超短半徑水平井鉆井技術(shù)在大慶油田的應(yīng)用

20世紀(jì)80年代初，美國brolphysis和beschet開發(fā)出了一種新的特殊挖掘技術(shù)——短半徑水平井技術(shù)。該技術(shù)能使死井復(fù)活,大幅度提高油井產(chǎn)量和原油采收率,且能降低鉆井成本,是油田老井改造、油藏挖潛和穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的有效手段,尤其適合于薄油層、垂直裂縫、稠油、低滲透等油藏的開發(fā)。但該技術(shù)是當(dāng)前的高難度鉆井技術(shù)之一,其技術(shù)難點(diǎn)主要有:1)如何實(shí)現(xiàn)井眼曲率大于10°/m的造斜段的施工;2)常規(guī)鉆具無法通過井眼曲率10°/m的高曲率造斜段,水平段如何進(jìn)行后續(xù)施工;3)如何實(shí)現(xiàn)篩管完井,防止井壁坍塌,并為后續(xù)的沖砂等修井作業(yè)提供便利。大慶油田針對(duì)該技術(shù)難點(diǎn),研制了專用的井下工具,解決了施工難題,逐漸形成了超短半徑水平井鉆井配套技術(shù)。該技術(shù)在大慶油田16口井進(jìn)行了成功應(yīng)用,對(duì)該油田老區(qū)塊套損井、報(bào)廢井、低產(chǎn)井等的二次開發(fā)起到了很好的效果。1mm造斜鉆頭超短半徑水平井工藝首先利用特制開(修)窗一體化高效銑錐進(jìn)行大角度套管開窗,下入特制的造斜鉆具組合,通過轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)造斜鉆具驅(qū)動(dòng)?117.5mm造斜鉆頭,采用純機(jī)械造斜原理,利用特制造斜工具,不需彎螺桿等動(dòng)力鉆具即可完成3.2m曲率半徑的造斜段施工,造斜能力達(dá)到(15°~20°)/m,造斜段長度僅為5m。水平段采用?117.5mm水平鉆頭總成與水平鉆具組合實(shí)現(xiàn)穩(wěn)斜鉆進(jìn),水平段鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后,根據(jù)不同儲(chǔ)層特點(diǎn)可以采用裸眼、多功能導(dǎo)向管、篩管等三種方式完井,滿足了不同油層的完井需求。2國外特殊劑的開發(fā)和主要施工技術(shù)2.1井眼率高、厚度大、支護(hù)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)自封器地面井口密封裝置可以在反循環(huán)旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過程中密封井口。動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)密封9MPa,靜態(tài)密封15MPa,滿足了反循環(huán)鉆井施工條件。?139.7mm導(dǎo)向錨定系統(tǒng)該系統(tǒng)共計(jì)6個(gè)定位鍵,分兩層,每層3個(gè),可實(shí)現(xiàn)軸向和徑向雙重錨定。與常規(guī)導(dǎo)向系統(tǒng)相比較,該系統(tǒng)縮短了導(dǎo)斜面長度、增大了導(dǎo)斜面角度。多功能導(dǎo)向管該導(dǎo)向管是實(shí)現(xiàn)?117.5mm井眼機(jī)械造斜的特制工具,為柔性單彎結(jié)構(gòu),通過特有的機(jī)械造斜原理完成造斜段施工,是國內(nèi)特有的非動(dòng)力造斜工具。高強(qiáng)度柔性鉆桿該柔性鉆桿為特制工具,與普通標(biāo)準(zhǔn)鉆桿相比,它能自由通過井眼曲率高達(dá)(15°~20°)/m的造斜段,并將轉(zhuǎn)盤扭矩及鉆壓有效傳遞至鉆頭,從而驅(qū)動(dòng)前端鉆頭,實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)破巖。