多分支水平井钻井技术在玉平8井的应用.pdf
第 3 5卷 第 4期 2 0 1 3年 7月 石 油 钻 采 工 艺 0I L DRI L LI NG PRODUCT1 0N TECHN0L0GY V0 1 . 3 5 No . 4 J u l y 2 01 3 文章编号 1 0 0 07 3 9 3 2 0 1 3 0 4 0 0 2 2 0 4 多分支水 平井钻 井技术在 玉平 8井的应 用 曾 传 云 谭勇 志 徐 红国 芦 建江 邹 敏 张 斌 成 1 . 渤海钻探定向井技术服务公司 , 天津3 0 0 2 8 0 ;2 . 吐哈 油田公 司勘探 开发研 究院 , 新疆哈密8 3 9 0 0 9 引用格式曾传云, 谭勇志, 徐红国, 等 . 多分支水平井钻井技术在玉平 8井的应用 [ J ]. 石油钻采工艺, 2 0 1 3 , 3 5 4 2 2 . 2 5 . 摘要为提高吐哈盆地鲁克沁油田稠油油藏的开采效率、 降低水平井综合开发成本, 实现油藏高效、 经济开发。吐哈油田 布署了一 口多分支水平井一玉平 8井, 该井在施工中对地层可钻性差、 水平段悬空侧钻、 主井眼重入等多个技术难点进行 了分 析, 运用了动力钻具优选、 水平段 井眼悬空侧钻技术, 完善 了水平分支井前进式施工方式、 分支井眼重入主井眼等重要技术, 有 效地缩短 了钻井周期, 保证了安全快速完成施工任务。王平 8井的顺利完钻, 为今后在稠油油藏开发钻多分支水平井、 扩大储 层控制 面积 , 大幅度提 高油井产量和采收率提 供 了新的途径。 关键词稠油; 多分支水平井; 悬空侧钻;钻井技术 中图分类号 T E 2 4 3 文献标识码 B Ap pl i c a t i o n o f mu l t i - l a t e r a l ho r i z o n t a l we l l dr i l l i ng t e c hni qu e O R W e l l Yup i n g 一 8 Z E N G C h u a n y u n , T A N Y 0 n g z h i , X U H o n g g u 0 , L U J i a n j ia n g , Z 0 U M in , Z H A N G B in c h e n g 1 . Di r e c t i o n a l W e l l Dr i l l i n g T e c h n o l o g y S e r v i c e C o m p a n y , B o h a i Dr i l l i n g a n d E x p l o r a t i o n 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 I n s t i t u t e o fE x p l o r a t i o n a n d De v e l o p m e n t , T u h a Oi lfi e l d C o m p a n y , Ha mi 8 3 9 0 0 9 , C h in a Ab s t r a c t T o i mp r o v e t h e h e a v y o i l r e c o v e r y o f Lu k e x i n Oi l fi e l d a n d d e c r e a s e t h e c o mp o s i t e d e v e l o p m e n t c o s t b y h o r i z o n t a l we l l , a n d t o r e a l i z e o i l fi e l d h i 曲l y e ffic i e n t a n d e c o n o mi c a l d e v e l o p me n t , a mu l t i - l