四川黃家場構造Φ177.8mm套管開窗側鉆技術
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作者: 李永偉
摘要:黃家場構造氣田相同氣層橫向上被致密圍巖分割為互不連通的多個縫洞系統,縫洞系統具有分布極不均質的特征,為了挖掘老井產層資源潛力,增加井口產能,利用老井眼開窗側鉆連通剩余縫洞性氣層無疑是最經濟高效的措施。本論文較全面地介紹了家38-C1井Ø177.8mm套管開窗施工技術、小井眼定向井軌跡控制技術以及配套的泥漿技術和固井工藝。本井的開窗側鉆技術在本區塊具有一定的代表性,為黃家場以后老井開窗側鉆增加產能提供了參考。
關鍵詞:磨銑開窗;斜向器;定向井;MWD無線隨鉆;小井眼
一、黃家場構造概況
黃家場構造位于川東南中隆構造帶自流井構造群。其北平緩過渡為廟壩向斜,西北面以家西①號斷層與靈音寺潛高為界,東南與龍市鎮圣燈山背斜相鄰,西南與瓦市潛高相望。
黃家場構造以茅口組、長興組及嘉二段為主力油氣藏,上報儲量73.12×108m3,可采儲量58.71×108m3。
側鉆目的層茅口組是以縫洞型為主要的儲層?？碧綄嵺`和研究成果表明,茅口組裂縫主要發育在構造頂部、軸部、斷層帶和構造陡緩轉折帶等受力強的部位,在同一氣田相同氣層橫向上被致密圍巖分割為互不連通的多個縫洞系統,縫洞系統具有分布極不均質的特征。
構造特點決定了本區塊為了挖掘老井產層資源潛力、增加井口產能,利用老井眼開窗側鉆連通剩余縫洞性氣層無疑是最經濟高效的措施。
二、本區塊側鉆井鉆井技術(以家38-C1井側鉆井為例)
目前,常用的開窗方法有兩種:套管斷銑開窗和磨銑套管開窗,兩種方法各有優缺點。斷銑法效率較高,但是容易斷刀片卡死鉆具;磨銑法效率較低,但更安全可靠。家38-C1井采用磨銑法在原家38井中Ø178mm油層套管內開窗側鉆,據原家38井井史和電測資料提示的水泥返高和開窗側鉆目的設計在1980m開窗。其基本原理是:先用177.8mm套管刮管器修刮管壁,保證管壁干凈;再在開窗位置注水泥塞,隔開側鉆點以下井眼;掃水泥塞后再下入斜向器,擺好方位后座掛好;下入復式銑錐磨鞋完成套管開窗工作。
1、套管開窗工藝
1.1 側鉆位置優選原則
側鉆位置的選擇與原井套管完好情況、地層巖性、油水層縱向分布狀況、工具造斜能力、開窗方式、地質設計有關。側鉆位置的選擇遵循以下原則:①側鉆開窗位置要盡可能深,充分利用老井套管,避開上部井段復雜的壓力層系;②確保側鉆位置以上套管完好,無變形、破裂和漏失;③側造位置盡量選擇在砂巖和非膨脹泥巖地層,最好能避開膨脹頁巖和巖鹽井段;④側鉆位置不宜選在套管接箍處,盡可能避開射孔井段以保證開窗和鉆進施工安全。
據原家38井井史和電測資料提示的水泥返高和側鉆目的,本井開窗井段定為1980～1990m。
1.2 修刮套管壁
為保證斜向器座掛牢靠,需用177.8mm套管刮管器修刮管壁,保證管壁干凈。
刮管鉆具組合:152mm通井規+ 177.8mm套管刮管器+120.7mm鉆鋌2柱+120.7mm隨鉆震擊器+120.7mm鉆鋌1柱+88.9mm鉆桿;
1.3 注水泥塞
為保證斜向器座掛牢靠,開窗前在開窗位置注G級油井水泥塞,措施如下:
①水泥塞面設計在1930m,側鉆點(1980m)以下水泥塞段長控制在100m以上。
?、跒榇_保水泥塞質量,減少混漿段,應注2m3左右的前置液和后置液,且候凝72h以上。
?、圩⑺鄷r,確保水泥漿的密度在1.85g/cm3以上。
?、転樵黾铀嗳膹姸?應適當添加水泥強度添加劑。
1.4 通井鉆塞
采用下面鉆具組合通井鉆塞至側鉆井深(1980m)。
鉆塞鉆具組合:152.4mm鉆頭+配合接頭+止回閥+120.7mm鉆鋌3根+旁通閥+120.7mm鉆鋌5根+88.9mm加重鉆桿24根+120.7mm隨鉆震擊器+88.9mm加重鉆桿6根+88.9mm鉆桿。
