哈薩克斯坦北布扎齊油田側(cè)鉆短半徑水平井鉆井、完井技術(shù)王新陳若銘張蕾新疆石油管理局鉆井工藝研究院834000摘要應(yīng)用套管開窗側(cè)鉆短半徑水平井工藝技術(shù)對老井進行改造，可有效開發(fā)老井未受控面積內(nèi)的儲油和死角殘余油，恢復(fù)并提高單井產(chǎn)量和終極采收率。2004－2005年中國石油天然氣集團公司在哈薩克斯坦北布扎奇油田的淺層稠油油藏成功實施NB31、NB30兩口套管開窗側(cè)鉆短半徑水平井，這兩口水平井投產(chǎn)均獲得高產(chǎn)能，該項工藝技術(shù)也獲得了哈薩克斯坦國方面的一致肯定，本文通過對這兩口淺層稠油油藏套管開窗側(cè)鉆短半徑水平井的現(xiàn)場實施，從井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化、剖面優(yōu)選、套管開窗工藝、淺層稠油高造斜率的實現(xiàn)、大彎角螺桿鉆具與井口的相容性分析、短半徑水平井套管柱下入摩阻分析及完井工藝等幾方面進行了介紹，為今后這項技術(shù)在北布扎奇油田及國內(nèi)油田的推廣應(yīng)用提供成功經(jīng)驗。主題詞北布扎奇短半徑水平井套管開窗一、簡介哈薩克斯坦北布扎奇油田位于里海東北部海岸的布扎奇半島西北端，地處哈薩克斯坦Mangistau省Tyubkaraghan地區(qū)。目的層為侏羅系稠油油藏。油藏以透鏡體的方式分布，平均埋深450m左右，主力油層J20B層有效厚度平均6.8m,有底水。油田存在的主要問題是產(chǎn)量低，含水上升快。目前該油田共有42口生產(chǎn)井，其中70％的井產(chǎn)量低于20噸/天，且90％的井投產(chǎn)不到200天，含水就上升到80%以上。2004年至2005年CNPC在哈薩克斯坦北布扎奇油田分別實施了NB31、NB30兩口套管開窗側(cè)鉆短半徑水平井，其中NB31井是哈薩克斯坦北布扎奇油田完成的第一口側(cè)鉆短半徑水平井。該井與2004年12月8日順利下入套管完井，水平段鉆遇油藏長達(dá)239m，并于2004年12月投產(chǎn)，獲得了日產(chǎn)原油234噸/天的穩(wěn)定高產(chǎn)油氣流，其產(chǎn)量是該井側(cè)鉆前產(chǎn)量的11.77倍，成為目前哈薩克斯坦北布扎奇油田單井產(chǎn)量最高的生產(chǎn)井。NB30井于2005年5月完成，投產(chǎn)也獲得日產(chǎn)50噸/天的穩(wěn)定油氣流。二、技術(shù)要點哈薩克斯坦北布扎齊油田由于稠油油藏埋深淺，在井深300m左右存在淺層氣，要求使用較高的鉆井液密度，而儲層段地層壓力系數(shù)較低，易發(fā)生漏失。進行老井套管開窗側(cè)鉆可利用的垂直井段有限，造斜段施工需采用短半徑水平井工藝技術(shù)，北布扎齊油田目的層為侏羅系砂巖油藏，地層膠接疏松，完井采油要求水平段井眼需下入完井管柱，因此，其施工工藝、完井工藝方面具有相當(dāng)?shù)碾y度。除此以外，由于短半徑水平井井眼工況條件與常規(guī)水平井相比存在較大的差異，對井下隨鉆測量工具的適用條件、工作能力也提出了新的要求。