塔中-50小井眼定向井钻井技术探索.pdf
第4 畚 弟4 胡 t 9 9 7 年1 2 月 J 五 油 钻井 工塑 塔中一 5 0小井眼定向井钻井技术探索 √ 张跃军 万教育 杨志 新疆石浩管理局定向井技木服务公 司l 摘要 T 2 f7[ 6 塔 中 5 0井 为国内最深定向井之 一,且为颓探井 ,谖井 的钻成 ,为 雷内深井定向井姑井、特则 是小足 寸井眼内轨 迹控制技 术提供 了可借鉴 的经验和有 待计论解 决的技 术 问题及研 究方向 . 主 题 谒 兰 里乏 兰 邑 芝 兰预 探 井 太 概 述 塔中. 5 0井 简称 T z . 5 0 井 位于新疆塔 里术盆地沙漠腹地,其钻探 目的是为了多穿裂 缝,研究奥陶系裂缝储层及含油气性横向变化规律,扩 大石炭系东河岩低幅度构造的勘探 成果.为增储上产作贡献.该井由甲方项 目组总承包、新疆定 向井公 司中标负责井眼轨迹 控制、中原 6 0 7 3 6队承钻.该井于 1 9 9 7年 6月 7日开钻,钻至造斜点井深 4 2 5 0 m处开始遗 斜. 在 甲方项 目组高效、 有力的组织管理和乙方各施工单位密切配台下, 历时 l l O d。 于 1 9 9 7 年 9月 2 4日顺利完钻 完井井深为 4 7 7 0 m,垂深为 4 7 0 5 m,最大井斜角 3 8 8 。 ,井底水平 位移 2 3 1 . 】 m,实钻轨迹数据符合设计要求. 设计概况 1. 井身箭面设计 I 1并身刹面类型 该井采用 “ 直 一 增 一稳 三段制剖面类型. 2造 斜点位 置 一 般螺杆钻具的机械钻速较低 ,尤其在对钻压敏感 的硬地层 中更是如此 若选择在此 井段定 向或螺杆增抖,势必造成钻速极慢且井底方向可控性差、费用增加.因此,造斜点 应选择在可钻性好、稳定的地层中.该井的初始造斟段选取在志留系下部,岩性为泥质砂 岩、浅灰色细砂岩、粉砂岩层段,造斜点位置为 4 2 5 2 8 5 m,稳斜井段在奥陶统上部泥岩盖 层和灰岩段. 3 连 斜率 的选择 定向井钻井中,为便于井眼轨迹控制 益于经济、高效钻井,应尽量 以转盘钻增斜为 主.在造斜率设计 方面,应 充分考虑钻具的造斜能力.不宜设计 高的造辩率.该井造斜率 设计为 4 5 / 3 0 m. 维普资讯 2- 张跃军 等塔 中 5 O小井 眼定 向井 钻井技 术探索 2 . 钻具组合设计 依据井身剖面设计。经钻具力学性能分析 和摩 阻、扭矩计算,针对 增 一稳 井段,选取 丁 3套钻具组合。造斜井段 主要以弯接头配动力钻具为主,确保造斜井段造斜率满足设计 要求, 同时有效地控制井斜、方位变化.为下 步井段施 工创造 良好的条件稳斜井段 以转 盘钻为主。钻具特性应利于稳方位、稳斜,以免降斜或 方位严重漂移,造成井眼状况恶劣。 施 工 方 案 1 . 指导思想 1 高效、袂速为原则 2保证井眼质量和安全钻 进; 3利于井限轨道的控制及施工i 4能有效适应井身结构及施工要求的变化 。 2。技术难点 该井属深井 斜深为 4 7 7 0 m ,小尺寸井眼井段从 4 4 4 0 m 至 4 7 7 0 m,且是预探定 向井, 其井眼轨迹控制难度较大,特别是4 , 1 5 2 ram小井眼钻进取心. 其主要技术难点 1 井眼轨迹的不确定性。探井在钻井过程 中,往往会根据实际情况而改变井 身结 构及施工要求,这就造成轨 迹控制的不确定性。 2 小尺寸井限的轨道控制技术。该井先后三次改变井身结构,使小尺寸井 限井段 逐步增加,相应增加 丁井 限轨迹控制的难度. 3因井深,影响钻具性能的因素较 复杂,小尺寸井眼中钻具性能及参敏的台理选配 没有经验可供参考。 