小井眼開(kāi)窗側(cè)鉆三維水平井鉆井技術(shù)課件

小井眼開(kāi)窗側(cè)鉆三維水平井鉆井技術(shù)1目錄一、前言二、優(yōu)化工程方案設(shè)計(jì)三、現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)踐四、施工難點(diǎn)和施工重點(diǎn)分析五、結(jié)論2一、前言

小井眼開(kāi)窗側(cè)鉆水平井鉆井技術(shù)是在定向井、水平井、小井眼鉆井技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種綜合鉆井技術(shù)，在一定程度上代表了鉆井工藝的發(fā)展水平。利用該技術(shù)能使套損井、停產(chǎn)井、報(bào)廢井、低產(chǎn)井等復(fù)活，改善油藏開(kāi)采效率，有效地開(kāi)發(fā)各類油藏，提高采收率和油井產(chǎn)量，降低綜合開(kāi)發(fā)成本；能充分利用老井井身結(jié)構(gòu)對(duì)油藏開(kāi)發(fā)再挖潛，充分利用原有的井場(chǎng)、地面采輸設(shè)備等，減少鉆井作業(yè)費(fèi)、節(jié)約套管使用費(fèi)、地面建設(shè)費(fèi)，降低施工成本，縮短施工周期，提高綜合經(jīng)濟(jì)效益；該技術(shù)的推廣還有利于環(huán)境保護(hù)。3二、優(yōu)化工程方案設(shè)計(jì)（一）選擇側(cè)鉆方式開(kāi)窗側(cè)鉆：即利用斜向器和開(kāi)窗銑錐，在設(shè)計(jì)位置將套管磨穿而形成窗口，然后再用側(cè)鉆鉆具鉆出新井眼。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)和施工工藝簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：套管對(duì)測(cè)量?jī)x器有磁干擾，需要使用陀螺測(cè)斜儀定向，側(cè)鉆出的前20米新井眼，仍然需要陀螺測(cè)斜儀進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)量成本高。

5段銑側(cè)鉆：即在設(shè)計(jì)側(cè)鉆位置將一段套管用段銑工具銑掉，然后在該井段注水泥，在用側(cè)鉆鉆具定向鉆出新井眼。優(yōu)點(diǎn)：工藝易掌握，可靠性好；避免了套管的磁干擾，可用磁性測(cè)斜儀器定向鉆井，有利于準(zhǔn)確定向。缺點(diǎn)：套管段銑段長(zhǎng)（一般大于18m），有時(shí)由于工具等出問(wèn)題需多次磨銑才能完成，費(fèi)時(shí)費(fèi)力；段銑完成后，需打水泥塞、候凝，修水泥面，工藝復(fù)雜。

6（二）井眼軌跡設(shè)計(jì)井眼軌跡的形狀設(shè)計(jì)是一口開(kāi)窗側(cè)鉆水平井順利施工的基礎(chǔ)。小井眼開(kāi)窗側(cè)鉆三維水平井的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮普通水平井的特點(diǎn)外，還必須考慮套管開(kāi)窗、定向井段高造斜率、可控井段短及井眼直徑小等特點(diǎn)。還必須考慮有利于油層開(kāi)采，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)設(shè)計(jì)的要求。而原井多數(shù)都存在井斜方位，且方位與新設(shè)計(jì)方位不一致。井眼軌跡因井而異，往往須進(jìn)行三維設(shè)計(jì)。7小井眼開(kāi)窗側(cè)鉆三維水平井的井眼軌跡一般設(shè)計(jì)為三增軌道，中間造斜段造斜率相對(duì)較低，作為調(diào)整段，以彌補(bǔ)第一和第三高造斜率井段實(shí)際造斜率和設(shè)計(jì)造斜率的誤差。8增斜段造斜率的合理確定，必須考慮馬達(dá)類型、彎度、鉆具結(jié)構(gòu)、鉆頭直徑與類型、地層情況和鉆進(jìn)參數(shù)等影響因素，參照造斜馬達(dá)的實(shí)際造斜能力和推薦造斜率進(jìn)行。10增斜井段：

