塔河油田膨胀管井钻井技术.pdf
第 3 5卷 第 4期 2 0 1 3年 7月 石 油 钻 采 工 艺 0I L DRI LL I NG P RODUCT1 0N TECHN0L0GY V0 1 . 3 5 No . 4 J u l y 2 0 1 3 文章编号 1 0 0 0 7 3 9 3 2 0 1 3 0 40 0 2 6 0 4 塔河油 田膨胀管井钻井技术 胥 豪 崔 海 林 张 玲 董 志 辉 刘 建 刚 胜ft . 1 石油工程有限公 司钻 井工艺研 究院, 山东东营2 5 7 0 1 7 引用格式胥豪, 崔海林, 张玲, 等 . 塔河油田膨胀管井钻井技术 [ J ]. 石油钻采工艺, 2 0 1 3 , 3 5 4 2 6 2 9 . 摘要塔河油田奥陶系碳酸盐储层石油资源丰富, 随着开采周期的延长, 采出量的增加, 开采成本也相应增加, 老井侧钻是 降低油气开发成本的有效途径之一, 但塔河油田受制于井眼尺寸、 避水要求、 不稳定泥岩、 复杂的压力体系等原因, 套管开窗侧 钻难度极大。鉴于膨胀管技术在处理复杂地层和压力体系方面具有独特的优势, 并可节约套管层次, 因此在塔河油田进行了3 口井试验, 均取得成功。对3口 试验井情况进行 了总结, 对井身结构设计、 井眼轨道设计、 套管开窗方式、 扩眼方式、 钻具组合和 钻井参数等进行 了详细的阐述, 试验证明膨胀管技术能够解决该区块侧钻井面临的难点, 对于老井改造具有重要意义, 但还需 加强配套工具设备研制, 以进一步提高膨胀管钻井经济性。 关键词膨胀管;侧钻;扩眼;小井眼;避水;泥岩 ;压力体系 中图分类号 T E 2 5 7 文献标识码 B Ex pa nd a bl e t u bu l a r dr i l l i ng t e c h no l o g y i n Ta he Oi l fi e l d X U Ha 0 , C U I H a i l i n , Z H A N G L i n g , DO NG Z h i h u i , L I U J i a n g a n g Dr i l l i n gT e c h n o l o g yR e s e a r c hI n s t i t u t e , S h e n g l i P e t r o l e u mE n g i n e e r i n gC o . , L t d . , S I NOP E C , Do n g y i n g 2 5 7 0 1 7 , C h i n a Ab s t r a c t Ca r b o n a t e r e s e r v o i r s i n o r d o v i c i a n s t r a t a o f T a h e Oi l fi e l d a r e r i c h i n h y d r o c a r b o n r e s o u r c e s . W i t h t h e e x t e n s i o n o f p r o d u c t i o n c y c l e a n d t h e i n c r e a s e o f o i l p r o d u c t i o n , the c o s t o f d e v e l o p me n t i n c r e a s e s a c c o r d i n g l y . S i d e t r a c k i n g t e c h n i q u e o n o l d we l l s i s o n e o f t h e mo s t e f f e c t i v e wa y s t o r e d u c e t h e c o s t o f o i l a n d g a s d e v e l o