加拿大非常规油藏浅层SAGD钻井技术.pdf
第 3 6卷 第 2期 2 01 4年 3月 石 油 钻 采 工 艺 0 I L DRI L L I NG P RO DUC T 1 0N T E CHN0L 0GY Vo 1 . 3 6 NO . 2 Ma r c h 2 01 4 文章编 号 1 0 0 0 7 3 9 3 2 0 1 4 0 2 0 0 1 2 0 4 d o i 1 0 . 1 3 6 3 9 . o d p t . 2 0 1 4 . 0 2 . 0 0 3 加拿大非常规油藏浅层 S AGD钻 井技术 刘烈强 1 . 中国石油海外勘探开发公 司, 北京 1 0 0 0 3 4 ;2 张 玮 q - 国石油集 团钻井工程技术研究院 , 北京1 0 2 2 0 6 引用格式刘烈强, 张玮 . 加拿大非常规油藏浅层 S AG D钻井技术 [ J]. 石油钻采工艺, 2 0 1 4 , 3 6 2 1 2 1 5 . 摘要 浅层 油砂 蒸汽辅助重 力泄 油 S t e a mAs s i s t e d G r a v i t y D r a i n a g e, 简称 S AG D 开发 , 在斜直井钻井工 艺上存在不 少挑 战, 例如下套管井12 /“ 同心、 斜直并井眼清洁、 斜直并固井质量以及井眼轨道控制等问题。通过对麦肯河区块钻井井身结构、 井眼 轨道控制、 钻井方式和固井工艺的研究, 提 出并成功实施 了表层以 4 0 ~ 4 5 。 角度一开、 二开造斜至水平段 2 0 ~ 3 0 m下特殊热采套 管、 三开直接钻水平段至段长 8 5 0 m下割缝尾管悬挂完井的井身结构。采用随钻电磁传导测量探头 E M 与随钻泥浆脉 中传 导测 量探 头 Mu d P u l s e 的双探 头组合 , 并结合不 同的随钻测 井仪 来减 小井眼轨迹测量与控制的 系统误差。 完善 了热采 井固井 水泥配方和 固井措 施 , 保 障 固井质量合 格率 1 0 0 %。这 一 系列研 究成果的应 用, 对降低 S AG D钻 井成本 、 加 快油砂 开发具有积 极 意义。 关键词 油砂 ;S AG D;非常规油藏;斜直水平井;批钻井;加拿大 中图分类 号 T E 2 4 2 文献标识码 B Dr i l l i ng t e c hn i qu e s f o r u nc o nv e n t i o n a l r e s e r v o i r s i n Ca n a da _ s ha U 0 w S AGD dr i l l i ng t e c hn i qu e s L I U l i e q i a n g , Z H A N G we i 。 1 C NP CI n t e r n a t i o n a l L i mi t e d , B e ij i n g , 1 0 0 0 3 4 C h i n a ; 2 C N PCDr i l l i n gRe s e a r c h I n s t i t u t e , B e ij i n g 1 0 2 2 0 6 , C h i n a Ab s t r a c t Th e r e a r e l o t s o f c h a l l e n g e s i n d r i l l i n g i n c l i n e d S AGD we l l s i n s h a l l o w z o n e , s u c h a s c a s i n g a l i g n me n t , we l l b o r e c l e a n e S S , c e me n t i n g q u a l i t y , we l l t r a j e c t o r y c o n t r o l e t c . T h i s p a p e r c o v e r s w e l l p r o fi l e d e s i g n , we l l t r a j e c t o r y s u r v e y a n d c