元坝1-侧1井超深小井眼侧钻井技术.pdf

第 3 8卷 第 6期 2 l 年 1 1月 油 钻 探 技 术 EUM 1 RI I I 1 ； T 、 t t N1 Qt ； ES V01 ．{ 8 N ．6 、 ．． 2 l 『 1 ． 一现场 与经 验 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 0 8 9 0 ． 2 0 1 0 ． 0 6 ． 0 2 5 元坝 卜侧 1井超 深小 井眼侧钻 井技术 郭元恒 张进双 j 【 f 1 石油化 『 股份 有限公 司 勘探丌发事、 I 部 ． 北京 1 0 0 7 2 8 ； 2 ．中 石化 石油 程技术研 究院 ． 北 京 1 0 O 1 0 1 摘 要 元 坝 1侧 1井 是 一 口 高 温 高 压超 深 小 井 眼 侧 钻 井 ， 侧 钻 时 存 在 很 多技 术 难 点 小 尺 寸 高强 度 套 管 开 窗 困难 ； 面 口附 近 地 层 岩 石 硬 度 大 、 研 磨 性 强 ； 井底 温 度 高 ； 井 斜 角 大 、 裸 眼 段 长 ， 易 形 成 岩 屑 床 ； 储 层 富 含 H。 S； 循 环 压 耗 大 。通 过 优 化 钻具 纽舍 、 优 选 钻 井 液体 系及 采 用 高温 井 下动 力 钻 具 复合 钻 井 技 术 ， 成 功 解 决 了 以上 技 术 难 题 ， 安全 、 高效、 优质地 完成 了钻 井作业任务 ， 为今后 同类侧 钻井施 工提供 了参 考。从深 井 高强度套 管开窗 、 高温高压 井 眼 轨 迹 控 制 、 长裸 眼优 质 钻 井液 等 方 面 对 元 坝 卜侧 1井 的 施 Z - 过 程 进 行 了详 细 介 绍 。 关 键 词 超 深 井 ；侧 钻 ；钻 具 组 合 ；随 钻 测 井 ；井 眼轨 迹 ；元 坝I _ 侧 1井 中 图 分 类 号 I E 2 4 3； TE2 4 6 文 献标 识 码 B 文 章 编 号 1 O O 卜0 8 9 0 2 0 1 0 0 6 01 1 3 O 3 S i d e t r a c k Te c h no l o g y o f W e l l Yu a nb a l - - C1 wi t h Ul t r a -- De e p S l i m Ho l e Gu o Yua nh e n g Zha n g J i ns hu a ng 1 ． Pe t r o l e u m En g i n e e r i n g A ／l a n a g e H l e ll t De p a r t me n t ， S i n o p e ， Be i j i n g ’ ， 1 0 0 7 2 8， Ck i n a； 2 ． S i n 0 Re ．s e a r c I t I n s t i t u t e o f Pe t r o l e u m En gi n e e r i n g， I 3 e i j i n g ， ， 1 0 0 1 0 1 ， Ch i 7 “ Ab s t r a c t W e l l Yu a nb al C1 Wa S a s i d e t r a c k we l l wi t h u l t r a d e e p s l i m ho l e u nd e r hi g h pr e s s u r e hi gh t e mpe r a t u r e ． Fh e r e v e F e s e v e r al d r i l l i ng p r ob l e ms s u c h a s hi g h s t r e n g t h c a s i n g s i d e t r a c k i n s l i m h ol e， h i gh r oc k h a r dn e s s a br a s i vi t y， hi gh t e m p e r a t ur e， hi gh i nc l i na t i on l o ng op e n be t e ho l e， hi gh c on c e n t r a t i on of H2 S i n r e s e r v o i r a n d hi gh c i r c u l a t i o n pr e s s u r e l o s s ， e t e ．