p me n t . Ho we v e r , wi n d o w mi l l i n g a n d s i d e t r a c k i n g i n T a h e Oi l fi e l d i s d i ffi c u l t , b e c a u s e o f t h e l i mi t e d h o l e s i z e , wa t e r a v o i d a n c e r e q u i r e me n t , u n s t a b l e mu d s t o n e a n d c o mp l i c a t e d p r e s s u r e s y s t e m , e t c . I n v i e w o f e x p a n d a b l e t u b u l a r t e c h n o l o g y h a s a d v a n t a g e i n d e a l i n g wi t h c o mp l e x f o r ma t i o n a n d p r e s s u r e s y s t e m a n d r e d u c i n g c a s i n g p r o g r a m, i t h a s b e e n d e p l o y e d o n t h r e e p i l o t we l l s i n T a h e fi e l d w i t h s u c c e s s . T h e p a p e r a n a l y z e d t h e c a s i n g p r o g r a m, h o l e t r a j e c t o r y , c a s i n g wi n d o w, r e a mi n g me t h o d , d r i l l i n g a s s e mb l y a n d d r i l l i n g p a r a me t e r o f t h r e e p i l o t we l l s . T h e t e s t s s h o w t h a t t h e e x p a n d a b l e t u b u l a r t e c h n o l o g y c a n s o l v e t h e d i ffi c u l t i e s i n t h i s a r e a , a n d h a s g r e a t s i g n i fi c a n c e f o r o l d we l l r e f o r ma t i o n . Bu t t h e r e s e a r c h o f s u p p o r t i n g t o o l s s h o u l d b e e n h a n c e d t o f u r t h e r i mp r o v e t h e e c o n o mi c a l e ffi c i e n c y . Ke y wo r d s e x p a n d a b l e t u b u l a r ; s i d e t r a c k ; r e a mi n g ; s l i m h o l e ; wa t e r a v o i d a n c e ; mu d s t o n e ; p r e s s u r e s y s t e m 塔河油 田是以奥陶系碳酸盐岩为主要储集层的 油气藏 , 储层发育 、 储量富集 、 是以缝洞系统为基本 单元发育分布 的 。随着油 田采 出量的不断增加 , 油藏地质条件更加苛刻, 钻完井作业难度和成本亦 随之增加, 因此降低钻井费用、 合理利用老井实施小 井眼开窗侧钻技术是一个挖潜增 效 、 提高原油开采 效益行之有效的手段 。 