L26-P5井井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

陳紹鋒 (中石油大慶油田有限責(zé)任公司大慶鉆探工程公司鉆井二公司,黑龍江大慶 163413)

L26-P5井井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

陳紹鋒 (中石油大慶油田有限責(zé)任公司大慶鉆探工程公司鉆井二公司,黑龍江大慶 163413)

為了降低L26-P5井施工中的摩阻扭矩,實(shí)現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、高效鉆井,在分析套管與井眼曲率相適應(yīng)性的基礎(chǔ)上,對(duì)L26-P5井井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)中的剖面類型選擇、井眼曲率和靶前位移的確定等進(jìn)行詳細(xì)研究。結(jié)果表明,L26-P5井套管能夠安全通過的最大井眼曲率為9.59°/30m、靶前位移為350m、井眼曲率為6.0°/30m～6.5°/30m～1.0°/30m的三增圓弧井眼軌跡,具有摩阻扭矩小、現(xiàn)場(chǎng)可操作強(qiáng)的特點(diǎn),能夠保證井眼軌跡在縱向上和橫向上不偏離目的層,從而獲得良好的施工效果。

井眼曲率;井眼軌跡剖面;靶前位移

L26-P5井是部署在松遼盆地中央坳陷區(qū)龍虎泡——大安階地龍虎泡構(gòu)造上的一口開發(fā)水平油井,主要目的層為青山口組地層的高臺(tái)子油層。按照地質(zhì)設(shè)計(jì)要求,該井進(jìn)入高臺(tái)子油層后在水平段內(nèi)橫向穿行1962.24m,屬于典型的長(zhǎng)水平段水平井。為了安全、高效、優(yōu)質(zhì)地完成L26-P5井的鉆井施工,保證完井過程中套管的安全下入,筆者對(duì)L26-P5井井眼軌跡進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 套管與井眼曲率適應(yīng)性分析

在水平井施工中,井眼曲率過高不僅增加鉆井施工難度,還會(huì)影響完井過程中套管的安全下入[1]。為了保證套管安全下入,需要計(jì)算套管能夠安全通過的最大井眼曲率。在進(jìn)行井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí),要保證最大井眼曲率小于套管能夠安全通過的井眼曲率。套管允許通過的最大井眼曲率計(jì)算公式如下[2]:

式中,R為套管允許彎曲半徑,m;E為鋼的彈性模量,2.1×106k Pa;D為套管外徑,cm;k1為抗彎安全系數(shù),取值1.8;k2為套管螺紋連接處安全系數(shù),取值3;Yp為鋼材屈服極限,kPa;K為套管安全通過的最大井眼曲率,(°)/30m。

根據(jù)L26-P5井的相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù),應(yīng)用上述公式對(duì)鋼級(jí)為N80、外徑為177.8mm的套管進(jìn)行允許彎曲半徑和允許井眼曲率計(jì)算,該套管允許的彎曲半徑為179.22m,能夠安全通過的最大井眼曲率為9.59°/30m。因此,在進(jìn)行L26-P5井的井眼軌跡設(shè)計(jì)時(shí),井眼曲率應(yīng)要小于9.59°/30m。

2 井眼軌跡剖面類型優(yōu)選

目前在井眼軌跡設(shè)計(jì)中應(yīng)用的剖面類型主要有單增圓弧剖面、雙增圓弧剖面和三增圓弧剖面,其中單增圓弧剖面造斜段最短,造斜率最高,井眼軌跡不夠光滑,而雙增圓弧剖面和三增圓弧剖面造斜率相對(duì)較低,更適合應(yīng)用常規(guī)螺桿鉆具定向[3]。應(yīng)用landmark水平井優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件對(duì)3種剖面類型的摩阻力情況進(jìn)行模擬計(jì)算,結(jié)果如圖1所示。由圖1可知,3種剖面類型自造斜點(diǎn)以后隨著井深增加,摩阻力都在增大,但是三圓弧剖面摩阻力增加的相對(duì)緩慢,在相同井深時(shí),單增圓弧剖面摩阻力最大,雙增圓弧剖面次之,三增圓弧剖面摩阻力最小。因此,應(yīng)選擇三增圓弧軌跡剖面類型進(jìn)行L26-P5井的井眼軌跡設(shè)計(jì)。