I n t hi s we l l ’ S s i d e t r a c k op e r a t i on， t t 1 e f o 1 1 。 wi ng t e c hn ol o g i e s WC Y C u s e d o pt i m i z e d BH A ， pr e m i u m d r i l l i ng f l ui d s ys t e m ， t he r mo s t a b l e PDM a nd PDC b i t ．Al l t he s e a c hi e ve d a s a f e， e f f i c i e m ， h i gh e r a d e d r i l l i n g， a nd o f f e r e d p r e c i ou s e x pe r i e nc e s f o r s i mi l a r s i d e t r a c k o p- e r a t i o n ． Th e s i d e r r a c k t c c h n o l o g i e s i n h i g h s t r e n g t h c a s i n g， we l l l r a j e c t o r y c o n t r o l i n HP HT we 1 1 a n d h i g h q ua l i t y dr i l l i ng f l ui d f o r l o ng o pe n hol e a r e i n l r od uc e d i n t h i s pa p e r ． Ke y wo r d s u l t r a d e e p we l l ； s i d e t r a c k i n g ； b o t t o m h o l e a s s e mb l y； l o g g i n g wh i l e d r i l l i n g ； h o l e t r a j e c t o r y W C YI 】 a n} 】 a 1 、 1 1 元坝 卜侧 1井概况 元 卜侧 1 井 位丁川东北 巴叶 f 低缓 构造带 ， 通过 在元坝 1 井 I 部进行外窗侧钻来 价厄坝岩性 圈闭长 兴组 q { l l l 火组礁滩 相f } } i 层 的发育情况和 岔气性 。 元坝 1外 _ 卜 人 r声 1 9 3 ． 7 mm尾 管并 【 l J 1 接 至井 【 __ I 。水泥返至地 而 。元坝 卜侧 1 井 在 元坝 1井 l 9 3 ． 7 mm套 管 8 2 2 ． 8 4 ～5 8 2 5 ． 8 4 I t ] 处开窗侧 钻 ， 采川 l 6 5 ． 1 mm 钻 头 钻 至 口的井 深 7 4 2 7 ． 2 3 m， 侧 钻 井段 长 l 6 0 1 ． 3 9 H 1 ， 下 套 管 射 孑 L 完井 。该 删 钻 f 忖 L } J 了 多 种 先 进 钻 井 T 艺 ， 克 服 r侧 钻 点 深 5 8 2 2 ． 8 4 m 、 井 底 温 度 高 1 6 0℃ 、 地 层 力 大 当量 钻井 液 密 度 1 ． 4 8 k g ／ I 、 小 尺 寸井 眼施 T 风 险大 等 难 题 ， 成 功 钻 至设 ‘ 井 深 7 4 2 7 ． 2 3 m， 最 大 井 斜 角 5 6 ． 1 2 。 ， 水平位移 8 9 5 ． 3 m。元坝 卜侧 l 的 钻探 成功揭示 了元坝 探 区海 相碳 酸 盐岩 的 良好 储 气 特性 ， 为该地 及 国内超 深井小井 眼侧钻 作业 提供 了 借鉴 的经验 。 收 稿 日期 2 0 0 1 I l 1 8 改 回 日期 1 1 1 】 作者简介 郭元恒 ⋯； 2 ． 