哈薩克斯坦北布扎齊油田側(cè)鉆短半徑水平井面臨的主要技術(shù)要點有：1、完井方式的確定及優(yōu)選北布扎奇油田側(cè)鉆短半徑水平井由于是在老井套管開窗側(cè)鉆，下入的完井管柱與井眼環(huán)空間隙小，如采用常規(guī)水平井的半程固井完井方式，施工風(fēng)險大，固井質(zhì)量也難以保證。因此，針對北布扎齊油田側(cè)鉆短半徑水平井選擇合理的井身結(jié)構(gòu)，對該井施工十分重要。2、淺層松軟、膠結(jié)疏松地層保證高斜率的技術(shù)手段北布扎齊油田淺層稠油油藏的巖性膠結(jié)疏松，可鉆性非常好，造斜過程中動力鉆具的工具面角不穩(wěn)定，造斜率會受到影響。根據(jù)國內(nèi)油田鉆淺層稠油水平井的經(jīng)驗，淺部地層造斜率普遍偏低，而井眼條件決定必須采用高造斜率的中短半徑水平井施工，因此施工前必須對提高側(cè)鉆短半徑水平井造斜段提供有效手段。

3、有線隨鉆測量儀器的順利下入及座鍵北布扎齊油田側(cè)鉆短半徑水平井造斜段施工采用有線隨鉆跟蹤監(jiān)測，由于短半徑水平井造斜率高，曲率變化大，常規(guī)的有線隨鉆測斜儀外部構(gòu)件總成剛性大，下入坐鍵困難，儀器桿連接需采用柔性短節(jié)，并配合泵沖進行坐鍵。4、大角度螺桿通過套管窗口問題短半徑水平井造斜使用的大彎角螺桿鉆具下入過程中在通過套管開窗窗口斜向器時會出現(xiàn)相容性問題，造成螺桿鉆具不能順利通過套管窗口，相容性與套管窗口形狀、套管尺寸、螺桿鉆具彎角結(jié)構(gòu)尺寸、斜向器角度等數(shù)據(jù)有關(guān)。5、完井管柱的安全下入問題短半徑水平井由于井眼曲率高，直接下入完井管柱會有很大風(fēng)險，北布扎齊油田側(cè)鉆短半徑水平井在完井管柱中加裝柔性接頭以增加管柱的柔性，并配合滾輪引鞋降低管柱下入摩阻。三、優(yōu)化設(shè)計1、側(cè)鉆短半徑水平井完井方式優(yōu)選哈薩克斯坦北布扎齊油田NB30、NB31井原井眼均采用0177.8mm油層套管固井完井，水泥返至地面。因此開窗側(cè)鉆在0177.8mm套管內(nèi)進行，開窗方式優(yōu)選斜向器銃錐磨銃開窗，開窗后采用為0149.2mm鉆頭側(cè)鉆水平井眼。根據(jù)北布扎齊油田NB30、NB31原井眼的情況及油藏特征，實施老井套管開窗側(cè)鉆短半徑水平井的完井方式可考慮以下四種方式：0101.6mm固井射孔完井方式；0101.6mm割縫篩管半程固井方式；0114.3mm割縫篩管完井方式；0101.6mm割縫篩管+封隔器完井方式。由于水平井固井射孔完井費用高，且采用短半徑剖面設(shè)計開窗窗口已經(jīng)到達(dá)油層頂界，避開了上部的淺層氣和水層，故該井完井方式不宜采用固井射孔完井。①101.6mm割縫篩管半程固井方式同樣存在以上問題，且在短半徑小井眼中固4：244.5nini套管X16Ojtl機27nmX*101.曲皿轉(zhuǎn)換接頭369rn4：244.5nini套管X16Ojtl機27nmX*101.曲皿轉(zhuǎn)換接頭369rn$1斗9.2mm井fl艮柔4生接頭4：-339.'7nim^O<15m封隔器4：-1專mm套管機77.