鉆具組合一：

?149.2mmHA517+?120mm3.5o單彎螺桿+?120mm定向接頭+88.9mm無(wú)磁承壓鉆桿+88.9mm斜坡鉆桿+88.9mm加重鉆桿+88.9mm鉆桿

鉆具組合二：

?149.2mmBIT+?120mm3.5o單彎螺桿+?120mm定向接頭+73mm無(wú)磁承壓鉆桿+88.9mm斜坡鉆桿+88.9mm加重鉆桿+88.9mm鉆桿

施工參數(shù)：

鉆壓：30—50kN，排量：14L/s，泵壓：20MPa

效果分析：

使用定向井工程軟件校核結(jié)果表明，方案（2）中?73mm鉆桿抗壓強(qiáng)度不足；方案（1）中在曲率半徑大于45m時(shí)能夠滿足強(qiáng)度要求。12短半徑水平井鉆井，由于造斜需在很短的井段內(nèi)完成，井眼曲率變化大，鉆柱在造斜井段會(huì)產(chǎn)生較大的彎曲應(yīng)力，易造成鉆具的疲勞損害；特別在鉆柱旋轉(zhuǎn)時(shí)，彎曲井段的鉆柱受交變應(yīng)力作用，鉆柱極易發(fā)生疲勞破壞，施工中應(yīng)注意：每趟鉆倒換彎曲井段的鉆柱位置，避免了鉆柱長(zhǎng)時(shí)間上受交變應(yīng)力作用，避免鉆柱的疲勞失穩(wěn)破壞；造斜段和水平段全部使用斜坡鉆桿，加重鉆桿放在直井段，減小鉆柱磨擦，增加鉆柱的抗壓失穩(wěn)能力。14（三）測(cè)量方式、測(cè)量?jī)x器的選擇通過(guò)比較認(rèn)為有線隨鉆測(cè)量?jī)x是小井眼側(cè)鉆三維水平井造斜井段施工的最好方案。造斜井段采用有線隨鉆測(cè)量?jī)x器利用電纜將井下儀器測(cè)量的測(cè)點(diǎn)井斜、測(cè)點(diǎn)方位及當(dāng)時(shí)動(dòng)力鉆具的工具面角傳到地面，有線隨鉆測(cè)量?jī)x需經(jīng)常起下電纜，工作效率低，但成本低，數(shù)據(jù)傳輸速度快，測(cè)量?jī)x器傳感器距鉆頭距離近，一般為5.5----8m。

