中半徑水平側(cè)鉆技術(shù)在深高溫氣井鉆井中可以縮短鉆井時(shí)間、降低成本和減小風(fēng)險(xiǎn)

編譯:李文博 賈光亮 (西安石油大學(xué))

審校:李天太 (西安石油大學(xué))

中半徑水平側(cè)鉆技術(shù)在深高溫氣井鉆井中可以縮短鉆井時(shí)間、降低成本和減小風(fēng)險(xiǎn)

編譯:李文博 賈光亮 (西安石油大學(xué))

審校:李天太 (西安石油大學(xué))

沙特阿美石油公司的首個(gè)中半徑水平側(cè)鉆井,Haradh-AX1井,于2008年6月完鉆,它創(chuàng)造了一個(gè)耗時(shí)48.7天、油層接觸深度4 989 ft、共減少總成本33%的記錄。先前,二疊系 Khuff-C段水平側(cè)鉆井與Haradh-AX1井的操作相同,即:鉆開(kāi)完井段,側(cè)鉆,重新完井。沿 Khuff-C段側(cè)鉆分支,平均每83天可鉆3 441 ft。中徑分支定向井在以12°/100 ft增斜,以88°傾斜角穩(wěn)斜后鉆進(jìn),可以獲得較快的鉆頭鉆進(jìn)速率、較低的扭矩和摩阻,以及較高的井眼穩(wěn)定性和可控性。在先前的長(zhǎng)水平段側(cè)鉆設(shè)計(jì)中,需要進(jìn)行充分的磨銑以進(jìn)入83/8in的側(cè)鉆裸眼井段。然后從底層的白云巖開(kāi)鉆83/8in的長(zhǎng)徑造斜段,穿過(guò)底部壓力異常的Sudair頁(yè)巖儲(chǔ)層到 Khuff-C段的頂部,下7 in的篩管并進(jìn)行水泥固井。繼續(xù)穿過(guò)Khuff-C段側(cè)鉆57/8in的分支,使用裸眼完井。在中徑設(shè)計(jì)中,在相同的壓力區(qū),通過(guò)在 Khuff-C目的層以上真垂深450 ft處的7 in篩管鑿孔,造斜,鉆57/8in的井眼穿過(guò)Khuff-C直到井總深,這樣可以把側(cè)鉆段設(shè)計(jì)得更深。本文將從中徑鉆井技術(shù)出發(fā),以沙特阿美石油公司的Arab-D油氣藏水平油井 (真垂深6 500 ft)和水平氣井(真垂深12 000 ft的 Khuff儲(chǔ)層)為例詳述中徑鉆井技術(shù)在減少鉆時(shí)和節(jié)約成本方面的應(yīng)用。

高溫氣井 中半徑 水平側(cè)鉆減少鉆時(shí)降低成本

1 簡(jiǎn)介

先前,沙特阿美石油公司在 Ghawar特大氣田對(duì)9口低產(chǎn)或不產(chǎn)井自主進(jìn)行了水平重新進(jìn)入側(cè)鉆。基本流程是把500～1 000 ft(1 ft=30.48 cm)的7 in(1 in=25.4 mm)篩管疊合段磨銑到95/8in套管鞋以下約150 ft處。

由于可能遇到諸如“鳥(niǎo)巢”地層 (需驅(qū)除環(huán)空中的磨屑)、卡鉆、不穩(wěn)定的設(shè)備性能、磨銑流體的低端流變性不易保持等問(wèn)題,磨銑是極其耗時(shí)的作業(yè)。

在83/8in的裸眼井段插入水泥側(cè)鉆塞,按典型的3°～7°/100 ft進(jìn)行長(zhǎng)水平段側(cè)鉆造斜,直到Khuff-C段的頂層,然后下入7 in篩管進(jìn)行注水泥完井。

如果施加的壓力高達(dá)2 400 psi(1 psi=6.895 kPa),Khuff-A和 Khuff-B儲(chǔ)層就要隔離,7/8in段的長(zhǎng)直徑軌跡段將要繼續(xù)增斜到90°,穿過(guò)目的產(chǎn)層;Khuff-C,使用最小許可泥漿密度鉆至總井深。