汕m套管4：'177.8iiini><4：|127iiini尾管懸掛器345m§（3個）4：101.brntii割縫諦管引鞋①114.3mm套管更為有利，但側(cè)鉆水平井造斜井段采用短曲率半徑，井眼造斜率高，在①149.2mm彎曲井眼中下①114.3mm管柱風(fēng)險大。綜合分析以上幾種完井方式認(rèn)為選擇“101.6mm割縫篩管+封隔器完井”最優(yōu)。該完井方式不進行固井作業(yè)，采用管外封隔器封隔目的層以上井段，施工方便、技術(shù)可行，相比較幾種完井方式，綜合效益高，因此NB31、NB30側(cè)鉆短半徑水平井施工都采用了“①101.6mm割縫管+封隔器”的完井方式。井身結(jié)構(gòu)圖如圖1：2、短半徑水平井剖面優(yōu)化套管開窗側(cè)鉆出窗口造斜施工時，需考慮：其!一，隨￥鉆則量儀器位置與鉆頭有一定滯后距，必須要保證測量儀器出套管一定距離避免受到套管磁性干擾；其二，不宜直接采用高造斜率的鉆具造斜，否則在后期的起下鉆的作業(yè)中，會因鉆柱與井眼的拉磨，而與套管上窗口接觸，影響下部各項作業(yè)；!三，出窗口的初期造斜率會受到一定程度的影響，可能達(dá)不到設(shè)計造斜率的要求。因此，井眼軌跡設(shè)計剖面出窗口要設(shè)計留有一定的穩(wěn)斜井段，然后再按設(shè)計造斜率造斜鉆進。哈薩克斯坦北布扎齊油田NB31井上部有淺層氣，壓力系數(shù)高，因此設(shè)計開窗側(cè)鉆點應(yīng)選擇在氣層以下，這樣可以在下部實施近平衡鉆井，利于保護油氣層。但相應(yīng)開窗側(cè)鉆點位置與目的層垂深之間的垂距較短，只有100m左右，根據(jù)開窗點和目的層深度，側(cè)鉆水平井眼只能采用中短半徑水平井工藝，井眼軌跡剖面選擇采用連續(xù)增斜的單圓弧剖面，即“直—增—平”三段制剖面，以滿足短半徑水平井高造斜率的要求，同時，針對水平井鉆井技術(shù)、設(shè)備及工具能力，地層膠接情況，完井方式等，造斜段造斜率設(shè)計不宜過高，綜合考慮以上因素，該區(qū)塊稠油側(cè)鉆水平井造斜率選擇在24。?35。/30皿之間較合適。井段斜深(m)表1NB30井側(cè)鉆水平4井剖面設(shè)計表垂深(m)水平位移(m)造斜率(°/30m)段長(m)井斜角(°)開窗側(cè)鉆點373.000373.000造斜點385.2612.263.00385.240.640增斜段464.3579.0990434.652.6633水平段714.35250.0090434.6302.660設(shè)計方位為226.5°3、大彎角螺桿鉆具與套管窗口的相容分析短半徑造斜使用的大彎角螺桿鉆具通過套管開窗窗口斜向器處時可能會出現(xiàn)相容問題，采用計算機模擬的方法進行了大角度螺桿鉆具在窗口遇阻的情況進行了分析，通過模擬，遇阻有兩種情況：?螺桿鉆具的工具面方向與窗口的方向，有一定的偏差角度。計算機模擬的窗口形狀基本為一梭子型，在螺桿鉆具的彎角方向窗與窗口的方向一致時，鉆具可通過窗口；當(dāng)有偏差時，會遇阻。?當(dāng)鉆頭已進入井眼0.8m左右時，螺桿鉆具的彎點處于斜向器的中部，彎點和上部套管接觸點間的接觸力增至最大，造成鉆具下入遇阻。針對以上兩種遇阻情況，通過分析，采取以下技術(shù)措施解決：對第一種遇阻情況：研制設(shè)計專門的修窗工具，在開窗后，對窗口進行修復(fù)，以保證開窗窗口圓滑，做到上提下放無阻卡現(xiàn)象。大彎度螺桿鉆具在窗口遇阻時，可采取鉆具轉(zhuǎn)動不同角度下放的方法通過。若仍無法通過則下入陀螺定向找準(zhǔn)高邊，定向使鉆具的的彎角與窗口方向一致，保證鉆具的下入。

