用空心斜向器提高多底井钻井及完井效率.pdf

- 9 7 - 用空心斜 向器提 高多底井 c『 ，7 c 钻井及完井效率 了 、 岁 J e ff r e y L ． F o e r 等 翻 译 本 干 J 编辑 部 堡 坠至f 新 疆 石 油 局 钻 井 工 艺 研 究 院 t， 7丁乙校 对 艾 才 云‘ 新 疆 石 油 局 钻 井 工 艺 研 究 院 擅 要 介绍一种新 型的一次性下入的空心斜 向器，它既能够用于套 管开窗又 能够为主 井眼的产油提供 通 道．这种新 型的设计消除 了回收实 0斜 向器所遇 到的 困难及再 下入空心斜 向器与开 窗窗口相对 ． 吻台过程 中出现 的问题． 因为 空心斜 向嚣 只需一次 性下入安装 ，在整个井 的寿命期 问，斜 向墨与套 管 开窑位置相对应 确保钻 具能重新 进 分支 井眼．并 可消除 由于下A 空心斜廊嚣 没有与套管开 窗 位 置相 对应 而出现 的限制． 主 题 词 空 心 斜 向 墨 型 -__’。⋯ 咤 ，≈ ， 介 绍 多年来 ，在裸眼井中或下套管井中进行造斜 时一直采用斜向器技术。对于多底井的 标准作业 也使用实心斜向器技术进行侧钻。但是在分支井眼钻成后再进入主井跟时，必 须要回收实心斜向器。传统的斜 向器都有一个坚硬的实心凹状工作面，为 引导钻井工具 能够顺利地进入分支井而设计，但磨铣过程却很困难。以前 ．必须要先回收实心斜向器 ， 再在原来的地方 下入空心斜 向器，困难是显而易见的。 1 ．回收实心斜向器所面临的困难 在进行套管开窗时，很多磨铣碎片枯到 了斜向器的封隔器系统上，使得回收斜 向器 很困难。问题 多出现在回收斜向器和下入斜向器 的过程中。用粘性磨铣液从井中携 出岩 屑是必要的。而且，设计时还应考虑到在出现意外事故时必需回收斜向器的情况。以前 出现过在回收斜 向器过程中斜向器被拉成两半的情况。 2 ．下入空心斜向器所面临的困难 下入空心斜向器重新定位也会遇到很多困难 。各种设计 的定位装置都不相同，以前 出现过在洗井作业中不小心把封隔器上的定位凸块磨掉的事故，影响了斜 向器与套管开 窗的合适定位 。安装好斜向器后要进行一次起下钻作业，以确定斜 向器与套管开窗定位 是 否合适 而一次性的空心斜向器则消除了上述出现的诸如打捞、碎片清除、重新对准、起下 钻通井等一系列的问题 ，尽 管可 回收的实心斜 向器成功率 已达到了 9 3 ％，而且其余宋 维普资讯 9 8 ． r ■石曲井垃信毒 1 9 9 9年6 月 能顺利回收的还可 以通过其它的方法来处理 ，但是厂家仍然认为使用一次性下入 的空心 斜向器具有明显的效益。 新型空心斜 向器 的设计标准 在研制这种空心斜 向器时．考虑到套管开窗、下入钻头及其它工具经过斜 向器时出 现的困难 。因此设计应遵循如下标准 1 引导及支承所有的磨铣器、钻井工具及打捞工具进 入分支井 ； 2 提供一个与分支井、套管内径相同的最佳贯眼内径 3 通过主井眼设置一个可拆装置 ，以便能减少固体污物 4 提供优化的凹面角度用以优 化尾管尺寸 易于钻具重新进入主井眼 ； 5 该斜 向器具有较大的刚性，应能承受钻具下入过程 中所产生的各种 压力 、拉 力和 扭力作用 6 所能承 受的各种力应与实心斜 向器的相同。 为了证明空 LI , 斜 向器的可行性，对其进行 了现场试验 ，即下入空心斜 向器后进行套 管开窗，钻分支井 ，下入各种钻具、打捞工具及完井工具。试验期间还对如何使各种工 具顺 利通过斜 向器 的情况进行了研究。 