o n t r o l , c e me n t i n g t e c h n o l o g y a n d b a t c h d r i l l i n g i n M a c k y Ri v e r . E M M W D s e n s o r a n d mu d p u l s e M W D s e n s o r a n d d i f f e r e n t L W D d e v i c e s a r e u s e d t o l o w e r t h e e r r o r b e t w e e n w e l l t r a j e c t o r y me a s u r e me n t a n d c o n tr o l s y s t e m. T h e s l u r r y f o r mu l a a n d c e me n t i n g me a s u r e s f o r t h e rm a l r e c o v e r y we l l s h a v e b e e n i mp r o v e d , wh i c h e n s u r e s t h e 1 0 0 % c o n f o r mi t y o f c e me n t i n g q u a l i t y . Ap p l i c a t i o n o f t h e s e r i e s o f r e s e a r c h r e s u l t s h a s ma d e g r e a t c o n tr i b u t i o n t o t h e r e d u c t i o n o f S AGD d r i l l i n g c o s t a n d f a s t d e v e l o p me n t o f t h e h e a v y o i l s a n d . Ke y wor ds Oi l s a nd;S AGD; Unc o n ve n t i ona l r e s e rvoi r ; Sl a nt ve r t i c a l h or i z on t a l we l l ;b a t c h dr i l l i ng ;Ca n a da 麦肯河油砂区块 由于油藏埋藏深度浅 1 9 0 ~ 2 1 0 m , 采用常规的 S AG D水平井设计已经不能满足金 属螺杆泵下入油层 的举 升要求。通 过调研与分析 , 最终采用斜直水平井井 眼轨迹设计 , 并通过井身结 构和井下钻具组合优化 , 改进 固井工艺措施 , 保证了 S A GD钻井 、 地面设施 、 采油工艺管理成本最优 。 1 斜直井井身结构优化 分析 了加拿大油砂 S AG D所钻井井身结构 , 结 合该地区钻井地质和油藏特点 , 首先确定了该地 区 的斜直井井身结构 图 1 设计基本原则和要求。 图 1 蒸汽辅助重力泄油 S AGD 井身结构 1 三开井身结构。 2 以 4 0 ~ 4 5 。 角度预钻 0 6 6 0 . 4 mm 导管 , 隔离 地面沼泽 , 防止钻表层发生井漏 、 坍塌 。 3 一 开表层采用 4 0 ~ 4 5 。 角斜 直井设 计 , 降低 作者简介 刘烈强, 1 9 6 6年生。钻井硕士, 加拿大油砂项目钻井部经理 电话4 0 3 . 8 1 7 2 6 8 7 。E - m a i l l i u l i e q i a n g c n p c i n t .corn 刘烈强等 加拿 大非常规油藏浅层 S A GD钻 井技术 l 3 浅层水平 井的造斜难度 , 原则上 以封 固不稳定 的冰 川地层和地下淡水水层 , 为二开钻进创造安全条件 。 采用 0 3 7 5 mm钻头钻至井深 9 5 m, 然后下 05 0 8 . 0 mi i l 扩眼器扩眼 , 最后下人 1 2 1 4 0 6 . 4 mm表层套管 , 热 采水泥固井并返至地面。 4 二开为造斜井段 , 需要严格控制井眼狗腿度 不超过 l 2 。 / 3 0 m, 保证螺杆泵可以下至水平段 。 考虑到 S A GD注 、 采井均为双管柱的需要 , 井眼采用 0 3 7 5 mm钻头钻至靶窗入 口A点 , 下人 02 9 8 . 5 mm 技术套管, 热采水泥固井并返至地面。技术套管的 尺寸、 钢级壁厚 、 扣型是根据其在不 同工况下承受的 拉伸 、 压缩 、 扭矩 、 温度和压力的不 同, 进行有限元分 析校核后确定 。 5 主井眼考虑到有利于后续采油作业 、 修井及 清砂作业 , 采用 0 7 0 mm钻头钻至靶窗出口B点 , 下 人 0 2 1 9 . 1 mm的割缝尾管完井 。割缝尾管的割缝参 数是根据实验室对岩心防砂对 比试验后推荐的, 其 钢级壁厚通过了不同1 二 况下的有限元分析。 6 表层 套管螺纹采 用非 AP I 常规螺 纹 H y d r i l 5 2 1 , 技术套管和割缝尾管均要承受高温载荷 2 1 0 ~ 2 6 5℃ , 采用热采专用加强螺纹。 2 批钻井技术采用及平台优化 2 . 1 钻井平台设计优化 由于钻井地表为沼泽地 , 必须修建钻井平台才 能实现全年不间断钻井。根据油藏水平井井距要求 , 结合钻井井下管柱磨 阻和扭矩模拟 , 优化 了每个平 台的钻井数量;按照钻机和修井机对井场的要求, 并结合采油和地面设施安装要求, 确定了井口距离 和井口布置方式。每个平台钻井数量为 4 - 6 对 8 ~ 1 2 口 , 采用生产井和注 汽井 1 行交 替排列 , 井 口间距 为 l 7 m 图 2 、 图 3 。 2 . 2 批钻井技术 目前平 台钻井主要有 2种方式 , 传统单井钻井 与批钻井。批钻井是对平台所有井按井段 的分类 , 实行 同一类型井 段一次完成 。根据 S AG D不 同井 段及T具要求 , 同一平 台分 5批完钻 第 1 批钻平 台所有井的表层 , 并下套管固井;第 2批钻平 台所 有生产井的二开井段 , 并下技术套管 固井 ;第 3批 钻平台所有生产井 的主井眼水平段 , 并下割缝筛管 完井;第4批钻所有注汽井二开井段, 下套管固井; 第 5钻所有注汽井主井眼水平段 , 下割缝筛管完井。 批钻井的优点是 1 由于同一井段不断重复施 工 , 学习曲线改善 明显 , 效率不断提高 ; 2 下套管 固 完井后 , 无需 等待侯凝 , 钻机 即可移动到另一 口井 , ● 5 0 m ● ● 5 0m ’ 图 2 典型的 S AGD平台井口布置 1 2 o 0 1 O o 0 8 o 0 要 塞6 0 0 4 0 0 2 o 0 0 l 2 0 o l 0 o O - 8 0 0 - 6 0 0 - 40 0 - 2 0 0 0 2 oo 东投影, m 图 3 典型的 S AGD井眼轨迹 减少非生产 时间; 3 各井段钻井液可 以重 复利用 ; 4 针对某一井段 的技术服务只要上井一次 , 就可以 持续干完这个工序 , 比如钻 注汽井需要的磁导向测 量工具 的应用 ; 5 减少设备 和人员 的待工成本 ; 6 水泥胶结测井作业前, 可以保证技术套管固井侯凝 时间最大化 , 有利于固井质量 的准确评价。 3 钻具组合优化 1 表层采用 0 3 7 5 mm 钻头钻导 眼, 然后下入 0 5 0 8 . 0 mm扩眼器扩眼至井底。 钻具组合为0 3 7 5 i i I n 牙轮钻头 0 2 0 3 . 2 mm螺杆 1 . 8 3 。 , AB I 02 0 3 . 2 mm无磁钻铤 1 根 1 7 1 2 0 0 mmE MWD短接02 0 3 . 2 mm无磁钻铤 2根十 1 3 9 . 7 mm加重钻杆钻杆若干。 扩眼钻具组合为带导引短接的 0 5 0 5 m m扩眼器 钻井稳定器。其优点是 ① 3 7 5 mm井眼采用复合 钻井, 提高机械钻速;② 0 2 0 3 .2 m m螺杆扭矩更大, 能适应更高排量 , 保证井底清洁 ;③通过 E MWD实 时监测井 眼轨迹 , 保证井 斜与方位 , 为三维井 眼防 碰提供数据;④采用二次扩眼, 有利于保持井眼清 洁, 降低钻进时当量泥浆密度 , 减少井漏和钻头泥包 风险。 