男 1 t H 8年 毕、 tL于、 南 石油学院钻 井工程专 ． 罱级 Z - 程 师． 主娶从事钻 搏新技 术非广和工程一 理 工作 联 系 方 式 } 1 0 8 2 0 ． g y h z 1 y 0 l ． ⋯1 石 油 钻 探 技 术 2 侧钻技术难点 四J I l 盆地元坝 块 普遍具有 以下地 质特点 钻 井 深度深 、 储 层 温度 高且 寓含 H S l 。上述 地质 环 境 因素导致侧 钻井存在 以下技术 难点 1 小尺寸高强度套管开窗 难。该井 1 9 3 ． 7 r n I T 1 套管为 国产 套管 ， 钢 级 T P 1 2 5 S ， 套 管硬 度 大 硬 度 为 3 2 HR C 且 为非常规尺寸套 管 ， 与 AP I标准斜 向器 卡 瓦配合度 不好 ， 易导致斜 向器 以及桥 塞坐挂失败 。 2 窗 口附 近地 层 岩 石 硬 度 大 、 研 磨 性 强 ， UC S 非 限制性 压实 强度 达到 1 4 0 ～2 8 0 MP a ， 开 窗定 向钻 进 速度较 慢 。 3 井底 温度 高 ， 超过 国内主要 测量 仪器 的推荐 额 定值 ， 随钻 测斜 工 具 MWD在 l 6 0℃ 高温 的超深 井 况下工 作 ， 信 号不稳 定 。 4 井斜 角大 、 裸 眼段 长 ， 井 底位 移大 、 井 眼清 洗 困难 ， 容 易形 成岩屑 床 。 5 元坝区块储层 富含 H S ， 高 钢级 s 1 3 5 钻杆容 易发生氢脆 ， 现 有 { 5 1 0 1 ． 6 m mG 1 0 5钻 杆和 8 8 ． 9 m m 加重钻杆的重 量加上摩 阻接 近钻具抗 拉强度 的 8 5 ， 超拉余 量小 。 6 钻具 水 眼小 ， 循环 压耗 大 ， 泵 压高 ； 循 环 系统 钻井泵 、 高压 管汇 、 水龙 带 、 立 管管汇 、 顶驱 在极 限 工 况下长 期工 作 ， 容 易 现 刺漏 等复 杂情况 。 3 侧钻井关键技术 3 ． 1 深 井高 强度套 管开 窗技术 元 坝 1 一 侧 1_j t 开 窗 侧 钻 采 用 了一 次 性 丌 窗 磨 铣 工具 和斜 向器 组 合 Qu i c k c u t液 压 坐 挂 式 斜 向 器 快 速开 窗磨鞋 ， 坐挂 斜 向器和开 窗作 业一 趟钻 完 成 。最 初 下 入 过 程 中 出现 了斜 向器 坐 挂 失 效 问 题 ， 分 析原 因为 j 5 】 9 3 ． 7 mm T P l 2 5 S套 管 钢 级 高 、 硬 度 大 、 斜 向器卡 瓦 牙难 以吃 入套管 内壁 套管 内径 为 1 6 8 ． 2 8 mm， 斜 向器 的最 大悬 挂 外径 只有 1 7 2 ． 0 0 iT I I D _ ， 两者 尺寸接 近 ， 悬挂 力过小 ， 斜 向器 只 能承受 8 O k N 的下推 力 ， 导 致 开窗作 业 打滑 失效 。通过 对 套管 参 数进一步分析 和测量 、 计算 ， 改进 了斜 向器 ， 将 斜 向 器 最大悬挂外径增大 至 l 7 8 ． 0 0 1 8 0 ． 0 0 mm， 冉次 下 人 、 成功 坐挂 。 1 下 入刮管 钻具组 合对 套 管进 行通 径 ， 分段 将 原密 度 为 1 ． 8 5 k s ／ I 的钻 井 液 反 循 环 替 换 为 密 度 1 ． 0 5 k g ／ I 的丌窗 钻井液 。下 入改 进后 的液 压式 斜 向器 坐 挂 成 功 ， 斜 向器 顶 部 井 深 5 8 2 2 ． 8 4 m， 底 部 井深 5 8 2 8 ． 0 0 m， 采用陀螺测斜仪测斜 ， 确认液压 斜 向器 成功坐 挂 ， 方 位角 为 1 8 6 ． 9 1 。 。 2 开 窗钻 具 组合 下 至 井 深 5 8 2 2 ． 8 4 m， 探 斜 向器 顶 部 ， 下 压 1 0 0 k N 确 认 斜 向 器 坐 挂 成 功 ， 循 环处 理 钻 井 液 ， 将 钻 井 液 密 度 提 高 至 1 ． 4 0 k g ／ L。 在 5 8 2 2 ． 8 4 ～ 5 8 2 5 ． 