钻水平井工艺样本.doc

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侧钻水平井工艺技术
一、 套管开窗技术
1.1开窗方式
首先开窗点的选择应保证轨迹能够实现, 开完窗后需稳斜试钻20～30m, 因为这一段受套管磁性干扰。套管开窗的方式有断铣式开窗和斜向器开窗两种。
斜向器开窗是在套管内预定位置下入带有卡瓦锚定功能的导斜装置。斜向器下入预定井深, 用陀螺定向仪器使斜面朝着设计方位, 然后打压坐封锚定卡瓦与套管固定在一起。锚定后斜向器不能上下移动和左右转动。最后借助斜向器的斜面用铣锥在套管内开出一个具有一定长度而且平滑的窗口。

图1.斜向器开窗示意图
1.2开窗钻具选择
一般在工程设计的开窗钻具组合形式为:
φ118.0mm钻绞式铣锥+φ73.0mm加重钻杆×20m+φ73.0mm钻杆+76.2mm方钻杆
表1. 井下作业公司开窗效果统计
井号
钻具组合
开窗
耗时
开窗
趟钻
窗口
地层
作业
井队
C1061
Φ118mm钻绞式铣锥+Φ73mm加重钻杆2根+Φ73mm普通钻杆
约80h
2
西山窑
C08343
LU3107
Φ118mm钻绞式铣锥+Φ73mm加重钻杆3根+Φ73mm普通钻杆
约48h
2
呼图壁
C12340
LU3057
Φ118mm钻绞式铣锥+Φ73mm加重钻杆20根+Φ73mm普通钻杆
18h
1
呼图壁
C08343
LU9164
Φ118mm钻绞式铣锥+Φ73mm加重钻杆20根+Φ73mm普通钻杆
29h
1
K1h2 7
C08340
LU1154
Φ118mm钻绞式铣锥+Φ73mm加重钻杆10根+Φ73mm普通钻杆
27h
1
K1h1 5
C08340
从上表中不难看出, 使用20m加重钻杆的效果并不是很理想, 中和点在刚性较小的普通钻杆上的话, 容易使钻具受交变应力而同时出现公转与自转, 影响开窗作业的顺利进行以及扰乱开窗方位的准确性。因此, 推荐在开窗时底部多加加重钻杆。一方面, 保障开窗作业的顺利进行和开窗稳定; 另一方面, 能够一次性将需要使用的加重钻杆拉上钻台, 以免分多次拉钻杆( 就陆梁作业区侧钻情况来说, 基本上加重钻杆的使用都是10-20根) 。
1.3开窗参数的选择
将铣锥下入预订位置后, 应先使用配置好的泥浆提出井内的清水, 确保在进行开窗作业时有足够的粘度和切力达到悬浮钻屑的目的, 保证钻屑顺利携带出井筒。
开窗初期, 为了有效的在套管内壁磨出窝状接触面, 控制钻压5～10KN, 转盘速度40r/min左右, 轻压慢放, 避免蹩跳。当铣锥磨穿套管, 进入地层( 首先接触水泥环, 根据钻屑判断) , 该阶段为铣锥骑套管阶段, 可逐步增加钻压至15～25KN, 钻速提高至50～60r/min, 磨铣至铣锥完全进入地层。之后再将钻压降至10～20KN,转速为60 r/min, 继续钻进至设计开窗井深, 需要强调一点的是: 如果原井固井质量不是很好, 能够根据实际情况适当增加钻进深度, 因为铣锥钻进的稳斜效果加之使用PDC钻头钻进要好, 继续钻进一段距离有利于轨迹迅速远离原井套管。开窗结束后, 钻压降为5～10KN, 转盘钻速提高到80～90 r/min来回重复修窗至上提下放钻具无碰挂现象后大排量洗井干净, 提钻。
1.4注意事项
1.开窗作业之前, 一定要先做好替浆作业, 而且在开窗过程中保证泥浆排量、 泥浆泵工作正常, 避免钻屑无法及时携带出造成重复磨铣、 卡钻、 蹩跳等复杂情况;
2.开窗过程中密切关注钻屑情况, 若大部分钻屑为粉状, 则表示钻压过小, 需适当增加钻压; 若大部分钻屑为块状, 则表示钻压过大, 需适当降低钻压; 正常开窗时, 大部分钻压为长丝状。同时, 要注意钻压的使用要避免严重蹩跳。
3.开窗作业对定向方位的影响。开窗的时候, 铣锥和斜向器、 套管相互摩擦, 期间的摩擦力肯定相当大。这与铣锥和斜向器摩擦后分析所得结果一致。当铣锥与斜向器摩擦时, 由于铣锥为正转, 两者之间的摩擦力有使斜向器正转的趋势, 当斜向器固定不够牢固时, 就偏离原方向并向方位增大方向移动。如图2。