2 二开钻具组合0 3 7 5 mm牙轮钻头 02 0 3 . 2 mm螺杆 1 . 8 3 。 , AB I 0 2 0 3 . 2 mm DG R短接 02 0 3 . 2 mmE WRP 4 短接 02 0 3 . 2 mmH C I M短接 02 0 3 . 2 ml T l 无磁钻铤 1 根 0 2 0 0 mmE MWD短接 02 0 3 . 2 mm无 磁钻铤 2根 l 3 9 . 7 mm 加重钻杆 钻 杆 l 4 石油钻采工艺 2 0 1 4年 3月 第 3 6卷 第 2期 若干 二开钻具组 合增加 了双 向 自然伽 马测井仪 DG R 和电磁波电阻率测井仪 E WR P 4 , 用于精确 导向。 3 生产井水平段 钻具组合为 0 2 7 0 mm P DC 钻头 02 6 9 mm RMR S接头 0 2 0 3 . 2 mm螺杆 1 . 8 3 。 , AB I O 2 0 3 . 2 mm D GR短接 02 0 3 . 2 mm ADR短接 0 2 0 3 . 2 mm H C I M 短接 02 0 3 . 2 mm无磁钻铤 1 根 0 2 0 0 mmE MWD短接 0 2 0 3 . 2 mm无磁钻铤 2根 1 3 9 . 7 m m 加重钻杆 钻杆若干。通 过增 加旋转 磁场测距导 向系统 R MRS 和方位深探测电阻率测 井仪 AD R 来保证生产井水平段 与生 产观察井 的 距离和生产井水平段始终位于油层底部。 4 注汽井水平段钻具组合为 0 2 7 0 mm P DC 钻 头 02 0 3 . 2 mm 螺 杆 1 . 8 3 。 , AB I 02 0 3 . 2 mm D G R短接斗 诬 0 3 .2 mm E R W- P 4 短接 亿 I2 0 3 . 2 mm H C I M 短接 02 0 3 . 2 mm无磁钻铤 1 根 02 0 0 mmE MWD 短接 02 0 3 . 2 mm无 磁钻铤 2根 O1 3 9 . 7 mm加重 钻杆 钻杆若干。 4 生产井井眼控制与测量 i 无论水平段是否完全穿过油层 。 其水平段长 度 为 8 5 0 m, 水平井距为 1 2 5 m。 2 水平井与 S A GD观察井之 间的最大距离不 能超过 l 5 m。 3 二开造斜段的设计井眼曲率为 8 。 / 3 0 m, 最 大狗腿度不得超过 1 3 。 / 3 0 I T I 。 4 水平主井眼段最大狗腿度不超过 1 3 。 / 3 0 1T I 。 5 水平段的井眼靶距要求为水平段 A点 跟 端 的垂直平面误差为 0 . 5 IT I , 水平平面误差 2 . 5 1T I 。 水平段 B点 趾端 的垂直平面误差为 1 . 0 1T I , 水平 平面误差为 2 8 r r l 。 6 注汽井和生产井水平段 的垂直距离设计为 5 1T I , 最小井距不小于4 . 5 1T I , 最大井距不超过 5 . 5 1T I 。 7 注汽井的水平段井眼轨迹尽量保持水平 , 不 随生产井的水平段的轨迹而变化 。 8 生产井的水平段应在油层底部 以上 1 . 0 ~ 1 . 5 m, 同时尽量保持整个井眼水平。 9 水平段油层穿遇率必须大于 9 0 %。 为提高生产井水平段的精 确制导 , 在钻具组合 中配备 了旋转磁 场测 距导 向系统 R MRs 、 双向伽 马测井仪 D GR 、 方位深探测 电阻率测井仪 ADR 和电磁波无线随钻测井系统 E MWD 。 旋转磁场测距导向系统 R MR S 可以随钻头旋 转发 出电磁波 , 在 S A GD观察井 中相同位置通过 电 缆下 人旋转 电磁波接收器, 可以精确控制水平井与 观察井的距离 , 保证观察井的压力 、 温度测量数据 的 有效性 , 从而跟踪蒸汽腔的发展 , 为调整蒸汽注入压 力、 流量等采油参数的提供依据。 方位深探测电阻率测井仪 ADR 可实现 3 2个 方向 、 l 4种不同深度 电阻率的探测 , 具有传输速度快 和信号稳定 的特点 , 从而准确判断油层边 界, 提高油 层穿透率和保持生产井水平段与油层底部 的距离。 