8 4 I B井 段进 行套 管开 窗 。泵 人 4 m。 高 黏钻井 液 ， 试 磨 铣 至井 深 5 8 2 8 ． 2 9 m， 在 窗 口位 置上下 划 眼修 理 窗 口， 停泵 上 提 下 放活 动 钻 具 ， 直 至磨鞋过 窗 口没有 阻挂 。 3 ． 2 高温 高压 井眼轨 迹控 制技术 元 坝 卜侧 l井 在定 向钻 进 中钻 遇 的地 层 硬 度 大 ， 需 采用较 高 的钻 压 和高 扭 矩螺 杆 来 提 高机 械 钻 速 。由于地层 温 度高 以及 储层 含 硫 特 性 ， 螺杆 需 要 耐高温 以及 具有 一定 抗 H S腐蚀 能力 的定 子 和 轴 承 。该 井使 用 了威德福 公 司的 ME 4 5 6 3 一 ML高 扭矩 定 向螺杆 ， 其最 大工 作扭 矩 3 9 5 0 N m， 最 大工 作 排量 1 7 ． 3 I s ， 最高 丁作 温 度为 1 8 O℃ 。随 钻测 量 仪器最 高工 作温 度 1 5 O℃ ， 井 底 温度 超 过 了 随钻 测 量仪器 的耐 温上 限 ， 于是 通 过 采 取短 起 下 钻 和循 环 钻井液 冷却 等措施 ， 基 本 满 足 了该 井 随 钻 测量 仪 器 的工作 要求 。 3 ． 2 ． 1 定 向段 定 向钻具组合 声 1 6 5 ． 1 mm MX - 3 0牙轮 钻头 无 喷 嘴 0 ． 2 m 1 2 0 ． 0 m mI ． 1 5 。 螺 杆 7 ． 7 m MWD1 ． 1 m9 5 1 2 0 ． 7 mm 无 磁钻 铤 1 9 ． 0 i n j 5 8 8 ． 9 I T l m 加 重钻杆 9 ． 2 mj 5 1 2 0 ． 7 1 T i m 随钻震 击器 9 ． 2 m定 向接头 1 ． 1 m变扣接头 0 ． 5 I n 。 下钻 过程 中 ， 每下 入 2 O柱 钻 杆灌 一 次 钻 井液 ， 每 下 l 0 0 0 1T I 测 试一 次 MWD信号 。 钻进过 程 下钻 到 井底 ， 试钻 进 井 段 5 8 2 8 ． 2 9 ～ 5 8 2 9 ． 6 5 m， 钻压 2 0 7 0 k N， 转速 3 0 5 0 r ／ m i n ， 泵 压 1 8 ． 5 ～ 1 9 ． 5 MP a ， 扭矩 2 ． 5 k N r n ； 下 陀螺 测斜 仪 加 隔热 套 测 斜 ， 滑 动 钻进 时工 具 面 角 为 2 3 3 。 ， 接 1 0 1 ． 6 I l l I 1 3_ 单根滑动钻至井深 5 8 4 0 ． 8 I T I ， 钻压 2 O ～ 8 O k N， 泵 l 8 ． 5 ～ l 9 ． 5 MP a ； 定 向工 具 出窗 口后 ， 旋转 钻 进 2 O I T I ， MWD 套 管 窗 口进 行 试 测 斜 ， 显 示方 位角 为 2 1 3 。 。 3 ． 2 ． 2 增 斜 段 增斜钻具组合 1 6 5 ． 1 mm H C M 0 6 Z P D C钻 头 无喷 嘴 0 ． 2 I T I 】 2 0 ． 0 ra m1 ． 1 5 。 螺 杆 7 ． 8 m MW D1 ． 1 m 1 2 0 ． 7 mm 无 磁 钻铤 1 9 ． 0 m 第 3 8卷 第 6期 郭 元 恒 等 元 坝 卜侧 1井 超 深 小 井眼 侧 钻 井技 术 j j 5 j 5 8 8 ． 9 mm 加重 钻杆 2 7 ． 6 1“I 1 1 2 0 ． 7 mm 随钻震 击器 9 ． 2 m ≠ 8 8 ． 9 mm 加 重钻 杆 7 3 ． 8 I n 变 扣接 头 0 ． 5 m。7刀翼 P D C钻 头 采 用 了“ 深 度 切 人控 制” 技 术 ， 专用 于造 斜 井 段 ， 在 刚 出 窗 口造 斜 困 难 情 况下 可提 高造 斜能 力 。 钻 进 过 程 用 该 套增 斜 钻 具 组 合定 向造 斜 至 井 斜 角 4 9 ． 6 4 。 ， 钻 至井 深 6 4 2 3 ． 0 0 IT I 起 钻 。