復雜地層鉆完井技術應用范文

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《石油機械雜志》2015年第十二期

摘要:

塔河油田為避開老井水體，老井側(cè)鉆上提造斜點鉆遇上覆石炭系巴楚組或奧陶系桑塔木組泥巖井段，泥巖垮塌掉快堵塞采油井筒。為此，通過深井側(cè)鉆技術難點分析、擴孔工具優(yōu)選、膨脹管關鍵技術分析及深井130.0mm小井眼定向鉆井技術配套，形成了一套適用于塔河油田深井側(cè)鉆井的隨鉆擴孔、膨脹管封隔復雜地層及后續(xù)小井眼定向鉆井的非常規(guī)鉆完井方案。同時布置了THA井進行試驗，試驗井創(chuàng)造了國內(nèi)單次作業(yè)最長428m和施工最深5508m2項記錄。現(xiàn)場應用結(jié)果表明，膨脹管封隔復雜地層鉆完井技術解決了塔河油田177.8mm套管開窗側(cè)鉆泥巖垮塌帶來的技術難題，確保了鉆井、完井和采油等作業(yè)井眼穩(wěn)定;配套的深井130.0mm小井眼定向鉆井所需的鉆桿、動力鉆具和MWD，可以確保泥巖封隔井二開小井眼順利鉆至完鉆井深。

關鍵詞:

膨脹管;小井眼;側(cè)鉆井;深井側(cè)鉆;技術配套;隨鉆擴孔

塔河油田碳酸鹽巖屬于縫洞型油藏，油井開發(fā)后期，底水錐進，井筒周圍形成半徑150m以上的水體。為避開老井水體，老井側(cè)鉆上提造斜點鉆遇上覆石炭系巴楚組或奧陶系桑塔木組泥巖井段，泥巖垮塌掉塊堵塞采油井筒［1－2］，通過研究，應用膨脹管對復雜泥巖實施機械封隔。國內(nèi)膨脹管技術已較為成熟，該技術可廣泛地應用于完井和固井作業(yè)中的套管補貼，用作應急尾管或尾管懸掛器等［3］，能大幅降低鉆采成本，縮短施工時間。然而，膨脹管在深井大斜度側(cè)鉆井(井深≥6000m、井斜≥60°)中的應用案例未見報道。為此，筆者研究了膨脹管封隔復雜地層鉆完井關鍵技術，部署了一口側(cè)鉆水平井———THA井進行試驗，試驗獲得成功，在深井大斜度長井段井況下取得突破，創(chuàng)造了國內(nèi)單次作業(yè)最長428m和施工最深5508m2項記錄，并推廣應用4井次。

1深井側(cè)鉆井難點及技術方案

1.1技術難點(1)巴楚組或桑塔木組泥巖的脆性、水敏性及應力差，造成部分側(cè)鉆井在鉆井和完井過程中存在不同程度的遇阻現(xiàn)象，給后續(xù)的采油工程帶來了巨大安全隱患。(2)奧陶系儲層為縫洞型儲層，上部地層壓力高(孔隙壓力1.21～1.24g/cm3)，奧陶系地層壓力(孔隙壓力1.08～1.10g/cm3)，安全密度窗口窄。(3)對177.8mm套管開窗側(cè)鉆，采用149.2mm鉆頭鉆進，只能下127.0mm甚至更小尺寸的套管封隔泥巖井段，一方面小間隙固井作業(yè)難度大，另一方面后續(xù)作業(yè)無法保證。

1.2技術方案由以上難點可知，該類側(cè)鉆井無法實施，制約著側(cè)鉆井位部署。在深入分析技術需求及關鍵技術可行性的基礎上，提出了在斜井段擴孔后，下入膨脹套管封隔復雜泥巖段的技術方案。現(xiàn)以塔河油田的THA井為例，具體方案為:177.8mm套管開窗后采用149.2mm鉆頭定向鉆進至奧陶系1～2m，采用鉆后擴孔，將井眼尺寸擴至165.1mm，下入139.7mm膨脹套管封隔復雜泥巖，進行固井和膨脹作業(yè)，膨脹后內(nèi)徑可達134.5mm，使用130.0mm鉆頭繼續(xù)鉆進，直至鉆達目的層。