另一種方法是在7 in篩管之上的95/8in套管里下入造斜器,在套管上鑿開(kāi)83/8in的窗口,以相同的方式鉆長(zhǎng)直徑造斜段直到 Khuff-C儲(chǔ)層頂部的7 in篩管下入點(diǎn)。這種方法并不是在所有的側(cè)鉆段都適合。

中徑水平側(cè)鉆技術(shù)在鉆整個(gè)水平段或一個(gè)井段時(shí)是在一個(gè)壓力體系下,這樣就可大大地減少鉆井時(shí)間,降低成本和風(fēng)險(xiǎn)。

2 鉆井軌跡的選擇

鉆井監(jiān)理要求對(duì)將要鉆的井,HRDH-AX1井,鉆開(kāi)垂直井完井段,清除掉7 in的篩管,鉆5 000 ft的分支井段進(jìn)入Khuff-C儲(chǔ)層,重新完井。

起初,有兩種方案可供選擇,第一種方案是先磨銑掉870 ft、直徑7 in的篩管,下入95/8in的造斜器,在95/8in的套管開(kāi)窗,鉆開(kāi)井徑83/8in的裸眼井段2 985 ft,下入7 in的篩管。最后以井徑57/8in、井段長(zhǎng)5 000 ft鉆至總井深。這種鉆井方式共需耗時(shí)約80天。

第二種方案是先磨銑掉1 070 ft、直徑7 in的篩管,在裸眼井中下入水泥造斜塞,開(kāi)窗側(cè)鉆直徑83/8in的分支段直到 Khuff-C儲(chǔ)層的頂層;下入7 in的篩管。最后以井徑57/8in、井段長(zhǎng)5 000 ft鉆至總井深。這種鉆井方式共需耗時(shí)約85天。

應(yīng)用中徑水平側(cè)鉆技術(shù),可以輕易地在7 in篩管中,在57/8in的開(kāi)窗操作中,由 Khuff-B層底部從 Khuff-B層進(jìn)入 Khuff-C層以12°/100 ft造斜率下入造斜器。用中徑水平側(cè)鉆技術(shù),這個(gè)過(guò)程的總耗時(shí)僅僅需要50天左右,并且能顯著地降低成本和減小風(fēng)險(xiǎn)。圖1和圖2是可供選擇的井身結(jié)構(gòu)。

圖1 HRDH-AX1前期再入/修井井身結(jié)構(gòu)

圖2 HRDH-AX1后期再入/修井井身結(jié)構(gòu)

3 鉆井設(shè)計(jì)需考慮的因素

側(cè)鉆開(kāi)窗,通常選用單程機(jī)械導(dǎo)斜裝置。在允許范圍內(nèi)應(yīng)該盡可能減小鉆頭穿過(guò)開(kāi)窗井段和井底小直徑井眼時(shí)的狗腿角嚴(yán)重度,在磨銑鉆具尺寸誤差大于1/8in時(shí)應(yīng)重新定位開(kāi)窗井段。

為了避免鉆柱疲勞破壞,造成時(shí)間和鉆井成本的浪費(fèi),扭矩和摩阻分析要先于優(yōu)化鉆柱組合進(jìn)行。為減小扭矩和摩阻,通過(guò)對(duì)比分析容積式馬達(dá)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)鉆進(jìn)水平段的成本效益,在鉆井液中加入了潤(rùn)滑劑。

為減少鉆井過(guò)程對(duì)儲(chǔ)層的傷害,鉆井過(guò)程中采用了最小允許過(guò)平衡鉆進(jìn),使用了 73 lb/ft3(1 lb/ft3=16.018 kg/m3)的低固相分散鉆井液體系。為避免巖屑在水平段堆積,在水平段鉆進(jìn)過(guò)程中,設(shè)計(jì)優(yōu)化了水力參數(shù)方案和井底清潔技術(shù)。

4 鉆井成效

4.1 鉆穿完井段/造斜/開(kāi)窗

鉆穿完井段共耗時(shí)7天。出于相關(guān)性和確保造斜器避開(kāi)下入套管接箍處,自然伽馬測(cè)井/接箍測(cè)井要在下入造斜器之前進(jìn)行。