同时也试验了几种在需要的情况下回收斜向器和封隔器的方法。以前用太钩回收实 心斜向器 ，现在使用卡瓦打捞筒回收斜 向器，而且通过套管开窗、钻裸眼井然后回收斜 向器等 一系列 工作 程 序 ，可 以 比较精确 地估算 出斜 向器 的磨损 情况 。 在钻成分支井且回收实心斜向器后下入空 斜 向器再重新回到主井眼这一方法 已得 到成功 的应用 。 试 验 背 景 为了在 “ 实井 ”环境 中测试空心斜 向器性 能，作业人 员在油井试验 中心 R MOT C对其 进行了试验。在 1 9 9 6年 1 1月用 D O E 2 钻机钻 了 2 2 ． 2 Xl 0井 。 l 1 ．2 mm 表层钻到 l 9 4 m，并 扩眼到 4 4 ． 5 ram，下套管 3 9 ．7 m m 固井，套管 鞋下 到1 9 4 ． 1 6 m 测 深 ，用 l I ．2 mm 钻 头从 1 9 4 ． 1 6 m 钻到 1 0 0 8 ． 8 9 m，从 3 0 4 ． 8 m 测深 造 斜 点造斜 到 3 O 。 切线 段 ，所 用泥浆是 密度 为 1 ．0 7 g ／ c m 的水泥浆 。 ,2 4 4 ． 5 mm 4 7 N8 0 L T C套管 从井 口下到 】 0 0 8 6 m 见 图 1 ，套 管开 窗后进行 y射线和 井径测井 ，测井结果显示此处地层坚固。 与常规倒钻开窗 比较 ，ML T 的开 窗位置是 ‘ ，5 O 8 mm { 4 4 4 5n ll ／ I ．， 3 3 9 7 日 迁斜率 为 一 3 t 1 2 mm 套管开 譬位】 2 | 5 ． 9 n n 、 、 、 3 4 ‘ { E 兰 循 珲 量谭度为1 0 0 7 9 7 m 真垂深度为9 5 3 4 t m 处 下 2 4 4 5 ram 4 7 a N - g 0藿 管链 田 1 井身翻面围 维普资讯 第2 0 卷 第2 期 本刊编辑部张跃军用空心斜向器提高多底井钻井及井效率 9 9 很关键的设计步骤 。开窗深度必须既能满足最有效的气举又 能使定向钻井距离最短。并 且应考虑在井控、开采、设备安装、油层隔离时连接处的完整性 ，因为在各个作业阶段- 地层 都是裸 露 的。 注完水泥后，根据注水泥 的固井声波测量图来选择开窗点。由粘土和粉砂岩组成的 地层压力系数为 1 ． 0 3 g ／ c m 。 新型空心斜 向器结构设计 斜向器下部安一锚卡 ．连接多底井封隔器和定 向短节。新型斜 向器是钢体结构-内 部填充复合材料，斜向器工作面有两条轨道 以引导磨铣工具及其他钻井设备通过套管窗 口顺利入井。通过斜向器 中心的复合材料下入纤维玻璃为控制线提供通道 。控制线从下 入工具连接到多底井封隔器上．该方法允许封隔器被做成液压式的．充填物质和试管容 易钻穿。斜向器顶部有一 凸块以引导磨铣工具进入套管 ，套管开窗时该 凸块将被磨掉。 空心斜 向器和封隔器用锚卡连接 以承受磨铣和钻井作业期间所受到的扭矩和轴向 力。安装好封隔器后，锁销顶在斜向器底部 以确保斜向器靠在套管壁上 。另外 ，锚卡上 有一槽 咀便于回收斜向器并在下入斜向器时起定位作用 。封隔器可以使斜向器固定 以防 在井中旋转或上下移动 ，封隔器系统可承受 3 4 ．4 7 MP a的压差和 2 0 ．3 4 k N-m扭矩。此封 隔器系统 是通过 内部隔塞分开主井眼和分支井眼。封隔器可起到阻挡钻井碎片和防止井 喷的作用。定位短节安装在封隔器下部，通过凹螺旋槽与斜 向器面对准 ．