鉆塞措施:
?、傧裸@通井過程中預防阻卡,遇阻超過30kN即掛水龍頭劃眼,嚴防鉆具被卡。
?、谕ň^程中,要特別注意工具的管理,防掉落物。
?、弁ň戤吅?充分循環鉆井液兩周以上,確保井眼暢通無阻和井眼干凈。
?、茔@至離開窗點最近的一個套管接箍上2～3米,對水泥塞質量進行檢查,水泥塞能承受100kN鉆壓(扣除摩阻后的靜壓值),壓縮距小于0.5m為合格,否則應重新注水泥塞。
?、葶@塞完后,用通井刮管鉆具組合通井刮管,在斜向器座刮位置進行反復刮管,確保套管上無水泥環。
⑥通井鉆塞后,對套管試壓35MPa(套管腐蝕情況不詳,實際套管試壓值根據套管電測資料解釋結果請示決定),穩壓30min壓力下降不超過0.7Mpa為合格。
1.5 安放斜向器
鉆具組合:152mmDXQ斜向器+斜向器送入接頭+120.7mm鉆鋌2柱+120.7mm隨鉆震擊器+120.7mm鉆鋌1柱+88.9mm鉆桿。
安放措施:
?、偎腿胄毕蚱鲿r,要求操作平穩,下放速度要慢(1柱/5分)不得猛剎猛放,且時刻注意指重表,遇阻不得超過20kN,以防在下鉆中途斜向器固定錨先期工作,造成支撐斜向器失敗或過早剪斷懸掛螺栓,導致不必要的打撈斜向器作業。
?、谙裸@至1980m時,停止下鉆,下入單點陀螺進行定向,完成定向后再緩慢下鉆,座放斜向器,斜向器的方位與套管的方位一致,然后緩慢開泵釋放斜向器,完成斜向器的錨定。
1.7 開窗磨銑
為開好窗口,保護導斜器頂不受破壞,應采取強剛性鉆具結構。
鉆具組合:152mmGMX高效復式銑錐+ 120.7mm鉆鋌2柱+120.7mm隨鉆震擊器+120.7mm鉆鋌1柱+88.9mm鉆桿。
磨銑參數為:鉆壓5～20kN,轉速55～60r/min,泵壓10～12Mpa,排量10～12l/s。
磨銑措施:
?、賱澐胖脸跏寄ミM方入,加壓5～10kN,轉速50～60轉/分的參數磨銑30～40分鐘造臺階,然后控制10～15kN磨進0.2m,最后以10～30kN鉆壓正常磨銑。
?、诿磕ミM0.1～0.2m,應上提鉆具劃眼,反復修磨窗口,并定時撈取鉆井液中返出的鐵屑,及時分析磨進情況。
③開窗過程中如鉆速太慢,應加強分析判斷,確認是銑鞋齒磨鈍,則起鉆更換。
?、苊看蜗裸@提前于窗口頂開始輕壓劃眼,反復修磨開出的窗口,再接觸窗底按正常磨進參數繼續磨進。
⑤磨銑過程中要求操作平穩,均勻送鉆,并注意轉盤負荷的變化,如發現負荷增加,則上提鉆具反復修磨窗口。每30min撈取鉆井液中的返出物,分析砂樣中鐵屑所占的百分比及形狀,判斷銑鞋磨損程度。
⑥窗口開出后,用錐形銑鞋繼續鉆進4～5m,作為修整與加長窗口的口袋。
1.7 修整與加長窗口
下入152mm復式銑鞋+150mm柱形銑鞋,對窗口進行修整與加長,清除窗口上的毛刺與毛口,確保窗口光滑,并保證鉆進鉆具順利下入。
鉆具結構為:152mmGMX高效復式銑鞋+150mm柱形銑鞋+120.7mm鉆鋌2柱+120.7mm隨鉆震擊器+120.7mm鉆鋌1柱88.9mm鉆桿。
修磨參數:鉆壓10～20kN,轉速60～65r/min。
該組合有較大的剛性,主要目的是依靠柱形磨鞋的側面接觸窗口,使窗口擴大、加長,得到修整。柱形磨鞋的側面接觸參差不齊的窗口時會產生扭矩,所以只要發現有扭矩,就必須在該點繼續磨銑窗口,直到扭矩消失,上提下放不阻不掛,開窗工作即順利完成。
下部鉆進過程提下鉆時,井下鉆具組合通過窗口也應注意不能轉動,因鉆頭或扶正器很可能掛住造斜器邊沿使造斜器轉動或磨壞造斜器。
2 小井眼軌跡控制技術
2.1 工藝措施
家38-C1井設計使用直、增、穩三段制井身剖面定向側鉆,井身結構為:177.8mm×1980m+ Ø152mm×2652m+ Ø104.8mm×2715m,側鉆造斜率4.78°/(30m),閉合方位331°,閉合位移269.4m,最大井斜45.55°。因開窗側鉆井眼直徑僅為152.4mm(6 in),較小的井徑會給定向井井眼軌跡控制帶來很多困難,經研究后,決定在工藝上采取以下措施。
