文23-6J平行救援井钻井技术.pdf

第 36 卷 第 4 期 2014 年 7 月 石 油 钻 采 工 艺 OIL DRILLING trajectory control; distance correction by magnetic measurement; magnetic flux; MWD; while drilling gyro; oriented perforating. 作者简介  熊腊生， 1965年生。 现任中国石油华北油田分公司副总工程师， 教授级高级工程师。 通讯作者李振选， 电话0317-2780242。 E-mailzyy_lzx。 文 23 气藏属于枯竭气藏， 因其盖层厚、 埋深浅 而成为储气库优选气藏。 文 23-6X 井（以下均简称老井） 是该区块上的一 口工程报废井， 因其钻穿了气藏上面的盖层， 损害了 盖层密封性， 封堵老井关系到文23储气库能否建库。 华北油田公司于 2010 年对老井从上部进行修复， 历 时 4 个月， 经过 5 次打塞， 在不同的方位上侧钻 6 个 井眼， 寻找找鱼头均未成功。2013 年 4 月重新开始 对老井的封堵工作进行调研和技术论证， 在国内首 次引进英国科学钻井公司（SDI） 先进的磁测量距离 修正技术， 实施钻平行救援井文 23-6J（以下均 简称救援井） 方案， 从落鱼底部连通老井， 力争贯通 23熊腊生等文 23-6J 平行救援井钻井技术 老井至井底， 然后挤注水泥对老井实施封堵。 1 老井事故情况 老井是该区块上的一口开发， 目的层为石炭 二叠系。设计井深 2 946 m（垂深 2 820 m） ， 2005 年 3 月 6 日钻至井深 2 704.52 m（石－二叠系） 发生井 漏， 强行起钻4柱时又发生地层垮塌， 致使钻具卡死， 爆炸松扣起出钻杆 28 根， 后用反扣钻具倒出钻杆 2 根， 预计鱼顶位置在 284.53 m， 鱼底在 2 584.2 m。落 鱼结构215.9 mm 钻头 172 mm1 单弯马达 158.75 mm 无磁钻铤 1 根 165 mm 螺旋钻铤 2 根 4A1410 接头 127 mm 加重钻杆 8 柱 127 mm 钻杆， 落鱼总长 2 299.67 m。 2 磁测量距离修正技术 磁测量距离修正技术是磁通量测量和距离修正 2 项技术的综合应用。磁通量数据可以使用高精度 的 MWD 仪器测得， 经与本地正常磁场磁通量数据 对比， 确定磁干扰的大小。距离修正需要由大量的 实验数据建立起的磁干扰与方位、 距离相对应的数 据库为基础， 通过软件聚类分析来完成。SDI 公司建 立了庞大的距离修正样本数据库， 研发了 MagTrac 软件， 组建起数据处理中心， 形成了其独有的磁测量 距离修正技术。 本地正常磁场磁通量数据可以利用井口坐标、 地磁模型通过软件计算得到， 同时也可以利用 MWD 或电子多点工具在井场附近的无磁环境下实际测得。 钻具本身具有的磁性， 会对井下附近的地磁场 产生干扰， 并且钻具接箍处的磁干扰较本体高 （图1） ， 通过 MWD 测得的三轴磁通量数据（Bx、 By、 Bz）可 以计算得到测量点的总磁通量数据， 通过与本地正 常磁通量对比判断有无磁干扰及磁干扰的大小。 图 1 落鱼钻具磁通量图 现场施工中， 在钻具组合中同时接入 MWD、 随 钻陀螺测量仪器。MWD 工具实时测量井下磁场数 据， 实时传回数据中心， 数据解释工程师根据磁场数 据的变化确定距离修正井段， 现场起钻更换近钻头 测量钻具组合对距离修正井段进行磁通量、 实钻井 眼轨迹数据的加密测量， 数据中心分析、 处理数据后 得到当前井深处磁干扰（落鱼钻具） 的相对方位和距 离（图 2） ， 现场定向工程师根据该解释结果， 利用随 钻陀螺仪控制救援井轨迹向前钻进， 直到连通老井。 图 2 磁测距结果表面截图 3 救援井施工难点 救援井采用的是三开井身结构， 而老井是二开 井身结构， 两者在钻具组合、 钻头选型、 钻井参数及 造斜率要求上均不同。