开窗方位
设计方位
铣锥转动方向

设计方位

在铣锥摩擦的带动下斜向器的移动趋势
铣锥

图2 开窗过程对斜向器方向的影响
因此, 在开窗过程中一定要避免过大钻压的出现, 钻压越大, 铣锥与斜向器之间的摩擦力越大, 越容易造成斜向器旋转。另外, 在陀螺定向时能够经过一个较设计开窗方位小的角度修正值来平衡开创过程中造成的影响。根据现场经验, 这个修正值一般选择30-40°。
4.双层套管开窗、 套管外无水泥或者固井质量不合格的套管开窗等特殊情况, 可根据实际情况与分公司相关领导与技术人员分析讨论后选择合适的工具和方式进行开窗作业。
二、 轨迹控制技术
2.1轨迹设计的分析与优化
拿到设计的第一步, 是认真分析和了解设计情况, 掌握设计中的重点要求和难点问题, 做到胸有成竹, 然后才能够在施工过程中做到游刃有余。由于设计软件的局限性, 在进行侧钻井轨迹设计时, 难免出现一些不利于实钻过程中轨迹控制的因素。
表2.LU2034工程设计轨迹数据
井深
井斜
方位角
垂深
位移
北坐标
东坐标
井眼
曲率
段长
(m)
(°)
(°)
(°)
(m)
(m)
(m)
(°/30m)
(m)
1275.00
2.49
189.57
1274.95
3.96
-1.02
-3.83
0.00
0.00
1305.00
2.49
189.57
1304.92
4.66
-2.31
-4.05
0.00
30.00
1309.44
0.55
320.76
1309.36
4.72
-2.38
-4.08
19.47
4.44
1449.18
90.43
189.57
1398.10
91.97
-89.89
-19.48
19.49
139.74
1529.20
90.43
189.57
1397.50
171.94
-168.79
-32.79
0.00
80.02
图3.LU2034井轨迹设计垂直投影图

如上表所示: 使用的北京鑫磊时代的轨迹设计软件设计轨迹时, 为了实现精确中靶, 软件会自动生成一段降斜井段, 若不能及时发现, 则会对后续的轨迹控制带来很大的麻烦。
表3.使用别的软件进行优化设计后的轨迹数据