可 以通过全径 磨铣工具和必要的设备 如导斜器、可取套筒等通过 凹形对准槽利用定位短节定位。 试 验 程 序 首先在 R o c k y Mo u n t a i n油试验中心对空心斜 向器进行可行性试验，以证明它在现 场条件下使用的有效性。已在制造厂组装好 ML T 系统 ，下入此系统之前．在套管开窗 位置处滴入胶联剂以防磨铣碎片落下。ML lT 系统提起和悬挂在转盘上 。钻具组合包括 十字头、定位短节、短钻铤、稳定器、钻铤及钻杆，用剪切螺栓把钻具组合与空心斜 向 器连接起来．放射性 电缆终端与空心斜向器连接，用 以控制斜向器的下入深度 。 定向短节上的凸片与斜向器工作面对准 ．钻具组合下入 设计深度 8 8 8 ．4 7 m处，ML T 封隔器系统上部可用于各种数据测量。 Y射线测量井深 。然后．监测工具下到定位短节 处以使斜 向器对高边左转 1 9 。 设计为 1 5 。 。斜 向器安装合适后 ，加压固定封隔器。 保持压力 、释放重量 以确定封隔器安装合适 。弹性装置 锚 卡使斜 向器背面靠在套管 壁上， 安装好封隔器后， 再下入测量工具进行测量． 确定最后方位。 然后，以约 1 5 5 ．6 9 k N 拉力上提钻杆以剪断送入工具与空心斜向器之间的联接销 。控制线送入工具一起回收。 多底井套管开窗时，采用空心斜向器 比其它方法更精确．而且始终能保证在整个 完井期间钻具的下入和回收顺利进行。 套管开窗要求使用专 门设计的 3套井底磨铣钻具组合，它们能顺利从空心斜 向器 维普资讯 1 0 0 井■石油井技信喜 1 9 9 9 年6 月 的凹面回收。首先使用 三刃磨铣器开孔 约 2 m ，窗 口在斜 向器上方，磨铣器不应磨 到斜向器的轨道，这一点很重要。因为如果套管开窗位置不合适， 磨铣 工具就提不出来。 第 2套 B H A 是一种专利产品设计 中心点对准器这种工具可 以增加套管开窗的精确 性，即磨铣工具的中心与套管中心保持一致。套管开窗的延伸和带形切屑结构大大减小 了切屑落在斜 向器轨道上 的可能性 。第三套 B H A 比第二套的刚性大，这样能保证最佳 开窗长度 。 此套 B H A作业系统 由标准套管铣刀组成， 该套铣刀可钻进地层一段距 离 此 距离由作业时间而定，如 图 2所示 下入井下 监测仪以检查套管开窗的情 况 ，此 处地层 较 硬 ，用 空压 机 吹干 能得 到 较好的可视效 果。监测结果令人满意。套 管开窑共 长 6 ． 1 m．其 中磨铣长 4 ． 8 8 m， 窗口上部用西瓜铣磨铣了 I _2 2 m。 回收监铡器后 ，注入泥浆，钻分支井 到 9 4 5 ．5 m，井斜 3 4 ，其 中 6 1 m为裸眼 段。钻该分支井时虽无定 向限制 ．但也应 控制在造斜点附近出现严重的狗腿度 ，以 防衬管在窗口处定位不正确．用三维计算 机辅助设计对 衬管在窗 口处的定位进行的 世 f 于 F 亩 模 拟 。 底部钻具组合试验 圈 2 套瞥开窗的 3十 主要步骤 试 验 的 目的之一 就是证 明在 任何可 能 出现的情况下空心斜向器的可行性 ．因此设计 了几种底部钻具组合，以模拟在任何钻井 作业情况下所需下入相应钻具的情况。 第一套是带扩眼器的钻具组合 见表 1 。这套组合一般用于钻定向井时拓直狗腿 ． 尤其是在造斜段或下套管之前清洁井眼。一般情况下 ．扩眼器的塔形结构及组件的刚韧 性可能会 出现一些问题，因此在扩眼器的项端安装一圆头导向器引导钻具通过斜 向器。 