钻后扩眼技术浅析

2022-09-11

开窗侧钻定向井已成为复活停产井和报废井, 降低老油田开发成本的有效手段, 但由于环空间隙小, 造成下套管困难、固井质量差等难题, 制约了套管开窗侧钻井进一步大面积应用[1]。侧钻井扩眼技术通过采取水力驱动式钻后扩眼工具使侧钻井段井眼扩大, 改善了井眼状况, 提高了侧钻井完井质量[2]。本文就是在QHD32-6-D29H2下防砂管柱遇阻的情况下进行钻后扩眼作业, 并由此得出扩眼作业的经验总结。

一、Rhino XS型扩眼器

犀牛扩眼器有三个同心的PDC切削臂, 同时张开与收回, 切削臂有向上或向下倒划眼功能。一旦排量停止, 切削臂自动收回。工具可以设置为钻开浮鞋 (在销钉锁住的状态) 与切削臂伸开扩眼 (通过投球或流体剪切销钉) , 扩眼器可以进行随钻扩眼和钻后扩眼。特点:Z型驱动切削刀块配置系统保证了液压驱动的可靠性, 停泵后切削块能自动收回, 可靠性强;整体式本体设计, 允许承受更高的拉力和扭矩载荷;高耐磨性PDC切削齿, 可适应多种地层;在松散、胶结不好的地层里倒划眼;与先进的旋转导向工具配合钻长水平段井眼 (RSS) 和大位移井 (EDR) 。

二、使用背景

D29H2是水平井, 设计井深1923m, 垂深992.27m, 水平段长330m, 目的层位是明化镇下段, 深度零点为转盘面, 转盘高度38.27m, 平均水深为20m。3月1日07:45, 下防砂管柱至1434m时遇阻卡, 接顶驱开泵循环, 最大上提至100T, 未提活管柱。遇卡后, 浸泡解卡剂10.5h, 期间持续活动管柱, 未解卡;投球座封顶部封隔器;水力割刀于625m切割盲管;回收顶部封隔器及内层管柱;卡瓦打捞筒震击打捞落鱼;组合通井钻具进行通井:6"CONE-BIT+4-3/4"F/V+4-3/4"DC×3+4-3/4" (F/J+JAR) +3-1/2"HWDP14组下扩眼钻具, 扩眼作业;下入完井防砂管柱。

三、现场应用情况

1. 第一次下划扩眼作业

3月5日14:45, 组下扩眼钻具:6"CONE-BIT+X/O+F/V+7"扩眼器+4-3/4"NMDC+4-3/4"MWD+4-3/4"NMDC+4-3/4" (F/J+JAR) +3-1/2"HWDP14, 钻头水眼3×8/32", 扩眼器水眼3×8/32", 扩眼齿距钻头长度3.26m。扩眼器在MWD仪器下方, 钻台投球开泵憋压至7.8MPa剪切销钉解锁。下钻至设计扩眼位置1062m (扩眼器位置1059m) , 期间用灌浆管线向钻杆内灌浆。下划扩眼钻进, 参数:钻压1~2t, 排量1100L/min, 泵压8~8.5MPa, 转速60~80r/min, 扭矩4~5KN.m, 平均机械钻速50~80m/h。

3月5日19:15, 扩眼钻进至1128m时, 钻压突增至2t, 机械钻速降低至10~20m/h, 扭矩出现波动, 上提活动钻具后无明显效果;上提钻具, 停泵停顶驱, 下放钻具至1130m, 遇阻5t。上提钻具, 开转速20r/min, 排量20spm, 下放钻具依旧无法通过遇阻点;尝试继续扩眼钻进至1134m, 机械钻速10~15m/hr, 扭矩由4.8KN.m逐渐增大至6KN.m。决定起钻。起钻至井口, 检查钻头和扩眼器正常, 更换常规马达钻具组合:6"CONE-BIT+4-3/4"PDM (0.75°) +4-3/4"F/V+4-3/4"NMDC+4-3/4"MWD+4-3/4"NMDC+4-3/4" (F/J+JAR) +3-1/2"HWDP×14, 下钻至1134m遇阻。调整马达工具面, 滑动找回原井眼;下钻至井底, 循环调整泥浆性能, 倒划眼至1050m, 起钻至井口。

2. 第二次倒划扩眼作业

重新组合扩眼钻具组合, 下钻至井底。6"CONE-BIT+4-3/4"F/V+4-3/4"DC×2+7"扩眼器+4-3/4" (F/J+JAR) +3-1/2"HWDP×14, 投球, 剪切扩眼器销钉;倒划扩眼至1478m, 控制上提速度0.015~0.02m/s, 每柱划眼一遍。期间1540~1480m频繁憋压, 振动筛持续返出大量粘软、细碎岩屑。参数:排量1000L/min, 泵压16~17.5MPa, 转速100r/min, 扭矩5.5~8.5KN.m。