图4.优化后的轨迹垂直投影图

对比能够看出, 使用轨迹优化设计能够有效的消除降斜段, 使得现场技术人员能够更加直观的进行轨迹控制和预测。
优化设计方法: 以原设计为基础, 进行轨迹优化设计。能够采取延长试钻段或者进行轨迹分段设计来消除该降斜段。
2.2螺杆钻具的选择
在轨迹控制段, 钻具组合的优选就更加重要了, 首先要进行动力钻具的选择, 动力钻具的造斜能力要与设计相符合, 现场上一般选用的螺杆的造斜能力应该在设计造斜率的1.1～1.2倍, 这样能够达到较少的趟钻完钻, 缩短钻井时间, 避免了一些裸眼段长时间暴漏产生复杂情况的可能。为了满足现场需要, 建议准备系列造斜率的螺杆钻具, 这样避免高造斜率螺杆钻具和低造斜率钻具频繁交替使用, 影响轨迹预测、 仪器的测量精度、 局部过大的狗腿度、 键槽的产生和作业周期增长等。
2.3钻杆的选择
在小井眼中, 岩屑床影响更加严重, 摩擦阻力更加突出, 为了解决这些问题, 除了从钻井液着手外, 还得考虑钻具使用是否合理。结合国内外经验, 当前一般要求现场必须配备一定量的加重钻杆和斜坡钻杆。两者的接箍都是具有坡度的, 从而钻压传递易, 能降低移动中的摩阻和岩屑的局部集中, 保护井壁的稳定, 同时具有很好的抗压抗扭作用, 现在在侧钻井施工中广泛应用。
现场施工中, 一般要求在小角度钻进阶段( 现场一般以50°左右划分) , 加重钻杆配在下面, 有利于向钻头加压, 而在大角度时候, 钻杆的重量主要表现为井壁上的压力, 传递钻压的能力明显降低或没有了, 因此必须进行钻具倒装, 这样能够达到降低摩阻的目的, 降低钻井风险。
下面所介绍的钻具组合分别应用于小角度和大角度井段
Φ117.5mm PDC钻头+Φ95.0mm单弯外壳螺杆钻具+定向接头+无磁加重钻杆+Φ73.0mm加重钻杆+Φ73.0mm斜坡钻杆+Φ73.0mm钻杆+76.2mm方钻杆
Φ117.5mmPDC钻头+Φ95.0mm单弯外壳螺杆钻具+定向接头+无磁加重钻杆+Φ73.0mm斜坡钻杆+Φ73.0mm加重钻杆+Φ73.0mm钻杆+76.2mm方钻杆
在现场实际施工当中, 如果全井造斜率高, 现有螺杆钻具造斜能力相对富余较少, 则可直接使用倒装钻具组合。
2.4造斜过程中的轨迹监控与实时调整
确定好造斜方案之后, 现场轨迹控制技术人员必须实时做好监控工作, 以便在发生异常情况时及时作出调整, 保障造斜作业按照设计顺利进行, 避免出现复杂情况。
首先, 要求司钻人员严格按照技术人员给定的工具面及其它参数进行钻进作业, 严禁在工具面异常或者工具面未能及时更新时盲目钻进。
第二, 按照要求及时做好测斜工作, 必要时需进行加密测斜。技术人员要根据测斜数据及时做出预测与计算, 以确定下步施工措施。
第三, 作为现场技术人员需要有大局观, 需实时考虑整个钻进过程的实施。
2.5合理选择电测位置, 减少起下钻趟数
根据地质设计要求, 陆梁地区侧钻水平井一般要求对开窗点至靶前20米进行包括连续井斜、 伽马、 自然电位、 双侧向在内的四项电测。在现场轨迹控制当中, 现场技术人员应根据实际造斜情况来决定电测井深。电测井深选择依据:
1、 以地质设计要求为基准, 围绕在中靶前20米左右选择;
2、 由于电测仪器的滞后影响, 电测井深应满足在垂深上能够满足电测后的图纸分析要求;
3、 由于设计造斜率与螺杆钻具实际造斜率之间的差异, 电测井深应当考虑电测前后的造斜率要求, 尽量减少提下钻趟数。
2.6.注意事项
2.6.1调整工具面以正转转盘为主。对于砂岩等可钻性好的地层, 应采用控时钻进技术, 有进尺即可, 以尽量减少无控进尺。钻进过程中采用带压微调技术, 转盘转动角度左右30°为限, 经过微调转盘, 调整工具面的变化趋势, 使工具面在所期望值20°左右摆动。带压倒转一次不超过30°, 连续倒转不超过90°。若带压倒转效果不明显, 可上提钻具, 根据实际情况, 可再倒转后在加压, 也可直接加压。多次微调后摆正工具面。工具面摆正后尽量控制好钻压, 不要使扭矩过大而使钻具反转。调整工具面经常要耗费大量时间, 造成一些无控进尺。
2.6.2 钻完一单根后需划眼顺畅后再加单根继续钻进。及时消除岩屑堆积, 井眼不规则的情况。
2.6.3井眼环空小, 控制井漏、 卡钻等工程事故难度比较高
井眼环空小, 使得井内相对大井眼来说比较微小的压力变化也可能给井壁造成比较大的伤害, 影响井壁的稳定; 而在如此小的环空内, 井壁稍微不稳定就可能导致卡钻、 井漏等事故的发生。
在现场实践中, 总结出来一些预防工程事故的方法, 简要介绍如下:
（1） 加强对泥浆的动态监控。根据所钻遇的地层, 及时调整泥浆的性能, 以确保地层的稳定性;
（2） 确保固控设备的正常运转, 保证泥浆的固相含量处于一个比较低的水平, 减少对井壁的冲刷;
（3） 精细划眼, 在情况允许的情况下采用动转盘划眼, 增加井眼直径, 提高井眼质量;
（4） 平稳开泵; 井内静止时间比较长时先小排量洗井循环泥浆, 使泥浆的粘度达到设计值后在增加到正常排量, 这个过程应该密切监控;
（5） 采用适当降低脉冲主阀头直径( 以减小脉冲幅度, 使脉冲幅度从钻井中的1000kpa以上降低到800kpa以下) , 适当降低脉冲检测门限等手段减小井内压力变化幅度。
（6） 在做工程设计时, 尽量避免大斜度井段经过疏松地层, 如煤层等。
2.6.4复合划眼钻具比较容易疲劳损害
相比一般情况下的裸眼水平井, 侧钻水平井所用的螺杆角度都比较大, 在造斜段, 2°以下的螺杆很少使用。加之钻具直径小, 抵抗各种损害的能力下降, 因此很容易发生钻具事故。造斜钻进过程中, 容易出现造斜率过高造成后续无法中靶的现象, 可是, 使用大斜度螺杆钻具进行复合钻进的风险很大, 钻具折断事故在我们的施工过程当中也是屡见不鲜。因此, 出现造斜率过高时, 推荐使用更换螺杆钻具的方式处理。如果必须使用大角度螺杆钻进, 需注意以下几点: ( 1) 复合钻进要选择在地层松软的泥岩层进行, 尽量降低钻进时螺杆钻负荷; ( 2) 复合钻进前先试动转盘数圈, 确认无”倒车”现象后再下放钻具钻进; ( 3) 复合钻进时控制钻压不超过20KN, 保持钻头吃入地层量少, 降低钻进时螺杆钻负荷; ( 4) 控制复合钻进量和钻进时间, 单次复合钻进进尺不得超过2m。当复合钻进出现频繁蹩跳时, 应停止钻进, 更换螺杆钻具继续钻进。
三、 中靶选择
侧钻水平井靶窗较小, 特别是垂向误差许可范围仅为上下0.5m, 且一般情况下侧钻水平井的造斜率都较高, 因此, 需要提前做好中靶准备, 确保钻遇油层后能够及时调整好轨迹实现中靶。
一般来说, 陆梁作业区的侧钻水平井地质设计油层位置较为精确, 彩南等地区则不然, 对技术人员来说是更大的考验。对于设计造斜率较小的井, 能够使用提前中靶的方式, 对于造斜率较高的井, 在必要的条件下, 能够申请滞后中靶。
所谓提前中靶, 是指在未钻至设计靶区的水平位移时, 将垂深与井斜角调整至设计中靶要求, 然后使用符合钻进中靶直至完钻。滞后中靶则反之, 一般不使用。
四、 半程固井技术
侧钻水平井半程固井是将造斜段注水泥固井技术与水平段割缝筛管防砂完井技术结合在一起的一项完井新技术。该技术主要是在油层段下入筛管(或滤砂管),不进行注水泥固井,防止水泥浆污染油层,以达到保护油层的目的,根据水平段分段开采需要下入套管外封隔器,实现水平段的有效卡封、 分层,以满足油井分层处理、 开采要求。然后对筛管顶部进行注水泥固井,以实现造斜段水层、 气层的有效封堵,满足造斜段油层有效开发的需要。其施工工艺是先将完井管柱下至水平段末尾,首先座挂液压式尾管悬挂器, 再升压膨封造斜段下部水利扩张式管外封隔器,然后升压打开压差式分级箍,对造斜段注水泥,封堵油水干扰层。最后钻固井盲板、 通井至井底, 最后完成替浆作业。
图5.侧钻水平井完井结构图
51/2″×31/2″尾管悬挂器座挂井深1420m
斜向器座挂井深1453m
31/2″套管
31/2″压差式分级箍
31/2″管外封隔器
31/2″筛管×1767m

