ZH8ES-H5大位移水平井钻井技术.pdf

第 3 1 卷 第 3期 2 0 0 9年 6月 石 油 钻 采 工 艺 OI L DRI L LI NG PR0DUCT1 0N TECHN0L0GY V0 1 ． 31 No ． 3 J u n ．2 0 0 9 文章编号 1 0 0 07 3 9 3 2 0 0 9 0 3 0 0 1 4 0 4 Z H8 Es H5 大位 移水 平井钻 井技术 冯光彬 1 ． 大港油田公 司井筒工程处 ， 天津 3 ． 渤海钻探 工程公 司科技处 ， 天津 唐世忠 蔺玉水 王 宇 3 0 0 2 8 0 ； 2 ． 大港油 田公 司采油工艺研 究院， 天津3 0 0 2 8 0 3 0 0 2 8 0 ； 4 ． 大港油 田公司原油集输公 司， 天津3 0 0 2 8 0 摘要 大港 油田滩海地 区 2 0 0 7 年 进入 实质性开发 ， 受地面条件的 限制 ， 为 实现滩海油 田少井高产 、 高效开发 ，采 用 了人 工 端岛丛式井为主的海油陆采方式， 近两年来打出了诸多高水平的大位移水平井 最高位移垂深比3 ． 9 2 。文中介绍了Z H 8 E s ． H5 大位移水平井实施过程中井身结构和井眼轨迹优化、 摩阻扭矩预测与控制、 井眼轨迹精确控制、 保持井壁稳定及井眼清洁、 大井 斜长稳斜井段套管下入、 环空E C D监测、 井眼防碰、 优质钻井液应用等多项先进技术或措施， 对大位移水平井的设计、 施工具有 较高的借鉴意义。 关键词大港油田；大位移水平井 ； 钻井；轨迹控制； 摩阻扭矩 中图分类号 T E 2 4 3 文献标识码 A Dr i l l i n g t e c h no l o g y f o r Zhu a ng h a i 8 Es - H5 e x t e nde d r e a c h h o r i z o n t a l we l l F E N G G u a n g b i n ， T A N G S h i z h 0 n g ， L I N Y u s h u w G 1 ． W e l l b o r e E n g i n e e r i n g De p a r t m e n t ， P e t r o C h i n a Da g a n g O i lfie l d C o m p a n y ， T i a n j i n 3 0 0 2 8 0 ， C h i n a ； 2 ． Da g a n g Oi 批 l dOil P r o d u c t i o n T e c h n o l o g yI n s t i t u t e ， T i a n j i n 3 0 0 2 8 0 ， Ch i n a ； 3 ． S c i e n c e ＆ T e c h n o l o g y De p a r t me n t o f B o h a i Dr i l l i n g E n g i n e e r i n g C o ． ， L t d ． ， T i a n j i n 3 0 0 2 8 0 ， C h i n a ； 4 ． C r u d eO i l G a t h e r i n ga n dT r a n sf e r r i n gC o m p a n y ， P e t r o C h i n aDa g a n gO i tile C o m p a n y ， 7 a n j i n 3 0 0 2 8 0 ， C h i n a Abs t r ac t The be a c h o f Da ga ng Oi l fie l d ha s e n t e r e d i nt o a s ub s t a n t i a l s t a ge of de v e l o p m e nt s i n c e 2 00 7 ．