SAGD平行水平井和直井连通钻井技术.pdf

石 油机械 C H I N A P E T R O L E U M M A C H I N E R Y 2 0 1 1 年第 3 9卷第6期 ． I 钻井新技术 S A G D平行水 平井和直井连通钻井技术 张文波 路宗羽 王朝飞 吴继伟 刘颖彪。 1 ．西 南石油大学油气藏地质及开发工程 国家重点 实验 室2 ．中国石 油新疆油田公 司勘探 开发研究院 摘要 为了解决 S A G D平行水平井在后期采油过程 中遇到的采油泵下入 困难、抽油杆磨损 以 及沉没度不够等问题 ，提出了S A G D平行水平井和直井连通 的钻井试验方案，即下方的采油水平 井与直井连通，利用直井采油，从而有利于简化有杆泵举升工艺。在试验中，采用 了大尺寸套管 段铣 、连通井段扩孔、水平井与直井的连通以及 井下砾石充填等技术，均获得 圆满成功 ，为新疆 油 田浅层超 稠油 的有效开 发提供 了新 的技 术途径 。 关键 词 超 稠 油 S A G D 热采 平 行水平 井 直 井 连通 0 引 言 蒸 汽辅助重力 泄油 S t e a mA s s i s t e d G r a v i t y D r a i n g a g e ，S A G D是通过升高地层温度加热原油 ， 降低原油粘度 ，使原油在重力作用下流人生产井 中。S A G D技术分为 4种井 网类型 ①直井井组联 采；②丛式井／ 斜 直水 平井联合开采 ；③ u形井 ， 直井火烧油层 ，水平井采油 ；④平行水平井 ，上注 下采。其 中以平行水平井对采收率的贡献最大。模 拟分析表 明，单位水 平进尺 的产 量每米为 0 ． 1～ 0 ． 2 m ／ d ⋯ 。新疆风城油田利用直井和水平井热采 开发效果不理想 ，故在重 3 2井 区首先成功钻成 4 对平行水平井的 S A G D试验井组 ，随后又在重 3 7 井 区部署 了7对双水平井的试验井组 ，其中为解决 井眼曲率过大导致的采油泵下人困难 、抽油杆磨损 以及沉没度不够等 问题 ，在 2对水平井 中采用 了 S A G D平行水平井加直井连通的钻井试验方案 ，即 下方的采油水平井与直井连通 ，利用直井采油，从 而有 利 于简化有杆 泵举 升工艺 。把井下 连通技术 应 用于新疆油 田石油开发和钻井中在 国内尚属首次， 也是 一次大 胆尝试 ，为 S A G D开发工 艺 的逐 步成 熟 提供了新的技术思路 。 1 平行水平井 直 井连通试验 1 ． 1 地质概 况 新疆风城油 田重 3 7井区依次沉积 了侏罗系齐 古组和白垩系吐谷鲁群地层。吐谷鲁群、齐古组底 界构造形态基本为东南倾的单斜 ，地层倾角为 4～ 5 。 。重 3 7井区 S A G D先 导试验区主要 目的层为齐 古组 ，顶部埋深 2 2 0～ 2 5 0 m，沉积厚度 8 2～ 9 0 m； 有效厚度 2 7 ． 0～ 3 3 ． 5 m。5 0 c 【 时地面脱气原油粘 度在 2 5 ． 3～3 9 ． 2 P a S之 间，属 于超稠油 油藏。 齐古组平均油层 中部压力为 2 ． 8 8 M P a ，压力系数 为 0 ． 9 3 ，油层温度 为 1 9℃ 。 1 ． 2试验思路 总体设计为1口注汽水平井 、1口泄油水平 井和 1口采油直井的组合配套方式，如图 1和图2 所示。主要 目标是通过段铣和扩眼作业使直井的连 通井段的直径达到 2 m，从而保证水平井与直井的 有效连通，实现 S A G D水 平井泄油和直井开采 的 目标 。 图 1 S A G D水平井 直井采油示意图 1 ． 3 试验 目的 连通试验的主要 目的是要解决以下存在的一些 问题 ①采油井所需要的下泵沉没度不够 ，后期生 产测试困难。S A G D技术开采浅层超稠油存在井 身轨迹对泵的下人及正常运行的影响 、有杆泵杆柱 断落 、地层 出砂埋生产管柱和双管作业工艺复杂等 问题 。 2 0 1 1年 第 3 9卷第 6期 张文波等 S A G D平行水平 井和直 井连通钻 井技术 一 9一 超浅层 或浅 层稠 油 斜直水 平井 或垂直 水 平拌 直 井 抽 油 图 2 S A G D水平井 直井采油原理示意 图 1 ． 