4.1完井施工前的准备工作
完井前的准备工作主要包括刮削、 称重、 钻杆试压、 通井作业。刮削位置选择为尾管悬挂器上下10m范围; 刮削钻具为尾管送入钻具; 钻杆试压结束后, 在正常循环之后, 应称取送入钻具重量, 为后续的丢手工作做准备。另外就是尾管吊卡、 哈里伯顿胶、 水泥头等工具的准备。
4.2完井施工设计
完井施工设计需包含以下内容: 1、 该井的基本情况, 包括泥浆性能等; 2、 完井管串设计, 管串设计有几点原则: ( 1) 悬挂器必须在斜向器之上与原套管有50多米的重合, 确保对裸眼段实现良好的封固作用, 悬挂位置需避开套管节箍。( 2) 分级箍和管外封隔器之间如果连在一起, 则长度和刚度将增大许多, 会增加下入风险, 要用合适的套管进行过渡来增加局部柔韧性。( 3) 盲板底部必须设计一段套管, 避免钻穿盲板直接进入筛管, 避免卡钻事故的发生和对筛管造成损害。( 4) 管外封隔器位置的确定, 使其位于油层顶界之上的盖层中, 这样既能够起到封堵水泥浆下移, 又能够延长管外封隔器的使用寿命。3、 固井设计, 包括水泥浆性能、 用量、 以及施工步骤和注意事项。
图6. 部分完井工具图
管外封隔器
尾管悬挂器