近年来 随着底水锥进的影响 , 多数老井侧钻 有 避水要求 , 因此不得不上提 造斜点 , 增大井 眼轨 迹 位移 , 但上部石炭系桑塔木组 和巴楚组泥岩易出现 缩径 、 垮塌等 问题 , 导致钻进 困难 , 曾有多 口井因钻 遇泥岩导致井下复杂 , 造成卡钻甚 至井 眼报废的情 基金项 目国家 8 6 3科技 重大项 目 “ 膨胀管钻井技 术” 编号 2 0 0 6 AA0 6 A1 0 5 资助 作者简介胥豪, 1 9 8 2 年生。2 0 0 4年毕业于西南石油大学石油工程专业, 现主要从事特殊工艺井技术服务和钻井工艺研究工作, 工程师。 电话 0 5 4 6 - 8 7 9 7 4 0 2 。E ma i l x u h a o s wp u 1 6 3 . c o rn。 胥豪等塔河油田膨胀 管井钻 井技术 2 7 况 , 另一 方面 , 石炭系地层 和奥 陶系地层压 力体 系不一 致 , 呈现上 高下低 的形 势 , 容 易 出现 喷漏 共 存 , 导致侧钻井施工 困难 。膨胀管技术在处理复杂 地层和压力体系方面具备独特的优势, 随着膨胀管 技术的应用, 该类钻井难题得到了较好的解决。膨 胀管技术 用膨胀锥 以液力或 机械力 的方法使管 材 永久变 形 , 从 而达 到增 大 内径 的工程 目的 , 为 此 , 塔河油 田试验采用了膨胀管技术 。 1 塔河油田膨胀管技术方案 1 . 1 利用膨胀管技术拟解决的问题 塔河油 田奥 陶系碳酸盐岩油藏直井主要有四级 和三级井身结构 , 受地质条件约束 , 1 7 7 . 8 mm油层 套管多下在奥 陶系顶部 , 管鞋距产层 5 0 ~ 8 0 m, 若在 套管下部直接进行侧钻, 一方面造斜率高, 施工难度 大 ;另一方面随着直井开发周期 的延长 , 较多直井 都存在底水锥进现象 , 因此侧钻时通常要求避水 , 套管下部直接侧钻无法达到避水要求。另外由于部 分老井下部井眼存在多次侧钻 , 或者落鱼 , 已经无法 再利用 , 因此不得不将造斜点深度上提 , 但上部石炭 系卡拉沙依组和 巴楚组含有大量 不稳定 泥岩 , 容易 造成井下复杂情况 ;并且石炭 系地层压力高 , 奥陶 系地层压力低 , 因此, 必须采用一层套管将上部 不稳定泥岩和不一致的压力体 系封 闭, 若直接 采用 01 4 9 . 2 mm钻头侧钻 , 下入 O1 2 7 mm无 接箍套管 , 则通径为 1 0 8 m m, 受制于工具、 设备、 及水力参数限 制, 施工难度极大, 采用膨胀管技术正好能够解决这 一 系列的难题 。 1 . 2 套管膨胀管方案 采用膨胀管封 固不稳定地层和压力体系 , 套管 开窗侧钻之后钻进至合适的井深 , 利用钻后扩眼 / 随 钻扩 眼的方式 , 使 得井眼尺寸大 于 1 6 5 mm, 确保膨 胀管及相应 的接箍 和配套工具能够顺利下人 , 下一 开次利 用 01 3 0 mm钻头进行钻进至完钻井深 。膨 胀管主要性能及参数见表 1 。 表 1 膨胀管施工前后参数及性能对比 . ⋯ 膨胀套管系统 近似尺寸 膨胀后机械性能 膨 I 脂 1 2T I 抗 M 内 P 压 a M P a 7 .7 2 i l3 1 .3 ≥ 2 51 5 2 5 1 2 4 2 3 4 5 .. ‘x 1 .⋯ ~ ⋯ 膨 胀管管 串结构 膨 胀工具 组合 对扣接 头 安全接头 挡泥器 07 3 mm加厚油管 挡 泥器 07 3 mm加厚油管 挡 泥器 0 7 3 mm加厚油管 转换接头 08 8 . 9 mm钻杆 。 施工流程管柱下入到位一注前置液一注水泥 浆一投塞一 替钻井液一碰压一膨胀套管施工一膨胀 结束一反循环一候凝 。 2 膨胀管钻井技术应用 塔河油 田先后部署 了 3口膨胀管试验井 , 分别 是 T K 6 . 