4井 身结构 S A G D平行水平井 直井 连通井组井身结构如 图 3所示 。一开采用 4 4 ． 5 m m钻头钻至井深 4 0 m，下入 3 9 ． 7 m i l l 表层套管 ，水 泥浆返 至地 面。 二开采用 3 1 1 ． 2 m m钻头钻至 A点 ，下人 2 4 4 ． 5 mm技术套管 ，水泥浆返至地面。三开使用 1 5 ． 9 mm钻头 钻 至设 计 水 平 段 靶 窗终 点 B点 完 钻 ， F H W2 0 7 P井 水 平 段 最 后 5 0 m 采 用 扩 眼 器 扩 眼 至 3 1 0 m m，与直井连通后 ，完井悬挂 l 7 7 ． 8 m m尾 管 筛管 ，筛管距 F H 2 0 7 V P直井 2 m。 S A G D连 通 直 井 的 井 身 结 构 为 一 开 采 用 6 0 4 ． 4 m m钻 头 钻 至 井 深 3 0 m，下 人 5 0 8 ． 0 m m 表层套管 ，水泥浆返至地面。二开采用 4 4 ． 5 m m 钻头钻至完钻井深 4 5 0 m，下入 3 3 9 ． 7 m m油层套 管 ，水泥浆返至地面。在油层段段铣和扩孑 L 与采油 水平井连通 ，再 下入 2 4 4 ． 5 m m 防砂管柱 套管 筛管 ，采用砾石充填完井 。 图3 S A G D平行水平井直井连通井组井身结构示意图 1 2 4 5 mm X 1 7 8悬挂封隔器 3 0 3 m ；2 --0 2 4 4 ． 5 mm套 管 3 3 3 in ；3 一 口 1 7 7 ． 8 mm筛管 3 3 3 7 4 3 m ；4 一热力补偿器 ；5 一 O 8 mm表 层套管 x 3 0 m； 6 一扶 正器 ； 7 一 口 3 3 9 ． 7 mm套 管 ； 8 一 丝堵 4 3 5 m； 9 一套 管短 节 ； 1 0 一 充 填工 具 ； 1 l 一 套 管短节 ； 1 2 一 防砂 筛 管 2 5 0～3 0 0 m； 1 3 一 口 1 7 7 ． 8 m m筛管 3 5 2～7 7 0 m ； 1 4 一口 2 4 4 5 mm套管 3 5 2 m； 1 5 一 2 4 5 mm x 1 7 8 mm悬挂 封 隔器 3 2 2 r n 。 1 ． 5 S A G D双水平井井眼轨迹参数 S A G D双水平井井眼轨迹参数见表 1 。 表 1 S A G D双水平井井眼轨迹参数 2 S AG D水平 井加直 井连通技术难点 及 主体钻 井技术 2 ． 1 技术 难点 1 水平距 离近 6 0 0 m 的水平井 与直井实现 完全连通 ，对井 眼轨迹精度控制要求高。 2 扩孔施 工难 度大。施工 中需要 对采油直 井下部与水平生产井末端进行扩孑 L ，扩孔段井眼直 径达到 1 I n ，扩孑 L 段 中部井眼直径达到 2 i n 。 3 3 3 9 ． 7 m m套管段铣 国 内外很少见 ，因 此工具在设计和制造过程 中存在很多未知因素。 石 油机械 2 0 1 1 年第 3 9卷第 6期 4 铁屑循 环 出井 的 问题 。段 铣套 管过程 中形 成的铁屑密度大 ，容易下沉，并且在循环过程中贴 附在井壁上，对后期的磁导向作业有影响。 5 沉砂清理 问题。沉砂主要是指在扩眼过 程中，由于扩眼作业导致井眼直径急剧加大，致使 井眼内钻井液循环携带岩屑的能力大幅下降，由此 造成大量的岩屑沉人井底 ，或依附在已经扩眼的井 段 ，可能会 引发 井下事 故 。 2 ． 2 直井 和水平 井连通 技术 2 ． 2 ． 1 连通 工 艺基 本原理 利用仿真坑道泄油原理 ，解决超浅层稠油开采 大排量举升问题。S A G D水平井加直井施工主要使 用段铣和扩眼造穴 2种工具。目的是在采油直井中 对特定井段套管段进行段铣 ，然后对该井段造穴扩 孔 ，扩孔段井眼直径达 2 m。直井下部留足 口袋 ， 其 目的是为扩孔后更好沉砂和为采油提供更大沉没 度。扩眼井段位置根据电测数据确定 ，顶部低于注 汽水平井水平段垂深 1 m，底部在泥岩层上部 1 m 处。