大尺寸SAGD雙水平井軌跡控制技術實踐

于洋飛，羅　亮，伍　偉，蔣先釗，丁　紅，李俊勝，王豫疆

（1.新疆油田公司開發公司，新疆克拉瑪依834000；2.西部鉆探定向井技術服務公司，新疆烏魯木齊830026）

大尺寸SAGD雙水平井軌跡控制技術實踐

于洋飛*1，羅亮1，伍偉1，蔣先釗1，丁紅2，李俊勝2，王豫疆2

（1.新疆油田公司開發公司，新疆克拉瑪依834000；2.西部鉆探定向井技術服務公司，新疆烏魯木齊830026）

為探索大尺寸SAGD雙水平井的開發效果，提高淺層超稠油油藏的采收率，在風城油田首次部署了大尺寸SAGD水平井試驗井，水平段長800m。存在松軟地層大尺寸井眼工具造斜率控制、水平段穩平控制、2口井水平段精細平行控制及管柱下入等技術難點，通過對水平井鉆井井眼軌跡優化、長水平段穩平控制與延伸鉆進精確控制、管柱安全下入等技術研究，現場用于1組大尺寸井組，2口井水平段軌跡走向控制滿足設計要求，為該區域大尺寸SAGD雙水平井鉆井積累了十分有益的技術經驗。

大尺寸井眼；雙水平井；軌跡控制；技術實踐

開采淺層超稠油油藏，采用雙水平井組合SAGD技術，是提高超稠油原油采收率的一種經濟可行的方法。一般采用生產井（P井）和注汽井（I井）平行的雙水平布井方式，2口井縱、橫向間距均有嚴格要求。對于大尺寸井眼SAGD雙水平井，它不僅要求具有合理的著陸點位置，而且對入靶時的井眼方向具有很高的要求，既要保證單井水平段的水平度，也必須保證SAGD雙水平井水平段的平行度，如果不能對大尺寸井眼造斜段的井斜及井眼方向進行有效的控制，將會增大水平段軌跡控制難度和工作量，給施工帶來不利影響；如果注汽井和生產井在同一平面上沒有保持直線平行，發生水平與垂向偏移較大超出要求時，會對原油采出程度和生產效果產生明顯影響［1］。通過對大尺寸SAGD雙水平井軌跡控制技術研究，大尺寸井組的成功應用，為后期采油作業提供了更大的作業空間，以及滿足了稠油熱采井采油泵安放對井眼軌跡的要求。

1　區域地質特征

風城油田區域構造位于準噶爾盆地西北緣烏夏斷褶帶的夏紅北斷裂上盤中生界超覆尖滅帶上，侏羅系齊古組總體構造形態為被斷裂切割的向南傾的單斜，地層傾角5°～8°，近斷裂附近傾角變陡。地層自上而下可劃分為白堊系吐谷魯群、侏羅系齊古組、三工河組、八道灣組以及三疊系、二疊系及石炭系地層。稠油油藏埋深淺，目的層齊古組稠油油藏埋深240～500m，部分區塊埋深在140～300m左右。

2　軌跡控制難點

2.1造斜率的控制

?444.5mm井眼造斜段為大尺寸井眼，地層松軟，工具實際造斜率難確定，井眼軌跡控制難度增大；鉆井液排量大，排量在55～60L/s范圍，流速快，對軟地層沖刷嚴重，會降低工具的造斜能力。

2.2大尺寸井眼軌跡控制要求高

大尺寸井眼入靶及水平段靶窗窄，要求靶窗高度1m、寬度2m；造斜段、水平段較長，造斜段長600m左右，水平段長達到800m，是目前風城油田SAGD雙水平井斜井段軌跡控制最長的井組；軌跡控制要求高，生產井下泵位置井斜55°～60°井段造斜率不超過5°/30m，以滿足采油工藝要求，水平井段軌跡必須保證水平，軌跡距靶心垂向誤差不超過±0.5m，平面上水平井段軌跡距靶心誤差不超過±1m，2井之間水平段間距為5m± 0.5m。

2.3管柱下入難

地層淺且井眼大，水平井的水平段較長，巖屑易堆積形成巖屑床，而且下入大尺寸管柱剛性強，致使管柱下入摩阻扭矩大；垂直段管柱長度短，管柱自重所能提供的下行力很有限。

3　軌跡控制技術方案

3.1井身剖面優化

根據井區已鉆井實鉆軌跡控制情況，FHWX井組井身剖面選擇“直—增—穩”三段式剖面，結合考慮滿足開采的要求，通過上移調整造斜點位置，適當延長在淺層水平井大井眼中的靶前位移，降低斜井段造斜率，使生產井斜井段造斜率既能達到在要求范圍內，也能在較短的靶前位移內入靶，生產井與注汽井為平行的剖面。注汽井在實鉆前，要依據生產井的實鉆軌跡剖面，重新優化設計井身剖面。