由于安装上全径 5 ． 9 mm 稳定器和扩眼器，当钻头和近钻头稳定器经过斜向器时，悬 重增加了 2 ．2 7 t 。不需要旋转下钻 ．提钻时当钻头及近钻头稳定器经过斜 向器时悬重只 变化一次。 第二套是模拟裸眼完井的钻具组台 见表 2 。由 1 2 7 mm 绕丝筛管、 l 3 9 ． 7 mm烧 结屏 、 1 7 7 ． 8 mm 套管及管外封隔器组成 。使用这套组件 ．可能会 出现 以下情况套管 开窗边缘或空心斜 向器可能会损害筛管表层 、管外封隔器或者设备被悬挂在套管开 窗 处-起下钻在通过斜 向器时应放慢速度 ，仪表显示悬重增加{ g d , 大约 4 5 4 k g 。回收 井后检查发现所有完井设备，包括管外封隔器及烧结屏，都非常完好。只是绕丝筛管上 有--d 的轴 向重直划痕．可能是被斜 向器或套管壁划伤． 但是 ．包裹着 的仪表完好无损。 第三套是装 P D C钻头的钟摆钻具组合 见表 3 。以前的经验显示 P DC钻 头没有 墨 向 ● 一 一 掷 维普资讯 第2 o卷 第2 期 本刊编辑部张跃军；用空心斜向器提高多底井钻井及井效率 I 。 1 三牙轮钻头易于通过斜 向器，因为三牙轮钻头较灵活。试验所用的钻头刀片有 8片 ， 是钻头颈较长的 P D C 钻头 ，试 验中钻头顺利通过斜向器 。提钻 时，满井眼稳定器只增 加了悬重 1 ． 8 1 6 t，而 P D C钻头未增加任何悬重，钻头完好无损。 表 1 满鼹牯具组 合 数 名 称 长 度 量 m 啦 】 5 9 ram 棵琨 扩孔器， 引 导器 【】 1 啦】 5 9 ram对 扣 ． 称管径 】l 3 【 机 5 g mm 短钻铤 2 5 4 衄 1 5 9 ram对 扣 】5 O 【 5 2 4 ram 钻铤 9 5 0 【 衄 1 5 9 ram对扣 I 1 5 4 5 2 4 ram 钻铤 3 6 5 4 1 卅5 2 4 ram转换 接头 0 4 6 】 棚5 2 4 ram转换接 头 O 7 2 I 5 2 4 ram钻 挺 B 7 7 I 卅 5 2 4 ram震 击_器 1 I 2 5 】 6 5 2 4 ram 钻挺 【 3 3 4 6 】 4 3 ra m转换接头 O 5 2 BHA 长度 2 0 8 8 2 表 2 模拟棵琨完井的钻具组合 数 名 称 长 度 量 r n 【 2 7 ram 护管 塞 0【 5 l 2 7 ram绕 丝筛 管 【 2 5 7 1 3 9 7 ram转换接头 O 2 6 】 一 】 3 9 7 ra m烧结屏 5 3 0 1 棚7 7 8 ra m转换接头 O 3 O 】 7 7 8 ram套 管 9】 O I 7 7 f rom 外部 套管封 璃嚣 3 4 4 I 7 7 ． 8 ram 套管 8 9 5 【 1 5 2 4 ram 转换接 头 0 6 6 5 5 2 4 ram钻铤 4 6 0 5 棚5 2 4 ram转换接头 I 】 6 1 引5 2 4 ram钻镀 8 2 7 】 棚5 2 4 ram 震击 器 l 1 5 l 6 5 2 4 ram 钻 铤 】 3 3 4 6 引1 4 3 ram转换 接 头 O 5 2 B HA长 度 2 4 l 9 0 第四套是打捞钻具组合 见表 4 。它由一个装有担0 6 ． 4 mm 导向器及震击器的打捞 筒组成 。打捞筒直径大，一般认为打捞筒可能出现问题。打捞筒经过斜 向器时，系统只 增加 9 0 8 k g ，打捞筒不需要旋转就能通过斜向器，回收井检查，设各完好。 