B e i n g s u b j e c t t o s u r f a c e c o n d i t i o n s ， t h e d r i l l i n g - c l u s t e r - we l l s o n -a r t i fi c i a l - i s l a n d me t h o d i s a d o p t e d t o d e v e l o p s h a l l o w- wa t e r o i l fi e l d i n o r d e r t o a c h i e v e h i g h e ffic i e n c y e x p l o i t a t i o n ． Du r i n g t h e r e c e n t t wo y e a r s ， a l o t o f a d v a n c e d e x t e n d e d- r e a c h h o ri z o n t a l we l l s h a v e b e e n d r i l l e d t h e ma x i mu m r a t i o o f d i s p l a c e me n t t o v e r t i c a l d e p t h i s 3 ． 9 2 ． T a k i n g Z h u a n g h a i 8 E s H 5 we l l a s a n e x a m p l e ， t h e a d v a n c e d t e c h n i q u e s a n d me a s u r e s t a k e n i n t h e p l a n n i n g a n d d ril l i n g p h a s e s a r e i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r , i n c l u d i n g o p t i mi z a t i o n o f we l l s t r u c t u r e an d we l l p a t h ， p r e d i c t i o n a n d c o n t r o l o f t o r q u e a n d d r a g ， a c c ura t e c o n tr o l o f we l l tr a j e c t o r y , h o l e s t a b i l i z i n g a n d c l e a n i n g ， r u n n i n g c a s i n g i n l o n g h o l d s e c t i o n wi t h b i g i n c l i n a t i o n ， mo n i t o ri n g o f E C D e q u i v a l e n t c i r c u l a t i n g d e n s i t y i n a n n u l u s ， h o l e a n t i c o l l i s i o n ， a p p l i c a t i o n o f h i g h q u a l i ty d ri l l i n g fl u i d ． T h e s e t e c h n i q u e s o f f e r s i g n i fi c a n t r e f e r e n c e f o r p l a n n i n g a n d d ril l i n g o f e x t e n d e d- r e a c h h o riz o n t a l we l l s ． Ke y w o r d s Da g a n g Oi l fi e l d ； e x t e n d e d r e a c h h o r i z o n tal we l l ； d r i l l i n g ； t r a j e c t o ry c o n tr o l ； t o r q u e a n d d r a g Z H 8 E s ． H 5 井位于大港油田滩海关家堡开发区 庄海 8背斜庄 海 8井 区， 该 区发育沙河 街组 、 东 营 组、 馆陶组和明化镇组 4 套含油目的层， 其中明上段 主要为砂泥岩互层段 ， 明下段为泥岩 、 砂质 泥岩夹 粉细砂岩、 细砂岩、 萤光细砂岩， 馆陶组为浅灰色砂 砾岩 、 含砾粗砂岩、 砂岩与紫红色泥岩不等厚互层 ， 中下部见薄层火成岩 ， 沙河街组为灰色 、 深灰色泥岩 与粉砂岩 、 细砂 岩、 灰 白色萤光细砂岩 、 泥岩互层。 作者简介 冯光彬， 1 9 7 7 年生。2 0 0 0年毕业于中国石油大学石油工程专业， 现从事钻井技术管理工作。