压差式分级箍

4.3完井管串的下入
在井内也稳定, 一切准备工作就绪的条件下, 组织完井管串的下入。
完井管柱下入原则:
1、 所有入井管柱必须是合格的。
2、 入井管柱要求扣的连接必须达到设计要求。
3、 入井管串下放速度必须慢, 防止产生过大的激动压力压漏地层, 同时下放过程中注意观察钻井液井口返出情况, 确保井内稳定。
4、 及时灌液, 往管柱内灌液时灌入排量要小, 及时脱掉管柱内气体, 防止气体带到井下引起复杂情况。
5、 管外封隔器经过窗口时下放速度更加严格, 防止出现管外封隔器受到伤害, 影响封隔器的分隔质量, 大管柱进入裸眼段下放速度要慢于套管内。
6、 管柱快要到设计位置时, 最好不要进行探底, 防止出现上提遇阻, 无法按设计施工, 甚至造成无法施工的后果。
4.4坐挂悬挂器,释放尾管
完井管柱下到设计位置, 连接正打压管线, 泵车打压坐挂悬挂器。下放钻柱, 下放悬重下降, 证明已悬挂; 倒扣使内外管脱离, 释放尾管。上提钻柱,悬重下降, 证明已经完全倒扣, 尾管释放成功。
下放管柱到原位置, 开始胀封封隔器, 封隔器完全胀封后, 继续升高泵压, 在升压过程中压力突降, 钻井液出口开始有返液, 证明分级箍打开。
随后循环洗井, 调整好泥浆性能, 脱去井内气体。若管柱下入到位之后, 需长时间等待泵车, 在井队泥浆泵能够满足泵压控制要求的情况下, 能够选择使用泥浆泵进行该步作业。
4.5注水泥
由于小井眼固井, 环形空间比较小, 要保证固井质量, 当前现场施工人员能做的是: 水泥浆、 前置液进行优选, 现场注入的水泥浆浆态良好; 水泥浆体系中加入一定量的纤维能够改进水泥环的胶结质量和防漏的作用; 保证施工设备正常, 确保作业连续。
适当延长候凝时间, 延后打通油气通道时间, 则是另一改进固井质量的途径。
施工程序: 首先注入前置液, 然后注入水泥浆, 接着顶替液将水泥浆顶替到位, 上提钻具排出多余的水泥浆, 提钻候凝。
4.6打通油气通道
首先要选择合适的磨铣工具, 现场可选用高效平磨。打通油气层通道的过程中, 现场上使用的钻具组合之一:
Φ68.3mm平磨+Φ50.3mm地质钻杆+转换接头+Φ73mm普通钻杆串
由于地质钻杆柔性大, 其节箍具有台阶, 在经过悬挂器喇叭口时, 容易担住, 不能正常下入, 建议这样的下钻遇阻可经过正向旋转钻具引导其进入。钻进过程中, 要观察扭矩的大小, 避免在底部卡死。过大的扭矩轻者造成地质钻杆接头产生蘑菇头, 重者造成井下复杂事故。
4.7注意事项
1、 严格按要求做好下管柱前的准备工作;
2、 严格按照设计做好下管柱工作, 避免漏下、 多下、 和下入不合格管柱( 包括管柱堵塞) ;
3、 按照完井工程师的要求做好悬挂、 座封、 和开分级箍作业, 施工过程中注意控制好压力; 开启分级箍时严格控制压力, 避免压力过高憋漏地层; 一般先打压至15MPa, 若未能打开, 则缓慢增加压力直至开启;
4、 固井前召开固井施工会议, 由固井工程师统一指挥固井作业, 其它人员负责好各自工作内容;
5、 分级箍、 盲板等关键位置抹好哈里伯顿胶、 避免打通道时出现松口现象;
6、 候凝时间满72小时后方可进行打通道作业。