表 3 装 PDC钻头的钻具组合 数蠡 名 称 长 度 m 】 啦 【 5 9 ram P D C钻头 0 3 4 】 5 2 4 ram转 换接 头 O 5 6 I 5 2 4 ra m 钻铤 9 5 0 I 拉1 5 9 mm对扣 l - 5 O 5 2 4 ram钻铤 3 6 5 4 1 5 2 4 ram转换接头 0 4 6 1 卅5 2 4 ram转换接头 0 7 2 】 1 5 2 4 ram 钻铤 8 7 7 I 棚 5 2 4 ram 震击嚣 1 1 2 5 】 6 棚 5 2 4 ram 转换接头 】 3 3 4 6 1 棚 】 4 3 ram 转换接头 O 5 2 BH A 长度 3 0 3 6 4 维普资讯 l 0 2 卉●石油科技信喜 1 9 9 9 年6 月 表 4 打捞钻具组合 数量 名 称 长 度 m 1 啦 0 6 3 8 mm 打捞筒 0 9 I l 1 5 2 4 ram 打捞震 击器 3 7 3 I 扪 5 2 4 ram 转换 接头 O 8 6 5 枷5 2 4 ram 钻 铤 4 6 D 5 1 棚 5 2 4 ram 转换接 头 0 4 6 1 叭5 2 4 mm 转换接 头 0 7 2 1 7 扪5 2 4 r a m钻 诞 1 4 2 2 3 I 扪 l 4 3 mm 转换接 头 O 5 2 BH A 长度 【 9 5 4 7 可回收式斜 向器封 隔系统 设计一种新型打捞筒与空一tl , 斜向器相匹配，进行 B H A试验 之后加载回收啦4 4 ． 5 mm 斜向器，旋转打捞筒抓住斜向器的顶部，继续旋转 ，释放重量．打捞筒与斜 向器后部 螺纹啮合。用 4 4 4 ． 8 k N 拉力把斜 向器从封隔器上剪掉，回收斜 向器，用液压切削从 内 部剪断封隔器．释 放卡瓦．然后用打捞矛和抓钩打捞 出封隔器，第一次试验成功．不包 括起下钻。打捞作业耗时 9 h 。 回收斜向器检查，结果与监测结果相 同，这是一次成功的套管开窗。一般情况下． 套管开窗的合适位置是窗 12 1 的下部与斜 向器底部面目 好闭合 。监测图像显示斜 向器的充 填物、凸耳及凹槽正常，除一点轨道本身带有小的刻痕外．充填物和凸耳与凹槽吻合 。 套管开 窗合 适 。 回收斜 向器后，堵住啦 5 ．9 mm 分支井 。为主井进～步钻井提供保证 。斜 向器回收 后 ，所面临的问题 即是裸眼分支井 问题 。新 旧技术结合使用，即用局部高压 、低压 、 分段以及井 12 1 挤注水泥的方法。这种方法有助于为进一步钻井作业提供完整性 。 7 7 ． 8 ram 空心斜 向器 l司 一 12 1 井，钴啦 5 ．9 ram并眼到 1 3 5 1 ．7 9 m，在 8 3 9 4 2 ～1 1 5 8 、 2 4 m 段下衬管。为了 对 t 7 7 ． g ram x I 1 4 ． 3 mm 的空 一 t l , 斜 向器进 行 试 验 ，用 上 所述 的 啦4 4 ． 5 mmX l 7 7 ． 8 9 mm 系统进行长度为 4 ．2 7 m 的套管开窗。开窗完毕后吹干．下入井下监测器 ．图像显示开 窗{ 合适 与 啦4 4 ． 5 mmX≠ I 7 7 ． 8 mm 开 窗过 程 相 同，这是 一重复 过程 。 从 1 0 9 5 ．7 6 ～t 5 5 9 ． 3 6 m，钴 5 2 ．4 mm分支定向井到水平段 时，进行了几次起下钻。 