电话 0 2 2 2 5 9 2 2 2 6 4 ， E ma i l f e n g g b 1 9 7 7 s i n a ． c o m。 冯光彬等 Z H8 E s ． H 5大位移水平井钻井技术 l 5 Z H 8 E s ． H 5井 目的层为沙河街组。 l 钻完井技术难点 Te c h n i c a l d i f fi c u l t i e s i n d r i l l i n g a n d c o mp l t i o n 1 ． 1 井眼轨迹及并身结构 We l l t r a j e c t o r y a n d we l l s t r u c t u r e 长稳斜段钻进 ， 由于钻具组合和地层的原 因会 导致井斜角控制难度大， 再加之钻头旋转的原因， 容 易产生方位漂移。 电潜泵采油下人段对狗腿度要求高， 井眼轨迹 要求平滑度高 ， 使井眼轨迹控制难度大。 摩阻和扭矩是大位移井水平位移延伸程度的主 要限制因素， 大位移井突出特点是水平位移大， 井斜 角大， 从而导致钻柱和套管在井眼内摩阻和扭矩大， 大位移井井眼轨迹优化是减少摩阻和扭矩 的主要途 径之一 。 大位移水平井的井身结构设计需要考虑地质要 求 、 地层岩性 、 裸眼长度 、 地层压力系数 、 E C D当量钻 井液密度及完井方式等因素 ， 井身结构是大位移井 能否成功实施的关键。 1 ． 2 摩阻和扭矩 T o r qu e a ndd r a g 由于稳斜段长 、 井斜角大， 重力效应突出， 上提、 下放钻具的阻力增加 ， 钻进加压 困难 ；钻柱摩擦阻 力大、 扭矩大 ， 下部钻具易屈曲， 传递扭矩困难。 1 ． 3 长裸眼段 Lo n g o 0 e n h o l e 大位移井套管需下入长裸眼段的大斜度井段 ， 深度较大， 在庄海 8 井 区大位移井钻井中以 0 2 4 4 ． 5 m m套管下入最为困难 ， 在正常下入过程 中由于摩阻 较大， 下部套管段可能会产生屈 曲变形 ， 使套管下入 难度大， 甚至难以下到预定深度。该井稳斜段较长， 井斜角更大。 1 ． 4 井壁稳定及井眼净化 Ho l e s t a bil i z i n g a nd c l e a n i n g 该地区油藏埋藏浅， 造斜点浅， 地层较软， 所钻 大位移水平井深深， 钻井周期长在大斜度井段易发 生井壁失稳 ， 可能导致垮塌。大位移井水平位移大 ， 井眼清洁 、 携砂 困难， 若井眼尺寸较大， 钻井液返速 低， 造成岩屑沉积 ， 易形成岩屑床 ， 对钻井液性 能要 求及工程参数匹配要求高。由于该井斜深较深， 控 制 E C D的变化也是要解决的问题。 2 井眼剖面与井身结构优化设计 Opt a l d e s i g n o f we l l b o r e s fio n a n d we l l s t r uc t ur e 2 ． 1 井眼剖面 W e 1 1 bo r e s e c tio n 剖面设计原则 越简单越好；造斜点选择原则 造斜点与井口相邻井上下错开； 造斜率选择原则 造斜率不要过大 ， 第 1 造斜率控制在 4 。 ／ 3 0 1T I 以 下 ， 第 2造斜率最高不能超过 5 。 ／ 3 0 m。如防碰需 要或特殊井型 ， 则适当调整造斜率大小。 2 ． 2 井身结构 W e Ⅱs t r u t t I l r e 经过优化采用三开井身结构 一开采用 0 4 4 4 ． 5 mm钻头， 下 0 3 3 9 ． 7 mm表层套管封 固平原组地层； 二开采用 O 3 l 1 ． 1 mm 钻头 ， 下 02 4 4 ． 5 mm 中间套管 封固易坍塌泥岩地层 ， 并封至入窗点 ， 利于下部水平 段实施油层专打；三开采用 0 2 1 5 ． 9 mm 钻头 ， 悬挂 O1 7 7 ． 8 mm筛管后下电泵完井。 3 实钻概况 Th e g e n e r a l s i t u a ti o n o f d r i l l i n g 3 ． 1 钻具组合 Do o l e a s mb l y 一 开钻具组合 0 ～ 1 5 0 4 m 0 4 4 4 ． 5 mm牙轮 0 ． 4 2 m O 2 4 5 m m 马达 9 ． 5 5 m O1 9 4 mm短无 磁 钻 铤 x 2 ． 9 5 m O2 0 9 mmMWD X 8 ．4 9 m 6 2 1 ／ 6 3 0 0 ． 