S A G D水平井加直井连通方案原理示意图如图 1 所示 。 2 ． 2 ． 2 连通工艺步骤 1 直井首先钻至设计井深 固井 ；注 汽水平 井完成造斜 ，下技术套管固井 ，钻机搬迁至采油水 平井 ，进行造斜钻进并在下技术套管 中完井 、固 井 ，等待连通直井施工。 2 直井进行套管段铣施工。 3 直井进行段铣井段扩孔施工。 4 利用磁导向轨迹控制技术进行 2井连通 ， 直井 中下人磁导向接收仪器 ，采油水平井带强磁接 头水平钻进。连通后 ，水平井 先下入 1 7 7 ． 8 1 I l“ l 筛管完井 ，然后直井下人 2 4 4 ． 5 m m筛管完井。 5 利用磁导 向技术 ，完成注汽水平井水平 段施 工 。 6 对连通直井进行砾石填充施工。 2 ． 3 大尺寸套管段铣技术 根据 3 3 9 ． 7 mm 套 管段 铣 要求 ，研 制应 用 T D X一3 4 0段铣器 ，段 铣 工 具最 大 外径 为 3 1 0 mm， 最 大 段 铣 外 径 4 6 5 mm，待 扩 眼 井 井 径 为 4 4 4 ． 5 m m，尽管存在一定的井径扩大率 ，但是段铣器在 段铣掉套管的同时，也能够将大部分固井水泥环清 除 ，有利于下一步扩 眼作业 。因没 有段铣 3 3 9 ． 7 m m套管的经验，需要根据实际情况在现场调整。 直井套管切割和段铣工具为随钻液压式结构，段 铣效果 明显 ，同时可以扩 出较大尺寸 的井眼。采用 液 压驱动 和硬质 合金 高效切 削单元 ，段铣直 径稳定 。 2 ． 4扩 眼技术 为满足大尺寸裸眼扩孔的需要 ，提出分段扩孑 L 工艺方案 ，使用 3 1 1 ． 2 mm裸 眼扩孑 L 的加强型工 具 ，研制了 Z X Q一 2 8 01 0 0 0及 Z X Q一 2 8 02 0 0 0 这 2种规格扩孑 L 工具 ，分别用于 1 1 ． 2 m m井眼 中使 扩孑 L 段井 眼直径 达到 1 和 2 m。 该 工具 的工作原理是 利用钻 井液流过 喷嘴产生 的压差 ，使工具心轴的活塞产生下推力，通过连杆 的传递作用 ，使切刀在切削地层 的同时逐步张开， 扩 出所需要 直径 的洞穴 ，再 通过上提钻 具扩 出具有 一 定直径和高度的洞穴。 2 ． 5 砾石充填完井技术 为 了达 到支撑井壁 和 防砂 的 目的 ，采用 砾石充 填完井技术 ，砾石充填完井工艺流程如下 ①在直 井中下人防砂完井管柱 ；②在直井 中下人防砂服务 管柱 ；③给采油水平井通井；④在采油水平井中下 人防砂服务管柱 ；⑤连接地面管线 ；⑥做好防砂施 工准备工作 ；⑦起出循环充填防砂服务管柱；⑧探 冲砂 。 2 ． 6 磁导向钻井技术 1 9 9 3年 S p e r r y S u n 钻井服务公司在加拿大第 1 次使用磁导向系统工具技术钻成 S A G D平行水平 井。磁导向系统工具 由一个 MG T磁场发射源和一 个磁场接收传感器组成。位于下部采油水平井中的 MG T磁场源产生一个已知强度和方位 的磁场，在 上 部 注 汽 水 平 井 中 通 过 一 个 经 过 特 殊 改 装 过 的 MWD传感器来检测这个电磁场强度和方位 。 该 技术是 利用一个旋 转 的磁 陛接头 在正钻井 中 产生一个 可以探测到的随时间变化的主动磁场信 号。带有三轴重力加速度计和多频率磁力计的有线 探管在 目标井中测量磁场强度和方向，测量结果与 井深有关。 图4为磁导向钻井技术应用示意图。利用磁导 向钻井技术 ，实现精确定位 ，但是由于测量方面的 图 4 磁 导向钻 井技术应用示意 图 误 差 ，精 度能够控 制在 0 ． 5 IT I 范围 内 ，要 实现 2井 眼完全连通 仍然具 有一定难 度 。为 了减小井 眼轨 迹 2 0 1 1 年 第 3 9卷第 6期 张文波等 S A G D平行水平井和直井连通钻井技 术 控制系统误差 ，采用扩孑 L 技术 来增大 2井 连通 的 概 率 。 3 现场钻 井实施情况 3 ． 1 实钻 井 眼轨迹剖 面 图 5为 重 3 7井 区 F H W2 0 0井 组 垂 直 剖 面 图 ， 该井组水平段最大问距 5 ． 