为达到与老井完全贯通， 救 援井在三开阶段进行了多次侧钻作业， 从而使救援 井的施工具有诸多难点。 （1）事故井轨迹偏差大。老井的测斜数据由中 上部井眼的电子多点数据和下部井眼的电子单点数 据组成， 数据点间距不统一， 最后两测点的间距为 63 m， 因此井斜数据计算的井眼轨迹误差较大。 （2） 平行轨迹控制困难。救援井二开为 311.15 mm 井眼且全部使用牙轮钻头钻进， 而老井二开为 215.9 mm 井眼且全部使用 PDC 钻头钻进， 因井眼 尺寸、 钻头类型不同， 且查不到老井当年定向滑动记 录， 使救援井平行于老井钻进很困难。 （3） 完全贯通老井困难。钻过老井落鱼底部后， 由于失去了落鱼钻具的磁干扰， 且老井落鱼底部只 有两个点的井斜和方位数据， 不能确定救援井与老 井的相对位置， 很难控制轨迹顺利切入老井。 （4） 井眼间夹壁墙失稳坍塌。为实现救援井连通 并贯通老井到井底， 先后进行了 4 次侧钻， 钻成 5 个 井眼， 每个井眼都在老井眼附近， 所钻井眼之间、 与 老井之间的夹壁墙壁均很薄， 易失稳坍塌， 造成井下 阻、 卡。 （5） 钻井液排量受限。钻井过程中为保证泥浆脉 冲器不被冲蚀且稳定传输信号， 钻井液排量限制在 1.5 m3/min 左右， 影响了环空携岩、 螺杆使用和钻速 石油钻采工艺 2014 年 7 月（第 36 卷） 第 4 期24 提高。 （6） 磁测量距离修正耗时。马达定向钻具组合中 的测量仪器距离钻头 1215 m， 做近钻头距离修正 时， 需要起钻更换近钻头测量钻具组合（仪器距钻 头 3 m 左右） ；距离修正测量井段多为 68 m， 测点 间距 0.25 m， 每点用时 8 min 左右， 2 h 等待解释修 正结果， 每完成一次距离修正需要 16 h 左右。 （7） 侧钻作业难度高。 救援井三开井段侧钻4次， 2 次打水泥塞侧钻， 2 次悬空侧钻；为了保证侧钻成 功， 均执行悬空侧钻程序， 划槽、 造台阶、 控时钻进， 每一环节都需要司钻的耐心、 精细操作， 完成一次侧 钻需要 3648 h。 （8） 固井质量难保证。救援井三开所钻的 5 个井 眼为了达到贯通老井的目的， 都在与老井贴近的井 段进行了大弯角马达（最大 2.25 ） 、 不同方位的控 时拉划， 导致下部井段井径扩大， 致使固井质量难以 保证。 （9） 射孔挤水泥封堵难度大。救援井所钻的 5 个 井眼实现了 2 次碰鱼、 3 次与老井眼交叉， 在没有一 直沿着老井贯通到井底情况下， 实施射孔挤水泥封 堵， 若采用常规射孔弹及 360 螺旋布弹方式， 与老井 连通的可能性小， 挤水泥封堵老井会有很大难度。 4 平行救援井关键技术 4.1 井身结构和井眼轨迹优化技术 救援井与老井位于同一井场， 井口位于老井井 口西 5 m、 南 23 m。考虑老井二开发生过下部地层 漏失、 上部地层坍塌因素， 救援井设计为三开井身结 构（图 3） 。 图 3 救援井实钻井身结构 一 开 444.5 mm 井 眼， 339.7 mm 套 管 下 至 502.94 m， 封固平原组松软地层， 保护浅层民用水， 最 大井斜控制在 1 以内， 为二开轨迹控制奠定基础。 二开 311.15 mm 井眼， 244.47 mm 套管下至 2 499.1 m， 封固上部易坍塌地层， 同时控制轨迹平行 于老井（由上部 68 m 逐步缩小到下部 2 m 左右） ， 为三开安全、 后续切入老井眼做准备。 三开 215.9 mm井眼， 139.7 mm尾管下至2 681 m， 井段长 181 m， 在本井段要实现贯通老井， 若不能 成功， 则进行侧钻作业， 考虑施工周期较长， 井下地 层及夹壁墙易坍塌造成井下复杂， 在满足轨迹控制 的前提下， 三开井段宜短不宜长。 4.2 轨迹控制技术 一开井段， 加密井斜监测， 在发现地层有增斜趋 势时， 及时采用轻压吊打措施， 控制最大井斜在 0.6 以内， 达到了不大于 1 的设计目标。 