湖盆沉積相長裸眼復雜軌道定向井提速難點與對策

中石化西南石油工程有限公司臨盤鉆井分公司工程技術服務隊 山東 臨邑 251500

1 湖盆沉積相長裸眼復雜軌道定向井提速鉆井難點分析

1.1 砂泥巖長裸眼井身結構加劇了地層的高摩阻特性,在湖盆沉積相的中高滲透性砂巖地層,泥餅較厚,對鉆具包角較大,易粘吸鉆具而造成托壓,泥頁巖井壁不規則,易形成沙橋,會增加扶正器、鉆桿接頭等鉆具變徑部分的通過阻力。

1.2 設計軌道復雜摩阻扭矩大,非典型井軌道特點:多段制化、大井斜化、大位移化、三維扭方位化和“S”型降斜化,由于五化特征的存在,實鉆過程中摩阻扭矩大,對鉆速提高的制約主要表現為①滑動鉆進易托壓,定向耗時長;②復合鉆進扭矩高,鉆井參數優化空間小。

1.3 高摩阻條件下鉆進時存在粘滑振現象,高摩阻存在的情況下,鉆柱與井壁的嚴重摩擦,使鉆具主動扭矩產生循環的積聚和釋放,導致鉆頭發生粘滑振現象,PDC鉆頭發生崩齒、偏磨等現象,PDC鉆頭損壞導致破巖效率降低,鉆速下降;

1.4 環空存在巖屑床,大井斜段及軌跡拐點處,環空下井壁巖屑濃度高,存在巖屑床,使鉆具與鉆井液之間的固液摩擦變成了固固摩擦,使鉆具受到的摩擦力進一步增大,且水基鉆井液潤滑能力有限,導致定向易托壓;

2 提速鉆井的對策

2.1 應用準懸鏈線軌道優化技術將設計軌道的一部分圓弧段和一部分穩斜段優化為一段曲率遞減或曲率恒定的懸鏈線軌道,從而導致了一系列的正弦形狗腿,充分利用單彎螺桿鉆具的導向增斜特性,減少滑動進尺,提高機械鉆速,同時扭矩及阻力的減少能夠對鉆頭施加更大的鉆壓以提高機械鉆速。

2.2 利用NDS摩阻分析軟件優化鉆具組合,摩阻的大小用鉆柱靜重與起下鉆懸重之差來衡量。同樣,由于摩擦作用鉆臺施加的扭矩與鉆頭所獲得的扭矩存在差異。摩阻和扭矩問題經常互相聯系,在延伸井和水平井上會特別嚴重,摩阻扭矩損失有許多根源:壓差卡鉆、鍵槽、井壁的不穩定性、較差的井眼凈化和與鉆柱側向力有關的總摩擦作用。

2.3 集成應用水力減阻工具,鉆具組合中加入水力振蕩器,通過周期性定頻振蕩鉆柱,使得BHA產生軸向振動,將靜摩擦轉變為動摩擦,減少滑動鉆進和旋轉鉆進時井壁與鉆桿之間的摩擦,提高鉆壓傳遞效率,提高了高效PDC鉆頭的適用性,提高了高摩阻定向井中PDC鉆頭的連續鉆進能力。

2.4 提高大井斜段井眼清潔的集成技術,適當提高鉆井液密度和環空返速,提高排量30L/s以上;調整鉆井液的流型和流變性能,在大斜度井段中鉆井液為紊流時清潔效果更好,但現場條件所限,無法形成紊流,所以可以通過提高鉆井液的動塑比,形成平板型層流來提高井眼清洗效果;調節鉆具轉速,增大鉆桿轉速可擾動巖屑床,使巖屑重新分散到鉆井液中,阻止巖屑在鉆桿接頭和鉆桿保護器附近聚集;短起下鉆破壞巖屑床,根據井段長度或托壓嚴重程度,確定短起下鉆的頻次;

3 典型井應用

3.1 預探井盤斜68井典型應用 該井為區域邊緣預探評價井,軌道模型為直—增—穩—扭—增—扭—穩,井身結構結構表層600m,二開裸眼段長3600m,最大井斜:51.97°,扭方位量:38°利用NDS摩阻軟件對設計軌道的摩阻情況進行分析,增斜扭方位的井段側向力超過了裸眼經驗值0.992T/10m的250%。增斜扭方位的井段側向力也達到了0.8-0.9T/10m的臨界狀態,起下鉆過程中摩阻30T-50T,滑動定向鉆進時摩阻25-35T,是典型的高摩阻大井斜三維空間軌道定向井。

實鉆中,通過優化軌跡,將原剖面的增斜段的一部分和穩斜段的一部分優化為“準懸鏈線”軌道,減少25%的滑動進尺;優選鉆具組合,二開PDC鉆頭+常規單彎1.5°螺桿鉆具組合,鉆進1990m～2300m的“準懸鏈線軌道”,導向/定向比31:1,第二段長穩斜段軌道應用PDC鉆頭+X:120m,Y:2m鉆具組合實現導向/定向比15:1;潤滑劑加量控制在3.3%,泥餅粘附系數在0.127～0.137,滑動鉆進工具面穩定,沒有出現嚴重的托壓現象;水力振蕩器效果顯著,單只PDC鉆頭連續鉆進1306m;大排量(平板層流)高轉速(破壞巖屑床)通井攜巖效果好;單井與同區域對比,鉆井周期減少52%,滑動鉆進鉆速提高45.7%,達到了良好的提速效果。

4 結論與建議

1)在長裸眼復雜軌道定向井中應用準懸鏈線軌道優化控制實鉆軌跡可以減少滑動進尺,提高鉆井速度。

2)托壓主要由鉆柱與井壁之間的摩擦力造成的,其影響因素包括:井身結構井眼軌跡的平滑度、井眼清潔程度、鉆具組合、鉆井液的潤滑性和地層類型。

3)優化井眼軌道、優化鉆具組合、提高井眼清潔程度、提高鉆井液的潤滑性、采用改善托壓的井下工具可以有效控制托壓問題。

4)建議在高摩阻非典型軌道定向井中推廣應用水力振蕩器等減阻工具,實現該類型井的優快鉆井。