7 1 m，最小间距 4 ． 5 8 m； 图 6为 F H W2 0 7井组垂直剖面图 ，该井组水平段最 大间距 6 ． 1 4 1 1 1 ，最小间距 4 ． 5 2 m。2井组都满 足 了开发设计要求 ，实现了井眼轨迹精细控制。 O 5 0 E 1 O0 蠢1 5 0 2 00 25 0 3 00 { l l l } f l { i l I I } l I f j j } { l i { 气 平 井 一 ； l - 采 油 辜 井 妄 采 水平 井l ； i { l I 【 l { } l i }’ ～l } i } j l i j ] ； I { ； 1 【 l i ’ } I ； { { 图5重 3 7井区 F H W2 0 0并组垂直剖面 图 图 6重 3 7井 区 F HW2 0 7井组 垂 直剖 面 图 3 ． 2 施工完成情况 表 2给出了 F 2 o 0 V P ／ F 2 0 7 V P直井 实施 段铣和 扩孑 L 数据。水平井与直井连通后 ，为了保持扩孔连 通井段井壁的稳定性，以及起到防砂的作用 ，需要 对直井进行砾石填充，填充技术数据如表 3所示 。 表 2 F 2 0 0 V P ／ F 2 0 7 V P直 井段铣和扩孔数据 井号 段铣 井段／ m套管钢级 扩孔井段／ m扩孔尺寸／ m m 表 3 F 2 O O V P ／ F 2 0 7 V P直井砾石填 充技术数据 在水平井水平段后期钻进过程中需要通过磁导 向钻井技术 来实现与直井 的连通。F H W2 0 0 P井 与 F 2 O O V P井顺 利 实 现 了 连 通 。 由 于 F 2 0 7 V P井 段 铣 套管过程中，剩余铁屑较多对磁导向仪器产生磁干 扰 ，未 能将 2井 直接 连通 ，之后通 过井 筒加压 实现 了连通 。 4结论 与认识 1 针对浅层超稠油 S A G D开采技术 存在 的 问题 ，提出 了 S A G D水平井加 直井连通 的技术 方 案。即在 S A G D生产水平井末端钻一 口直井 ，水平 井和直井形成有效连通 ，利用直井采油。该技术可 以有效解决抽油泵沉没度不够和油井维护的难题。 2 直井与采油水平井 的有效连通 ，是 S A G D 水平井加直井钻井方案的关键步骤之一。水平井水 平段后期钻进过程中需要通过磁导向钻井技术来实 现 2井之间的连通。 3 根据套管段铣要求 ，研制 了 3 3 9 ． 7 m m 套管段铣和扩孑 L 工具 ，首先段铣对应井段套管本体 和接箍，然后扩孑 L 至 1 m。 4 形成 了一套完整 的适合 S A G D水平井 加 直井砾石充填的完井技术方案。其中 S A G D水平井 采用割缝筛管，直井采用冲缝筛管防砂 ，防砂筛管 缝 宽为 0 ． 4 m m。 5 双水 平井 与直井连 通技 术为新疆 油 田浅 层超稠油的有效开发提供了新的技术途径。 参考文献 [ 1 ] 杨 睿 ，关 志 刚 ，蒋 刚 ，等 ．新 疆 风 城 油 田 S A G D平 行水 平 井 钻井 技 术 [ J ]．石 油 机械， 2 0 0 9，3 7 8 7 98 2 ． [ 2 ] 杨 明合，夏宏南 ，屈胜元 ，等 ．磁 导向技术 在 S A G D双水平 井轨迹精 细控制 中的应 用 [ J ]．钻 采 工艺 ，2 0 1 0 ，3 3 3 1 2 1 4 ． 第一作者简 介 张文 波 ，高级 工程 师 ，生 于 1 9 6 8年 ， 1 9 8 9年毕业于西南石油学院钻井工程专业 ，2 0 0 8年获得 中 国石油大学 北京 石油与天然 气工程硕 士学位 ，目前是 西南石油大学油气藏地质 及开发工 程 国家重点实验 室在读 博士研究生 ，从事钻井工 程科研 和设计 工作 ，任副 总工程 师。地 址 8 3 4 0 0 0新 疆 克 拉玛 依 市。电 话 0 9 9 0 68 8 02 5 4。 E ma i l z wb o o pe t r o ch i na ．c o m． c n。 收稿 日期 2 0 1 l 一 0 1 2 4 本文编辑赵连禄