對第二種遇阻情況：該情況遇阻主要是鉆具與套管和井壁接觸力(三點)的增大造成。在出窗口的前10?15m的穩(wěn)斜段，下入特殊設(shè)計的鉆具組合修正井眼，可緩解鉆具進入窗口后彎點與上接觸點的遇阻狀況。通過理論計算彎點與上觸點形成的最大接觸力為75KN左右。因此，在遇阻后，可通過下壓的方式通過(鉆具所能提供的最大重量為200KN左右)。4、側(cè)鉆短半徑水平井鉆柱摩阻分析短半徑水平井鉆柱優(yōu)化設(shè)計的核心是在對下部鉆柱組合鉆井特性和造斜規(guī)律有準(zhǔn)確控制能力的前提下如何降低摩阻和扭矩，以及如何減少井下鉆柱可能產(chǎn)生的疲勞失效問題。在側(cè)鉆短半徑水平井中，對短半徑水平井鉆柱設(shè)計影響最大的因素是由于存在高曲率井段，使鉆柱與井壁之間的接觸正壓力與摩擦阻力大大增加。在側(cè)鉆短半徑水平井鉆井中，為了最大程度地降低摩阻的影響，防止巖屑床的形成，對大部分的水平井段都要求采用導(dǎo)向鉆進方式，鉆柱旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的交變應(yīng)力可能導(dǎo)致鉆柱和井下工具產(chǎn)生疲勞破壞是短半徑水平井鉆柱設(shè)計中必須考慮的另一個重要的問題。因此，側(cè)鉆短半徑水平井鉆井如何充分的估算和減少摩阻力是設(shè)計和施工應(yīng)考慮的核心問題之一。哈薩克斯坦北布扎齊油田NB31、NB30側(cè)鉆短半徑水平井設(shè)計和施工中通過采用工程軟件對入井鉆柱進行了摩阻和扭矩計算，進一步優(yōu)化鉆具組合。?計算分析在施加的鉆進參數(shù)下，鉆柱軸向受力狀況，及時掌握和了解造斜井段小尺寸斜坡鉆桿屈曲狀況，通過改變鉆井方式、調(diào)整鉆井參數(shù)，避免鉆柱的“自鎖”。計算水平段鉆進時的鉆柱軸向摩阻力和摩擦阻力，合理的選擇鉆具組合和鉆井參數(shù)，避免鉆柱扭轉(zhuǎn)破壞，確保了鉆壓的有效傳遞。圖4NB31柱扭轉(zhuǎn)破壞，確保了鉆壓的有效傳遞。圖4NB31井水平段鉆具摩阻分析套管開窗側(cè)鉆短半徑水平井減摩降阻的措施：造斜井段全部采用柔性鉆桿，降低鉆柱與井眼間的摩阻力；鉆井液保持低固相、低失水，形成薄而韌的優(yōu)質(zhì)泥餅；在鉆井液形成優(yōu)質(zhì)泥餅的基礎(chǔ)上進行適度混油并充分乳化,盡可能降低泥餅?zāi)Σ料禂?shù)。同時解決好井眼凈化問題，要有足夠的泵排量，保持井眼環(huán)空返速及良好的鉆井液性能，以達(dá)到破壞巖屑床和攜巖洗井的要求。四、套管開窗側(cè)鉆鉆具組合：?152.4mm復(fù)式銑錐+?120mm鉆鋌+?88.9mm鉆桿哈薩克斯坦北布扎齊油田NB31井施工中首先進行原井眼解封、起油管、拆除采油井口、安裝420-420-440-鉆井井口的工序，打水泥塞封固井眼下部射孔井段并為斜向器提供支撐°NB31井注灰水泥漿的平均密度1.80g/cm3，封固井段310?527.6m。