重要性，逐渐增加这方面的投资，这也为我们开拓外部市场提供了机遇，而侧钻水平井技术水平的高低是开拓市场的决定性因素。我公司自2004年至今，牢牢占领冀东油田小井眼侧钻水平井市场，冀东油田开采已进入中后期，有二三百口套管损坏井或低产井，因此小井眼侧钻水平井已成为老井修复、老油田提高产能的一项重要措施。小井眼侧钻水平井与常规水平井有较大区别，它井眼直径小，钻具尺寸小，轨迹控制难度大。而且随着可利用的老井越来越少，设计井眼轨迹难度越来越大。在现有工具、工艺技术及钻井设备条件下，增加了井下安全难度系数，在轨迹控制、侧钻泥浆、固井完井工艺方面提出了严格的技术要求,DagangDirectionalDrillingCompany二、工程施工技术•1、井眼轨迹设计•小井眼井轨迹特点：裸眼井段600-1000m，造斜率高平均13-15/30m，增斜控制井段短170m-200m，水平段短100-150m，轨迹多为三维•1）井眼轨迹的形状设计是一口开窗侧钻水平井顺利施工的基础。小井眼开窗侧钻三维水平井的设计应考虑普通水平井的特点外，还必须考虑套管开窗、定向井段高造斜率、可控井段短及井眼直径小等特点。还必须考虑有利于油层开采，实现地质设计的要求。而原井多数都存在井斜方位，且方位与新设计方位不一致。井眼轨迹因井而异，往往须进行三维设计。DagangDirectionalDrillingCompany2）尽量选择简单的剖面类型以减少井眼轨迹控制的难度；裸眼井段尽量短，800米以内，水平段尽量短100-150米。3）开窗点选择老井套管水泥封固质量良好，水泥环分布均匀的井段，避开水泥窜槽，套管外无水泥的井段，斜向器的座封位置与套管的下接箍尽量的接近。DagangDirectionalDrillingCompany2、钻具组合的优化和钻进参数的优选1)现场常用的钻具组合为：ø118.5mm钻头+ø95mm螺杆+ø89mm无磁钻杆X两根+ø73mm斜坡钻杆（根据增斜段长度）+ø78mm加重钻杆+ø73mm钻杆。•钻压：：10—20kN，排量：9-10L/s，转速：马达+20r/min2)侧钻小井眼水平井钻具组合中应使用无磁承压钻杆替代无磁钻铤、钻铤，采用倒装钻具组合，将加重钻杆接于直井段或套管内，普通斜坡钻杆置于斜井段、水平段。3)尽可能简化钻具结构，钻柱组合结构以能顺利通过大曲率段井眼为原则，钻柱构件尽量减少过多的转换配合，减少造斜井段钻柱刚性。DagangDirectionalDrillingCompany4)侧钻小井眼水平井，由于造斜需在很短的井段内完成，井眼曲率变化大，钻柱在造斜井段会产生较大的弯曲应力，易造成钻具的疲劳损害；特别在钻柱旋转时，弯曲井段的钻柱受交变应力作用，钻柱极易发生疲劳破坏，施工中应注意：倒换弯曲井段的钻柱位置，避免了钻柱长时间上受交变应力作用，避免钻柱的疲劳失稳破坏；造斜段和水平段全部使用斜坡钻杆，加重钻杆放在直井段，减小钻柱磨擦5)小井眼与常规井眼使用的导向钻井系统略有不同，钻具中没有使用稳定器。从测斜数据分析，在调整井段和水平井段稳斜效果良好，增斜时造斜率也达到施工要求；同时，避免了定向时由于稳定器与井壁接触而使钻压无法有效传递到钻头的现象。DagangDirectionalDrillingCompany3、开窗、修窗、试钻施工开窗的前准备：1.地面验证仪器引鞋与定向直接头定向键是否匹配，座键良好；保证陀螺或有线仪器下井坐键一次成功。2．丈量或了解下井钻具内径，保证入井所有钻具内径大于仪器外径及引斜外径4mm；对入井钻具逐一进行通径检查，保证陀螺或有线仪器下井一次到底。3．定向井工程师和仪器工程师共同测量斜向器导斜面与定向直接头定向键的角度差，保证窗口方位与设计方位准确无误，为下步定向施工奠定良好基础。（斜向器导斜面顺时针到定向直接头定向健的角度，数值为正。）DagangDirectionalDrillingCompany４．窗口位置的计算，井斜小于３度使用陀螺，设计方位１００度+角差５０度＝１５０即可。井斜大于３度使用有线仪器,有线仪器高边值１００+角差５０度+设计方位50R＝２００R。实际施工中窗口位置有的井相差很多，（和座封结束要正转剪断销钉和铣锥正转铣套管有关______）角差小摆３０度。（窗口要准确，有的井无调整段，出窗口就增斜纠方位）５．下入斜向器，下钻过程严格控制钻具下放速度（小于20m/min）,并且每下入钻具500米灌泥浆1次至井口返出；下钻遇阻严禁猛冲、硬压，应起钻甩掉斜向器后进行通井，以防止封隔器提前座封；DagangDirectionalDrillingCompany６．陀螺或有线仪器座键。斜向器下到预定位置后，下入陀螺仪器座键，上提下放3次显示工具面数值一致，必须保证窗口方向准确无误。７．摆放工具面。将工具面摆至所需位置，反复活动钻具（4-9米）至工具面稳定为止，锁死转盘。陀螺或有线仪器定斜向器工作结束。DagangDirectionalDrillingCompany开窗和修窗1．