特制?117.5mm三牙輪鉆頭根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工需要與特制造斜鉆頭體及水平鉆頭體配合使用,實(shí)現(xiàn)造斜段的高曲率增斜和水平段的穩(wěn)斜施工。2.2主要施工技術(shù)1復(fù)合式銑錐鉆井技術(shù)利用特制的大角度?139.7mm導(dǎo)向錨定系統(tǒng)和特制開修(窗)一體化復(fù)式銑錐,優(yōu)選套管開窗鉆井參數(shù),?139.7mm鋼級(jí)J55壁厚7.72mm套管,開窗時(shí)間僅為1.5~2.0h,且不需重新下鉆修窗,實(shí)現(xiàn)了開修窗一體化施工,縮短了鉆井周期。2井眼速率不高,造斜段長度不足,單采充填系統(tǒng)低階地層造斜段單一軸采用高強(qiáng)度柔性鉆桿、多功能導(dǎo)向管、造斜鉆頭體和特制牙輪鉆頭,形成高效機(jī)械造斜系統(tǒng),根據(jù)不同的地質(zhì)條件,相應(yīng)地調(diào)整多功能導(dǎo)向管的參數(shù)配置,結(jié)合反循環(huán)鉆井工藝技術(shù),完成井眼曲率(15°~20°)/m的造斜段,造斜段長度僅5m。3水平段穩(wěn)斜鉆進(jìn)采用高強(qiáng)度柔性鉆桿、多功能導(dǎo)向管、水平鉆頭體和特制牙輪鉆頭,形成穩(wěn)斜鉆井系統(tǒng),水平鉆頭體與多功能導(dǎo)向管軸線重合,同時(shí)利用多功能導(dǎo)向管與柔性鉆桿的自重,合理控制水平段鉆進(jìn)參數(shù),實(shí)現(xiàn)水平段穩(wěn)斜鉆進(jìn)。4發(fā)揮井底抽身作用施工過程中全程采用清水加防膨劑反循環(huán)方式鉆井,由于反循環(huán)對(duì)井底產(chǎn)生抽汲作用,巖屑和鐵屑上返速度快,鉆井效率高;清水加防膨劑形成的體系密度低、成本低;反循環(huán)避免了巖屑和鐵屑進(jìn)入儲(chǔ)層,減小對(duì)油層的污染及損害,可以最大程度地保護(hù)儲(chǔ)層。2.3施工質(zhì)量及施工效果1)曲率半徑小,造斜段長5m即可鉆入儲(chǔ)層,縮短了施工周期;同時(shí),可有效避免穿透水層,不用固井堵水,避免了井下故障的發(fā)生。2)可在油層內(nèi)鉆出一個(gè)長約15m的?117.5mm井眼,增加油層泄油面積,揭露產(chǎn)層的水平發(fā)育狀況,提高老井產(chǎn)量,大幅度提高采收率。3)利用老井開窗側(cè)鉆,不需重新鉆井,減小上部無效進(jìn)尺;保持原井開采方式,不需再增加額外設(shè)備及地面管網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用,降低了油田開發(fā)成本。4)施工工藝簡單、快捷方便、投資少,作業(yè)施工周期7~10d,大修設(shè)備即可滿足施工需要。5)整個(gè)鉆井過程全部利用清水反循環(huán)洗井,成本較低,且可以最大限度地保護(hù)儲(chǔ)層。6)可根據(jù)地層特性實(shí)現(xiàn)裸眼、多功能導(dǎo)向管、防砂篩管3種完井方式,滿足了多種地質(zhì)條件的需求。因此,從鉆井角度來看,超短半徑水平井可以有效利用現(xiàn)有低產(chǎn)井、停產(chǎn)井來進(jìn)行剩余油挖潛,節(jié)約鉆井與開發(fā)成本,具有投資少、見效快等特點(diǎn)。3杏-平gp井自2009年以來,大慶油田先后進(jìn)行了16口超短半徑水平井現(xiàn)場(chǎng)施工,平均鉆井周期12.14d,目標(biāo)中靶率100%,造斜段曲率半徑3.37~4.39m,平均井眼曲率15.21°/m,平均水平位移23.01m,平均進(jìn)尺25.58m。其中最大井眼曲率16.93°/m,最大水平位移30.06m,最長總進(jìn)尺32.40m,最短鉆井周期7d?