大位移井轨迹控制技术在番禺油气田中的应用.pdf

石油天然气学报2 0 1 2 年 3 月第3 4 卷第 3 期 J o u r n a l o f Oi l a n d Ga s T e c h n o l o g y Ma r ． 2 0 1 2 V o 1 ． 3 4 No 3 大位移 井轨迹控制技术在番 禺油气 田中的应 用 张伟国，韦红术 中海石油 中国有限公司深圳分公司 钻完井部， 广东深圳5 1 8 0 6 7 丁 赛军 斯 伦 贝 谢 中 国 海 洋 服 务 公司 ， 广 东深 } Jl J 5 1 8 0 6 8 王新刚 中海油服油田技术事业部深圳基地， 广东深圳5 1 8 0 6 7 ● 耿 淦 斯伦贝谢中国海洋服务公司， 广东深圳5 1 8 0 6 8 [ 摘要]从大位移井轨迹控制技术在番 禺油气 田中的应用 ，使用定 向井工程 软件计算 跟踪井 眼轨 迹，采用 ’ 旋 转导 向精确控制 井眼轨 迹，优选 井底 钻具 组合 和钻 头，优化水 力参 数和钻 井参数 以及使 用 随钻测 井工 具准确地分 辨地层 ，并在 实钻 结果上得 到 了验证 。 [ 关键 词] 定 向井工程软件；旋转导 向；钻具组合；优选 ；水力优化 ；随钻测井工具 ；地质导 向 i- 1 图分类号]TE 2 4 3 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 2 0 3 0 2 2 9 0 3 ． 如何有效地控制好大位移井的轨迹、满足地质要求 ，一直是大位移井钻井技术上的一个难点 番禺 气 田项 目总共 9口井，8口井的总井深超过 4 0 0 0 m，其 中 5口井 的总井深超过了 5 0 0 0 m。9口井 中的 5 口井的水垂 比超过 了 1 ． 5 ，其中一口井 A0 8 H井 的水垂比更是达到了2 ． 4 6 。根据番禺气田特点 ，有针对 性 地应用 了以下几 方 面的轨 迹控 制技术 。 井眼轨迹控制技术 1 ． 1 定 向井工 程软件 定向井工程软件除轨迹设计和跟踪基本功能外 ，最重要的是对井眼在钻进前和钻进过程中的摩阻和 水力参数进行计算 、优化和跟踪 ，从而为选择何种导向工具 如选用马达还是旋转导向工具提供理论 上的依据 。在实钻过程 中当环境发生变化时，类似地 区作业情况的参数会发生变化，从而产生与设计不 相符 的情况。如地层存在过多的硬夹层而导致滑动钻进时需增加钻压 ，而增加的钻压超过了设计时的钻 压 ；或者由于井眼不干净或其他原因导致井眼的摩擦系数高出设计时的摩擦系数等L 1 ] 。 根据计算 以及总体考虑可确定 3口井的 1 2 i n井段使用马达完成轨迹 的钻进和导 向工作 ，以番 禺 气田的第 1口 A2 h井 的 1 2 i n井眼为例，对现场实际钻井参数及作业过程的分 析 ， 肯定井眼实际的摩 擦系数高于设计时的摩擦 系数 ，而这种状况无法在短时间内得到改善 ，可通过使用旋转导向工具来避免 滑动钻进 ，同时也会起到改善井眼清洁状况 、提高井下作业安全的作用 。 1 ． 2 旋 转导 向工具 使用旋转导向工具可提高轨迹控制准确度 ， 提高作业效率、改善井下安全。旋转导向钻进打破了使 用马达导 向钻进时需要停止钻具转动的作业方式 ，电子控制技术的引人在非常大的程度上提高 了轨迹控 制的准确性 ，减轻 了定 向井工程师的劳动 ，为打水平位移更长的、深水钻井作业水域更复杂以及其他难 度更高的井作好了技术准备[ 2 ] 。 ．旋转导向有两种设计原理 推向式 P u s h t h e b i t 和指向示 P o i n t t h e b i t 。以这两种理论设计 出来并商业化的旋转导向工具在国内外油 田中都有使用，并且效果都非常好 。 [ 收稿日期]2 0 1 l 一 1 2 0 5 [ 作者简介]张伟国 1 9 7 9 一 ，男，2 0 0 2 年大学毕业，工程师，现主要从事海上钻完井技术方面的工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 *油气田开发工程 2 0 1 2 年3 月 推向式旋转导向力学原理当工具在 A点 图 1 主动地给地层施加一个向下的力时 ，那么地层则 会在相同的地方施加给工具一个反方向的力 ，即向上的推力 ，这个推力将直接作用在钻头上 ，导致钻头 向上切削，从而达到导向的目的。指向式旋转导向力学原理 当工具往前钻进时，由于钻头已偏离轴线 图 2 ，轨迹 自然 而然就朝 偏离 或弯 曲 的方 向前 进 ，从 而达 到导 向 的 目的。 图 1推向式旋 转导 向力学原理 图 2指向式 旋转导 向力学原理 番禺气 田项 目主要使用的是斯伦贝谢公司的旋转导 向工具 P o w e r D r i v e X 5 简称 P D X 5 ，在作业 过程 中也尝 试使 用 了其新一 代 旋 转 导 向工 具 P o we r Dr i v e Xc e e d ，前 者 以推 向式 为基 础 ，而后 者 以 指 向 式 为基础 。 旋转导向在大位移水平井中轨迹控制上的优势表现在 ①能在整个钻具旋转的情况下实施三维轨迹 控制 。②能提高轨迹控制的准确度和精确度 。旋转导向上有近钻头井斜 、方位传感器 ，离钻头的距离只 有 2 ． 3 ～3 ． 5 m，钻井过程中就相当于就知道了钻头处的井斜和方位值 ，提高了井斜控制的准确度 。③旋 转导向P D X5 上有近钻头伽马测量传感器，离钻头距离只有 2 m 左右 ，近距离的地层测井数据给地质师 判断地层变化 、调整井眼轨迹提供了非常大的帮助。④用旋转导 向工具钻出的井眼规则光滑，减少了岩 屑床，提高了测井数据的质量 ，降低 了下套管和固井时的风险。 1 ． 3 优 化钻 具组合 ，优 选钻 头 番 禺气 田轨迹 的主要 特点 如下 1 7 i n井段 完钻 时井斜 比设计 要 落后 2 ～ 4 。 ，1 2 i n井段 开 始 是大 段 的稳斜 ，稳 斜结束 后 以 1 ． 5 ～ 2 ． 5 。 ／ 3 0 m 的狗 腿 度 增斜 入 窗 ，8 i n井 段 一 开 始 就要 求 从 入 窗 井 斜 以 3 ． O 。 左右的狗腿度快速增到水平段的稳斜井斜 ；另外，在水平段地层钻进过程 中地质师会经常根据地质 的情况变化调整轨迹 ，快速增斜向上或降斜向下。 I ． 3 ． 1 优化 钻具 组合 。选择 合适 的工具 配备 化 基 于杠杆 力学 原理 ，对钻 具组 合进行 了下 述优 扶正器 | I 在 车间组 装 P D X5的时 候 ，选 择 外 径 最 大 的扶 正器 ，即欠 井眼 i n尺寸 。 2 增 加 一 个 柔 性 短 节 来 增 加 工 具 的 柔 韧 性 图 3 。另外也 通过 更换 测井 工具 来 增 强钻 具 的 柔 性 。开始计 划在 这个 井段使 用测 井工 具 GVR 8 ， 由 于 G VR8上带 有 一 个 欠 井 眼 i n的 扶 正 器 ，这 个 图 3钻具组合优化示意图 扶正 器增加 了钻 具 的刚性 ，限制 了下 面 的 P D X 5的有效 弯 曲 ，从而 减少 P D X5的造斜 能力 。 1 ． 3 ． 2优 选钻 头 P D X 5是推向式的旋转导向工具 ，这样就要求钻头有很强 的侧 向攻击性 。比较典型的布齿特征如 图 4所示 。而图 4 a 所示在保径上也布有切削齿的布齿方式是和 P D X5的工作方式最为匹配 的，在 需高狗腿的情况下推荐这种钻头。图 4 b 所示的布齿方式的钻头应用最为广泛 ，如果和 P D X 5一起 使用的话 ，那么保径就要尽量短，钻头的长度也要尽量短 。如图 5 所示 ，越短的钻头在钻进时，所形成 的轨迹曲率越小 ，狗腿度就越高。 - 在作业过程中 1 2 i n钻头 MS 1 9 6 4和 8 i n钻头 S T9 3 5 RS和 P D X5 配合起来都取得了很好的使用效果 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 4卷第 3 期 张伟 国等 大位移井轨迹控制技术在番禺油气 田中 的应 用 图 4 P D x 5旋转导 向布齿特征 图 5 钻头长短形成轨迹 曲率 1 ． 4 水力参数、钻井参数的调整与优化 番禺气田的 8 i n井段是水平段 ，地层主要是孔隙度非常好 、粒度非常细的松软砂岩 ，稍大 的排量 会直接冲蚀地层。为了在水平段的钻进 中获得轨迹控制要求 的狗腿度 ，水力参数的优化 、工具的配备和 钻 井参 数 的调整是 非 常重要 的 ] 。 1 选择和配备合适的 P D X5的工作排量 。正常工作情况下 P D X5要求巴掌 以下的压力降为 4 ． 1 3 ～ 5 ． 5 1 MP a ，如果想让巴掌的橡胶密封有更长的工作时间，最好是控制压力在 4 ． 8 2 MP a以下。 2 选择合适的钻头水眼和 P D X5限流器的水眼。钻头的过流面积确定为 1 ． 4 1 7 i n ，限流器水眼选 择 2 8 ／ 3 2 i n 。整个 8 i n井段的作业表明这是一对黄金组合 ，不仅很好地满 足了携带岩屑和清洗钻头的 需要，同时也最大程度地减少了对地层 的冲刷 ，减少 了对工具造斜率 的影响。 3 选择合适的排量。作业 开始阶段使用 2 3 6 3 ． 9 2 ～2 4 0 9 ． 3 8 L ／ mi n的排量 ，后来使用 2 2 7 3 ． 0 0 ～ 2 3 1 8 ． 4 6 L ／ mi n的排量 。原 因在 于 ，一 是后 来 的这个 排量 完全 满 足 携带 岩 屑要 求 ，二 是 这个 排 量 在钻 遇 特别软的地层 的时候对地层的冲刷相对较小 ，定 向井工程师有相对较多的时间来作出工具和轨迹调整的 反 应 。 ． 4 遇到受水力冲刷影响大的特别软的地层 ，降低排量到工具的最低正常工作排量、降低钻具转速、 加 大钻 压钻进 ，在 钻完 一个 立柱后 加 长循环 划 眼的 时间来 充分 带砂 、清 洁井 眼 。 在实施这些优化调整措施后狗腿度有了非常大的提高 ，并且在后面的几 口井的钻进过程中保持了非 常稳 定 的狗腿 度 能力 。 1 ． 5 随钻测 井工 具 的使用 使用随钻测井工具准确分辨地层 ，可以更有效地进行地质导向和井眼轨迹控制 。在接近产层和在产 层中钻进时 ，轨迹控制是为了满足地质上钻遇更多油气层 ，开采更多油气资源 。产层段的轨迹控制应该 被称之为地质导向，而油气资源的多与少、好与坏则取决于地质导向技术 的发展程度。地质导向技术可 通过对随钻测井数据的提取与分析，然后再与油藏软件相结合 ，就可以实时地生成地层测井图像。番禺 气 田项 目 1 2 i n和 8 i n井段都使用 了近钻头伽马、电阻率和伽马、中子孔隙度和密度随钻测井技术 ， 某些井甚至使用了声波测井技术 ，为更清楚地辨别地层起到了不可替代的作用 。 2 结 论 1 使用定向井工程软件计算跟踪井眼轨迹 ，采用旋转导向精确控制井眼轨迹。 2 优选井底钻具组合和钻头 ，优化水力参数和钻井参数以及使用 随钻测井工具 以准确地分辨地层。 [ 参考文献] [ 1 ]狄 富春，吕建云 ，赵立文 ，等 ． 提高薄油层水平井油层 钻遇率的技术研究 [ J ]．石油钻探技术 ，2 0 0 8，3 6 2 2 5 2 7 ． [ 2 ]苏 义脑 ．井下控制工程学研究进展 [ M]．北京石油 工业 出版社 ，1 9 8 7 ． [ 3 ]陈庭根 ．钻井工程理论与技术 [ M]．山东 石 油大学 出版社 ，2 0 0 0 ． [ 编辑] 萧雨 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m