4深井钻井的安全保障。 3 . 施工方案 1增钭 考虑到转盘钻增斜钻具组合在深井中造斜率 的不稳定性,决定在施 工中运用定向井 、 水平井的基本钻井模式 弯接头配螺杆钻 具与转盘钻增斜相结合的方式,定 向遣斜采用 大度敏弯接头配螺杆钻 具。尽量 提高造斜 率,井斜达 2 0 。 以后,以转盘钻增斜为主,螺杆钻 具可根据实际情况用于调整井斜和方位。同时考虑到在小尺寸井眼内取心会降斜,因此在 中 A靶前,井斜及水平位移应偏大,以便在取心降斜后保证 中 B靶。 2 5 2 ram 小尺寸井眼钻井 由于进行定向施工及增斜受井限尺 寸的限制,且无法变换钻具,加上钻具尺寸小、柔 性大、导致定向作业难度大,而且安全性 差,因此,在 1 5 2 mm井 眼中,应以转盘稳斜钻进, 尽量避免在该井段实施定 向特殊作业, 以保证该井段顺利安全钻进 。进入该井段前,必须 要调整好井斜、方位.因该井属该地区的第一口定向井,地层的自然漂移规律不清楚,所 以方位以调整在设计方位线上为宜。若方位漂移严重。应考虑在 5 2 mm井眼中扭方位. 3 测量 在螺杆钻具造斜 、增斜井段,采用 有线随钻测斜仪跟踪监 测,以便准确控制工具面变 维普资讯 第 4譬第 4期1 9 9 7年 1 2月 J 五 搪 钻 井 工 程 ‘ 3 化,确定实钻井眼轨迹。满足设计要求.在转盘钻增斜、稳斜井段,采用单点测斜仪,每 3 0~5 0 m测斜一次.以便了解井眼轨迹的实钻状况,及时调整钻井参数及钻具组合. 4主要技 术保证措施 ①入井钻 具、工具和仪器必须是新的.以保证 入井岳性能完好 工作正常. 精心设计、施工,及时掌握井眼井斜、方位变化,并通过计算机进行数据处理,应 用待钻井眼轨迹预测技术进行下部待钻井眼预测.调整钻井参数、钻具组合,满足轨 迹控 制要求. 优选优配钻具组合、钻井参数.作好入井钻具的受力分析和摩阻、扭矩计算. ④强化钻井技术措施.保证定向施工作业及各项技术实施的准确性和可靠性. 施工筒述 1.施工概况 T Z - 5 0井是塔指第一E l 预探定向井 实钻数据见表 1,在实钻中,由于地层变化和地 质需要,先后多次改变井身结构及施工要求,这种井身结构及施工要求的不确定性 ,给井 碾轨迹控制带来了较大的困难. 特别是奥陶系上部泥岩 盖层缺失, 提前下入 7 7 . 8 ram套管, 造成需在小尺寸井眼内增斜。更增加了轨迹控制技术的难度. 名称 宴 帖 敦 据 垂 罐 e m 】 4 7 0 5 . 0 0 蚪深 【r h】 4 7 7 0 o 0 逢辩点 t 。 4 2 0 o 水平位移 l m 2 3 l1 量大井辩角 3 S . 1 井庵闭台方位 3 .6 6 裹屋藿蕾 ∞3 9 7 r a m x 8 0 7 ,0 2 m 拄木套管 正4 4 5 ram x 4 4 0 g0 6 m 尾管 7 7 . 8 I H 3 9 3 7 l 嘶l 4 4 3 8 站m 该井造斜井段长为 5 2 0 m ,纯钻 2 9 1 8 1 h,平均机械钻速为 1 .7 8 m / h.实钻中,为满足 轨迹控制 的需要,共计使用估具组古 l 1 套. 1掂1 6 m m井眼增斜段 4 2 5 0 4 4 4 0 m 该井段遗斜时.结合设计造斜率分析,首先下入 了2 . 5 弯接头配直螺杆钻具造斜 .钻进 井段 4 2 5 0 . 0 34 3 2 8 . 2 S in,进尺为 7 8 . 2 5 m.井斟增至 l 3 _ 3 l 。 .平均造辩率为 5 5 9 。 / 3 0 m . 