幾種防斜技術在宣頁 1井的試驗應用

楊 力

(中國石化集團華東石油局,江蘇南京 210019)

幾種防斜技術在宣頁 1井的試驗應用

楊 力

(中國石化集團華東石油局,江蘇南京 210019)

宣頁 1井是一口評價頁巖氣資源潛力的探井,設計垂深 2570 m,該井主要鉆遇中古生界地層,巖性致密,可鉆性極值達 8～10級,地層傾角 45°左右。在分析塔式鉆具、偏心鉆具、復合鉆進、垂直鉆井等防斜技術防斜機理的基礎上,重點介紹了各種防斜技術在該井試驗應用試驗情況,并針對各種防斜技術的應用效果進行了評價。

宣頁 1井;防斜;塔式鉆具;偏心鉆具;復合鉆進;垂直鉆井

石油鉆井中的直井防斜一直是一項未能根本解決的技術難題,是制約鉆井降本增效的“瓶頸”。幾十年來,國內外的直井防斜技術發展迅速,針對不同地層特點呈現出多種多樣的防斜糾斜技術。主要分有 3類,即:靜力學防斜、動力學防斜和工具防斜。靜力學防斜有滿眼鉆具組合防斜技術、鐘擺鉆具組合防斜技術等,動力學防斜有偏軸 (心)組合防斜技術、柔性組合防斜技術、復合鉆進防斜技術等,工具防斜技術有自動垂直鉆井系統等[1]。宣頁1井在施工過程中,針對上述幾類防斜技術進行試驗應用,并取得了一定的現場經驗,為高陡、高研磨性地層防斜打直提供了良好的借鑒作用。

1 工程概況

宣頁 1井為直井,設計井深 2570 m,鉆遇地層有第四系;奧陶系上統于潛組、黃泥崗組,中統硯瓦山組、胡樂組、牛上組,下統寧國組、印渚埠組;寒武系上統西陽山組、華嚴寺組,中統楊柳崗組、大陳嶺組,下統荷塘組;震旦系上統西尖山組。其中荷塘組為本井主要目的層,巖性為黑色泥巖與含硅質泥巖互層。設計井身結構為:一開采用 “444.5 mm鉆頭鉆穿第四系至井深 120 m;二開采用 “311.1 mm鉆頭鉆至楊柳崗組底界 2040 m,三開采用 “215.9 mm鉆頭鉆穿荷塘組底部完鉆。井底最大位移要求不大于80 m。

2 塔式鉆具防斜技術

鉆具組合:“311.1 mm鉆頭 +“203.2 mm鉆鋌×52 m+“177.8 mm鉆鋌 ×17 m+“165.1 mm無磁鉆鋌 ×9 m+“127 mm鉆桿;鉆進參數:鉆壓 6～8 kN,轉速 50 r/min;應用井段:124.50～210.27 m;鉆進地層:寧國組、印渚埠組。

使用效果:最大井斜 3.06°,平均機械鉆速 2.05 m/h。

塔式鉆具組合在直井段內所產生的側向力,存有一種微弱的增斜力,但隨著井斜的增加則可產生出較大的降斜率,且在不同鉆壓下基本保持常量[2]。實踐效果表明,塔式鉆具組合具鐘擺的防斜機理,雖不能保證一個較小角度的井斜角,但也不致使井斜角過大。由此可以說明,在復雜地區,尤其是地層傾角較大、易斜井段較長時,單純地使用塔式鉆具組合不足以能夠很好地控制井斜。再則該項技術需配合小鉆壓吊打防斜,鉆井速度慢。

3 偏心鉆具防斜技術

鉆具組合:“311.1 mm鉆頭 +“228.6 mm偏心接頭 ×0.6 m+“228.6 mm鉆鋌 ×18 m+“203.2 mm鉆鋌 ×35 m+“177.8 mm鉆鋌 ×17 m+“165.1 mm無磁鉆鋌 ×9 m+“165.1 mm鉆鋌 ×44 m+“127 mm鉆桿;鉆進參數:鉆壓 40 kN,轉速 80 r/ min;應用井段:210.27～479.67 m;鉆進地層:印渚埠組。