，F(xiàn)以杏-平G2井為例介紹現(xiàn)場(chǎng)施工情況。杏-平G2井設(shè)計(jì)在老井杏-G2井?139.7mm套管內(nèi)開窗側(cè)鉆。杏-G2井地處杏樹崗背斜構(gòu)造南部,位于斷層上升盤,屬于構(gòu)造高部位,單斜構(gòu)造,其完鉆井深1130m,?139.7mm油層套管(鋼級(jí)J55)下深1125.80m,固井質(zhì)量良好,1990年4月完井。3.1地層深、水平段長地層質(zhì)量杏-平G2井鉆探目的層是葡Ⅰ31油層,為油井。工程設(shè)計(jì)參數(shù):完鉆垂深1029.97m,完鉆井深1053.11m,造斜點(diǎn)井深1027.97m,方位角48.37°(真),水平位移23.33m,造斜段長5.08m,水平段長20.06m。井眼軌道設(shè)計(jì)垂直剖面如圖1所示。3.2地層地層調(diào)整鉆井方式完成作業(yè)前期準(zhǔn)備工作后,首先下入?139.7mm導(dǎo)向錨定系統(tǒng),通過陀螺定位儀和電測(cè)儀器測(cè)試方位和深度后,將?139.7mm導(dǎo)向錨定系統(tǒng)錨定在井深1027.97m處,方位為真方位48.70°。然后,起出送斜鉆具,下入特制開修(窗)一體化復(fù)式銑錐,先正循環(huán)沖洗,后反循環(huán)開窗,銑至井深1028.97m,完成開窗施工,起出鉆具。下入特制造斜鉆具組合,采用反循環(huán)鉆進(jìn)方式。鉆至井深1035.00m,造斜施工結(jié)束。下入特制微型測(cè)斜儀器,測(cè)得井底井斜角為93.5°。造斜段長僅5.70m(1028.00~1033.70m),就實(shí)現(xiàn)了井斜角從1.2°到90.8°的變化,曲率半徑為3.60m,井眼曲率高達(dá)15.7°/m,實(shí)現(xiàn)了大曲率超短半徑造斜段的施工(見表1)。起出測(cè)斜鉆具后,下入特制的水平段鉆具組合,開始水平段鉆進(jìn)。鉆至井深1035.50m返出砂巖巖屑,熒光反應(yīng)為油巖,進(jìn)入油層后砂巖巖屑油氣顯示越來越好;鉆至井深1039.00m處,返出基本為含油砂巖巖屑。完鉆井深1050.30m,井眼軌跡基本控制在油層內(nèi),達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。在水平段施工過程中,克服了大曲率造斜段帶來的高摩阻等施工困難,順利完成了16.60m(1033.70~1050.30m)長水平段施工,在油層內(nèi)穿行15.30m(1035.00~1050.30m),提高了該油層的泄油面積。該井采取“防砂篩管+鉛封”的完井方式,封隔器坐封于井深1025.50m處,防砂篩管下深1026.50~1049.62m。杏-平G2井實(shí)現(xiàn)了超短半徑水平井的防砂篩管完井施工,為超短半徑水平井的可持續(xù)開采以及后期的沖砂等修井作業(yè)奠定了良好的完井基礎(chǔ)。4超短半徑水平井鉆井技術(shù)。在正1)大慶油田共完鉆16口超短半徑水平井,逐漸形成了一套較為完善的超短半徑水平井鉆井技術(shù),達(dá)到了國內(nèi)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先水平。2)大慶油田超短半徑水平井鉆井技術(shù)利用轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)即可實(shí)現(xiàn)大曲率造斜段的增斜鉆進(jìn),打破了利用彎螺桿等動(dòng)力鉆具造斜的傳統(tǒng)方式。3)大慶油田超短半徑水平井鉆井技術(shù)實(shí)現(xiàn)了(15°~20°)/m大曲率井眼中井下管柱的順利下入及水平段的穩(wěn)斜鉆進(jìn),實(shí)現(xiàn)了?117.5mm井眼防砂篩管完井,為后期作業(yè)及長期有效開采提供了有利條件