考虑到井擘 } 偏小,换用转盘钻增斜不合适 ‘ 原因是①井眼方位易漂移;回转盘钻增斜率 一 般偏低,可能达不到设计的井斜角 ,于是继续下入螺杆钻具配弯接头造斜,换用 2 . 3 。 弯接头. 当钻进至井探 4 3 6 1 . 2 2 m时,钻速变慢、直至无进尺,后加压,泵压升高,判定螺杆钻 具工作不正常.起钻后发现螺杆钻具动力头压帽磨损严重,动力头脱出 0 . 5 m牙轮钻头齿 折断严重.分析判定井底不干净.该钻具造辩率为 4 . 7 5 。 / 3 0 m,井斜从 1 3 _ 3 。 增至 2 1 。 根据致据处理、 待钻井眼轨迹预测分析, 下入转盘钻增斟钻具组合 双根 1 2 0 mm钻铤 . 维普资讯 4- 张跃军等塔 中- 5 O小井限定 向井钻井技 木探索 带随钻打捞杯打捞井下落物.该钻具钻至井深 4 4 1 1 8 1 m时,测得 4 3 7 3 . 2 54 4 0 1 7 8 m井 段方位 由 3 3 2 . 1 。 飘至 3 2 1 4 。 ,漂移率达 1 1 . 1 “ / 3 0 m. 经计算分析,以3 2 1 4 。 方位钻进,将脱靶,故钻至井深4 4 2 1 .0 3 m后起钻,换动力钻具 扭方位,下入直螺杆配 2 . 5 。 弯接头钻 具组合.该钻具组合下入 后,因有线随钻测斜仪工作不 正常,工具面控制不理想,加上志留系砂岩段气 测值有显示,地监办通知钻至井深 4 4 4 0 m 时进行中途测试,所 以此次扭方位作业不甚理 想.预中途测试后,准备钻进小尺寸井眼, 在此之前先将方位、井斜进行适当调整,此时已钻入奥陶系.塔指通知下钻钻进 1 0 m后取 心, 后又改为不取心直接电测下尾管, 1 7 7 、 8 mm尾管下入井段为 3 9 3 7 . 1 O 44 3 8 . 8 3 m. 在井深 4 4 4 0 m处.井斜角为 2 5 。 ,方位角为 3 3 4 4 o , 由于转盘钻造斜率偏低和扭方位, 井斜角比设 计井斜欠 3 。 ,水平位移超前 9 m .因 1 7 7 . 8 mm尾管提前下入,使实钻轨迹无法 按原施工 方案完成,此次井身结构改 变给下部小尺 寸井眼的轨迹控制带来一定的困难. 2 下部井段剖面设计及施工要求 剖面设计参致见表 2. 衰2 4 4 4 04“/ / 3 m并最 _ 面设计参藏裹 总井鬻 总垂弹 辩深段长 垂直段长 段水平位移 总水平位移 造辩事 井辩角 f m、 m { m { m f m m % 0 m 】 。 4 4 4 0 0 4 4 3 0 9 4 4 40 0 4 4 3 O 9 5 4 2 5 4j 2 5 l 稳斟段 4 4 6 0 0 4 4 4 9 0 2 0 0 【 81 8 0 6 2 . 2 0 0 o 2 5l 遣蚪段 4 5 8 0 0 4 5 4 9 0 l 2 0 O I o o 2 6 51 l 2 7 3 4 0 0 4 1 1 稳斟 段 4 7 7 3O 4 6 9 4 6 1 3 D 1 4 5 4 I 2 6 7 2 5 4O Oo o 4 1 1 3 5 2 mm井眼增斟段 44 4 047 7 0 m 此井段 由于井眼尺寸小,钻具组合的变化将受到限制, 同时钻具性 能分析 及定 向作 业 水力等 方面参敌均不同于大尺寸井眼, 因此在钻井实施 中势必 会遇到新 的技术问题而有待 于探索与研究. 四开后,钻套管附件并钻至井深 4 4 4 3 m处,按地层要求取心,取心井段为 4 4 4 3 . 0 0 4 4 4 6 . 6 2 m,取心进尺为 3 6 2 m .取心收获率为 1 0 0%. 