a t e r a l h o r i z o n t a l we l l w a s d e p l o y e d i n T u h a fi e l d , We l l Y u p i n g 一 8 . Du r i n g t h e d r i l l i n g p r o c e s s o f t h e we l l , s o m e t e c h n i c a l d i ffi c u l t i e s we r e e n c o u n t e r e d , s u c h a s p o o r d r i l l a b i l i t y o f t h e f o r m a t i o n , p e n d i n g h o r i z o n t a l s e c t i o n s i d e t r a c k i n g , o r i g i n a l h o l e r e e n t r y , e t c . Ba s e d o n t h e a n a l y s i s o n t h e a b o v e d i ffic u l t i e s , s o me c o r r e s p o n d i n g t e c h n i q u e s we r e u s e d , l i k e p o we r d r i l l i n g t o o l o p t i mi z a t i o n a n d h o r i z o n t a l s e c t i o n p e n d i n g s i d e t r a c k t e c h n i q u e , a n d s o me t e c h n i q u e s we r e i mp r o v e d , l i k e a d v a n c e d r i l l i n g me t h o d o f l a t e r a l we l l a n d o r i g i n a l h o l e r e e n t r y b y l a t e r a l we l l h o l e . As a r e s u l t , t h e d r i l l i n g p e r i o d wa s e f f e c t i v e l y s h o e n e d , a n d t h e d r i l l i n g s a f e t y a n d r a t e we r e g u a r a n t e e d. Th e s mo o t h d r i l l i n g o f W e l l Y u p i n g 一 8 s u p p l i e s a n o v e l me t h o d f o r e n l a r g e a r e a c o n t r o l o f h e a v y o i l f o rm a t i o n b y d r i l l i n g mu l t i l a t e r a l h o r i z o n t a l we l l s a n d g r e a t l y i n c r e a s e o i l r a t e a n d o i l r e c o v e r y . K e y wo r d s h e a v y o i l ; mu l t i l a t e r a l h o r i z o n t a l we l l ; p e n d i n g s i d e t r a c k ; d r i l l i n g t e c h n i q u e 随着油藏开发要求的不断提高, 单靠增加水平 段长度难 以有效地提高油藏动用程度 和单井产量 , 多分支水平井具有增加油藏泄油面积 、 提高单井产 量、 节约钻井费用等优点, 是高效开发油气藏的理想 井型 。