4 6 3 C H、 T K7 . 6 4 0 C H、 T 8 1 6 KC H 2井 , 目前 均 已试验成功, 下面将具体介绍其试验应用情况。 2 . 1 井身结构设计 井身结构设计方面 , 3口井一致 , 从 1 7 7 . 8 mm 套管侧钻, 侧钻层位都在石炭系卡拉沙依组地层, T K6 4 6 3 C H井 和 T K7 6 4 0 C H井 以 奥 陶系 鹰 山组 为 目的层 , 采 用膨胀管 封 固卡拉沙依 组和 巴楚组 。 T 8 1 6 KC H2井 以奥陶系一 问房组为 目的层 , 采用膨 胀管封固石炭系卡拉沙依组和巴楚组, 以及奥陶系 桑塔木组和 良里塔格组。二开均采用 01 3 0 mm钻 头钻至完钻井深, 井身结构设计示意图如图 1 。 原井套管 Ol 7 7 . 8 mi ll 坐 奎篁 钻头直径 01 4 9 .2 mm 二开钻头直径 a1 3 0 mm 图 1 井身结构 2 . 2 井眼轨道设计 井 眼轨道设计时应充分考虑膨胀管施工的特殊 性 , 由于膨胀管下人井段造斜率不得超过 l 0 。 / 3 0 m, 最大井斜不超过 6 0 。 , 因此设计 时造斜率需小于 1 0 。 / 3 0 m, 膨胀管下人最大深度井斜小于 6 0 。 , 另 外应当考虑井深 、 井眼小等因素的影响, 避免轨迹控 制难度过大。 三 口井均设计为 “ 增一稳一增”轨道类型, 膨胀 管下至稳斜段接近结束位置。T K 6 4 6 3 C H井是第 1口试 验井 , 一开造斜 率设 计为 4 . 5 。 / 3 0 m;由 于需要钻后扩眼 , 而钻后扩眼工具在该 区应用的最 大井斜为 3 3 。 , 为了避免过 大的井斜增加扩眼难度 , 因此设计稳斜角 3 1 .4 6 。 , 第 2 增斜段属于该区第 1 次应用 0 1 3 0 m m井眼, 因此造斜率设计也较低, 为 1 2 。 / 3 0 m。T K7 . 6 4 0 C H井 和 T 8 1 6 KC H 2井 是 在 T K6 4 6 3 C H井试验成功后又部署的 2口膨胀管井 , 为了缩短段长 , 节约钻井成本 , 第 1 增斜率适当增加 , 设计为 7 。 / 3 0m, 并且设计为随钻扩眼 , 鉴于膨胀 2 8 石油钻采工艺 2 0 1 3 年 7月 第 3 5卷 第 4期 2 . 3 侧钻方式的选择 第 1口试验井 T K 6 . 4 6 3 C H为了确保窗 口位置 采用 了锻铣开窗的方式 , 在第 1口井成功的基础上 , 为了节约钻井周期 , T K7 6 4 0 C H井采用了斜 向器开 窗的方式。2口井均试验成功, 证明膨胀管钻井时对 于套管开窗方式没有严格的限制, 目 前的两种侧钻 方式均适用。后来第 3口施工井 T 8 1 6 K C H 2 井再次 采用了套管锻铣开窗, 也获得了成功。 2 . 4 扩眼方式的选择 钻后扩眼技术对钻进没有影响, 工 艺和工具都 比较成熟 , 但多应用于直井和小角度定向井 , 对造斜 率和最大井斜有一定的限制 。 , 目前塔河油田钻 后扩眼井斜最大 3 3 。 。T K6 . 4 6 3 C H井施工时采取 了 钻后扩眼的方式 , 利用 Y K1 5 2 1 7 8型号 的扩眼器进 行扩眼, 经过 9 d 2 0 h , 先后下入 5趟钻 , 最终顺利完 成扩眼任务 , 扩眼后井径满足膨胀管下人要求 。 T K 7 6 4 0 C H井 和 T 8 1 6 K C H2井采 用 了随钻扩 眼钻头 。结合 国内外随钻扩 眼工具和工艺现状 , 选 择使用 C S D R 5 2 1 1 S - B 2 型随钻定向扩孔钻头。该钻 头 由 1 个 5刀翼的领眼钻头和 1 个扩眼刀具组成双 心钻 头总成 , 扩眼刀具 由 3个全 尺寸扩 眼刀翼 和 2 个半尺寸扩眼刀翼组成 , 通过独特的偏斜结构设计 进行扩 眼, 与扩眼刀翼相对 的一侧是一个导 向稳定 块 。