组件包括≠ l 5 2 ．4 mm 三牙轮钻头 、稳 定器、1 ．2 5 ～1 ．5 0 弯壳体泥浆马达、MWD 及 电 测工具。钻完井后下入 1 4 _ 3 mm衬管 见图 3 。套管开窗及下入各种钻井用的 B H A ， 组件通过空心斜向器时都很顺利。 维普资讯 第2 0 卷第 2 期 本 刊编 辑部张跃军 用 空心斜 向器提 高多底井 钻 井及井效 率 1 0 3 实 例 由于空心斜 向器的试验成功，开始使用 1 7 7 ． 8 mm 斜 向器。多底 井技术系统的安装 始用于半潜式钻机 ，即在北海 的 T r o l l C 油 田开始使用 。空心斜向器安装在直径为 2 4 4 ．5 mm 深 2 6 0 2 m 的套管上使用 ，在储 层中水平放置。利用试验所获得的经验保 持 适 当 的磨 铣 速度 ，成 功 地在 9 0 。 的井 中开出 氏度达 6 ． 1 m 的窗口。由于开窗处 地层 为非 固结砂 层 、可 渗透 1 ～ 1 0 m 、 多孔 隙 3 O ％ ．即 向地层 中注入树脂加 固地 层 。 套 管开窗后 ， 毗 9 0 。从 2 0 5 5 ． 8 8 m 裸 眼段钻 到 4 6 5 6 ． 1 2 m 井深增 加储 层 的排 油面积 。下入完井监视器 、管外封隔器 、 注 水泥段 的 钻诞 、 1 7 7 ． 8 mm 钻杆到 井底 ， 通过斜 向器注水泥．且也可联通主井眼。 这样就 为主 井和分支 井提 供 了产油通道 。 这 一试 验的成功 对 于多底 井开发 具有 重要意 义 。 由于空 心斜 向器仅 在一 口井 上 得 到 成 功 的 应 用 ， 因此 它 还 处 于 试 验 阶 段，计划 以后在钻多底井 时都使用空心斜 向器。 结 论 下 5 0 8 r n m 导普 到 L g m ●4 4 4 5 mm 井艰 下 3 3 9 7 ram套管牡到 1 9 ,1 1 6 m 测漾 在 3 0 5 m虹 3’ ／ 3 04 m遗豁 年遗斜 3 I L 2 ra m井眼 下 L 7 7 g ram 村管到 8 3 9 4 2 m 套骨开窗也置从 g 8】】 B一 盯 2 7 m 以 3 4 ‘倒钻 2 L 5 9 mr a片眼判 9 4 5j m 下 2 4 4 5 ram 4 7 0 O襄臂 鞋到 L 0 O 99 7 m 1涮潭 真 蕲浑 9 5 3 4 l m 下 L 1 4 3 ram 村 甘到 L 0 45】 6 m 测椿 空心} } 向跨 件忸子 L 0 9 5 7 61 ] 0 4岳 0 m 测深 必 2 } 管 到I I 5 4 “m。 盯 u n、 一 真 潭1 I 6 5 3 m 图 3 最后 的井身剖面 图 1 ．已研制 出了只需下入一次的斜 向器，它具有实心斜向器的所有优 点，且易于连 通主井 眼和分支井眼 。 2 ．此斜 向器 已在各种井底钻具组合条件下进行了试验，而且对于钻井、完井及打 捞等任何作业都是成功的。 3 ．空心斜 向器的使用避 免了实心斜 向器回收 时所遇到的各种危险 ．因而进行多底 井钻井时更加有效，且保证了第二次所下斜向器必须和第一次回收的斜向器位置相同这 一 要求．戚少了多底井钻井过程中起 下钻次数．从而降低 了成本 。 4 ．对世界上第一 口海底用套管和满井眼注水泥井来说，空心斜 向器现场试验的成 功 具有 指导意 义 。 译 自 s P E3 9 3 6 7 收稿 日期 1 9 9 9 - 帕- 2 5 维普资讯