为避免 出套管 后直接下 螺杆 钻 具造斜 不利于下部钻井作 业及井下安 全,下入 了一根 掷8 . 9 mm钻杆 与~根 1 2 0 mm钻挺相结台的转盘钻强增斜钻具组合, 钻至井深 4 4 6 2 . 2 4 m 钻 压为 8 0 k N,转数为 5 2 r / mi n.平均造 斜率为 3 . 3 / 3 0 m .钻 进中带随钻打捞杯,以打捞套 管附件,保证井底清洁.然后,下入直螺杆配弯接头钻具组合增斜,此次采用 了 s 2 4 8 钻头配 螺杆钻 具钻井技术.由于钻井参 数及技术措施实施合理,此次钻进纯钻 7 5 8 9 h ,进尺为 9 8 . 2 2 m ,钻井速度大大提高,为小尺寸井眼的造斜钻进提供 了成功的经验及高效模式.该 钻具钻井井段为 4 4 6 2 . 2 44 5 6 0 . 4 7 m,井斜从 2 8 . 5 增至 3 4 . 5 。 ,平均增斜率为 3 . 5 。 /30 m . 为修整、清洁上部井眼,保证井下 安全,又下入一根鹋8 . 9 mm钻杆 与一根 1 2 0 mm钻挺 结合的转盘钻强增斜钻具组合,该钻 具钻至井深 4 5 9 3 m ,单点测斜,在测深 4 5 7 7 . 7 m处, 井斜达 3 8 . 8 。 ,平均造斜率高达 7 . 5 6 / 3 0 m . 4 5 9 3 . 0 04 6 0 2 . 0 7 m井段取心钻进,取心进尺 为 9 . 0 7 m。岩心收获率为 l 0 0%. 为保障在小尺寸井眼中能准确控制井斜、方位变化, 再次下入 s 2 4 8 钻头配螺杆钻具组合 增斜、扭方位.当下入有线随钻测斜仪后,数据显示井斜角仅为 3 5 。 ,与预测值相差甚远. 维普资讯 第q卷第4期1 9 9 7 年 1 2月 J 西 鼬 钻 井 工 程 5 转盘钻增斜在井深 4 5 7 7 7 m 处井斜角已达 3 8 . 8 。 ,在此井深井斜角至少应在 4 O 。 ,故对隧钻 测量数据进行了校正, 证 明遣斜井段取心降斜较为严重, 降斜率达 3 / 3 0 m以上, 井斜从 3 8 . 8 。 降至 3 0 . 9 o ,故计划下一步采用钻 具增斜至井斜满足设计要求为止. 钻至井深 4 6 1 0 .0 5 m 时,有线随钻测斜仪突然不工作。经检查及更换探管未能恢复正常 趁钻换转盘强增斜钻具组合增斜,钻压为 8 O ,转 致为 5 3 r / mi n,钻至井探 4 6 4 5 m时,单 点测斜,鲁 J 量探度为 4 6 3 6 . 3 m ,井斜角增至 3 7 . 5 o ,平均增斜率达 7 . 1 /30 m ,但在井段 4 6 0 8 _ 3 O一4 6 1 8 . 0 7 m,方位从 3 3 1 。 飘至 3 5 2 ,漂移率高达 6 5 * / 3 O m ,必须立刻实施扭 方位作 业,但 此时实施扭方位作业势必影响井斜,造成垂深下移 . 以转盘钻强增斜钻具组台增斜率预测,在井深 4 6 7 5 . 1 9 m处,井斜角至少应在 4 3 o ,下 部只需微增斜即可满足轨迹要求,放下入转盘钻增斟钻具组台.钻至井深 4 6 9 0 m时单点剥 斜,发现强增斜钻具组台在 46 2 7 . O 04 6 7 5 . 3 9 m井段钻井参 数不变的情况下,出现 了令人 无法解释的降斜现象,井斜角从 3 7 . 5 。 降至3 4 . 8 。 ,此时离完钻井深仅有 8 5 m. 从 4 6 7 5 . 3 9~4 7 2 8 .8 4 m,通过参数的不断调整。钻具始终稳 中有降,故起钻再 次下八 强增斜钻具,希望能在排除地质原因影响的条件下,通过调节参数、勤测斜来寻求台理的 参数配台,发挥其强增斜特性.