钻进时 , O1 2 0 . 6 5 mm 的领 眼钻头首先钻进 , 钻 头上面的导向块接触导向井眼壁并抵消由扩眼刀片 产生 的不平衡力 , 使得工具按照设计 的扩孔 内径来 钻进 。这种偏心配置的特点是稳定块和扩眼刀片为 一 个整体 , 无运动件。由于其一侧对 中心 的半径较 小 , 有效直径可以通过现有的套管 , 并在套管下扩出 比套管直径大的井眼。 2 . 5 动力钻具的选择 T K6 - 4 6 3 C H井选择了 5 L Z 1 2 0 X 7 . 0 型螺杆。T K7 . 6 4 0 C H和 T 8 1 6 KC H2井最终选用 了美 国 P A I S ANO 公 司生产的 4 7 5 K4 5 7 0型可调单弯螺杆钻具 , 该动力 钻具具有排量范围广, 压降低, 功率高, 转速高的特 点 , 能够满足随钻扩眼施工需要 。 2 . 6 钻具组合和钻 井参数优化 2 . 6 . 1 1 4 9 . 2 i r l i n井眼段T K6 4 6 3 C H井一开井眼 O1 4 9 . 2 mi n , 钻 具 组 合 为 O1 4 9 . 2 mm 牙 轮 钻 头 O1 2 0 I T I 1 T I 1 . 5 。 单 弯 螺 杆 1 2 0 mmMWD坐 键 短 节 08 8 . 9 mm无 磁 钻 杆 08 8 . 9 mm 加 重 钻 杆 0 8 8 . 9 mm钻杆 ;钻压 2 0 ~ 4 0 k N, 钻井液排量 9 ~ 1 0 L / s , 前期造斜率偏低 , 约 2 ~ 3 。/ 3 0 m, 随着井斜增 大 , 造斜率逐渐增加 , 可达到 5 。 / 3 0 m, 满足井 眼 轨迹控制的需要 。 2 . 6 . 2 O1 4 6 m m O1 6 5 mm 井眼段即随钻扩眼钻 进井段 , T K 7 . 6 4 0 C H井 和 T 8 1 6 K C H 2井 采用 随钻扩 眼工艺, 钻具组合为 O1 4 6 I I l I I 1 x O1 6 5 mmC S DR 5 2 1 1 S 随钻 扩 眼钻 头 O1 2 0 i l l n l 1 . 5 ~ 1 . 8 3 。 可调单 弯 动 力 钻 具 O1 2 0 mm MWD坐 键 短 节 08 8 . 9 mm 无 磁钻杆 08 8 . 9 mm加 重钻杆 0 8 8 . 9 mm钻杆 ;钻 压 2 0 ~ 4 0 k N, T K 7 6 4 0 C H井 钻 井 液 排 量 1 1 . 7 5 L / s , T 8 1 6 KC H 2井受制 于设备 能力 限制 , 钻井液排量为 1 0 . 5 L / s , 由于随钻扩眼钻头为 P D C结构, 扭矩较大 , 2口试验井均较深 , 因此造斜初期工具面难 以稳定 , 对造 斜率形成较大影 响, 当单 弯度数为 1 . 5 ~ 1 . 7 5 。 时, 造斜率仅 3 ~ 7 。 / 3 0 113 . , 后来将单弯动力钻具 度数调整为 1 . 8 3 。 , 随着井斜增加 , 造斜率逐渐增加 , 能够达到 7 ~ 1 0 。 / 3 o I l l , 根据 2口井实钻情况分析 , 2 0 。 井斜 以前宜采用 1 . 8 。 左 右度数单弯 , 2 0 。 井斜 以 后宜采用 1 . 5 0 。 单弯钻进 , 即可满足 7 。 / 3 0 1 T I 造 斜率的需要 。 2 . 6 - 3 1 3 0 mm 井 眼段3口施 工 井 二 开 均 为 l 3 0 mm井 眼, 因此 其 钻 具 组 合 和 施 工 工 艺 差 别 不 大 , 钻 具 组 合 为 1 3 0 mmP DC钻 头 1 0 5 mm 1 . 5 - 2 。 单 弯 螺 杆 1 0 5 mmMWD坐 键 短 节 1 0 5 mm 无 磁 钻 铤 08 8 . 