8 4 m O1 9 4 mm无磁钻铤 x 8 ． 6 2 m 6 3 1 ／ 5 2 0 X 1 ． 1 2 m 1 3 9 ． 7 m m 钻杆。 二开钻具组合 1 5 0 5 ～ 3 2 8 0 m 0 3 1 1 ． 1 mmP D C X 0 ． 4 2 m O2 4 5 mm马达 x 8 ． 6 5 m 0 2 0 3 mm短无 磁 钻 铤 2 ． 5 6 m O 2 4 4 ． 5 mmL WD1 2 ． 4 5 m O 2 0 3 m m无磁钻铤 x 9 ．4 5 m O1 7 1 mm无磁抗压钻杆 x 9 ． 4 1 m 6 3 1 ／ 5 2 00 ． 9 2 I l l 1 3 9 ． 7 mm钻杆。 二 开钻具组合 3 2 8 1 4 8 7 3 m 03 1 1 ． 1 mmP DC X 0 ． 2 2 m O 2 4 1 ． 8 8 mm旋转导向仪 x 6 ． 1 4 m O 2 4 4 ． 5 m m L WD 串 1 1 ．8 m 0 2 0 3 m m短 无磁 钻铤 2 ．5 6 m O1 7 1 mm无 磁 抗 压 钻 杆 x 9 ． 4 1 m 6 3 1 ／ 5 2 0 1 ． 1 4 m O1 3 9 ． 7 m m钻杆。 三 开钻 具 组 合 4 8 7 4 ～5 5 3 6 m 2 1 5 ． 9 mmP D C0 ． 1 9 m O 2 1 1 ． 1 4 mm旋 转 导 向 仪 x 4 ． 6 4 m 2 1 1 ． 1 4 mmL WD 串 9 ． 0 9 m O1 6 3 m m 浮 阀 0 ． 9 2 I n O1 2 7 mm无磁抗压钻杆 x 1 8 ． 9 m O1 2 7 l 6 石油钻采工艺 2 0 0 9年 6月 第 3 1 卷 第 3期 n l i n钻杆 1 0 1 3 ． 2 9 m 4 1 1 ／ 5 2 01 ． 1 4 m O1 3 9 ． 7 mm 钻杆 。 3 ．2 钻井参数 Dr i l l i n g p a r a me t e r s 钻 压 3 0 2 0 0 k N，转 速 8 0 - - 1 3 0 r ／ mi n 马 达 0 3 2 8 0 m 、 8 0 1 5 0 r ／ rai n 3 2 8 1 ～ 5 5 3 6 m 大排量 6 0 L ／ S 以上， 泵压 1 0 ---2 5 k ,l P a ， 使用高抑制性水基钻井液。 3 ． 3 关键数据或指标 K e y da t a o r i n de x 造斜 点深度 1 8 0 m， 完钻斜深 5 5 3 6 m， 完钻 垂 深 1 5 3 6 ． 9 9 m， 水 平 段 延 伸 长 度 6 6 3 m， 闭 合 位 移 4 8 4 1 ． 6 1 m， 位移垂深 比 3 ． 1 5 ， 最大井斜角 9 0 ． 4 4 。 ， 最 大全角变化率 4 ． 7 5 。 ／ 3 0 m， 钻井周期 2 9 ． 5 d ， 平均机 械钻速 3 7 ． 3 4 m／ h 。 4 实钻过程应用的主要技术措施 Ma j o r t e c h n i q u e s o r me a s u r e s a p p l i e d t o dr i l l i n g p r o c e s s 4 ． 1 井眼轨迹控制 T e c h n i q u e s f o r w e l l t r a j ect o r y c o n t r o l 1 在 04 4 4 ． 5Ⅱ u n全井段及 3 1 1 ． 1 r l l m井眼上 部井段采用常规的导向马达 MWD工具 。大排量 配合调整适当的钻压和转速 ， 达到微调井斜的 目的。 避开硬夹层， 选择可钻性好的层位， 间断采用滑动钻 进短井段， 勤调整 、 小调整 ， 实施对井眼轨迹的控制。 尽量增加旋转钻进井段 ， 既控制好井眼轨迹又保持 相对高钻速。 2 03 1 1 ． 1 mm井 眼下部井段 及 O 2 1 5 ． 9 mm井 眼使用旋转导 向系统钻进。在大位移水平井滑动定 向模式中， 利用常规导向马达纠斜或扭方位 时， 钻柱 与井壁摩擦产生的轴向摩阻会产生严重托压现象 ； 在 03 1 1 ． 1 mm井眼下部井段及 02 1 5 ． 9 mm井 眼采 用旋转导 向钻井系统 ， 由于井下工具一直处 于旋转 状态， 可根据钻进过程中自然降斜情况随时调整， 可 实现精确控制井眼轨迹， 实现动态地质中靶及水平 段穿越。 