该钻 具入井后,钻至井深 4 7 7 0 m完钻 47 6 5~4 7 7 0 m为 取心井段,岩心收获率为 1 0 0% ,此时,可钻井段仅有3 0 多 m,参数已无井段可优化. 分析该钻具这三次钻井效果, 在 同一参数下, 有两次钻进井段短均增斜, 第三次入井后, 前三个单根增斜,之后突然降斜,井斜降至 3 3 。 ,原因有待解释.正常情况下,增斜率应该 是较大的.该钻具在同一参数下,为什么会 出现先增后降现象 有待予进一步研 究,建议 以 后小尺寸井眼增斜尽量避免使用转盘钻。这样也许会减少某些失误. 应用 技术 1.井眠轨遘设计与慢化 轨迹设计时.应考虑遣斜点与动力钻具使用井段 的选择.动力钻具一般钻速较慢 。不 利于事故处理. 因此,造辩点、造斜井段应 选择在可钻性好、稳定的层位.该井动力钻 具 造斜井段选择在志留系的砂岩 、细砂岩、泥质砂岩段.实践证明,遣斜 比较容 易且钻速较 快.另外,井眼轨迹设计应考虑施工的偏差,即实际增斜率与预测增斜率 的差异,对 T z . 5 O 预探定 向井轨迹来说,更应考虑实钻轨迹的不确定性, 以满足轨迹控制 需要.在轨迹设计 和选择增斜率时,应选用转盘钻增斜,以减少螺杆钻具使用井段,提高钻井速度 .定 向时 一 般用螺杆钻具增斜到 l 5~2 0 。 ,就已形成稳定方向的增斟趋势,之后再用转盘钻增斜. 2 .钻柱力学性能分析 钻柱力学性 能分析 主要包括大度数弯接头配螺杆钻具和转盘两部分力学性能分析.通 过分析 影响钻具造斜的因素 主要 因素有弯角、钻压、井斜角、井 眼扩大率等 ,台理 选配钻具组合及钻井参数,可减少钻具入井 的盲 目性.设计造斜率为 4 5 。 / 3 0 m ,实钻中, 为 了便于转盘钻增斜,其动力钻具造斜率应高于设计遣斜率 0 5~1 5 。 为宜, 2 5。 弯接头配 螺杆 钻具的理论造斜率为 5 5 6 /30 m,实际平均遣斜率为 5 . 5 0 。 / 3 0 m,理论与实际基本相符 影响转盘钻增钭性能的主要因素是稳定器的安放位置及钻铤 的刚度. 。 钻头 稳定器 钻杆 1 根 钻诞 1 根 稳定器 组合在该井使用中,第三次入井先增斜后降斜.在同一 维普资讯 6 张跃军 等塔 中 5 0小井眼定 向井 钻井技术 探索 层位、同一参数下,钻具性能的变化幅度如此大,增斜率最高可达 1 0 。 / 3 0 m ,降斜率最低达 3 1 3 0 m ,其原 因与以下三方面有关 1小尺寸井 眼的钻具性能 2地层 因素的影响 3钻井参致的优化优配. 3. 钻柱的摩阻、扭矩及疲劳寿命的计算方法 应用水平井摩阻计算分析程序,对入井钻具的钻进、起下钻摩阻进 行计算,可得出钻进 时所能提供的钻压、扭矩和起下钻 时的大钩负荷.为 了减小摩阻、扭矩 ,该井在钻柱设计 与施工中采用 了以下方法 】减小入井钻具的刚性,用加重钻杆代替钻铤加压 2减小入井钻具上稳定器的数量. T Z - 5 0井在实钻中扭矩值一般在 3 k N. m左右,摄大为 4 k N. m .起下钻摩阻一般不超过 5 0 k N ,起下钻 畅通.该井泥浆性能处理 维护得较好,是保证井壁稳定、井眼畅通 的关键因 素. 钻柱 在钻进中,增辩井段钻柱处于 交变应力的作用下,钻柱在 弯曲状态下旋转 产生的 交变应力是造成钻柱疲劳破坏的主要原 因.因此,在钻进 中应限定钻杆 的工作时间,计算 允许的钻井参 致,定期进行钻杆上、下位置的倒换. T Z - 5 0定 向井施工中,注重进行限期 钻杆 上、下位 置的倒换及钻具的探伤,确保了井下安全. 