超短半徑水平井的優(yōu)化設(shè)計(jì)

李歡歡

(大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院設(shè)計(jì)中心，黑龍江大慶 163413)

超短半徑水平井的優(yōu)化設(shè)計(jì)

李歡歡

(大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院設(shè)計(jì)中心，黑龍江大慶 163413)

鑒于超短半徑水平井在挖潛低效井方面的巨大作用效果，鉆井工程設(shè)計(jì)中將井眼軌跡、鉆具組合等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，形成了一套成熟的超短半徑水平井優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，應(yīng)用于大慶油田超短半徑水平井的施工中，并取得了預(yù)期的效果。

超短半徑水平井;鉆井工程;優(yōu)化設(shè)計(jì);井眼軌跡;大慶油田

“十五”以來，大慶油田原油產(chǎn)量進(jìn)入了遞減階段。面臨的開發(fā)問題更加復(fù)雜，剩余油分布零散，挖潛難度加大。如何有效開發(fā)老井厚油層頂部剩余油、薄差油層、低滲透性油層、稠油油層以及表外儲(chǔ)層，成為鉆井與開發(fā)雙方迫切解決的問題。

超短半徑水平井技術(shù)是一種低成本、高效益的剩余油開采技術(shù)，尤其適用于套損井、低產(chǎn)井等老井改造以及開發(fā)不經(jīng)濟(jì)的層狀薄油藏。通過對老油田剩余油分布規(guī)律的研究，利用超短半徑水平井技術(shù)通過側(cè)鉆開窗來開發(fā)油層厚度2 m以上的厚油層頂部剩余油，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效果。

1 超短半徑水平井的技術(shù)原理和優(yōu)勢

超短半徑水平井是指井眼曲率＞10°/m的水平井，其利用特殊的井下工具，通過高壓水力噴射或柔性鉆具旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)破巖，在一口井的同一個(gè)油層內(nèi)或不同油層鉆出一個(gè)或數(shù)個(gè)不同方位的輻射狀水平井眼，增加老井泄流面積，提高原油產(chǎn)量，然后進(jìn)行有目的的完井。其優(yōu)勢為:

(1)可以對低產(chǎn)、低效的老井進(jìn)行剩余油改造挖潛，提高老井原油產(chǎn)量;

(2)利用老井改造，鉆井費(fèi)用少，開采方式不變，側(cè)鉆水平位移20 m，僅增加費(fèi)用50萬元左右，有效降低油田開發(fā)成本;

(3)曲率半徑小，僅為3 m左右，可滿足小規(guī)模砂體的水平井鉆井，有效避開水層、不需固井堵水，實(shí)現(xiàn)一次性完井;

(4)設(shè)備簡單、施工方便、作業(yè)周期短，大修設(shè)備即可滿足施工要求;

(5)可以多油層開窗，6 m地層開2個(gè)窗口，10 m地層開5個(gè)窗口，可滿足多層、薄互儲(chǔ)層的水平井鉆井;

(6)施工周期短，只需1～2天。其中，造斜2～3 h，開修窗5～6 h，水平鉆進(jìn)2～3 m/h。施工設(shè)備簡單，可用采油廠作業(yè)的修井機(jī)為動(dòng)力設(shè)備。

2 超短半徑水平井的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 井眼軌跡優(yōu)化

井眼軌跡的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于定向井段造斜率高、可控井段短、井眼直徑小等，其優(yōu)化設(shè)計(jì)是超短半徑水平井技術(shù)的重要組成部分，是一口水平井能否順利完成的基礎(chǔ)。在進(jìn)行軌跡設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮地層特性、工具造斜能力、工藝技術(shù)等。設(shè)計(jì)時(shí)除考慮普通水平井的特點(diǎn)外，還必須考慮有利于油層開采，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)設(shè)計(jì)的要求。

大慶油田進(jìn)行超短半徑水平井的軌跡設(shè)計(jì)時(shí)，采用LANDMARK設(shè)計(jì)軟件中的COMPASS模塊進(jìn)行軌跡設(shè)計(jì)，再結(jié)合現(xiàn)場施工實(shí)際，形成了一套完整的設(shè)計(jì)方法。