(1)使用MWD無線隨鉆測量系統定向造斜。目的是保證有足夠的井眼跟蹤能力,減少起下鉆次數,達到設計目標要求。同時利用單彎單扶螺桿+PDC復合鉆進自然境斜鉆井工藝,提高機械鉆速、降低起下鉆次數,提高純鉆時效。
(2)由于套管是強磁體,而MWD無線隨鉆工具是利用磁性工具面來控制井眼方向的。因此套管磁干擾嚴重,需改用高邊控制造斜工具的裝置角,跟井眼方向保持一致。用高邊控制到6°,按1°單彎螺桿造斜率4.5°/(30m)計算,新井眼離開套管達2m左右后,可以避開磁干擾,改用磁性工具測量精度較高。
2.2 施工情況
2.2.1 定向造斜
采用有MWD無線隨鉆定向,用單彎螺桿鉆具造斜。實現了深部位定向、造斜工藝過程的連續控制,并使井斜和方位達到設計要求。
鉆具組合:Ø152.4mmPDC鉆頭+ Ø 120.7mm1°單彎單扶螺桿6.59m+止回閥+311×310定向接頭MWD×0.90m+ Ø 120.7mm無磁鉆鋌9.19m+120.7mm鉆鋌107.91m+88.9mm加重鉆桿138.23m+88.9mm鉆桿
鉆進參數:鉆壓30～60KN,轉速40r/min,排量10～12L/s,泵壓17～21MPa。
穩斜段每50m 測一點,及時掌握井斜數、方位的變化趨勢。
由于小井眼環空間隙小和鉆進施加的鉆壓小,使扶正器上部鉆鋌受壓后向下彎曲幅度過小和受到限制,所以鉆頭產生的斜向力小,造成增斜鉆具的造斜能力降低。所以用無線隨鉆測斜儀配合單彎螺桿進行造斜,然后下增斜鉆具,利用復合鉆進自然增斜為主,滑動鉆進為輔,井眼軌跡控制效果非常好,復合鉆進自然增斜率為4.5°～5.5°/(30m),通過適當調節鉆壓達到設計增斜率,盡可能多地采用復合鉆進少用滑動鉆進,提高了機械鉆速,降低了增斜鉆進段的卡鉆風險,也避免了重復起下鉆和倒換鉆具組合,大大節約了時間。
2.2.2 穩斜鉆進
為抑制本區地層自然降斜趨勢,采用MWD無線隨鉆+上扶正器比下下扶正器外徑小的雙扶螺桿鉆具,在復合鉆進時達穩斜鉆進的目的。
鉆具組合:Ø152.4mmPDC鉆頭+ Ø 120.7mm1°單彎單扶螺桿6.59m+止回閥+311310定向接頭MWD×0.90m+ Ø 120.7mm無磁鉆鋌×9.19m+ Ø 120.7mm鉆鋌107.91m+ Ø 88.9mm加重鉆桿138.23m+88.9mm鉆桿(下扶正器150mm,上扶正器146mm)
鉆進參數:鉆壓30～60KN,轉速40r/min,排量10～12L/s,泵壓17～21MPa。
2.2.3 三開井段
家38-C1井用先期裸眼完井方式,三開目的層為茅二段,鉆進時用104.8mm 鉆頭和部分73mm 鉆桿,鉆具尺寸小,抗扭能力小,考慮到所鉆地層堅硬,且為開窗定向井,鉆具在井下的作業環境惡劣,為預防因復雜情況造成的斷鉆具事故發生,決定茅二段鉆進使用井下動力鉆具+PDC鉆頭,施工中有效地改善井下鉆具的受力情況,提高機械鉆速,防止鉆具扭斷。
鉆具組合為:Ø 104.8mmPDC鉆頭+2A30×231接頭+ Ø 73mm螺桿+231×2A10接頭+ Ø 88.9mm鉆鋌+2A11×XT29接頭+ Ø 73mm鉆桿+310×XT29接頭+ Ø 88.9mm鉆桿
鉆進參數:鉆壓20～40KN,轉速40r/min,排量8L/s,泵壓15～17Mpa。
3 其他配套技術
3.1鉆頭與鉆具選擇
由于該井鉆進大部分用螺桿鉆具,很難判斷牙輪鉆頭使用壽命。容易掉牙輪,而且掉牙輪事故較難處理。因此在造斜段和穩斜段均使用PDC鉆頭,以利于提高鉆頭在井下的作業時間,減少起下鉆具次數和防止掉牙輪事故的發生,以利于提高機械鉆速。使用鉆鋌時,少下Ø 120mm鉆鋌,使用Ø 89mm加重鉆桿代替鉆鋌可減少粘卡事故。