附: 侧钻水平井完井施工步骤
一、 前期准备:
用送入钻具刮壁, 接方钻杆洗井结束后记录停泵状态时的悬重。
双扶正器通井至畅通, 短提至窗口后干通至井底。
通钻具, 所有钻具最小内径应能满足胶塞经过。
完井工具准备, 地面检查, 配完井结构数据, 悬空不小于1米, 送入钻具最后一根高出转盘面0.8—0.9米。
井队准备: 管材、 油管短节、 井口工具( 包括油管吊卡、 50吊卡) 、 哈里波顿胶、 套管密封脂、 211提升短节、 指重表、 泵压表、 泵压能达到15Mpa。
车辆计划、 固井计划, 700型泵车、 灰罐车( 消泡剂) 、 水罐车。
二、 施工步骤
1、 按设计下入完井结构, 筛管、 盲管逐根用通管规经过。下5—10根灌浆一次、 悬挂器入井后送入钻具须通径、 而且下钻过程不得旋转下部结构。送入钻具最后一根钻杆高于转盘面80--90 cm。地面清点剩余管材、 钻具根数。
2、 灌满泥浆, 接方钻杆( 接方钻杆前开旋塞打通方钻杆) , 记录悬重( 分别记录上提、 下放及静止时的悬重) 。
3、 缓慢开泵, 打压至8 MPa( 注意不得高于10 MPa) , 稳压5min, 座挂悬挂器, 再打压至10MPa, 稳压5min, 涨封管外封隔器。
3、 下压10t, 使悬挂器充分悬挂, 注意观察钻具下行距离与悬重并记录, 若正常悬重应低于称重。
4、 卸压。
5、 上提钻具, 低于称重1--2 t, 用油管钳进行倒扣, 先倒5圈, 停止观察是否有倒车, 如不倒车为正常, 继续倒扣25圈, 上提钻具小于80 cm, 悬重等于或略大于称重, 确认丢手。如未丢手, 上提悬重会增加约15---20t。
6、 确认丢手后, 下放至原位置, 多加5--10t钻压, 打压15 MPa以上至打通分级箍( 打通后压力会突然下降) , 循环洗井两周。提至气动卡瓦能够座的位置。
7、 卸方钻杆接水泥头( 不带胶塞) , 计算固井整个时间。
8、 顶替管线试压20 MPa, 倒管线到下面闸门试压20 MPa, 安装胶塞。
9、 注前置液, 配注水泥浆。
10、 注灰结束关闸门, 洗管线, 接到顶替闸门上, 开始顶替。
11、 顶替结束, 碰压22 MPa, 稳压2min, 放压, 确认关闭, 卸水泥头接方钻杆, 打压5MPa, 上提钻具2m, 压力降为0--2 MPa, 循环洗井两周以上, 洗出多余水泥浆, 边洗边活动钻具。
12、 用平磨钻开盲板, 通井到底, 替清水。
三、 注意事项
1、 悬挂点避开节箍
2、 施工时注意人员避开高压区
3、 替清水后提钻注意防喷
4、 管外封隔器进入裸眼段后控制下放速度
5、 悬挂器入井后钻具不能旋转