3.2下部鉆具組合力學性能分析與優化

考慮到造斜段地層比較疏松，又是?444.5mm大尺寸井眼，造斜率控制難度大，通過底部鉆具組合力學分析軟件對2組下部鉆具組合力學性能進行了計算分析，2組鉆具組合分別為：?444.5mm鉆頭+?244.5mm螺桿鉆具+?203mmMWD短節+?203.2mm無磁鉆鋌×2根；?311.2mm鉆頭+?197.0mm螺桿鉆具+?203mm MWD短節+?177.8mm無磁鉆鋌×2根。假設?444.5mm井眼鉆壓為140kN，螺桿的近鉆頭穩定器外徑為?441.0mm，螺桿彎角度數為1.25°，擴徑率為5%；假設?311.2mm井眼鉆壓為120kN，螺桿的近鉆頭穩定器外徑為?308mm，螺桿彎角度數為1.25°，擴徑率為5%。通過計算分析，結果表明，不同井眼條件下相同螺桿彎角的底部螺桿鉆具組合，?444.5mm井眼造斜段底部鉆具組合的造斜率比?311.2mm井眼造斜段底部鉆具組合的造斜率要低，特別是在初始造斜段的造斜率。綜合考慮螺桿造斜率分析、井眼實際情況及地層的影響，在?444.5mm井眼可以選用比設計最大造斜率（4.64°/30m）高2～3個級別的彎度，1.83°、2.12°可以滿足要求，因此選擇2°螺桿彎度。另外，如果在?311.2mm井眼，在假設鉆壓為120kN，螺桿的近鉆頭穩定器外徑為308mm，擴徑率為5%的情況下，選用2根?127mm無磁鉆鋌、1.5°螺桿彎度可以達到造斜率要求。

3.3造斜段軌跡控制

SAGD油井要達到預期的高采收率，必須對注汽井和產油井有嚴格的控制要求，要求2口井的距離誤差滿足工程設計的要求［2-3］。如果2口井的水平段始端距離過近，高溫蒸汽從井口注入注汽井后，易發生汽竄，注采井容易過早形成熱聯通，影響采收率；如果SAGD井組的水平段始端垂向距離過遠，熱連通較差，水平段末端位置優先形成熱連通，最終導致水平段動用程度較差，因此，SAGD雙水平井造斜段入靶控制是水平井軌跡控制關鍵點之一。考慮到松軟地層?444.5mm大尺寸井眼造斜段的造斜點淺、造斜段較長、鉆井液排量大，造斜率難以把控，造斜段軌跡控制難度大，最終確定的方案為先用剛性小、摩阻也相對較小和利于定向施工的鉆具組合鉆進至A點完成造斜段，以滿足軌跡控制需求，后再下入?444.5mm擴眼鉆具組合進行擴眼作業。不同井眼尺寸下造斜段鉆具組合扭矩、摩阻計算對比見表1，計算條件按套管內摩擦系數0.2、裸眼摩擦系數0.3和鉆井液密度1.15g/cm3。

表1　不同井眼尺寸下造斜段鉆具組合扭矩、摩阻計算對比

為了實現注汽井造斜段軌跡更加精確的入靶著陸，采用RMS-I型磁導向儀器［4］，用磁導向系統引導注汽井的鉆進，避免入靶前因MWD測量受已鉆生產井套管磁干擾影響，使入靶軌跡偏移誤差大，使造斜段井眼軌跡重合性更好，入靶精度嚴格控制在要求范圍內，為三開水平段軌跡引導打下良好的基礎。在現場施工當中鉆至設計靶點A點，將井斜較A點設計入靶井斜適當增加2°～3°，保持井斜角適當超前，彌補下入技術套管后的降井斜，有利于水平段軌跡平穩控制。

3.4水平段軌跡控制

對于?311.2mm大井眼800m長水平段的SAGD井，根據目前水平井軌跡控制技術保持1口井水平段的水平度較容易實現；但要確保上下2口井水平段的平行度，由于受到前一口井套管的磁干擾作用，同時常規儀器的測量累計誤差較大，因此，在?311.2mm井眼注汽井水平段使用高精度MWD配合磁導向儀器［5］，保證測量的精確和儀器使用的可靠性，使注汽井與生產井水平段達到要求的平行度。在鉆具組合選擇方面，首先考慮鉆具組合的穩平能力，具有較高穩平能力的鉆具組合可以在很大程度上減少軌跡控制的工作量；合理選擇鉆具組合和鉆進方式，及時調整鉆井參數，精細控制軌跡，確保水平段穩平鉆進。