使用效果:最大井斜 3.7°,平均機械鉆速 3.47 m/h。

偏心鉆具組合即為底部鉆具的幾何中心與重心不重合,使其在井眼內做穩定的弓形回旋運動。可以在較低的轉速下得到較大的離心力,保證穩定的公轉,使鉆頭均等切削井壁四周。由于鉆頭傾角在一周的回旋中作用抵消,因而消除了鐘擺鉆具中鉆頭傾角大于 0°造成的增斜作用而可實現穩斜鉆進,可以在傾斜地層中克服較大的地層力而達到糾斜目的[3]。實踐表明,該鉆具組合針對印渚埠組地層防斜效果一般。分析認為,由于地層巖性致密,研磨性強,偏心接頭轉動所形成的鉆頭離心力無法有效克服巖石的抗研磨能力,從而導致防斜降斜效果不明顯。

4 復合鉆進防斜技術

鉆具組合:“311.1 mm鉆頭 +“197 mm 1.25°單彎螺桿 +定向接頭 +“165.1 mm無磁鉆鋌 ×9 m +“165.1 mm鉆鋌 ×114 m+“127 mm鉆桿;鉆進參數:鉆壓 60 kN,轉速 40 r/min;應用井段:589.19～805.61 m;鉆進地層:印渚埠組。

使用效果:起始井斜較大,最大井斜達 4.89°,在施工過程中,利用糾斜作業,使該井段井斜降至2.1°左右,井斜得到了明顯的控制,平均機械鉆速1.82 m/h。

復合鉆進防斜技術是指采用螺桿鉆具配合高效鉆頭的鉆具組合來進行復合鉆進,以此來實現防斜和提高機械鉆速的目的。該技術特點是在鉆進過程中采用滑動鉆進與旋轉鉆進相結合的方式,依據井眼軌跡變化情況,隨時采取相應的鉆進措施,可實現不需起鉆而采用定向糾斜技術進行滑動鉆進。減少了起下鉆次數,縮短了鉆井周期。

現場試驗與應用表明,復合鉆進防斜技術具備高效糾斜能力,能夠有效且主動控制井斜與方位,提高鉆井效率,簡化了施工工序。但由于該鉆具受一定制約,不宜采用大鉆壓,機械鉆速較低,再則進行滑動鉆進糾斜時,易形成較大“狗腿彎”,造成井下復雜情況和后續施工困難[4]。

5 垂直鉆井防斜技術

鉆具組合:“311.1 mm鉆頭 +AVDS+“203.2 mm鉆鋌 ×8.5 m+“310 mm扶正器 +“203.2 mm鉆鋌 ×8.5 m+“177.8 mm鉆鋌 ×17 m+“165.1 mm鉆鋌 ×35 m+“127 mm加重鉆桿 ×19 m+“127 mm鉆桿;鉆進參數:鉆壓 60～80 kN,轉速 80 r/ min;應用井段:805.6～1017.18 m;鉆進地層:印渚埠組、西陽山組。

使用效果:垂鉆工具從 805.6 m下入,鉆至1017.18 m取出,進尺 210.88 m,工具在井下工作103 h,累計純鉆 64 h,井斜從測深 791.75 m處的2186°下降到測深 997.39 m處的 1.2°,其中最小井斜為 968.56 m處 1.09°。機械鉆速高達 3.3 m/h,與沒有使用垂鉆工具相比,機械鉆速提高 213%。

