辽河油田杜84区块超稠油油藏水平井钻井技术

  辽河石油勘探局钻井一公司.辽宁盘锦1引川();2.大庆汕lI]股份公司井卜作业公司,黑龙江大庆以3。。0)摘要:辽河油田杜8一1区块是一个以砂岩为主的超稠油油藏.为了提高开发效果进行了直井与水平井组合重力辅助蒸汽驱(SAGD)开发试验。针对杜8级区块水平井钻井中存在的防碰难度大、造料困难、井眼轨迹控制要求高、固井质量差、易出现沉砂卡钻等技术难点,应用了三维绕障防碰技术、复合导向钻井技术、井眼轨迹控制技术、水平井井眼净化技术,并优化了井身结构和剖面设计,所钻5口水平井都精确入靶,井身质量和固井质量合格率都达到了1()()%.施工过程中没有出现井下复杂情况和事故,提高了机械钻速.缩短了钻井周期,降低了钻井成本。

 

  关键词:稠油油藏;水平井;导向钻井;井眼轨迹;井眼净化。

 

  辽河油田辽河油田曙一区杜84区块位于辽河盆地西部坳陷西斜坡的中段.北以杜32断层为界,东以杜79断层为界,西以杜115断层为界,南以杜205井与曙l-27一454井连线为界,整体上呈一长条状单斜构造。

 

  目的层为沙3段上部兴VI组油层,该油层以岩屑砂岩为主,为高孔隙度、高渗透率储层。兴城组为底水超稠油油藏,油层发育较好,平面上连片分布。为了更合理的开发该区块兴隆台油层超稠油,辽河油田进行了直井与水平井组合重力辅助蒸汽驱(SAGD)乞开发试验。

 

  969一IOO5m,水泥返至地面;三开小215.gmm井眼钻深1195一123Om,价177.8nim筛管下深1193一1228m,不固井。

 

  水平井井眼轨道设计数据水平井均设计采用双增双稳剖面,即“直一增一稳一增一稳”剖面。第一增斜段设计造斜率为60/3Om一7.3。/3om,第二增斜段设计造斜率为6.5“/3Om一7.60/3Om。造斜点井深350一600m,人靶垂深780~85om,水平位移45·1.30一640.81m,靶前位移242.26一389.52m。水平段纵向偏差士lm,水平段横向偏差士3m,水平段井斜角均为90。。

 

  1地质概况杜84区块由上到下钻遇的地层依次为平原组、明化镇组、馆陶组、沙1段、沙2段、沙3段。平原组岩性为棕色、棕黄色粘土层与灰白色细砂、含砾中细砂岩互层,底界深ZIOm;明化镇组岩性为浅灰白含砾砂岩、砂砾岩及绿灰色泥岩,底界深340m;馆陶组岩性为砂砾岩、砂岩、中粗砂岩和细砂岩不等厚互层,底界深67om;沙1段和沙2段岩性为浅灰色砂砾岩、砂砾岩与灰绿色泥岩互层,底界深800m;沙3段岩性为巨厚块状砂砾岩、砾状砂岩和灰色浅灰色泥岩,底界深1200m。

 

  3水平井钻井技术难点l)该区块属于老区块,已钻直井、定向井、水平井数量多,井网密集,防碰难度大。

 

  2)造斜点在井深350~6()0m处,出表层就定向,上部地层松散,造斜率极低,加之是采用争311.lmm钻头双泵大排量钻进,因此造斜十分困难。仁部地层为馆陶组,其岩性主要为砂砾岩和粗砾岩,粒径非常大,对定向造斜和井眼轨迹控制极为不利。

 

  3)油层胶结疏松,钻入油层后,造斜率非常低,对着陆前造斜非常不利,从而给人靶前着陆带来很大2工程设计2.1水平井井身结构及套管程序设计一开争444.5mm井眼钻深212n:,小339.7mm表层套管下深Z10m,水泥返至地面;二开小311.1mm井眼钻深970一IOlom,价244.5mm技术套管下深收稿日期:2(〕。5一03一21作者简介:岳宗杰(1973一),男,1996年毕业于石油大学(华东)石油工程专业.工程师。

 

  联系电话:(()427)782170326。石油钻探技木2()(JS年11月困难。

 

  4)该区块地层岩性变化大,主要岩性为砂岩、砂砾岩和砾岩,但其中有不等厚的泥岩夹层,由于在砂岩、砂砾岩和砾岩地层定向钻进时实际井眼曲率很低,而在泥岩地层钻进时实际井眼曲率很高,因而给造斜率的控制和估计带来r很大的麻烦。

 

  5)人靶点窗口高度只有Zm,要求测量和计算精度非常高,而测量探管到钻头的距离有13~14m,这给井眼轨迹的准确人靶增加了相当大的难度。

 

  6)设计要求小2侧.smm技术套管下至水平段窗口,由于技术套管直径大,刚性强,因此要求井眼的狗腿角不宜太大,否则技术套管就难以下到预定的位置,这也给井眼轨迹控制提出了更高的要求。