首先，將老井測斜數(shù)據(jù)校準(zhǔn)，導(dǎo)入。為了使設(shè)計(jì)更加準(zhǔn)確，貼合實(shí)際，將老井的測斜數(shù)據(jù)校準(zhǔn)(注意其方位角的轉(zhuǎn)換，將磁方位轉(zhuǎn)換成網(wǎng)格方位)，以精確校核原井眼的井斜、方位等數(shù)據(jù)，將其導(dǎo)入COMPASS，以此為基礎(chǔ)，再做超短半徑井身剖面設(shè)計(jì)。

其次，要在軟件中查出側(cè)鉆點(diǎn)A(即靶點(diǎn)A)在老井中數(shù)值，以其作為設(shè)計(jì)起始點(diǎn)，開始進(jìn)行軌跡設(shè)計(jì)。一般軌跡為三段制，即直(開窗)—增(造斜)—穩(wěn)(水平)，通過現(xiàn)場實(shí)際逐步完善了施工工藝，設(shè)計(jì)曲率半徑多控制在3 m左右，如3.2、2.87 m等。

B1－5－46井的軌跡設(shè)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 B1－5－46井側(cè)鉆水平井設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

2.2 鉆具組合優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.2.1 下導(dǎo)斜器鉆具組合

2.2.2 開窗鉆具組合

把特制的柔性鉆具組合裝入導(dǎo)向管內(nèi)，使其只能按照設(shè)計(jì)的方向傳遞扭矩到鉆頭，在斜向器的幫助下，使鉆頭出原井眼，修窗達(dá)到上提下放無明顯阻卡為止。

圖1 銑錐

2.2.3 修窗鉆具組合

2.2.4 造斜段鉆具組合

造斜鉆具組合主要由造斜鉆頭體總成、多功能割縫導(dǎo)向管、柔性鉆桿、造斜尾管等幾部分組成。在造斜時(shí)，將造斜器下入設(shè)計(jì)深度，再下入陀螺儀定位，確定深度和造斜方向都準(zhǔn)確無誤之后丟手。下入造斜鉆具，在柔性鉆桿、導(dǎo)向篩管及鉆壓等參數(shù)控制下使井眼造斜率達(dá)到18°～20°/m完成造斜。大慶使用大角度斜向器，斜角為7°，常規(guī)斜向器斜角一般為2°～－4°，這樣一方面有利于套管開窗，減小套管開窗長度，另一方面，有利于造斜，開窗點(diǎn)完畢后該處井斜已達(dá)到7°。斜向器見圖2。

圖2 斜向器

2.2.5 水平段鉆具組合

水平鉆具組合主要由水平鉆頭體總成、導(dǎo)向管、柔性鉆桿、水平尾管等幾部分組成。水平鉆頭體與導(dǎo)向管軸線平行，后端接有快速接頭，倒轉(zhuǎn)半圈上提則可以實(shí)現(xiàn)與水平鉆頭體脫離。水平鉆具尾管上端是反扣補(bǔ)芯及反扣接箍與導(dǎo)向管相連，該方案設(shè)計(jì)的宗旨就是可以實(shí)現(xiàn)鉆具及柔性鉆桿與導(dǎo)向管及水平鉆頭體實(shí)現(xiàn)分離，從而根據(jù)完井需要進(jìn)行導(dǎo)向管完井。其中水平鉆頭體總成、導(dǎo)向管、柔性鉆桿等見圖3～5。

圖3 水平鉆頭體總成

圖4 導(dǎo)向管

圖5 柔性鉆桿

3 應(yīng)用效果

大慶油田由于儲(chǔ)層薄、砂體規(guī)模小、直井熱采經(jīng)濟(jì)效益差，各采油廠各區(qū)塊開展超短半徑水平井技術(shù)應(yīng)用，尋求加快該區(qū)塊稠油的經(jīng)濟(jì)有效動(dòng)用程度。先后進(jìn)行了多口井的試驗(yàn)，取得了喜人的效果。