垂直鉆井系統采用動態推靠方式實現鉆進過程中的主動防斜、糾斜,主要由基于旋轉基座的測量短節和防斜糾斜執行機構等組成。在地面的控制下,執行機構中的盤閥對過流的鉆井液進行控制,利用活塞驅動翼肋推靠井壁,產生具有糾斜作用的側向推靠力,以實現防斜、糾斜功能。工具的核心部件,就是液壓驅動可徑向伸出的翼肋。這種翼肋在井壁上產生一種由井下執行機構控制其大小和方向的徑向接觸力,而由 3個翼肋接觸力的綜合作用來實現按需要的井眼方向鉆進。它的主要特點是在鉆柱旋轉時,能夠控制井斜和方位;能夠通過上傳信號讓地面跟蹤實鉆井眼軌道;同時直接下傳指令調整井眼軌道[5]。通過宣頁1井自動垂直鉆井技術的試驗應用,一定程度地解決了宣城 -桐廬區塊高陡構造、大傾角地層等易斜地層的防斜問題,提高了鉆井速度,并且能夠達到實現主動、適時防斜的目的。

6 經驗與建議

通過宣頁 1井不同類型防斜技術的試驗應用,取得了針對宣城 -桐廬區塊巖性致密、傾角大的中古生界地層如何更有效防斜打直的經驗和認識:

(1)采用傳統的鐘擺鉆具組合或剛性滿眼鉆具組合,其特點是以慢保直。一旦井斜增大,再輕壓吊打,以慢糾斜。即使這樣,也很難滿足地質和工程對井斜的要求。

(2)采用偏心接頭、偏軸組合等離心力防斜打直技術,其結構簡單,操作安全方便,一定程度上能夠緩解大尺寸井眼的井斜問題,并保證一定的機械鉆速,但防斜效果不明顯。

(3)復合鉆進防斜技術是一種能很好地解決大傾角地層井斜問題的技術手段,現有工具配套成熟,技術較為完善,具備高效糾斜能力,但施工中易致軌跡出現“狗腿彎”。

(4)目前解決大傾角地層井斜問題的最有效手段就是采用垂直鉆井技術,能夠實現主動防斜、糾斜,效果明顯,但成本較高。

實踐表明,防斜打直技術較多,各具優勢和不足,需根據不同地層和鉆井特點進行優選。

[1] 蘇義腦.油氣直井防斜打快技術理論與實踐[M].北京:石油工業出版社,2003.

[2] 隆威,衛軍剛.柔性糾斜防斜鉆具組合的應用研究[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2007,34(1):50-52.

[3] 夏宏南,王小建,戴俊,等.偏軸防斜鉆具井底鉆具組合受力分析模型的建立[J].探礦工程 (巖土鉆掘工程),2004,31(10): 39-42.

[4] 吳允.螺桿防斜快速鉆井機理探索[J].鉆采工藝,2002,25 (5),15-16.

[5] 楊劍鋒,張紹槐.旋轉導向閉環鉆井系統[J].石油鉆采工藝, 2003,25(1):1-5.

Exper imental Application of Deviation Control Technologies in XuanyeW ell 1

YANG Li(East China Petroleum Bu2 reau,S INOPEC,Nanjing Jiangsu 210019,China)

As an exploration well,XuanyeWell 1 was designed 2570m in vertical depth for shale gas resource potential e2 valuation.The constructionwasmainly drilling in theMesozoic2Paleozoic for mationwith dense lithology,drillability extreme of 8～10 and formation tip about 45.Based on the analysis on the technology and the mechanism of deviation controlwith tower2type drilling tool,eccentric drilling tool,compound drilling and verticalwell drilling;the paper introduced the exper2 imental application of all kindsof deviation control technologies in XuanyeWell1,and the application effectsof all kindsof deviation control technologieswere evaluated.

XuanyeWell1;deviation control;tower2type drilling tool;eccentric drilling tool;compound drilling;vertical well drilling

TE242

A

1672-7428(2011)05-0037-02

2011-11-29

楊力(1964-),男(漢族),湖南臨澧人,中國石化集團華東石油局副總工程師兼工程院院長、高級工程師,鉆探工程專業,碩士,從事石油鉆井技術及管理工作,江蘇省南京市江東中路 315號中泰國際廣場 6號樓,yangli95098@sohu.com。