9 mm 特 殊 钻 杆 08 8 . 9 mm 加重 钻 杆 08 8 . 9 mm钻 杆 ;钻 井 液 排 量 9 ~ 1 1 L / s 。 主要 工 艺 包 括 采 用 了 1 0 5 mm 单 弯 螺 杆钻 具 , 同时 定 制 了 1 0 8 mm 接 箍外 径 的非 标准 钻杆 , 确保 能够顺 利通 过 膨胀管 封 固井 段 , 另外还 采用 了美 国 B o r e v i e w公 司生产 的小 径 MWD仪器 ;在钻头选型方 面 , 由于小尺寸单牙轮 钻头存在进尺慢, 寿命短, 易掉牙轮的特点, 因此 采用了 P D C钻头钻进, 由胜利钻井院专门制作了 P K6 1 6 7 M 型号 P DC钻 头 , 满 足 了施 工 的需要 , 最 胥豪等塔 河油田膨胀 管井钻井技术 2 9 终 3口井均顺利完钻 。 3 应用效果及存在的问题 3 . 1 应用效果 目前 3口井均 已经完钻 , 膨胀管均下人 到位并 膨胀成功, 形成了一整套针对塔河油 田O 1 7 7 .8 mm 套管开窗侧钻膨胀管钻井技术及配套工艺。T K 6 . 4 6 3 C H井是应用成功的首 口井 , 是利用 自主技术完 成膨胀 管施工 的首 口井 。T K7 . 6 4 0 C H创 O1 3 0 mm 小井 眼水平段最长 3 9 4 . 7 2 m纪录 ;T 8 1 6 K C H2井创 膨胀管下入深度最 深、 膨胀长度最长纪录。膨胀管 下入主要技术指标见表 3 。 表 3 膨胀管下入主要指标 3 . 2 存在的问题 1 钻井液排量偏低 。塔河地 区奥陶系地层深度 大约在 5 8 0 0 ~ 6 0 0 0 m, 受制于井身结构和井眼深度 的影 响, 钻井液排量普遍较小 , 以试验井为例 , T K7 . 6 4 0 C H井钻井液排量 1 1 . 7 5 L / s 时, 泵压高达 2 4 ~ 2 6 MP a , T 8 l 6 KC H2井 钻井液排量 1 0 . 5 L / s 时 , 泵 压高 达 2 2 ~ 2 5 MP a 。若钻井设备 性能老化 , 则会 影响钻 井液排量。 2 动力钻具优选 困难。随钻扩眼钻头对动力钻 具性能提出了较高的要求, 而低排量下能够提供较 高功率和转速的国产动力钻具又较少 , 且在功率、 转 速 、 排量范围、 压降等方面与进 口动力钻具存在较大 差距, 难以适应随钻扩眼的需要, 而进 口钻具又存在 施工费用高 、 组织协调困难的情况。 3 随钻扩眼效果不佳 。由于井 眼深度 、 井身结 构 、 设备能力限制了钻井液排量 , 而动力钻具选型又 比较困难 , 因此随钻扩眼效果较差 , 特别是在钻时比 较快的井段 , 钻头扩眼不充分 , 导致井径不能满足膨 胀管下入要求 , 还需进行钻后扩眼。 4 小井 眼工具性能有待提高 。O1 3 0 mm井段 施工时 , 采用 了 O1 0 5 mm动力钻具 , 受制 于钻具尺 寸、 加工精度、 材料性能等因素的影响, 动力钻具普 遍存在使用寿命短 、 钻时 慢、 传动轴易断等现象。导 致小井眼井段起下钻频繁 , 延长了施工周期 。 4 结论及建议 1 利用 自主技术完成塔河油 田膨胀管井钻井施 工 , 解决了 目前奥 陶系油藏 O1 7 7 . 8 mm套管侧钻难 题, 塔河油田大量直井存在侧钻需求, 膨胀管技术的 成功应用对塔河油田奥陶系油藏老井改造具有重大 意义。 2 膨胀管钻井配套工具性能还需进一步提升 , 特别是动力钻具和扩眼钻头 , 以克服深井小井眼水力 参数不足的问题 , 并提高随钻扩眼可靠性。 参考文献 [ 1 ] 万文江 . 塔河缝洞型碳酸盐岩油藏数值试井解释方法 应用研究 [ D]. 成都西南石油大学, 2 0 0 5 . 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