钻 压控 制 在 2 0 4 0 k N， 顶驱 转速 4 0 r ／ rai n ， 螺 杆转 速 2 l 0 r ／ mi n ， 泵 冲 7 4次 ／ rai n ， 泵压 2 l MP a ， 扭矩 3 k N I T I ， 机 械钻 速 1 ． 6 0 ～ 2 ． 2 3 m／ h。 3 ． 2 ． 3稳 斜 段 带螺 杆 稳 斜 钻 具 组 合 1 6 5 ． 1 mm HC M4 0 6 Z P D C钻 头 无 喷 嘴 0 ． 2 0 H 1 ≠ 1 2 0 ． 0 mm1 ． 1 5 。 螺 杆 7 ． 7 6 mMWD1 ． 0 7 m 1 2 0 ． 7 mm 无磁 钻 铤 1 8 ． 9 8 m 8 8 ． 9 mm 加 重 钻 杆 2 7 ． 5 8 H I 1 2 0 ． 7 mm 随钻 震击 器 9 ． 2 1 I n声 8 8 ． 9 mm 加 重 钻 杆 7 3 ． 8 0 m变扣 接 头 0 ． 5 m。 无 螺 杆 ／ MWD 稳 斜 钻 具 组 合 1 6 5 ． 1 mil l HC M4 0 6 Z P D C钻 头 0 ． 2 m稳 定器 1 2 0 ． 7 mi i 1 无磁 钻铤 l根 稳 定 器 1 2 0 ． 7 mm 无磁 钻 铤 乒 8 8 ． 9 m m 加重钻 杆 2 7 ． 6 m- t - 1 2 0 ． 7 mm 随钻震 击 器 9 ． 2 m 8 8 ． 9 ml i 1 加 重钻 杆 7 3 ． 8 m变 扣 接 头 0 ． 5 m。该钻 具组 合 每 1 0 0 I T I 增斜 约 2 ． 5 。 ， 井 眼 轨迹得 到有效控 制 ， 保证 了安 全 、 精确 中靶 。 钻进过程 钻压 3 0 ～5 0 k N， 顶驱 转 速 4 0 r ／ rai n ， 螺杆 转 速 1 8 0 r ／ rai n ， 泵 冲 7 0 次 rai n ， 泵 压 2 3～ 2 5 MP a ， 扭 矩 5 ～6 k N F n ， 机 械钻速 3 ． 5 ～6 ． 5 m／ h ， 钻至完钻井深 7 4 2 7 ． 2 3 m。 由于地质 条件复杂 ， 侧 钻井在 出窗 口后 1 5 0 m 内 造斜 困难 ， 给下 部 井段 井 眼轨 迹 控 制带 来 一定 难 度 。 随着对 地层 的深 人认 识 ， 通 过 优 选钻 头 和 钻井 参 数 ， 使井眼轨迹很好地遵循了钻井设计。钻进后期未使 用 MWD进行随钻 测斜 ， 而 是采用 常规微 降斜 钻具 组 合 ， 按照 1 。 ／ 3 0 m 的降斜 率对井 眼轨迹进 行 了预测 ， 最 终靶点偏移 了 2 O ． [ ～1 4 ． 1 9 m， 达 到了设计要 求 。 3 ． 3大 角度长 裸 眼优 质钻 井液体 系 该 井 使 用 了 MI泥 浆 公 司 的 DURATHE RM 钻井 液体 系 ， 该 钻井 液埘 油 气层 损害 小 。在 大角度 、 长裸 眼钻进 过程 中 ， 尽 量 提 高 排 量 以避 免 岩 屑 沉 降 导致岩 屑床 的形 成 ； 3个 振 动 筛 全 部 采 用 2 0 0目筛 布 ， 并通 过 在钻井 液 返 出 口加 水 和 周 期 性 开 动 离 心 机来 控 制钻 井液 密度 ， 使钻 井 液保 持低 黏低 切 ， 以有 利 于井 眼清 洁 。 用 抗 高 温 钻 井 液 添 加 剂 DR I I S C AI D 和 P I Y DR I I I 高 温聚 合物 增 强钻 井 液 的 高温 稳定 性 和 高温 降滤 失性 ， 钻井 液 耐温 2 0 0℃ 。在 预计 钻 开 产层 之前 ， 为 保证 井下 安 全 ， 将 钻 井液 密度 提高至 1 ． 5 6 k g ／ i ， 同时 采取抗 H S污染 预处理 措施 1 维 持 钻 井 液 的 p H 值 在 1 1 ． 0 ～ 1 1 ． 5之 问 ， 用 H S试 纸 随 时监测 钻 井液 巾是 否有 H S存 在 ； 2 在进 入 目 的层 前 1 0 0 17 1 ， 每 方钻 井 液加 入 3 ～ 5 k g ／ I 的 除硫 剂 海绵 铁 、 碱式 碳 酸 锌 。