2擴孔工具優(yōu)選

筆者調(diào)研并分析了國內(nèi)外的擴孔工具，優(yōu)選了隨鉆偏心擴孔器［4］。該隨鉆偏心擴孔器屬于雙心鉆頭，由領眼部分、預擴孔部分和主擴孔部分組成，預擴孔部分減少了主擴孔部分的破巖任務，減輕了鉆頭振動，保證了鉆頭的整體穩(wěn)定性。圖1為雙心鉆頭擴孔圖。國外某油田某井中使用CSDR5211雙心鉆頭配套單彎螺桿鉆具，共入井3次，鉆井進尺599.02m，井斜由10.89°增至91.45°，每30m造斜率在13°～20°之間，每30m平均造斜率為15°。

3膨脹管關鍵技術分析

3.1材料優(yōu)選及性能指標通過調(diào)研評價，目前中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院(以下簡稱勝利鉆井院)和億萬奇的139.7mm膨脹管適合在177.8mm套管開窗側(cè)鉆井中應用，性能參數(shù)如表1所示。綜合考慮井筒條件、工藝成熟度和成本，選擇勝利鉆井院的139.7mm膨脹管。

3.2膨脹動力學模擬采用ANSYS12.0軟件對139.7mm膨脹管進行有限元數(shù)值模擬［5－10］，指導了THA井實體膨脹管現(xiàn)場膨脹施工。對塔河油田THA井實體膨脹管膨脹力進行了預測，結(jié)果如圖2所示。理論膨脹力為502.0～513.0kN，現(xiàn)場施工實際的膨脹力為554.5～604.5kN，誤差在8%以內(nèi)。

3.3膨脹套管管串優(yōu)化對膨脹管管串結(jié)構(gòu)進了優(yōu)化設計［11－13］。圖3為膨脹套管管串優(yōu)化方案。該管串結(jié)構(gòu)包括外管柱和內(nèi)管柱。外管柱為:149.3mm浮鞋1套+133.0mm浮箍2套+133.0mm碰壓座1套+149.3mm膨脹管啟動器1套+139.7mm×7.72mm膨脹管+146.0mm膨脹懸掛管柱2根+149.2mm膨脹出口1個。內(nèi)管柱為:133.5mm膨脹錐+118.0mm對扣接頭+安全接頭+73.0mm油管+擋泥器+73.0mm油管+擋泥器+73.0mm油管+變扣接頭+送放鉆桿。模擬參數(shù):膨脹管外徑139.7mm，壁厚7.72mm，屈服強度460MPa，膨脹率8.3%，膨脹錐外徑134.5mm，膨脹錐錐角10°，膨脹速度0.15m/s。液壓膨脹決定膨脹施工的成敗，密封性是液壓膨脹的前提，膠塞碰壓是實現(xiàn)有效密封的關鍵技術，為此，設計了膨脹管專用固井膠塞，如圖4所示。膠塞頭采用銅材，方便后期掃塞施工，膠塞翼設計6組，具有較強的韌性和抗沖涮能力。

4深井130.0mm小井眼定向鉆井技術配套

139.7mm膨脹套管膨脹后，通徑131.3mm，二開需要使用130.0mm的小尺寸鉆頭鉆進，常規(guī)149.2mm井眼配套的鉆具、螺桿和測量儀與130.0mm井眼配套時間隙小，造成施工泵壓高，且易發(fā)生卡鉆事故。因此，對130.0mm小井眼定向鉆井所需的鉆桿、動力鉆具和測量儀器進行了配套。配套了接箍外徑為108.0mm的非標88.9mm鉆桿。該鉆桿內(nèi)徑70.2mm，抗扭強度38.86kN•m;優(yōu)選了105.0mm螺桿鉆具，該螺桿排量為6～14L/s，輸出轉(zhuǎn)速為102～220r/min，滿足了定向鉆進的使用要求;引進了美國Boreview公司生產(chǎn)的47.75mm抗高溫MWD儀器，滿足了現(xiàn)場測量要求。