鲁克沁西区玉 1 断块位于吐哈盆地 台南 凹 陷北部 的鲁克沁构造带 上。油 田原 油属稠油油藏 , 为进一步落实该区块油层发育情况, 探索多分支水 平井技术开发稠油油藏 效果, 决定在 玉 1断块南端 钻玉平 8井 , 通过优化分支水平井完井 、 压裂和投产 方式 , 以提高分支水平井单井产量 , 探索采用多分支 水平井技术开发稠油油藏的可行性 。 玉平 8井断块面积 0 . 2 8 k m。 , 玉平 8井 目的层 克拉玛依组 T , k 砂层发育 , 平面上砂层 由东 向西 逐渐减薄 ;纵 向上 自下向上依次为砾岩段 、 砂砾岩 段 、 砂岩段及砂 砾岩互层段 , 构 成一套较 为完 整的 正旋 回序列。 玉 1 区块 目的层克二段砂体分布稳定 , 横 向连通性好 , 油气藏类型 为断块型底水块状稠油 油藏 作者简介曾传云, 1 9 6 6 年生。1 9 8 9 年毕业于西南石油学院钻井工程专业, 现从事水平井技术服务工作, 高级工程师。电话O 3 l 7 2 7 5 0 8 3 0 E ma i l 5 2 6 2 2 1 4 2 1 q q . c o rn。 曾传云等多分支水平井钻井技术在玉平 8井的应用 2 3 1 井身结构与井眼轨迹设计 设计井身结构和套管程序为 一开 04 4 4 . 5 mm 钻头钻 至井深 3 5 1 . 0 m, 03 3 9 . 7 mm套 管下至 3 5 0 . 0 1 T I ; 二 开 03 1 1 . 1 mm 钻 头 钻 至 3 5 1 5 . 0 1 T I , 02 4 4 . 5 mm套管 下至 3 5 1 4 . 0 m;三开 O 2 1 5 . 9 mm 钻头 钻 主井 眼 AB至 3 8 7 5 . 0 m, 剖面类 型直一 增一 增一 增一 稳 平 。各 分支段 要求 C D、 E F、 G H各分 支 长度 均为 1 8 0 m, I J 分支长度 为 1 7 0 1 T I, C D分支 与 主干夹角 l 8 。 , 其余各分支与主干夹角 2 2 。 。第一分 支起始点 C靶点距 A靶点 4 0 m, C、 E、 G、 1 分支靶点 间距离 5 0 1 T I 。C D分支终点距 主支垂直距离 5 0 m, 其余各分支终点距主支垂直距离大于 6 0 m。分支段 保持上翘大于 9 0 。 。 完井方式 主井眼 A B下筛管 、 分支井眼裸眼。 井身结构如图 1 。 I I _ o 444.5 m m 钻 头 351.0 m j 一 ~ - I /0 3 3 9 . 7 m m 套管 3 5 0 .0 m /01 7 7 . 8 mm 尾管 3 0 5 0 3 4 8 7 . 0 4 m1 ] 一 l/ ,造斜 点3 087.5m 警 / O311.2mm钻 头x3 487.04m / |0244.5mm套 x3 485m 01397 mm筛管【3 48 7O4~3 845 mJ / / 、 一 一 一 一 一 一 一 一 ⋯一 ⋯⋯⋯⋯一 B D H 图 1 井身结构示意图 2 多分支水平井钻井技术难点 1 二开 O3 1 1 . 1 mm 井眼定向段造斜点低 , 深部 定 向不易控制 , 自 3 0 8 6 m开始定 向造斜 , 由于井眼 尺寸大, 造斜段地层处于西山窑组 J x , 地质预告 含有灰色砂泥岩互层 , 内夹煤 线 , 地层软硬交替 , 定 向过程 中, 钻时经常由高钻时突然变为放空 , 易垮塌 埋钻具 , 需要频繁活动钻具 , 定 向施工存在造斜率偏 低 , 造斜率变化大等问题 。 2 尉 钻井液性能要求高 , 二开 03 1 1 . 