5 注汽井井眼控制与测量 注汽井为加 热原油提供蒸 汽通道 , 其井 眼轨迹 关系到蒸 汽腔在油层 中的发展形状 、 生产井的原油 产量 、 油井生产年 限 以及原油采收率 。为实现注汽 井井眼精 确控制 , 需要采用磁导 向钻井技术。 目前 有 2种磁导向技术 主动磁导向和被动磁导 向 。主 动磁导 向钻井技术具有可以移动的电磁源, 即 MGT 和 R MRS ;被动磁导向技术是将生产井套管在下入 前进行永久磁化形成 电磁 源。这 2种磁导向技术均 能满足测量精度要求 , 但是 目前加 拿人只有 5 % 的 S AG D井采用被 动磁导 向技术 , 技术的可靠性还需 进一步验证 。因此选择 主动磁导向钻井技术。 在生产井 中通过 电缆 和牵引器下人电磁源 r 具 MG T, 给 MG T加 电压使其活跃 , 在区域 内产生一 一 个 具有强度 和方位 的电磁场。改进 的 E MWD测量 系 统在钻注汽井时接收 、 检_『 J lJ 磁场强度大小和方向, 从 而确定 2口井之 间的空间相对位置关 系。通过 断 调整井眼轨迹来保持其与生产井平行 。MG T技术 不依赖于 自身测量坐标 , 始终 以生产井 的真实位置 来进行跟踪钻进 。其测量精度高 , 在井距为 5 ~ 1 0 m 范围内, 其精度可达 2 %, 即 0 . 1 ~ 0 . 2 r f l 。 6 固井技术 同井质量是 S AG D井眼完整性 的屏 障, 保 障高 温高压蒸汽层与其他地层隔离 , 同时为套管在热 载 荷下提供结构支撑 。通过对 当地 固井存在的问题认 真分析研 究 , 按照 E RC B第 9号法案对热采 水泥的 要求 水泥在 3 6 0。 C时不发 生老化和 4 8 h水泥抗 压强度超过 3 . 5 MP a , 提出了针对麦凯河区块斜直井 的热采水泥固井配方和施工措施 。 6 . 1 表层 固井水泥配方及措施 表层 水泥 配方 P r o t e u s C OR E0 . 2 5 % C F R 一 2 十0 . 3 5 % 0 C F L - 31 . 0 0 % C a C I 2 十1 . 0 0 % F C A W H , 水 泥浆密度为 1 . 7 g / c m , 稠化时间为 3 h , 8 h水泥抗压 强度为 1 . 7 MP a , l 6 h水泥抗压强度为 3 . 4 MP a 。 施 工措施 a 水泥浆量按 1 0 0 % 附加 ; b 每根 套管至少安装 1 个扶正器 ; c 固井前 充分循环泥浆 刘烈 强等加拿大非常规油藏浅层 S AG D钻井技术 1 5 2 ~ 3循环周 , 然后泵入 1 1 r r l 清水做为前置液 ; d 固 井泵入水泥浆时旋转 和上下 活动套管 , 旋转速度为 1 0 ~ 1 5 r / mi n ; e 固井时必须监测水泥浆返 出情况 , 只 有环空返 出与注入相同密度的水泥浆后 , 才停止泵 人 , 投胶塞开始顶替 。 6 . 2 技术套管固井水泥配方及施工措施 清洗水泥及领浆配方 P r o t e u s P R O 0 . 2 5 % C F R - 2 0 . 3 5 % CF L 一 3 1 . 0 0 % C a CI 2 1 . 0 0 % F CAW- H 0 . 3 5 % C DF . 4 P 1 . 0 0 % 1 0 0目砂 , 清洗水泥浆密度 1 . 2 g / c m , 水泥领浆密度 1 . 4 5 g / c m 。 同井 水泥浆配方 P r o t e u s P R O 0 . 2 5 % C F R. 2 0 . 3 5 %CF L 一 3 1 . 0 0 % Ca C1 2 1 . 0 0 % F CAW - H 0 . 3 5 % C D F . 4 P , 水 泥浆 密度 1 . 7 g / c m , 稠化 时 间为 3 h , 失 水 1 6 mL / mi n , 2 4 h水 泥抗 压强 度为 3 . 8 MP a , 4 8 h 水泥抗乐强度为 5 . 2 MP a 。 