4.待钻并 眼轨遘硬游技术 应用计算机及时处理井 眼参敌致据 ,进行待钻井眼预测和设计 与实钻轨迹对 比分析, 指导现场施工人员合理制定以下旋工措施 1根据预测优选下步实施轨迹 2选择合理 的钻具组合 3通过预测优选最优钻井方式,实现经济、快速钻进 的目的. 5.下部钴具啊度与并眼相害牲分析 在定 向井、水平井作业 中,为 了控制调整井眼轨迹,需经常更 换钻具组合,所以岿须要 考虑下部钻 具组合与上部弯曲井眼的不相容性问题 .因为这个问题 是造成遇 阻、卡钻等事 故的主要原 因,特别是螺杆钻具造斜后,下入双稳定器钻具组合,就 更应考虑其相容性问 题 . T Z - 5 0定 向井为解决这个 问题 采用了以下措施 1控制 弯曲井段的曲率变化. 2减小钻 具的刚性. 6.并眼孰连测量技术 该井采用 DS T有线随钻测量仪与 E MS单、多点测斜仪相结合的测量 方式 . 大度数弯接 头配螺杆钻具造斜,有线随钻测量仪跟踪监测,转盘钻增斜、稳斜时每 2 0~3 0 m单点测斜 一 次,在下套 管和完井 前测多点.以此校正整个井眼的测量数据.在该井使用 中.因井深、 井温高, DS T有线随钻测蚪仪遇到一些问题,特别是进入小尺寸井 眼后,受井下工作环境 影响较严重,仪器 无法正常使用. 7. S “ e 钻头配曩抒钴具钴并技术 维普资讯 第4卷第4期1 9 9 7年 1 2月 . r fi油 箔 井 工 程 7 该井小尺寸井眼中, 采用了s 2 4 8 钻头配螺杆钻具钻井技术, 通过合理的参数及技术措施 匹配,纯钻 7 5 8 9 h,进尺为 9 8 . 2 2 m.有效地提高 了钻井速度,节约 了钻井成本,取得 了良 好的经济效益.特别是在螺杆钻 具转速 高、排量及参数受限制的情 况下 ,成功应用了 s 2 4 8 钻头配螺杆钻具,为小尺寸井眼中井眼轨迹控制,提供 了高效、经济的钻 井模式. 认 识 1.探井采用定向钻井技术,由于其井眼轨迹要求的不确定性,控制难度较大, 因此, 设计轨 迹时应留有足够的调整余地及适应量. 2.小尺寸井眼增斜,应采用螺杆钻具和随钻测量监测,以保证稳定 的造斜率及稳 方位 能力. 3.取心应在稳斜段为宜.料井段取心降斜较严重,不利于井眼轨 迹控制及井下安全, 4.井上 的监督及科学管理是保障钻井顺利的关键因素。 5 .小尺寸井眼钻具性能分析有别于大尺寸井眼,钻具的受力变形及参数匹配等有待于 进一步研究和探索. 责任编辑黄旭红 G 8, 8, 盛, 盛,6 G 0 6 0 a, a/ 0 0, 8, 0 a, 8, 0, 0 8, 宣, a/ 0, 0/ 敬告读者 根据 上级指示 ,本刊将 于 l 9 9 8年与原 Ⅸ 石油地质信 息和 Ⅸ 采 油工 艺情 报 合刊,改名为 新疆石油科技信息,由新疆石油局、新疆石油学会主办,我院 承办。刊期为季刊,每季末出版。 Ⅸ 新疆石油科技信息将 以译 文和信息为主, 及时介绍国外石油工业各行业先进的技术工艺和装备 以及生产管理经验, 并适量 报导新疆石油工 业的科研水平 、 发展 动 态及有关 的新材料 、 新产 品和 新技术信 息。 欢迎本刊及原刊的作者和读者继续予以合作和支持。 投稿事宜详见本期封三征稿 启事 特此通知 。 来稿请寄新疆克拉玛依市鸿雁路 8 0号新疆石油管理局钻井工艺研究院 Ⅸ 新 疆石油科技信息编辑部 邮政编码 8 3 4 0 0 0 电话 号码 0 9 9 0 8 8 4 8 1 5 0 9 9 0 - 8 8 2 6 0 2。 石油钻 井工程编辑部 1 9 9 7年 1 2月 维普资讯