1 mm井眼 , 裸 眼段长 , 钻井 液携砂难度增 大 , 井眼清洗 困难 , 岩 屑床不易破坏 , 致使摩阻因数增大 ;地层软硬交替 , 灰色砂泥岩互层且 内夹煤线 , 因而钻井液要求具有 良好的携岩 、 润滑及防塌性。 3 玉 平 8井设 计 靶前 位 移 为 2 7 0 . 3 6 1 T I , 设 计 剖 面全角 变化率 7 . 8 。 / 3 0 m, 最 高不允 许超 过 1 0 o / 3 0 m, 要求轨迹平滑 , 严 格控制造斜率 , 对钻头优 选、 螺杆钻具和钻井参数选择等需要逐步摸索, 增加 了施工难度 。 4 分支井 眼与主井 眼夹角大, 连续扭方位作业 井段 长 , 对井下安全施工有很 大影 响。设计水平分 支井段达到 1 0 7 0 m, 水平井段分支轨迹设计复杂 ; 分支井眼稳斜扭方位 , 和主井眼方位相比, 方位变化 达到 4 0 。 , 偏离主井眼位移超过 6 0 m, 连续扭方位 作业 , 增大了钻进 时的摩 阻和扭矩 , 三维空 间井眼轨 迹控制难度大。 5 玉平 8井三开水平段存 在 02 1 5 . 9 mm主井 眼和 0 2 0 0 . 0 mm分支井眼, 较长的水平段和井 眼轨 迹的不规则变化影 响主井眼重人。 3 钻井技术措施 3 . 1 动力钻具的选择与钻具组合优选 根据分支井井身结构特点优选钻具组合原则 增斜段需考虑 0 3 1 1 . 1 mm井 眼造斜率低 的特点 , 选 用工具造斜能力略高 、 直径和井眼尺寸匹配 的动力 钻具 , 在满足井眼轨迹控制的同时, 避免出现较大狗 腿度 , 确保井 眼轨迹 圆滑 , 降低摩 阻和扭矩 J 。水 平段钻主支侧钻及分支稳斜扭方位需要兼顾造斜率 及井下安全 , 选用优质单弯螺杆 , 本体扶正器外径减 小 1 ~ 2 mm, 弯角到钻头距离 比常规缩短 0 . 2 m , 稳 斜扭方 位效果增 强 , 螺杆 钻具长度 缩短 , 减 少测量 盲区, 配合高效能钻头, 有利于精确控制分支井眼轨 迹 , 确保主井眼和分支井眼顺利钻进 。 3 . 2 井眼清洁与安全钻井 二开造斜段, 考虑 0 3 l 1 . 1 m m井眼携砂困难, 使 用较好 的悬浮携带 和抑制能力 的聚磺钻井液体 系。 增大循环排量 , 提高返速 , 确保井眼清洁 , 保证 固控 设备运转正常, 振动筛、 除砂器运转率 1 0 0 %;离心 机运转率大于 6 0 %, 在井眼轨迹允许的条件下, 尽量 多转动钻具, 破坏岩屑床, 防止井下复杂 ;三开水 平段及分支段 的关键 问题是携岩 、 润滑及油层保护 , 采用乳化原油 聚磺钻井液 , 钻进过程 中维护性能稳 定 , 同时确保井壁稳定 , 加强 固相控 制 , 严格控制钻 井 液密度 , 执行短起下 钻和通井措施 , 破坏岩屑床 , 避免 出现遇阻遇卡现象 ;钻完分支后替人原油保护 油层。 3 . 3 井眼轨迹控制技术 多分支水平井定 向控制的主要参数包括 井斜 角 、 方位角 、 垂深 。主井眼定 向段重点控制井斜 , 施 工过程中要确保工具 的造斜率能够达到设计要求 , 使井眼轨迹在油层上部顺利着陆 。水平主井眼及 分支一般采用 “ 单 弯螺杆钻具 MwD伽马 ” 的地 质导向钻具组合钻进, 通过滑动钻进的方式实现增 斜, 降斜 , 复合钻进实现稳斜, 保证井眼轨迹始终处 2 4 石油钻采工艺2 0 1 3年 7月 第 3 5卷 第 4期 于油层 的中上部 , 有效地提高 了钻井速度和轨迹控 制精度 。 1 上直段螺杆复合钻井技术 。由于玉平 8 井 靶前位移仅为 2 7 0 . 3 6 m, O3 1 1 mm井眼造斜率高达 7 . 8 。 / 3 0 m, 为保证定向段造斜率满足设计要求, 必 须控制好上直段井身轨迹 , 避免走正向位移, 二开开 始 下入 复合 钻 具结 构 03 1 1 . 2 mmP D C O2 4 4 r fl r l l 直 螺 杆 0 2 0 3 mm NDC O 3 1 1 mm 扶 正 器 02 0 3 mm DCOl 7 7. 