二开井段， 由 SDI 公司提供定向井测量和轨迹 控制服务， 因救援井是该地区首次在 311.15 mm 井 眼中造斜， 203.2 mm 马达的造斜率没有参考， 采取 了提前 50 m 开始造斜和使用较大弯角（1.5 ） 的马 达， 以保证平行老井眼。按设计钻至井深 561.87 m 时， 检测到落鱼钻具磁干扰， 经距离修正测量， 解释 距离落鱼 3.1 m；之后根据干扰信号进行距离修正， 保持与老井眼基本平行钻进至设计井深 2 500 m。 二开井段轨迹控制平滑， 电测一次成功， 下套管顺利。 三开井段， 为防止夹壁墙坍塌可能造成的井下 复杂， 依据距离修正解释结果， 控制井眼轨迹从老井 眼上部逐渐切入老井眼， 按照此策略第 1 支井眼在 2 616.562 619.2 m 与老井眼交叉， 段长 2.64 m；第 2 支井眼在 2 587.34 m 碰鱼， 确定鱼底在 2 587.6 m； 利用鱼底的精确坐标对老井眼轨迹进行平移矫正， 指导下部轨迹控制；在鱼底以下缺失磁干扰， 不能 再使用磁测量距离修正技术， 以修正的老井眼轨迹 为目标， 控制第 5 支井眼在 2 587.5 m 再次碰鱼， 在 2 5732 584 m、 2 6662 668 m 贴近、 连通老井眼， 整 个井段与老井眼距离都不大于 1.5 m（图 4） ， 为后期 射孔挤水泥封堵奠定了基础。 图 4 救援井与老井活动圆柱图 4.3 旋转固井技术 本井三开井段为了贴近、 连通老井眼， 存在多井 25熊腊生等文 23-6J 平行救援井钻井技术 段全角变化率大、 井眼扩径大问题， 同时井眼间薄的 夹壁墙易坍塌， 限制了固井清洗液用量及注替排量， 为了保证固井质量， 在华北油田首次使用了威德福 的旋转固井技术， 引进了旋转水泥头、 PHR 型可旋转 尾管悬挂器， 在套管柱中加入轴向、 径向减阻减摩扶 正器和钢性螺旋扶正器。尾管坐挂到位后， 在水泥 浆注替过程中始终保持顶驱 10 r/min 转速， 最终固 井质量优良。 4.4 定方位复合射孔技术 该技术综合了陀螺测量、 磁定位、 伽玛校深和复 合聚能射孔技术， 射孔深度可以达到 2.5 m 左右， 以 老井眼与救援井眼的相对方位为基准， 在 60 的扇 区（120 相位角） 内射孔， 射孔段两井眼中心距离均 小于 1 m， 从而达到了救援井与老井的有效连通， 为 挤水泥封堵老井奠定了坚实的基础。 5 认识 （1） 综合运用先进的磁测量距离修正技术、 旋转 固井技术、 定方位复合射孔技术， 保证了救援井对老 井的成功封堵， 实现了文 23 气藏储气库建库目标。 （2） 磁测量距离修正技术与近钻头测量技术（近 钻头测量马达、 旋转导向工具） 联合使用， 在避免频 繁起下钻的情况下， 获得近钻头处与老井眼的距离、 方位数据， 达到轨迹精确控制。 （3） 使用电子多点、 电测连斜测量井眼轨迹及磁 通量数据， 与外方的 MWD、 随钻陀螺测量的数据进 行对比， 井斜、 方位数据一致， 磁通量变化趋势吻合， 为国内开展磁测量距离修正技术研究奠定了基础。 （4） 利用目前高精度 MWD 仪器进行磁通量准 确测量， 在此基础上进行大量的实验， 建立起庞大的 样本数据库和聚类分析软件， 从而掌握磁测量距离 修正技术。 参考文献 ［1］ 刘忠飞， 何世明， 全家正， 等 . 川西首口页岩气水平井钻 井技术［J］. 石油钻采工艺， 2014， 36 （1） 18-21. ［2］ 孙振纯， 许岱文 . 国内外水平井钻井技术现状初探 ［J］ . 石油钻采工艺， 1997， 21 （4） 6-12. ［3］ 张凯 . 大庆垣平 1 大位移井的钻井技术［J］. 石油钻 采工艺， 2014， 36 （1） 26-28. ［4］ 刁斌斌， 高德利， 吴志永 . 双水平井导向钻井磁测距计 算方法［J］. 中国石油大学学报自然科学版， 2011， 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