 

  7)由于地层松散,因此,一旦下钻遇阻划眼,很容易划出新井眼,而且上部很容易出现“大肚子”

 

  井眼,对固井质量影响很大。

 

  8)山于井较浅,钻进速度非常快,而且馆陶组地层粗砾岩粒径大,这就对钻井液的携岩性能提出了很高的要求,一旦井眼净化不好或净化不及时,易形成岩屑床而造成沉砂卡钻。

 

  9)由于该区块的油藏属于稠油油藏,所有生产井都需要采取热注热采或蒸汽吞吐,因此地温梯度异常.给钻井液性能的维护带来很大影响。

 

  4水平井钻井技术4.1三维绕障防碰技术降习”在设计时对周围的井与设计井进行防碰扫描,根据扫描结果确定出重点防范井,以便在实际施工中重点防范。

 

  2)在钻井施工过程中,随时对实际井眼轨迹与周围井进行防碰扫描,确定出实钻井眼轨迹与周围井在同深度位置上的空间距离。一旦发现这个距离小于sm时,就需要采取绕障措施。

 

  3)在实际施工中,利用无线随钻仪器对周围的磁场强度进行监视,一旦发现磁场强度有异常,就立即停止钻进,研究绕障措施。

 

  优化井身结构设计在综合考虑杜84块的地质特点、油藏特征、采油工艺特点及钻水平井的难点等多方面因素的基础上,对水平井井身结构设计进行了优化:一开采用似连4.smm钻头钻至井深212m,小339.7mm表层套管下深Z10m;二开采用小311.lmm钻头钻至井深10()sn飞,小244.smm技术套管下深loo3m;三开采用中215.{)mm钻头钻至井深122Om,小177.8mm油层筛管下人长度为水平段长(悬挂于技术套管L)。该井身结构既能满足稠油热采的要求,又能减少钻井过程中的摩阻和扭矩,并能保证井壁稳定。

 

  优化井身剖面设计井身剖面优选为“直一增一稳一增一稳”五段制音g面。在井身剖面设计时也考虑了甲方的要求:在垂深780一800m、井斜角在连()o一5()o之间必须有至少25m的稳斜段,以便将来采油时把采油泵下到该稳斜段位置,从而达到延长采油泵使用寿命的目的。

 

  导向复合钻井技术〔4一,〕在现场可根据实际情况选用以下两套并斜可调整导向钻具组合。第一套钻具组合:小311.lmm或小215.gmm三牙轮钻头+拟97.Omm或们65.Omm单弯螺杆钻具十变扣接头干MWD定位接头十小203.Zmm或小177.smn、或小158.smr,1无磁钻艇xZ根+小127.ommls“斜坡钻杆x(20一45)根+含127.Omm加重钻杆只(3()一1。)根+争158.srnm钻挺只9根+小127.omm18“斜坡钻杆;第二套钻具组合:争311.lmm或小215.gmm三牙轮钻头十小197.omm或小165.omm单弯螺杆钻具十变扣接头+小311.omn、或争215.omm球形稳定器十MWD定位接头+小2()3.Zmm或小177.smm或小158.srnm无磁钻挺xZ根十币127.Ommls“斜坡钻杆只(20~4幼根+小127.Omm力11重钻杆火(30一连O)根+争158.smm钻挺xg根+小127.Omm18“斜坡钻杆。

 

  第一套钻具组合的主要优l叙:在钻进稳斜段时可通过调整钻井参数来调整井斜,既可以增大井斜角,义可以减小井斜角;在钻进造斜段时可通过调整钻井参数来调整井斜角变化率,既可以增大增斜率,又可以减小增斜率。第二套钻具组合的主要优点:稳斜稳方位的效果更好,可以通过调整钻井参数来减小井斜角和减小增斜率。施工实践表明,第一套钻具组合通过调整钻井参数可使增(降)斜率在()o/10m到。.60/10m之间变化;第二套钻具组合通过调整钻井参数可以使降斜率在。“/10m到1.。“/’1。m之间变化。

 

  在实际施工中,根据测斜监测结果,利用计算机跟踪计算井眼轨迹,根据井眼轨迹发展趋势及时调整钻井参数和钻井方式,以满足井眼轨迹控制的需要。若实际造斜率大于设计造斜率,则采用复合钻井方式即旋转钻井方式钻进,或改变钻井参数来减小造斜率,使实钻井眼轨迹尽量接近设计一井眼轨道,确保井眼轨迹控制精度。

 

  井眼轨迹控制技术并眼轨迹控制是水平井钻井中的关键环节难点主要集中在着陆人窗技术和水平段的控制技术上。

 