8 mm DC 1 27 m m W DP 1 2 7 mm D P, 轻压慢打, 防斜打直效果明显, 在 2 2 9 8 2 5 2 5 m 时下入 MWD仪器 , 按照施工措施扣井斜走反 向位 移。钻至 3 0 7 5 m 提前下入 MWD仪器复合钻至造 斜点深度 , 井斜控制在 2 。 以内, 位移控制在 2 0 m以 内, 反向位移 4 . 2 8 r n 。 2 造斜段井眼轨迹控制技术 。定 向钻具组合 0 3 1 1 . 1 m m钻头 O 1 9 7 m m单 弯螺 杆 1 . 5 - 2 .0 。 02 03 m mM W D 1 78 mmNDCO1 27 mm P7 柱 O1 2 7 mmDP 1 8 。 斜坡。 采用 1 . 5 。O1 9 7 mm螺杆和 MWD随钻跟踪井 眼轨迹 , 开始定 向段由于地层原因造斜率偏低 , 现场 施工人员及时更换更大角度螺杆, 提高造斜率, 满足 了设计要求后 , 换用小角度螺杆 , 按照地质导 向预告 油层深度、 采用滑动钻进和复合钻进。施工过程中, 及时掌握下人井 内的工具控制轨迹 能力 , 做 到精确 预测井底的轨迹, 使实钻井眼轨迹与设计井眼轨迹 尽量接近, 钻进至 3 4 3 4 . 8 m, 测深 3 4 1 9 . 8 0 m, 井斜 8 1 . 5 7。 , 垂 深 3 3 1 7 . 5 3 m, 设计 预计 的标 志层未 出 现 , 及 时采取措施 , 以 8 2 。 左右稳斜探油顶 ;稳斜钻 至 3 4 9 8 1T I , 垂深 3 3 2 7 . 8 2 1 T I , 录井显示进入油层 , 继 续稳斜钻进至 3 5 1 5 1T I 中完, 着陆点垂深控制在进 入油层顶部 2 I l l 左右 , 下入技术套管 , 封隔油层 以上 地 层 。 4 施工工艺流程 玉平 8井 在每个 主分支井 眼 内采用 了 由近 到 远 的前进式 钻井方式 , 即钻 主井眼 AC段一 钻 C D 分 支一 钻 主井 眼 C E段一 钻 E F分支 一 钻 主井 眼 E G段一钻 GH分支一钻主井眼 GI 段一 钻 I J 分支 。 这 种施工顺序 优点 减少岩屑封堵 主井眼 的可能 性 ;提高了顺利下人防砂筛管的条件;最大限度 减少井眼损失风险 _ 5 J 。钻完分支后 , 采用悬空侧钻 主支井眼, 要保证主支井眼始终在各分支井眼侧下 方 , 主支段井 眼完成后 , 钻具下钻 时依 靠重力沿 井 眼低边下行 , 确保后期起下钻及 下筛管能够顺利进 入主井眼 4 . 1 主支侧钻点以上井眼准备 1 首先控制主支井段井眼平滑, 钻具上提下放 摩阻较小。 2 侧钻 的主井 眼的方位变化与分支井 眼方位 相反 。 3 侧钻 点以上 3 ~ 5 1T I , 主井 眼的井斜应是增斜 井段 , 井斜 略大于设计井斜 1 。 左右。侧钻点 以下的 分支井 段 2 0 0 mm 保持工具 面 4 5 。 滑动钻进 5 1T I 增斜扭方位 , 然后 以工具面 8 0 。 滑动扭方位钻进 , 满 足造斜率情况下, 适当复合钻进。 4 为保证分支井眼与主支井眼之间快速形成夹 壁墙 , 并具有不易坍塌的特征。开始钻进分支井眼 必须保证螺杆工具的造斜率大于设计造斜率 2 0 %, 略增井斜, 然后全力扭方位, 尽快离开主井眼, 快速 形成夹壁墙 , 并且夹壁墙形状不可形成单一 的垂直 方向 E 6 ] 。 4 . 2 悬空侧钻主支井眼 O2 1 5 . 9 mm 控制方法 1 首先控制 主支 AC段井眼平滑 , 钻具上提下 放摩阻较小 ;控制主井 眼的方位变化与分支井眼方 位相反。侧钻点 C以上 3 ~ 5 m, 主井 眼的井斜应是 增斜井段 , 井斜略大于设计井斜 1 。左右 。侧钻点 C 以下 的分支井段 2 0 0 mm 保持工具面 4 5 。 