4 ． 2 摩阻一扭矩控制 T o r q u e a n d d r a g c o n t r o l t ech n i q u e s 大位移井水平位移大、 井斜角大等突出特点导 致钻柱和套管在井眼内摩阻和扭矩大， 进而作为主 要因素限制了大位移井水平位移的延伸， Z H 8 E s H 5 井采取的降摩阻措施有 1 优化井身剖面， 尽可能减少过大的全角变化 率 ， 一般控制小于 5 o ／ 3 0m。 2 优化井下管柱结构设计 ， 使管柱受力分布合 理， 尽量避免螺旋屈曲。 3 采用具有良 好润滑性的钻井液体系降低摩阻 系数 ， 在钻井液中加入高效润滑剂是该井降低摩阻 和扭矩的主要措施。 4 精确控制井眼轨迹 ， 保证井眼光滑， 减少管柱 弯曲阻力。 5 使用减扭接头等专 门的降摩减扭工具 。 4 ． 3防碰 An ti- c o l l i s i o n me t h o ds 1 垂直井段及造斜初始井段与多 口邻井距离非 常近 ， 钻进 时必须轻压吊打 ， 严格控制钻速 ， 确保垂 直井段质量 ； 2 施工时密切观察 ， 发现异常立即停钻检查 ， 首 先考虑是否与邻井相碰， 防止钻穿邻井套管； 3 由于设计井与邻井距离非常近 ， 为避免磁干 扰 ， 必须采用陀螺测斜仪定向， 待井眼钻 出磁干扰 区 域后 ， 再采用导 向马达和 MWD钻进 ； 4 从开钻即开始录井 ， 并加密砂样录取 ， 密切观 察是否有铁屑返出， 以便及时发现是否与邻井套 管 相碰。 4 ． 4 大位移井套管下入 Ca s i n g r u nni ng t e c hn i que s f o r e xt e n de d - r e ac h we l l s 大 位 移 井 钻 井 的关 键 工 序 之 一 是 大 斜 度、 长稳 斜井 眼 内套 管 的下人 问题。通过 软件预测 ， Z H8 E s ． H 5 井 0 2 4 4 ． 5 m lT l 套管下人长稳斜井段后， 摩阻变大， 大钩载荷会随下入深度的增加而迅速减 少 ， 甚至产生负载荷 ， 套管下入难度很大。该井技术 套管下人应用的主要技术有 1 下套管前通井至井底后加入适量高效润滑剂 提高钻井液润滑性能。 2 套管外加滚轮扶正器 。裸眼段套管下入结束 后， 在上层套管内下套管时每根套管加 1 个滚轮扶 正器， 以减小造斜段由于全角变化率大产生的侧向 力 ， 降低管内摩阻。 3 02 4 4 ． 5 m m 套管下人 时采用 漂浮下套管技 术。即浮箍与漂浮接箍之间的套管下人过程中不灌 钻井液， 漂浮接箍之上套管下人时正常灌钻井液。 由于漂浮接箍以下套管内充填空气 重量可以忽略 ， 减少了常规下套管时相同体积钻井液对井壁的压 力 ， 有利于套管的顺利下入。 冯光彬等 Z H8 E s ． H5大位移水平井钻井技术 1 7 4 ． 5 井壁稳定技术 Ho l e s t a b i l i z i n g t e c h ni q u e s Z H8 E s ． H 5井裸眼段井斜大 8 0 。 左右 、 稳斜段长 3 3 6 8 m 、 井眼尺寸大， 井壁受地层地应力影响稳定性 很差 ， 容易发生井塌， 进而导致卡钻 、 断钻具、 埋仪器 等事故。该井主要采取以下措施提高井壁稳定性 1 使用具有较强抑制性的钻井液， 通过保持钻 井液中适量的抑制剂 、 防塌剂 、 降失水剂等加强钻井 液的防塌性 ， 降低滤失量 ， 改善泥壁质量 ， 提高井壁 稳定性。 2 选择合适的钻井液密度， 克服力学因素造成 的井壁失稳。 3 提高钻井速度 ， 减少裸眼浸泡时间。 4 ． 6 井眼清洁技术 Ho l e c l e a ni ng t e c h n i q u e s 大位移水平井钻井过程 中， 环空岩屑浓度高、 大 井斜 、 钻具与井眼偏心 ， 岩屑运移速度及方向有所改 变， 岩屑床的形成机率大大提高， 该井主要采取以下 措施提高井眼清洁度。 1 选择合适直径的钻杆提高环空返速。 2 选择优质钻井液体系， 确保环空携岩能力。 3 大排量钻进提高钻井液携砂净化能力， 减少 岩屑床的形成。 4 钻进中保证尽量多的高旋转时间， 提高辅助 携岩能力。 5 每钻完 1 个立柱 ， 坚持倒划眼 1 次 ；全井起 钻时都要进行高转速下的倒划眼作业 。 4 ． 