施 措 施 a 水泥 浆量按 裸 眼段体 积 的 5 0 % 附加 ; b 每 3 0 1T I 套管安装 1 个扶正器 , 对于重要井 段 , 每根套管可安装 2个扶正器带止推环; c 同井前 充分循环泥浆 3 ~ 4循环周 , 投入下胶塞。泵入 4 1T I 清水 , 再泵入 6 m 清水 l 0 L / m WS . 3 0 作为前置液 ; 接着泵入 1 5 m 密度为 1 . 2的清洗水泥浆 , 再泵入密 度 为 1 .4 5的水泥领浆 5 m , 最后 泵人密度为 1 . 7 g / c m 的 井水泥浆 2 9 m ; d 水泥浆泵入时旋转和上 下 活动套管 , 旋转速度 为 5 ~ 1 0 r / rai n , 旋转扭矩不 得 超过上扣最大扭矩 的 5 7 %; e 同井时必须监测水泥 浆返 出情况 , 只有环空返出与注入相 同密度的水 泥 浆 2 m 后 , 才停止泵入, 投上胶塞开始顶替。 7 结束语 1 通过斜直水平井在麦肯河一期 的研究与应 用 , 进一步完善 了斜直水平井的井身结构 、 井眼轨迹 控制技术和同井水泥水泥浆配方 与工艺措施 , 形成 了一套适合于麦肯河地区浅层油砂开发的钻完井设 计和井眼轨迹控制技术规范。 2 平台批钻井 的实施与应用 , 进一步优化了批 钻井顺 序 , 降低 了钻井成本 , 缩短 了钻井周期 , 为麦 肯河后期优质高效钻井提供了有力保障。 参考文献 [ 1 ] J A RO S L A W No w i n k a , D A N Da l l ’A c q u a .Ne w s t a n d a r d f or eva l ua t i ng ca s i ng c on ne c t i ons for t h e r mal we l l a p p l i c a t i o n s l C j. 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D r i l l i n g a b e t t e r p a i r n e w t e c h n o l o g i e s i n S AGD d i r e c t i o n a l d r i l l i n g l C j. C a n a d i a n U n c o n v e n t i o n a l R e s o u r c e s I n t e r n a t i o n a l P e t r o l e u m Co n f e r e n c e , Ca l g a r y , Al b e r t a , Ca n a d a , 2 0 1 0 1 0 . [ 6] R E N NI E A, MCE L HI NNE Y G , I L L F E L DE R H. e t a 1 . A c a s e s t u d y o f a n e w t e c h n i q u e f o r d r i l l i n g S AGD t wi n we l l s i n h e a v y o i l r e s e r v o i r s[ C] . Wo r l d H e a v y O i l C o n f e r e n c e , E d mo n t o n , 2 0 0 8 0 3 . [ 7] F R ANCI S CO R e u d a ,J AME S He a t h ma n ,MAR I O S e r r a n o , e t a 1 . Ho l e c l e a n i n g a n d c e me n t d e s i g n f o r s p e c i fi c f o r ma t i o n t y p e s[ C]. S P E An n u a l T e c h n i c a l C o n f e r e n c e a n d Ex h i b i t i o n , De n v e r , Co l o r a d o , US A, 2 0 0 3 1 0 . 收稿 日期2 O I 3 . 1 2 1 0 [ 编辑付丽霞 ]