陆地通知, 尝试采取分段正划扩眼。起钻至1460m, 正划扩眼至1474m时, 憋扭矩且钻压由0.5t增至2t, 立即上提钻具, 停泵停转下放遇阻5t不能通过, 尝试20rpm缓慢下放通过遇阻点。倒划修整井壁至1464m时憋压, 环空无返出, 停泵放压, 低转速下钻至1574m寻找到泻压点, 缓慢提排量至正常, 振动筛返出较多细碎岩屑。下钻至井底, 循环。起钻至1478m, 继续倒划扩眼至1134m。期间1461~1449m频繁憋压;在1420~1443m尝试分段下划扩眼, 憋压现象缓解, 偶尔蹩扭矩。参数:排量900~1000L/min, 泵压14.5~16.5MPa, 转速100r/min, 扭矩5.5~8k N.m。起钻至井口, 测试扩眼器工作正常。

方法1、扩眼器刀翼上缠绕胶带, 下放至转盘面以下, 接顶驱开泵至工作排量, 停泵后上提扩眼器出钻台面, 检查胶带是否被涨开。方法2、将扩眼器喷嘴更换为盲堵, 接顶驱开泵至工作排量, 观察扩眼器刀翼是否上行打开。

四、经验总结

1. 组下扩眼工具

井口测试:下放扩眼器至切削块低于转盘面, 开泵至扩眼工作排量, 检查切削块是否被打开, 并记录下排量、泵压等参数。下钻时要求操作平稳, 在扩眼器通过防喷器组、井口装置和套管鞋 (或窗口) 时需控制速度, 原则上遇阻不超过3t。通径:对扩眼器以上的所有入井钻具进行通径, 钻台保持一个通径规。灌浆:小排量开泵每500m打通一次;若在钻台已投球解锁, 建议每300m用灌浆管线灌满一次。

2. 投球解锁

下钻至设计扩眼深度 (扩眼器切削块位于套管鞋以下至少5m) , 校深。缓慢开泵至推荐泵送排量, 开顶驱转速40~60RPM, 观察并记录钻具的上提下放悬重、泵压和空转扭矩, 停泵。投球。准确计算出球到位的时间:通常情况下, 将投球的下行路线中75%路程用泵冲 (180m/min) , 剩余25%路程让其自由下落 (130m/min) , 然后缓慢开泵剪断销钉;对于大斜度井、水平井, 全程需用泵冲 (速度按钻柱内流速计算) , 球快到位前降低排量剪断销钉, 这样可以防止球座因球速太快被击裂。切削块被激活张开时, 可以从地面观测到一个明显的泵压下降。

3. 扩眼造型

开转40~60rpm, 缓慢开泵至设计扩眼排量, 观察扭矩波动变化, 表明扩眼器的切削块已伸出并开始工作。在2~3m的范围内旋转并上下活动扩眼器, 直至初始的扩眼台肩形成。初始台肩扩眼所需要的时间根据地层岩性而定, 偏软地层尽量不超过5min, 避免长时间对同一地层进行冲刷。

4. 扩眼钻进

造型后进行正常的扩眼钻进, 推荐参数:钻压1~2t, 转速60~120rpm, 排量以满足不同井眼的环空返速而定, 注意观察岩屑返出情况。下划扩眼钻进中注意维持稳定的钻压, 重点监控扭矩 (因地层岩性变化、全角变化率变化等会引起扭矩的波动) 和机械钻速的变化。若扩眼时钻压增加、机械钻速持续偏低、扭矩波动严重, 则上提钻具停泵停转下放通过该困难井段, 采取倒划方式对该井段进行扩眼。

倒划扩眼钻进中注意维持稳定的上提速度 (0.02m/s左右) , 重点监控泵压、扭矩的变化。若扩眼时憋压, 则采取反向运动、降排量的原则, 处理正常后控制上提速度;当憋压现象严重时, 可下放钻具停泵停转上提通过该困难井段 (上提长度应小于扩眼器与钻头之间的距离) , 采取下划方式对该井段进行扩眼。扩眼钻进时扭矩设定限位, 保护扩眼工具和预防井下复杂情况发生。钻完一柱倒划一遍修整井壁。接立柱后, 先开转再开泵, 卸立柱前先停泵再停转。在连续扩眼时间达到24h时, 建议进行短起下钻或循环后再继续扩眼作业。