7 当量循环密度 E C D 控制技术 ECD c o n t r o l t e c h n i qu e s 在大位移钻井过程中， 随着水平位移的增加， 环空压耗不断增大 ， 环空压耗加上井底液柱压力大 于地层破裂压力时就会发生井漏 ， 给正常施工作业 带来难度 。该井设计斜 深 5 3 4 5 m， 设 计垂深 l 5 3 4 m， 预测地层压力系数只有 0 ． 9 8 ， 破裂压力系数仅为 1 ． 4 4 ， 实钻中控制 E C D方法有 1 随时监测 E C D变化。 2 尽量采用低钻井液密度。 3 控制机械钻速， 减小环空岩屑浓度。 4 简化钻具结构 ， 减少环空钻具压耗 。 5 下钻分段打通 ， 减少到底后的循环阻力。 6 优化钻井液流变参数 ， 减少环空循环阻力。 7 加强倒划眼作业， 及时清除岩屑床。 4 ． 8 优质钻井液的应用 Ap pl i c a t i o n o f h i g h - qu a l i t y d r i l l i n g fl u i d 大位移水平井施工作业对钻井液的润滑性、 抑 制性、 携岩能力、 低剪切速率下的黏度调节能力、 防 塌性要求很高， Z H 8 E s ． H 5 井在非油层段使用高抑制 性水基钻井液， 具有较强 的泥岩抑制性和井眼稳定 性 、 较低的结块和泥包趋势 、 较好的润滑性和易维护 性。油层井段使用无 固相钻井液， 控制油层污染的 同时满足了水平井段井眼净化及润滑的要求。 5 结论 Co nc l u s i o n s 1 严密的可行性研究 、 详细的钻井设计 、 扎实充 分的物质技术准备 、 高水平技术人员的配备、 高效的 钻井管理等基础工作是钻好大位移井的首要保证。 2 大位移水平井的成功实施必须集成应用井身 结构和井眼轨迹优化 、 摩阻扭矩预测与控制 、 井眼轨 迹精确控制、 保持井壁稳定及井眼清洁、 大井斜长稳 斜井段套管下人、 环空E C D监测等多项先进技术。 参考文献 Re f e r e n c e s [ 1 ] 高德利， 张武辇， 李文勇 ． 南海西江大位移井钻完井工 艺分析研究 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 0 4 ， 2 6 3 1 ． 6 ． GAO De l i ， Z HANG W u n ia n ， L I We n y o n g ． S t u d y o n d i r e c - t i o n a l c o n t r o l t e c h n o l o g y f o r X i j i a n g e x t e n d e d - r e a c h we l l i n S o u t h C h in a S e a[ J ]． o i l P r o d u c t i o nD r i l l i n g T ech n o l - o g y , 2 0 0 4 ， 2 6 3 l - 6 ． [ 2] 何树山， 岳发辉， 周明信 ． 大港油田大位移钻井技术 研 究与 实践 [ J ]． 西 南石 油 大学学报， 2 0 0 8 ， 3 0 2 l 0 4． 1 O 8． HE S h u s h a n , YUE F a h u i, Z HOU Mi n g x i r L S t u d y a n d p r a c ri c e o f E R D we l l d r i l l i n g t e c hno lo g i e s in D a g a n g O i l fi e l d[ J J ． J o u rna l o f S o u t h we s t P e t r o l e u m Un i v e r s i t y , 2 0 0 8 ， 3 0 2 l 0 4。 1 O8． [ 3] P A Y NE M L ， C O C K I N G D A， H A T C H A J ． C r i t i c a l t e c h ． n o l o g i e s for s u c c e s s i n e x t e n d e d r e a c h d r i l l i n g[ R]． S P E 2 8 2 9 3 ． 1 9 9 4 2 3 ． 3 7 ． 收稿 日期2 0 0 8 ． 1 2 2 9 [ 编辑薛改珍 ]