3.2 泥漿技術
177.8mm套管開窗側鉆的井眼是Ø 152.4mm,因井眼的環空間隙小,泥漿的流動阻力大,故井下泥漿循環是建立在小排量、高泵壓的小井眼條件下,泥漿要具有較強的抑制造漿能力和防塌防粘卡性能,并具有較低的濾失量、摩擦系數以及良好的流動性。
根據側鉆井的工藝要求和地層巖性的構成情況,在定向側鉆中采用了具有抑制性的聚磺鉆井液體系。嚴格控制鉆井液粘切性能,保證攜砂性良好;配合使用PHP、KJ-888等高分子聚合物抑制粘土水化分散,使細小巖屑能及時除出;及時補充LV-CMC、PAMS-900等降失水劑,嚴格控制鉆井液失水量;適量補充SMC等磺化物的含量,維護高溫情況下聚磺鉆井液性能穩定;根據磨阻和定向加壓顯示,加入固體和液體潤滑劑,確保定向安全順利;易塌井段使用足量防塌劑,鞏固井壁,保證井下安全;參照地層壓力系數,逐步提高鉆井液比重,滿足井控要求。泥漿的主要性能參數:粘度35～45s,API失水量<3ml,HTHP失水量<15ml,動切力10Pa。該泥漿體系成功應用于家38-C1 井的開窗側鉆中,未發生因泥漿性能問題而造成井壁坍塌或者粘卡事故等復雜情況。實踐證明,該體系泥漿具有失水小、摩阻低、抑制效果好、泥漿排放量小的特點,為小井眼鉆井的泥漿體系選擇提供了經驗。
3.3 固井工藝
該井設計Ø 152mm鉆頭進茅口頂5米后掛Ø127mm尾管固井。因為開窗側鉆井眼與所下套管的間隙比較小,過小的間隙則會造成下套管困難和泥漿過早脫水形成水泥橋,特別是在斜井段中,套管難以居中,下套管和固井施工難度較大,為了保證尾管順利下井并能懸掛住,以確保固井質量,在工藝上采取下列幾項措施。
(1)認真做好通井準備工作。通井時對縮徑井段反復劃眼,下鉆到底后循環泥漿,調整好泥漿性能,當泥漿性能良好、井壁穩定、井下正常、泥漿凈化無沉砂后,泥漿中混入固體和液體潤滑液,同時在井底段打入稠漿以確保井底無沉砂,短起下15 柱,確實不阻不掛沒有問題后,起鉆下尾管。
(3)采用可靠的尾管懸掛工具及合理的下部結構,以確保尾管下得去、掛得住、倒得開,尾管一次下至預定位置,開泵小排量循環泥漿,并逐漸加大排量,循環2周后,調整好泥漿性能,做好泥漿凈化工作。
(3)把握好水泥質量及化驗關。在小間隙、高泵壓狀態下固井,對水泥漿提出了更高的要求,必須很好地控制水泥漿失水、稠化時間和流變性能,控制水泥漿失水量<50mL/(30min),稠化時間240～270min/(40 Bc),并具有良好的流變性能。
(4)保證在高壓狀態下水泥漿密度均勻,替泥漿用大功率水泥車,提高頂替效率,保證固井質量。
4 認識與體會
(1)磨銑開窗方法具有開窗速度快、磨銑套管少、鐵屑容易帶出地面等優點。這種開窗方法適合開窗點深、難度大、多層套管的定向側鉆工藝要求。使用復式銑錐可以克服磨鞋磨銑工藝上的死點區,提高開窗速度。
(2)該井在井深、高溫條件下,使用陀螺儀準確測量并定準開窗窗口的方位。
(3)小井眼增、穩斜困難,不宜用轉盤大幅度增斜,我們采用無線隨鉆測量技術,配合單扶單彎螺桿的自然增斜功能、雙扶單彎螺桿的穩斜功能以克服小尺寸鉆具剛性較弱的缺點,實現了井眼軌跡的良好控制,沒有發生扭方位或中途倒換鉆具組合的現象。
(4)小井眼使用動力鉆具和104.8mmPDC鉆頭,有利于提高鉆井速度,減少起下鉆次數,保證鉆具安全工作。
(5)本井配套的鉆頭鉆具優選、泥漿技術、固井技術有力地輔助了側鉆井施工的順利進行。
參考文獻
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作者簡介:
李永偉,2000年畢業于華東石油大學石油工程專業,工程師。
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