下入0152mm鉆頭鉆灰塞至開窗點位置361.00m,下入0152mm通徑規(guī)通徑至開窗點井深。下入?177.8mm刮管器套管刮壁。下鉆過程中適當(dāng)控制鉆具下放速度，下鉆至井深360m,大排量清洗井筒，在斜向器預(yù)座封井段351?361m,上下反復(fù)刮壁。下入?150mm斜向器，陀螺測斜儀定向，投球，開泵憋壓座封斜向器。正轉(zhuǎn)鉆具倒扣，起出送入工具。下2?152.4mm復(fù)式銃錐開窗，鉆壓：5?10kN，轉(zhuǎn)速45r/min。開窗完成后，鉆入地層3m至井深363m。上下旋轉(zhuǎn)修復(fù)窗口，提鉆。五、井眼軌跡控制1、造斜段鉆進鉆具組合：?149.2mm鉆頭+?120mm彎螺桿+?88.9mm無磁承壓鉆桿+?88.9mm鉆桿+?120.6mm鉆鋌+?88.9mm鉆桿稠油油藏的巖性膠結(jié)疏松，可鉆性好，造成造斜段鉆進過程中動力鉆具工具面不穩(wěn)定，使造斜率受到影響。根據(jù)國內(nèi)油田鉆淺層稠油水平井的經(jīng)驗，淺部地層由于膠接疏松，造斜率普遍偏低。為提高該區(qū)側(cè)鉆短半徑水平井造斜段造斜率，對使用的螺桿鉆具進行了改進，包括將鉆具的彎點前移，提高工具彎角，優(yōu)化穩(wěn)定器的位置、形狀和尺寸等。NB31井造斜段鉆進按設(shè)計要求先下入穩(wěn)斜鉆具鉆進至造斜點井深370m,投測多點后提鉆。下入大角度的螺桿鉆具造斜。下鉆過程中，嚴(yán)格控制下放速度，嚴(yán)禁猛剎猛放，以防損壞井下工具和儀器；同時，在套管內(nèi)嚴(yán)禁開泵，裸眼段嚴(yán)禁開泵劃眼和懸空處理泥漿。造斜段采用隨鉆測斜儀跟蹤監(jiān)測井眼軌跡，對軌跡進行每米測量；及時對井眼軌跡測量數(shù)據(jù)計算處理，按設(shè)計預(yù)測和調(diào)整井眼軌跡。造斜段先后2次依據(jù)設(shè)計對井眼軌跡進行了必要的調(diào)整，保證了井眼軌跡與設(shè)計的吻合性和準(zhǔn)確的入靶。NB31井實鉆鉆進至井深473.82m至設(shè)計靶窗A點，井斜90°，造斜段鉆進施工完成。造斜段鉆井液采用聚合物鉆井液體系，保證了鉆井液潤滑、攜巖和井眼的穩(wěn)定性。2、水平段鉆進鉆具組合:?149.2mm鉆頭+?120mm彎螺桿+?88.9mm無磁承壓鉆桿+?88.9mm鉆桿+?120.6mm鉆鋌+?88.9mm鉆桿NB31井水平段鉆進采用小度數(shù)的馬達(dá)導(dǎo)向鉆進，降低鉆柱的摩阻、有效傳遞鉆壓。水平井段采用MWD跟蹤監(jiān)測，測量的間距控制在5?10m以內(nèi)，在80m以后井段鉆進，測量的間距控制在10m。水平段按設(shè)計要求控制在靶體內(nèi)運行，控制井斜86。?90。，穩(wěn)斜鉆進長度254.51m；縱向偏移距±2m以內(nèi)。在水平段鉆進中，砂巖油層鉆時在30m/h，砂巖油層中有少量的泥巖夾層，每段長度在2m?4m。實鉆鉆進至井深728.33m至設(shè)計完鉆井深，實鉆水平段長254.51m，水平段鉆進施工完成。垂深(m)300320-340-360300320-340-360380400開窗位置：360m造斜點:370m020406080100120140160180200220240260280300320水平位移(m)圖5NB31側(cè)鉆短半徑水平井實鉆井眼軌跡圖六、完井作業(yè)哈薩克斯坦北布扎奇油田NB30、NB31井由于該井采用短半徑水平井鉆井技術(shù)，井眼曲率大，完井管串下入較為困難。