確保造斜器下入合適的深度是極其重要的,例如在Khuff-B儲(chǔ)層,壓力比較高,為了避免不同的卡鉆問(wèn)題,而側(cè)鉆通過(guò) Khuff-C儲(chǔ)層。合適的造斜點(diǎn)選在 11 104 ft。入窗是在 11 104～11 116 ft,并且在4天要鉆5 ft的裸眼井,兩個(gè)底部鉆具組合 (BHA)就是出于這個(gè)目的。第二個(gè)過(guò)程是入窗,目的是避免后面問(wèn)題的發(fā)生,應(yīng)用高黏度清潔鉆井液是為了確保井壁清潔。

金剛石鉆頭用于鉆橫斷面較軟的碳酸鹽儲(chǔ)層,機(jī)械鉆數(shù)最高為26.1 ft/h,每天進(jìn)尺495 ft,完成了4 989 ft最后的水平井段。側(cè)井段的機(jī)械鉆數(shù)平均是18 ft/h,共鉆28天到達(dá)總井深,即測(cè)量深度16 810 ft,真垂深11 904 ft。5個(gè)BHA用來(lái)控制井斜和方位角,其中2個(gè)用于造斜段,2個(gè)用于鉆橫截面,另外1個(gè)地質(zhì)導(dǎo)向到總深。

4.2 鉆井優(yōu)化

整個(gè)過(guò)程節(jié)約的大部分時(shí)間是在裸眼段鉆井中實(shí)現(xiàn)的,然而鉆穿完井段、造斜和套管開(kāi)窗所用時(shí)間與以往井基本相同。大部分鉆井時(shí)間和費(fèi)用的節(jié)約歸功于底部鉆井時(shí)間占到總時(shí)間的51%,而接單根時(shí)間僅為19%。好的射流和鉆井液性能可以使驅(qū)掃和清洗井眼的循環(huán)時(shí)間只占8%。

商業(yè)潤(rùn)滑劑的常規(guī)添加劑可降低扭矩量達(dá)2 000～2 500 ft·lb。裸眼摩擦系數(shù)從0.38降到0.22。

細(xì)心選擇、控制和再分析BHA和鉆頭性能,可以達(dá)到意想不到的鉆頭進(jìn)尺,最后兩個(gè)鉆頭進(jìn)尺都超過(guò)2 000 ft。

相比計(jì)劃的總鉆井時(shí)間56天,所用時(shí)間為48.7天。

在10天內(nèi)用7 in生產(chǎn)封隔器和4.5 in碳鋼管柱進(jìn)行了完井作業(yè)。

5 結(jié)論

◇中半徑水平鉆井技術(shù)已成功應(yīng)用于Haradh-AX1井,造斜率是12.1°/100 ft;

◇相比過(guò)去在沙特阿美石油公司的 Ghawar油田的9口長(zhǎng)半徑再入側(cè)鉆井,用常規(guī)BHA、鉆桿和導(dǎo)向工具的中半徑水平鉆井技術(shù)節(jié)約了34天的操作時(shí)間和33%的作業(yè)費(fèi)用;

◇有計(jì)劃嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男阅茏粉櫴沁_(dá)到從每個(gè)鉆頭到BHA的性能優(yōu)化的重要方法;

◇在鉆井液系統(tǒng)中使用潤(rùn)滑劑和好的射流對(duì)減小扭矩、拖拉和井眼問(wèn)題都非常有效;

◇減少側(cè)鉆部分長(zhǎng)度的理論優(yōu)勢(shì)是減少整個(gè)井眼軌跡的扭矩,這在 Haradh-AX1井已得到完全的實(shí)現(xiàn);

◇很明顯,Khuff-A、B和C儲(chǔ)層都有充足的厚度和空間,這三個(gè)層都可用于側(cè)鉆和使用中、短半徑軌跡鉆相同壓力體系和井眼尺寸的井。

資料來(lái)源于美國(guó)《SPE 120393》

10.3969/j.issn.1002-641X.2010.5.006

2009-03-31)