铣锥初铣套管时，要轻压低转速，避免扭矩突然增大损坏钻具和导致斜向器转动；直至井口返出铁屑后逐步放开钻压和转速。2．开窗过程中用好固控设备，并在泥浆槽出口处放置强磁铁，以清除泥浆中的铁屑；３．开窗后要反复上提下放钻具修整窗口，确保转盘停转、停泵状态下钻具上提下放无阻挂；窗口位置为全井施工重中之重，下步施工钻具频繁由此通过，应确保钻具通过窗口时无异常情况发生。4．开窗后大排量充分循环2-4小时，以彻底清除井筒内铁屑。由于下步施工下入MWD仪器和导向马达，铁屑易对仪器和马达造成损坏，所以将井底铁屑清除干净，保证下步施工的正常进行。DagangDirectionalDrillingCompany试钻1、修整窗口结束后，使用牙轮钻头进行试钻10-20米，并使用该套钻具反复上提下放通过窗口上提下放无阻挂现象；2、试钻钻具若遇阻挂，考虑起钻换用铣锥继续修窗。３、为仪器出套管减少磁干扰。直井要试钻更长一些。4、彻底清除井筒内铁屑DagangDirectionalDrillingCompany4、井眼轨迹的控制和预测1、测深准确:测斜时以录井钻头位置为准2、测量数据精确:造斜率异常时，反复测量。地层对方位有影响3、高边准确:减少误差4、加密测点:及时反映造斜率情况，为预测井底提供依据5、盯紧滑动钻进：每钻进一个单根做到心里有数，为预测井底提供依据DagangDirectionalDrillingCompany6、测多点校正数据：增斜前多点仪器和随钻仪器校正准确7、水平段尽量减少大幅度上下调整：尽量下入1.25度马达，不能只满足地质要求，而增加钻井风险。8、大角度马达注意：过窗口慢提慢放，最大允许3.5度，井眼曲率大不好返砂，钻进完充分循环，造斜率高左摆右摆，起钻后，防划出新井眼9、随钻作图的必要性：随时了解轨迹走向，验证数据准确性10、井眼轨迹控制尽量圆滑，避免波浪形井眼，以免造成托压、返砂困难及扭矩增加DagangDirectionalDrillingCompany11井斜和方位的控制(1)提前定向（2）增斜点垂深、位移、闭合方位调整至最佳位置(3)三维井，方位二次设计，减小大井斜井段压力，造斜率不够时，先顾垂深（井斜）方位圈边即可。防碰井多的井除外(4)托压严重，工具面不稳定，不定向，（每一米都很宝贵）循环、短起下（5）垂深控制宁高不低（6）长时间循环、短起下通井井段，井底井斜预测要小，且初始造斜率低（7）了解地层厚度、岩性、走向。预测及时、提前控制。（如油层上有几个标志层，垂深多少，厚度多少）（8）造斜率低时，测量准确前提下，起钻果断，准确预测井底（9）造斜率高时，测量准确前提下，加密测点经常出现（地层对方位是否有影响，如有方位输成一样）（转动钻进尽量少转，因再滑动时，初始造斜率低，如何转动钻进，转动扩眼，转下井壁，沙子上返，）（大角度马达，左摆右摆，先３０L－5０L钻进３m再３０R－5０R钻进３m最后高边钻进３m，无规律、勤测斜）DagangDirectionalDrillingCompany使用Φ118mmPDC钻头时Φ95mm单弯马达的造斜率范围单弯马达度数（º）实钻平均造斜率（º）/30m初始平均造斜率连续平均造斜率1º4-55-61.25º6-78-91.5º9-1013-141.75º13—1416—172º17—1920—212.25º20—2124-25DagangDirectionalDrillingCompany5、钻井液控制技术1)要求钻井液具有表观粘度低、动塑比高、低剪切速率、粘度高、悬浮携砂能力强、泥饼薄、润滑性好、抑制性强，良好的钻井液流变性，且性能稳定，润滑性好，保护油气层，维护简单，环境可接受等特点。2)增斜井段造斜率高，配制和维护钻井液原则,提高钻井液防塌能力，保证钻井液的润滑性；尽可能提高携带岩屑能力保障井眼清洁；提高钻井液的动塑比；提高低剪切速率粘度；保持高的泵排量。使用好现有固控设备。3)水平井段裸眼长、井斜大，易形成砂床且钻具受力复杂。应保证钻井液的润滑性；提高携带岩屑能力，保障井眼清洁；保持一定范围的钻井液的动塑比；提高低剪切速率粘度；全面使用好现有固控设备。控制泥浆密度，防止液柱压力过大引起井漏。保持井壁的稳定性。DagangDirectionalDrillingCompany6、施工难点和施工重点分析1.井眼轨迹控制尽量圆滑，避免波浪形井眼，以免造成托压、返砂困难及扭矩增加。2.钻井液润滑，携砂要好，如果定向钻进井段较长，会出现钻时变慢但加压无效的情况，说明钻具与井壁接触面积增大，此时必须大幅度活动钻具，如果无效，短起下钻，定向段每钻进100m-150m加大排量通井3.水平段钻进时可避免或减少滑动方式钻进增加复合钻进方式，避免钻进时摩阻大、机械钻速低，易发生井下复杂。轨迹复杂，扭矩大，易造成井下事故4.及时与现场地质、泥浆、工程等负责人沟通交流。了解油层厚度、走向、倾角、岩性情况。施工过程跟踪分析，做到知已知彼，预测及时，提前控制。DagangDirectionalDrillingCompany5.收集邻井资料，由于每