在 降 低 钻 井 液 固相 含量 的基 础 上 ， 加 入 足量井 壁 稳定 剂 磺化 沥青 等 ， 润滑 剂 的含量 维 持 在 3 左 右 ， 以便 在 壁 上 形 成 薄 而 光滑 的泥 饼 ， 以 降低 扭 矩 和摩 阻 。该 井 裸 眼段 摩 阻 因数小于 0 ． 1 ， 达到油基钻井液性能水平 。 4 结论及建议 1 元 坝 卜侧 1井 在 1 9 3 ． 7 H l m TP 1 2 5 S高强 度 套管 内下 人 液压 斜 向器 成 功 坐 挂并 开 窗成 功 ， 为 今 后 国 内类 似作 业 提供 了成 功经 验 。 2 采 用 了“ 7刀翼 高效 P D C钻头 高速定 向螺 杆 ” 复合 钻井 技 术 ， 大 大 提 高 了 井 眼轨 迹 控 制 能 力 ， 侧 钻小 井 眼平均 机械 钻 速达 到 3 ． 3 4 m／ h 。 3 钻 进 过 程 中 定 期 进 行 循 环 冷 却 ， 保 证 了 MWD 正常 T作 ， 延 长 了定 向螺杆 的 f 作 寿命 。 4 为 防止 小 井 眼 压 差 卡 钻 、 降 低 摩 阻扭 矩 ， 优 选 了 DURATHE RM 抗 温钻 井液 体 系 ， 通过 降 低 钻 井 液 固相 含量 、 提 高其 润滑 性能 ， 有效 保 证 了井 下作 业 的安 全 。 参 考 文 献 [ 1 ] 李伟廷． 冗坝 l井超深井钻， t‘ 技术[ J ] ． 石油钻探技 术， 2 0 0 9 ， 3 7 2 9 4 9 9 ． Li W e l t i n g ． Uhr a d e e p d r i ll in g t e c h n o l o g i e s u s e d o n W e l l Yu a n h a 一 1 [ J ] ． P e t r o l e u m D r i l l i n g T e c h n iq u e s ，2 0 0 9 ， 3 7 2 9 4 9 9 ． [ 2 ] 高绍智． 元 坝 1外 承压堵 漏技 术[ J ] ． 彳 油钻 探技 术， 2 0 0 8 ， 3 6 1 4 5 4 8 ． Ga o Sh a o z h i ． Le a k a g e c o n t r o l un d e r p r e s s u r e i n W e l l Yu a n1 a 一1 l J ] ． P e t r o l e u m D r i l l i n g T e c h n i q u e s 。 2 0 0 8 ，3 6 4 ／ l 5 4 8 ． [ 3 ] 王光 磊， 侯健 ， 于承朋， 等． 元坝 1外钻井 设计 与施 j ] ． 石油 钻探技术 ， 2 0 0 8 ， 3 6 3 4 1 4 5 ． W a ng Gu a n g l e i ，Ho u J i a n，Yu Ch e n gp e n g，e l a 【 ． Dr i l l i n g d e s i g n a n d o p e r a t i o n o f We l l Yu a n h a 1 E J ] ． P e t r o l e u m I r i l l i n g Te c h n i q u e s ，2 0 0 8，3 6 341 4 5 ． [ 4 ] 刘新义 ， 张东清． 川东北地 Ix 探井快 速钻 J { 技术 J ] ． 石油 钻探 技 术 ， 2 0 0 8 ， 3 6 3 3 7 4 0 ． I ． i u Xi n y i ，Zh a n g Do n gq i n g． Ra p i d dr i l l i n g t e c h n o l o g y u s e d i n e x p l o r a t o r y we l l s i n No r l h e a s t S i c h u a n Ar e a J ] ． P e l r o l e u m Dr i l l i n g Te c hn i q u e s ，2 0 0 8，3 6 3 3 7 一 q 0．