3.5大尺寸套管的安全下入

采用通井鉆具組合模擬套管串剛度通井，綜合考慮井眼的準備情況，設計通井鉆具組合進行通井，是確保套管下至設計井深重要的前提條件之一。考慮到大尺寸井眼套管下入難度，需要重新設計通井鉆具組合疏通井眼、修整井壁。采用加權系數法計算出3種通井鉆具組合的剛度，充分考慮了扶正器與鉆鋌或加重鉆桿的組合剛度，在計算的時候，把鉆具組合最上面的扶正器作為最后一個計算的單元梁，進而得到鉆具組合與套管的剛度匹配比值。通過計算結果對比，當m≥1時說明通井管柱的剛度大于套管剛度，套管在井下比通井管柱更柔軟，理論上套管應能下至預定位置。計算結果表明，若不考慮其他因素的影響，通井鉆具組合在理論上可保證套管的順利下入。計算結果見表2。

表2　造斜段、水平段通井鉆具組合與套管的剛度匹配比值

3.6配套技術措施

軌跡控制中，工具性能出現較大幅度變化時，每5m測取一點數據，及時摸清工具造斜性能，調整鉆井方式。在水平段作業中，依據水平段鉆井方式變化，準確做好井底軌跡預測，避免井斜和方位大幅度變化，確保水平段井眼軌跡的平滑。

4　應用效果

4.1FHWXP/I大尺寸井組中靶情況

根據制定的軌跡控制技術方案，結合現場實際情況，采取“先高后低”、“早扭方位”的軌跡控制策略，通過調整動力鉆具的工具面角加強對方位的動態監控，實現了著陸點的精細控制，入靶點嚴格控制在設計要求范圍內；在800m長水平段鉆進中，及時把握復合鉆進時井眼曲率的變化趨勢，應用高精度測量儀器和優選的鉆具組合、參數，采用“多復合、少滑動”的鉆進方式，降低摩阻，水平段復合鉆進尺達到80%以上，在較短的時間進入B靶。

4.2水平段軌跡的平行控制

在大尺寸井眼水平井施工工藝基礎上，結合磁導向測量技術，有效控制了2井水平井段相對誤差。在施工中，生產井中的磁源接收器每次放至在注汽井磁接頭前10m位置，引導注汽井的井眼軌跡平行控制，當鉆完10m后將生產井磁接收器下入10m，始終保持10m的引導距離。施工中為保持控制精度，每10m MWD和磁導向測量一次，及時調整軌跡，確保了2井的平行。實鉆軌跡2井水平段最大垂距5.41m，最小垂距4.56m，最大橫向偏移距0.98m，最小橫向偏移距0.58m，達到井組設計要求范圍。

4.3套管下入情況

二開?311.2mm井眼造斜段下入帶有?444.5mm擴眼器的鉆具組合擴眼結束后，分別使用“單扶、雙扶、三扶”三種鉆具組合通井后，?339.7mm技術套管順利下入，技術套管下入摩阻在150～200kN，比理論計算摩阻值要大；三開?311.2mm井眼800m長水平段完鉆后，分別使用“單扶、雙扶、三扶”三種鉆具組合通井，順利下入?244.5mm篩管至完鉆井深，油層尾管下入摩阻在300～400kN，無遇阻、卡現象發生。

5　結論與認識

（1）通過研究并結合現有技術條件，制定切實可行的軌跡控制方案，確保了風城油田第一組大尺寸SAGD水平井施工成功。

（2）保持2井800m長水平段的平行，需要在磁導向測量數據時，井深和測量時間一定要準確，生產井磁源接收器和注汽井磁源前移距離保持一致，才能更好的實現軌跡精細控制。

（3）在前期積累了一定的大尺寸SAGD雙水平井軌跡控制實踐經驗基礎上，可以直接嘗試在?444.5mm大尺寸井眼造斜段實施軌跡控制技術應用。

［1］何萬軍，陳新文，趙睿，等.水平井軌跡偏移對蒸汽輔助重力泄油生產的影響［J］.新疆石油地質，2013，34（6）：669-671.

［2］楊明合，夏宏南，屈勝元，等.磁導向技術在SAGD雙水平井軌跡精細控制中的應用［J］.鉆采工藝，2010，33（3）：12-14.

［3］章敬，易燦，張龍，等.SAGD雙水平井入靶控制技術［J］.石油鉆采工藝，2013，35（6）：24-28.

［4］李曉軍，王德國，宋朝輝，等.RMS-I型磁定位系統的研制和應用［J］.電子設計工程，2014，22（20）：89-91.

［5］劉烈強，張瑋.加拿大非常規油藏淺層SAGD鉆井技術［J］.石油鉆采工藝，2014，36（2）：12-15.

TE24

B

1004-5716（2016）09-0079-04

2015-09-08

2015-09-10

于洋飛（1983-），男（漢族），新疆塔城人，工程師，現從事鉆井技術管理工作。