大斜度双靶定向井钻井技术探究

2022-09-10

引言

随着钻井技术的不断发展, 大斜度双靶定向井的钻井速度及成本都与同类直井不相上下。据统计分析, 相比于同类直井, 大斜度双靶定向井的钻井速度可达其速度的90%-95%, 其钻井成本比同类直井要高20%左右[1], 但是其在同一油层所能钻穿的厚度要比同类直井高一倍, 且其可对相信断块的多组油层进行斜穿, 单井的产量相比于同类直井要高出1-2倍, 具有较好的整体发效益。为此, 中原油田钻井一公司潜心研究大斜度双靶定向井的钻井技术并取得了良好的经济效益[2]。

一、井身剖面类型及造斜点的选择

井身的剖面设计是钻井成功的前提, 因此要对井身剖面进行优选, 以降低施工的难度。在选择井身剖面时首先必须结合水平位移及最大井斜角的需求, 根据地层的漂移规律, 一般选择三段制的剖面, 保证全井不存在降斜段, 这样可有效降低施工难度。

在对造斜点进行选择时, 不但要注意尽量将最大井斜角减少, 以将井下因各种原因而出现复杂情况的概率降低, 而且还要考虑到将造斜难度降低, 以将完钻的斜深减少, 为此就要将造斜点尽量选择在上部造斜比较容易的井段。若垂深相同, 为使斜深减少可选择上移造斜点的方法。

二、井眼的轨迹控制

大斜度双靶定向井具有井斜大、位移长、双靶小、靶区井斜方位允许偏差小等特点[3], 因此必须严格控制井眼的轨迹。根据现场施工实践, 对于井眼的轨迹控制可从以下几方面着手:

第一, 充分利用地层的自然漂移规律及造作规律。地层具有向异性, 其自然漂移规律及造斜规律会因为地层倾斜角度、倾斜方向及岩性的不断变化而发生改变。为了解不同地层的自然造斜规律, 在进行施工之前必须对准备钻井的地质资料进行分析, 掌握该地层的倾角及倾向, 同时不要对同区块的邻钻井的地质资料进行分析, 另外还要查阅已钻井的地层自然漂移规律及造斜规律, 最后结合待钻井的实际地质情况及设计方案, 以对待钻井的造斜率及方位的变化率进行确定, 从而为待钻井的定向施工提供科学的数据依据。

第二, 准确预测井眼轨迹并及时调整钻具及钻井的参数。钻具的不同组合及钻井的参数设置可在一定程度上对井斜及方位进行调节, 因此可利用相关计算机技术来准确预测井眼轨迹, 及时调整钻具的组合及钻井参数, 这样就可对井眼轨迹进行有效控制。

第三, 对稳定器的外径尺寸进行严格检查。稳定器主要是运用杠杆原理来对钻具弯曲点的具体位置进行调节, 如果稳定器的外径尺寸不符合要求, 那么其调节结果往往会适得其反。比如, φ216mm的三牙轮钻头+φ214mm的稳定器+φ158mm的钻铤×18m+φ214mm的稳定器+φ158mm的钻铤+φ214mm的稳定器是一套完整的增斜钻具, 但是如果钻头稳定器的外径尺寸要比上部稳定器的尺寸小时, 那么此套钻具就相当于φ216mm的三牙轮钻头+双母接头+φ158mm的钻铤×18m+φ214mm的稳定器+φ158mm的钻铤+φ214mm的稳定器, 其是一套钟摆钻具, 这不但不会起增斜效果, 反而会起降斜作用。因此在入井前必须要严格检查稳定器的外径尺寸, 特别注意近钻头稳定器的外径与钻头尺寸的差值不能超过2mm。

第四, 充分利用导向钻井技术。

三、井眼的防卡技术

井眼的防卡技术主要包括以下几方面:第一, 控制井眼的轨迹。在进行实际操作时, 井眼的轨迹尽量也设计轨迹保持一致, 这样井眼轨迹才能更圆滑, 从而通过将狗腿度减小而达到尽量减小较大扭方位的目的。第二, 加强钻井液的性能。加强钻井液性能的方式有很多, 如可加入磺化沥青, 但是其中最为经济有效有办法就是在钻井液当中混入原油, 这样不但保证了混油量, 而且还起到了很好的混油效果。第三, 改变钻具组合。钻柱是产生摩阻的首要钻具, 因此可通过改变钻具结构来使摩阻降低。简化钻具, 尽量避免使用风度及外径存在很大差距的钻具组合。为保证正常施工, 同时又尽量减少摩阻, 可选择刚度较小、外径尺寸小的钻具, 在施工现场一般不使用钻铤, 而采用127加重钻杆。

四、井眼的稳定

井壁不稳定的主要原因有力学及化学两方面因素。从力学角度来说, 主要是井斜角度过大从而导致上覆地层压力的径向分力过大从而导致井壁垮塌;从化学角度来说, 主要是斜井段中钻井液的暴露面积不断加大, 使侵入地层的钻井液量越来越多, 由于化学作用越来越大而导致井壁塌陷。因此, 为保证井眼的稳定可采取以下措施:第一, 尽量减小钻井液的滤失量, 一般来说其滤失量不能超过5ml, 从而减少钻井液进入地层, 减轻进入地层的钻井液的化学作用, 控制地层粘土水化膨胀的程度。第二, 依据压力剖面进行钻井液密度的选择, 以免因力学因素影响井眼的稳定性。第三, 将滤饼质量进行改善, 可在滤液中加入井壁封固以形成保护层。第四, 做好钻井液的灌注, 在起钻时要严格控制起下钻的速度, 以免因井段循环的长期性而导致井眼塌陷。

五、钻井液体系的选择

经过室内试验及现场实践发现, 主要成分为复合金属离子聚合物的泥浆体系其在循环时有着两性离子泥浆体系所具有的流变性, 而其在静止时又有着正电胶泥浆体系所具有的结构, 具有很好的剪切稀释性, 同时其动塑比值较高, 可有效使岩屑被携带及悬浮, 从而稳定井壁, 再配合其他处理剂其可构成大斜度定向井钻液体系的理想选择。