3.1 杏8－丁3－122井試驗(yàn)情況

3.1.1 基本情況

井身結(jié)構(gòu)見圖6，完井基本情況見表2。

3.1.2 杏8－丁3－122井改造后效果

圖6 杏8－丁3－122井井身結(jié)構(gòu)圖

表2 杏8－丁3－122井完井基本情況

杏8－丁3－122井試驗(yàn)前日產(chǎn)液11.8 t，日產(chǎn)油2.1 t，含水82.3%。其開發(fā)的葡I31砂巖厚度6.2 m，有效厚度5.2 m。沿斜深1033.15 m的入靶點(diǎn)鉆進(jìn)了18.14 m的水平段，有效增強(qiáng)了流體的滲流能力。改造后最高日產(chǎn)油9 t，投產(chǎn)兩個(gè)多月累積增產(chǎn)193.3 t。具體投產(chǎn)效果見圖7。

圖7 杏8－丁3－122井投產(chǎn)效果

3.2 江37－28－側(cè)平14井試驗(yàn)情況

針對大慶油田部分稠油區(qū)塊需熱采方式開采，采油九廠在江37區(qū)塊開展了超短半徑水平井鉆井試驗(yàn)，尋求有效的經(jīng)濟(jì)動(dòng)用途徑。

3.2.1 基本情況

井身結(jié)構(gòu)見圖8，完井基本情況見表3。

3.2.2 江37－28－側(cè)平14井改造后效果

改造后74天內(nèi)，江37－28－側(cè)平14井注氣速度增強(qiáng)，注氣速度由74 t/d提高到178 t/d。注氣階段總注氣量由740 t提高到1000 t。其吸氣量變化曲線見圖9。

圖8 江37－28－側(cè)平14井井身結(jié)構(gòu)圖

表3 江37－28－側(cè)平14井基本情況

圖9 江37－28－側(cè)平14井吸氣量變化曲線圖

改造后，江37－28－側(cè)平14井產(chǎn)液量明顯上升，放噴后平均日產(chǎn)液8.4 t，日產(chǎn)油3.4 t，綜合含水59.5%，日產(chǎn)液量是直井的2.0倍。經(jīng)過兩個(gè)周期投產(chǎn)后，累計(jì)產(chǎn)油284 t。江37－28－側(cè)平14井和江37－28－14井生產(chǎn)對比情況見圖10。

4 結(jié)論與建議

(1)超短半徑水平井鉆井技術(shù)是改造挖潛低效井的技術(shù)手段之一。

(2)超短半徑水平井技術(shù)具有成本低、周期短、施工簡單、完井先進(jìn)、增產(chǎn)明顯等特點(diǎn)。

圖10 江37－28－側(cè)平14井與原井生產(chǎn)對比

(3)超短半徑水平井對厚油層頂部剩余油的挖潛及停產(chǎn)井、低效井的改造意義重大，具有廣闊的應(yīng)用前景。

(4)對砂體規(guī)模小，直井開發(fā)效益差，常規(guī)水平井設(shè)計(jì)、鉆井難度大的區(qū)塊，建議應(yīng)用超短半徑水平井挖掘剩余油。

(5)對特低滲透油田注水壓力高的井，建議應(yīng)用超短半徑水平井進(jìn)行解堵，提高注水效果。

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Optimized Design of Ultra-short Radius of Horizontal Well

I Huan-huan(Drilling Engineering Technology Research Institute，Daqing Heilongjiang 163413，China)

In view of the great action effect of ultra-short radius horizontal well in inefficient well potential tapping，well trajectory and bottom hole assembly are designed with optimization in well drilling engineering.A set of mature optimized design technology are formed for ultra-short radius horizontal well，which was applied in the construction of ultra-short radius of horizontal well in Daqing oilfield with attended effect.

ultra-short radius horizontal well;drilling engineering;optimized design;well trajectory;Daqing oilfield

TE243

A

1672－7428(2012)04－0027－04L

2011－11－01

李歡歡(1981－)，女(達(dá)斡爾族)，黑龍江訥河人，大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院設(shè)計(jì)中心工程師，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，從事鉆井工程設(shè)計(jì)工作，黑龍江省大慶市八百坰，lihuanhuan@cnpc.com.cn。