3 井眼曲率和靶前位移的確定

圖1 不同剖面類型摩阻力曲線圖

長(zhǎng)水平段水平井能否實(shí)現(xiàn)水平段的安全、高效施工,主要取決于該井的摩阻扭矩情況,而摩阻扭矩的大小又與井眼曲率大小、井斜角大小等因素有關(guān)[1]。在進(jìn)行井眼曲率優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí),靶前位移大小直接影響著井眼曲率的大小,如果靶前位移過大,則井眼曲率必然降低,相應(yīng)的造斜井段也會(huì)增長(zhǎng);靶前位移過小,井眼曲率相應(yīng)的增大,造斜井段較短。因此,在條件允許情況下應(yīng)盡可能選擇合適的靶前位移和井眼曲率[3]。根據(jù)L26-P5井的水平井段長(zhǎng)度,利用landmark軟件對(duì)不同靶前位移和井眼曲率的摩阻扭矩情況及鉆具組合彎曲情況進(jìn)行模擬,模擬結(jié)果如表1所示。由表1數(shù)據(jù)可知,隨著靶前位移的增大,井眼曲率逐漸降低,起鉆摩阻也逐漸減小,當(dāng)靶前位移為350m時(shí)達(dá)到最小;下鉆摩阻逐漸增大,轉(zhuǎn)盤扭矩逐漸減小,但是自靶前位移350m以后無論是下鉆摩阻,還是轉(zhuǎn)盤扭矩減小的幅度都非常小;鉆具彎曲形式由螺旋彎曲過渡到正弦彎曲。因此,在考慮摩阻扭矩盡量小、造斜井段盡量小的情況下,L26-P5井井眼軌跡選擇靶前位移350m比較合適,此時(shí)的井眼曲率為6.0°/30m～6.5°/30m～1.0°/ 30m,能夠使套管安全通過。

表1 不同靶前位移和井眼曲率下的摩阻扭矩和鉆具彎曲類型表

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

L26-P5井自井深1513.60m進(jìn)行定向造斜施工,鉆具組合如下:?215.9mm PDC鉆頭+?172mm螺桿鉆具(單彎1.25°)+?172mm LWD隨鉆測(cè)斜儀器+?165mm鉆鋌+?127mm加重鉆桿+ ?127mm 18°斜坡鉆桿+?127mm加重鉆桿。施工中詳細(xì)記錄每個(gè)單根的定向情況,使井斜40°前井眼曲率不超過6.0°/30m,隨著造斜趨勢(shì)的形成,嚴(yán)格控制定向和復(fù)合鉆進(jìn)的比例,使40～87.42°之間的井眼曲率不超過6.5°/30m。為了防止因目的層垂深誤差而脫靶,應(yīng)用1.0°/30m的井眼曲率進(jìn)行穩(wěn)斜探油頂。鉆至井深2035.96m時(shí),井斜89.87°準(zhǔn)確命中靶點(diǎn)A并進(jìn)入水平段施工。水平段施工中應(yīng)用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具結(jié)合地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng),根據(jù)目的層伽馬、電阻率等參數(shù)的變化,結(jié)合地質(zhì)錄井?dāng)?shù)據(jù)和砂樣,及時(shí)調(diào)整井斜角和方位角,直至鉆至井深3998.20m完鉆,確保了井眼軌跡在縱向上和橫向上不偏離目的層,從而達(dá)到了設(shè)計(jì)要求(見表2)。

5 結(jié)論

1)通過計(jì)算確定L26-P5井套管能夠安全通過的最大井眼曲率為9.59°/30m。

2)在井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中,三增圓弧軌跡剖面的摩阻扭矩最小,更適合現(xiàn)場(chǎng)常規(guī)螺桿鉆具定向施工。

3)采用350m靶前位移、6.0°/30m～6.5°/30m～1.0°/30m的三增圓弧井眼軌跡,可以確保其在縱向上和橫向上不偏離目的層,從而滿足設(shè)計(jì)要求。

表2 井眼軌跡數(shù)據(jù)表

[1]韓福彬,李瑞營(yíng),李國(guó)華,等.慶深氣田致密砂礫巖氣藏小井眼水平井鉆井技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù),2013,41(5):56-61.

[2]李增樂.中淺層水平井井眼軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)與施工[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2013,40(10):43-45.

[3]陳琳琳,王永吉,李瑞營(yíng).垣平1井長(zhǎng)水平段水平井設(shè)計(jì)與施工[J].石油鉆探技術(shù),2013,41(6):115-119.

[編輯] 李啟棟

TE242

A

1673-1409(2014)32-0065-02

2014-07-01

陳紹鋒(1982-),男,工程師,現(xiàn)主要從事鉆井技術(shù)方面的研究工作。