5現(xiàn)場應用效果

膨脹管封隔復雜地層鉆完井技術于2012年在塔河油田THA井進行了首次試驗，隨鉆擴孔、實體膨脹管施工和深井130.0mm小井眼定向鉆井均獲得成功，擴孔井徑和固井質(zhì)量見表2，均收到預期效果，采油井筒未發(fā)生泥巖垮塌堵塞井筒事故。截至目前，已成功應用5井次，已累計增油2.3×104t。

6結(jié)論

(1)形成了一套適用于塔河油田深井側(cè)鉆井的隨鉆擴孔、膨脹管封隔復雜地層及后續(xù)小井眼定向鉆井的非常規(guī)鉆完井方案。(2)膨脹管封隔復雜地層鉆完井技術解決了塔河油田177.8mm套管開窗側(cè)鉆泥巖垮塌帶來的技術難題，確保了鉆井、完井和采油等作業(yè)井眼穩(wěn)定。(3)配套的深井130.0mm小井眼定向鉆井所需的鉆桿、動力鉆具和MWD，可以確保泥巖封隔井二開小井眼順利鉆至完鉆井深，有效溝通老井周圍儲集體。

參考文獻

［1］周偉，耿云鵬，石媛媛.塔河油田超深井側(cè)鉆工藝技術探討［J］.鉆采工藝，2010，33(4):108－111.

［2］李雙貴，高長斌，方建波，等.塔河油田簡化結(jié)構(gòu)井開窗側(cè)鉆技術優(yōu)化研究［J］.石油實驗地質(zhì)，2012，34(增刊1):106－108.

［3］劉強，宋生印，白強，等.實體膨脹管性能評價方法研究及應用［J］.石油機械，2014，42(12):39－43.

［4］周偉，于洋，劉曉民，等.定向隨鉆擴孔鉆壓分配及優(yōu)化［J］.石油機械，2013，41(2):45－49.

［5］梁坤，練章華，任榮坤，等.實體膨脹管膨脹力影響因素數(shù)值模擬［J］.石油礦場機械，2010，39(12):1－4.

［6］練章華，施太和，韓建增.膨脹套管摩擦系數(shù)與軸向位移的模擬研究［J］.石油機械，2002，30(1):1－3.

［7］練章華，施太和，楊龍，等.膨脹套管計算機仿真分析［J］.天然氣工業(yè)，2003，23(4):41－43.

［8］付勝利，高德利.可膨脹管膨脹過程三維有限元數(shù)值模擬［J］.西安石油大學學報，2006，21(1):54－57.

［9］高向前，李益良，李濤，等.膨脹管膨脹壓力及承壓能力分析［J］.石油機械，2010，38(10):33－36.

［10］于洋，周偉，劉曉民，等.實體膨脹管的膨脹力有限元數(shù)值模擬及其應用［J］.石油鉆探技術，2013，41(5):107－110.

［11］龍斌.實體膨脹管技術在塔河油田TK1051井的應用［J］.西部探礦工程，2009(9):46－48.

［12］高向前，李益良，李濤，等.側(cè)鉆水平井膨脹套管完井新技術［J］.石油機械，2010，38(1):18－19，34.

［13］張東海.膨脹管技術的現(xiàn)狀及未來［J］.特種油氣藏，2007，14(1):3－6.

作者：陳培亮 井恩江 王玉多 王奎舉 賈玲 單位：中國石化西北油田分公司工程技術研究院 中國石油新疆油田公司陸梁油田作業(yè)區(qū) 新疆克拉瑪依市地質(zhì)工程有限責任公司 中國石油新疆油田公司風城油田作業(yè)區(qū) 西部鉆探克拉瑪依鉆井公司