  在杜84区块水平井施工中,采用了无线随钻MWD跟踪测量井眼轨迹数据。在实际施工中,通过勤测量、勤计算、勤分析、勤预测、勤发现和勤调整来精确控制井眼轨迹。所谓勤测量,就是要尽量缩短测量间距,尽可能及时测出距井底最近点的井斜角、方位角数据,从而及时掌握井眼轨迹的最新发展趋势。所谓勤计算,就是每测出一点数据后,就要及时进行计算,从而掌握距井底最近井段的并眼曲率,以便根据该数据准确预测测点以下未知井段的井眼曲率。所谓勤分析,就是每测出一点的数据后,就要及时进行认真的分析研究,以便及时发现问题。所谓勤预测,就是每测出一点数据后,就要及时进行预测和对待钻井眼进行设计,以便及时发现目前井下钻具组合的造斜能力是否能够满足待钻井眼设计造斜率的需要。所谓勤发现.就是根据测量、计算、分析、预测的结果,及时发现问题,从而及时解决问题。所谓勤调整,就是指根据发现的问题,从实际情况出发,及时调整钻井参数、改变钻井方式和改变钻具组合,以达到待钻井眼轨迹设计的需要,从而确保精确中靶。

 

  为了准确控制实钻井眼轨迹钻达设计目标靶点,根据杜84区块地层松软、造斜差的特点,选用了造斜能力较设计井眼曲率稍大的1.75“和2“的单弯中空螺杆。在实际施工中,根据造斜率的实际需要,通过平衡滑动钻井与旋转钻井的井段长度来获得需要的平均造斜率。由于该地区地层不稳定,岩性变化大,所以,有时也必须根据钻时和地质人员捞出的砂样来判断所钻地层的岩性,并根据岩性的不同,采用不同的钻井参数,以获得需要的平均造斜率。只有这样才能使实钻井眼轨迹的井斜角和方位角达到设计要求,从而使实钻井眼轨迹尽量接近设计井眼轨道。

 

  水平井井眼净化技术杜84块地层岩性主要以砂岩、砂砾岩为主,地层极为疏松,平均机械钻速非常高,再加上该区块下面馆陶组砾岩的粒径非常大,这就对水平井的井眼净化提出了更高的要求。

 

  在水平井的实际施工中,笔者根据对大斜度井和水平井中岩屑输送机理的研究,主要采取提高钻井液的携砂能力、防止岩屑床形成及尽可能破坏岩屑床来改善井眼的净化状况和提高钻井液清洗钻屑的效果。

 

  提高钻井液的携砂能力1)改善钻井液性能。a.选用合适的钻井液类型。根据杜84区块定向井钻井经验,聚合物混油钻井液非常适合钻进该区块的地层,在此基础上对钻井液性能加以改善,以适用该区块水平井钻井要求。

 

  b.合理的钻井液性能设计。通常,在同一口井中,某一井段中的最优井眼净化参数不一定适用于另一井段。但是笔者在进行钻井液性能设计时,为获得最佳井眼净化效果,充分考虑了使全井最关键井段(井斜角为400一600的井段)的井眼净化效果最好。c.在井眼稳定性和其它方面允许的情况下,尽可能提高钻井液密度,以增加钻井液悬浮钻屑的能力。d.加人包括怀俄明土、某些聚合物增稠剂和一些不同的絮凝剂在内的钻井液添加剂来提高钻井液的静切力和凝胶强度,以改善层流条件下井眼净化能力。e.保持恰当的钻井液流变性。强化固控设备保证四级净化,确保固控设备的使用率,降低钻屑固相含量,以利于钻井液流变性的控制。

 

  2)提高钻井液在环空中的流速和剪切速率。提高环空返速会增加井口或钻井液中岩屑的体积分数,从而提高井眼净化效果和减小岩屑床厚度。增大泵排量和钻具外径能提高钻井液在环空中的流速和剪切速率。在地面机泵条件允许的情况下,现场采用一台价17Omm3NB一1300泵和一台小16Omm3N珍1300泵双泵钻进,排量可达到45一55L/S,以保证环空返速控制在2.0一1.sm/S。

 

  3)在不同井斜角的井段采用不同的钻井液流态。

 

  在井斜角低于45“的井段和冲蚀敏感性地层中,使钻井液在井眼环空内保持层流状态,并尽可能提高钻井液的屈服值,从而使钻井液的井眼清洁效果最佳。在井斜角为55“一90“的井段和坚硬地层中,采用紊流状态下的低粘度钻井液钻进,可保持井眼清洁。

 

  防止岩屑床的形成和尽可能破坏岩屑床1)在钻井液中加入包括怀俄明土、某些聚合物增稠剂和一些不同的絮凝剂在内的钻井液添加剂来提高钻井液的凝胶强度和静切力,以提高钻井液对岩屑颗粒的悬浮能力,尽可能提高井眼净化效果。

 

  2)降低钻进速度,大排量充分循环钻井液,用好固控设备,尽可能使井眼内的钻井液保持干净,控制钻井液内的岩屑等固相体积分数。

 

  3)尽可能多的活动钻具(包括旋转钻具和上下活动钻具),以利于岩屑颗粒在钻井液中的悬浮和钻井液携砂。

 

  4)定期短起下钻和划眼,以搅动钻屑并将其从井眼中清除出来。