滑动钻 进 5 i i 1 增斜扭方位 , 然后以工具面 8 O 。 滑动扭方位钻 进 C D分支, 满 足造斜率情况下 , 适 当复合钻进 , C D 分支井眼完成后, 用原油替换分支段钻井液, 保持分 支井眼不被污染 。 2 起钻换 O 2 1 5 . 9 m m钻头下入第 1 分支侧钻 点 c处 , 从 C侧钻点处采用和钻 C D分支井眼相反 的工具面悬空侧钻主支井眼 , 主支井眼钻 至第 2分 支侧 钻点 E时, 起钻换 2 0 0 mm钻头增斜扭方 位钻 第 2分支段 E F 。E F分 支井眼完成后 , 用原油 替换 分支段钻井液。 3 由于采 用前进 式钻进 方式 , 分支 井眼完 钻 后不需 要再 进入 , 为 了防止下 钻时钻 具再 进入 分 支井 眼 , 必须合 理优 化分 支井 眼与 主井 眼的相 对 位置 。 。 开始钻进分支井 眼必须保证 螺杆 工具 的 造斜率大于设计造斜率 , 略增井斜 , 然后全力扭方 位 , 尽快 离 开主井 眼 。以保证 分支 井 眼在 主 井 眼 的斜上方 , 即分支 井眼窗 口附 近轨迹 上翘 , 主井 眼 下倾, 分支井眼与主支井眼之间快速形成夹壁墙 , 下钻 时钻具 在重力和 自身 刚性作用下 沿主井眼方 面顺 利进 入主井 眼 , 有 效预 防再进 入 已完钻 分支 井眼 。 悬空侧钻主井 眼过程 中, 按照划槽 、 造台阶和控 制定向钻进速度3 个步骤进行主井眼的侧钻。 这样, 曾传云等 多分支水平井钻井技术在玉平 8井的应用 2 5 在主井眼侧钻点处形成大小井 眼交接台阶 , 可 以实 现主支 、 分支井 眼的快速分离 , 快速形成夹壁 墙 , 并 且夹壁墙形状不可形成单一的垂直方向, 有效防止 夹壁墙坍塌 J。侧钻完每一段主支后, 至少循环 1 周 , 然后起钻 至侧钻点 以上 2柱 , 再下钻重人侧钻主 支井眼, 确保完钻后筛管能顺利下入主支井眼;重 复上述步骤, 完成其余分支井眼的作业。 5 现场应用 1 玉平 8井钻成一个主支井眼 , 4个分支井眼 , 主 支井眼完钻井深为 3 8 7 5 m, 储层内进尺 l 0 7 0 m 主井 眼进尺 3 6 0 m, 四分支井眼进尺 7 1 0 m , 总进尺 4 5 8 5 m, 创造了吐哈油 田多分支水平井水平段最长记录。 2 玉平 8 井 钻 穿油 层 千米 以上 , 油层钻 遇率 1 0 0 %, 油层裸露面积相当于 1 O口百米油层 的直井 。 3 玉平 8 井初期 日产液 2 0 . 5 m , 日产油 9 .5 3 m , 含水率 5 2 . 7 %, 在生产过程 中产液量稳定 , 含水 率下降, 月累计生产原油 4 0 0 t 。为周围邻井的3 ~ 5 倍 , 增产效果显著。 主井眼和分支井眼实钻数据见表 1 。 表 1 玉平 8井主井眼和分支井眼实钻数据 6 结论与认识 1 玉平 8 井是吐哈油田第 1口分支水平井, 其 成功实施为开发稠油油藏积累了经验 , 为稠油油藏 的高效开发提供 了强有力 的技术支持 。 2 考虑大井眼井段造斜率低的特点 , 分支水平 井靶前位移设计不宜太短, 合适的井眼造斜率能保 证井眼轨迹圆滑, 降低摩阻, 减少井下事故。 3 采用 主井眼重入和主井眼悬空侧钻技术 , 快 速形成夹壁墙, 是分支水平井施工的关键 , 确保了主 井眼钻具顺利重入, 起下钻及下筛管未出现遇阻、 坍 塌现象。 4 鱼骨状水平分支井技术需要钻井 、 录井和地 质导向等多部门协调配合 , 准确预测储层是发挥分 支井技术优势 的重要前提 , 应用地质导 向技术是提 高油层钻遇率 的有效方法 。 参考文献 [ 1 ] 王来伟 . 分支井钻 井完井技术 [ M]. 北京 石油工业 出版 社 . 2 0 0 0 . 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