井淺、直井段管柱可提供的下壓力有限，完井管柱一旦遇阻則很難處理。完井管串采用篩管+盲管+懸掛器+送入鉆具結(jié)構(gòu)，在下入過程中管串既不容許轉(zhuǎn)動又不容許循環(huán)洗井。為保證順利下入完井管柱，完井管柱尺寸不宜過大，根據(jù)計算分析，完井套管和篩管采用0101.6mm平式油管，其接箍外徑0120.7mm、管體內(nèi)徑090.1mm、通徑086.94mm。以便在短半徑井眼中能順利下入。完井結(jié)構(gòu)利用3~4個套管外地層封隔器(ECP)對造斜井段地層與水平段油層實現(xiàn)有效封隔。完井管柱加裝柔性接頭以增加管柱的柔性，同時下入滾輪引鞋降低摩阻，降低完井管柱通過大曲率井段的難度。在直井段利用0120mm鉆鋌和088.9mm鉆桿作為送入鉆具增大套管下入力。完井管柱下入過程中，每下入3-5根灌漿一次，完井管柱完全入井和送入井底后管滿鉆井液；NB30、NB31井現(xiàn)場施工中0101.6mm完井管柱均順利下入。七、結(jié)論與認(rèn)識1、哈薩克斯坦北部扎奇油田NB31、NB30井通過應(yīng)用套管開窗側(cè)鉆短半徑水平井的工藝技術(shù)的成功實施，并取得了高產(chǎn)，為該油田老井的挖潛增效提供了一條有效的途徑。2、開窗側(cè)鉆短半徑水平井造斜鉆進使用的大彎角螺桿鉆具在通過套管開窗窗口斜向器處能會出現(xiàn)相容問題，造成鉆具無法正常通過，施工前需進行了大角度螺桿鉆具與套管開窗窗口的相容性分析，確保施工的正常進行。3、側(cè)鉆短半徑水平井中下入完井管柱采用柔性接頭配合滾輪引鞋可以有效降低套管柱下入的摩阻，降低施工作業(yè)風(fēng)險。4、該地區(qū)今后的老井開窗側(cè)鉆短半徑水平井完井方式也可考慮采用下入0101.6mm割縫篩管半程固井方式完成，此方式可確保油氣層與上部地層的有效封隔，但該完井方式固井施工難度大。參考文獻：陳香凱任榮權(quán)、李延琴、鄧慶華.國內(nèi)外短半徑水平井鉆井工具發(fā)展?fàn)顩r，鉆采工藝，1998，21(5)：48?50于永南、韓志勇?短半徑水平井雙彎馬達(dá)造斜率的研究，石油鉆探技術(shù)，1996,24(2)：4?7陳祖錫、唐雪平、高志強.中短半徑造斜螺桿鉆具在套管內(nèi)的通過度，鉆采工藝，1999，22(2)，7?10吳敬濤、胡文、孫文勝、張傳林.側(cè)鉆短半徑水平井軌跡測量及控制技術(shù)，石油鉆探技術(shù)，1999，27(2)，9?11英文摘要：Abstract：Casingsidetrackingshortradiushorizontalwelltechnologycomesintousetoredevelopoilwellsfordevelopingefficaciouslythereserveroilandirreducibleoilinareauncontrolled，restoringandincreasingper-wellproductionandultimaterecovery.