15水平井段采用超小井眼無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀器利用鉆井液脈沖將井下儀器測(cè)量的測(cè)點(diǎn)井斜、方位及當(dāng)時(shí)動(dòng)力鉆具的工具面角傳到地面，實(shí)現(xiàn)水平段的控制。超小井眼無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀測(cè)量方式無(wú)需電纜，工作效率高，但成本高，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間長(zhǎng)，測(cè)量?jī)x器傳感器距鉆頭距離一般為16--18m。16（四）井眼軌道的測(cè)量、預(yù)測(cè)和控制井底參數(shù)預(yù)測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵就是對(duì)動(dòng)力鉆具造斜率的準(zhǔn)確計(jì)算。施工中采用水平井工程軟件，根據(jù)螺桿鉆具造斜率計(jì)算結(jié)果，準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出了在造斜段和水平段鉆進(jìn)過(guò)程中的井斜角和方位角的變化規(guī)律，為最終井眼軌跡進(jìn)入設(shè)計(jì)靶窗提供了保證。17（五）降低摩阻、降低扭矩措施實(shí)踐證明降低摩阻、降扭矩需要從以下幾方面入手：1、應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算、分析在設(shè)計(jì)的鉆具組合、鉆井參數(shù)條件下，鉆柱軸向受力狀況，及時(shí)掌握和了解造斜井段小尺寸斜坡鉆桿屈曲狀況，通過(guò)改變鉆井方式、調(diào)整鉆井參數(shù)，避免鉆具產(chǎn)生螺旋彎曲。2、斜井段使用柔性斜坡鉆桿，降低鉆柱與井壁的阻力。鉆井過(guò)程中堅(jiān)持短程起下鉆和分段旋轉(zhuǎn)洗井作業(yè)，以達(dá)到破壞巖屑床和攜巖洗井的要求。3、計(jì)算鉆進(jìn)時(shí)鉆柱軸向摩阻力和摩擦阻力，合理地選擇鉆具組合和鉆進(jìn)參數(shù)，避免鉆柱扭轉(zhuǎn)破壞，實(shí)現(xiàn)全部鉆壓的有效傳遞。4、應(yīng)用濾餅控制技術(shù)，使鉆井液形成薄而韌的優(yōu)質(zhì)濾餅。在鉆井液形成優(yōu)質(zhì)濾餅的基礎(chǔ)上進(jìn)行適度混油并充分乳化，盡可能降低濾餅?zāi)Σ料禂?shù)。5、解決好凈化問(wèn)題。首先要有足夠的泵排量，保持井眼環(huán)空返速在0.9m/s以上，其次要保證良好的鉆井液性能和完好的固控設(shè)備系統(tǒng)。18三、現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)踐20序號(hào)井號(hào)井隊(duì)地區(qū)開(kāi)窗方式井段段長(zhǎng)完成時(shí)間鉆井周期1紅南102C側(cè)鉆隊(duì)吐哈斷銑1305~16133082000年9天2側(cè)平蘇20420508江蘇斜向器2019~25625432003年27天3CPQK11020508江蘇斜向器2516~31576412003年35天4側(cè)平蘇220508江蘇斜向器1987~26536662003年28天5高104-5CP1鉆修2隊(duì)冀東斜向器1650~21324822004年24天6高104-5CP9鉆修2隊(duì)冀東斜向器1618~22025842004年23天21井號(hào)G104-5CP9地區(qū)冀東油田井型斷銑側(cè)鉆三維定向井設(shè)計(jì)施工原因報(bào)廢井再利用施工時(shí)間2004.7.25-2004.8.16施工周期23d原井套管情況139.7mm設(shè)計(jì)井眼情況118.5mm*2198m設(shè)計(jì)三維旋轉(zhuǎn)角度44.27造斜初始方位109造斜結(jié)束方位153.27開(kāi)窗側(cè)鉆方式斜向器開(kāi)窗實(shí)際開(kāi)窗井段/實(shí)際側(cè)鉆井段1609.5m—1618.3m側(cè)鉆測(cè)量?jī)x器陀螺測(cè)斜儀S-MWD實(shí)際造斜井段1618.3m—2130.85m

實(shí)際造斜率0.51-14.78/30m實(shí)際水平段井段2083.92m-2202.45m實(shí)際水平段井斜93.5“A”中靶情況2.14m“B”中靶情況2.98m2324四、施工難點(diǎn)和施工重點(diǎn)分析1、以較小的造斜率和較大的井斜角度準(zhǔn)確入靶，在水平段鉆進(jìn)時(shí)可避免或減少滑動(dòng)方式鉆進(jìn)增加復(fù)合鉆進(jìn)方式，避免鉆進(jìn)摩阻大、機(jī)械鉆速低，易發(fā)生井下復(fù)雜，形成“波浪曲線”等難題。入窗施工一定要仔細(xì)，確保位置合適。同時(shí)做好工具造斜率、反扭矩、鉆速等的統(tǒng)計(jì)分析以及儀器的調(diào)校。2、及時(shí)與現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)、錄井、泥漿、工程等負(fù)責(zé)人溝通交流。了解油層厚度、走向、傾角、巖性以及蓋層、底層相關(guān)情況。錄井方面的數(shù)據(jù)掌握油層的巖性及施工時(shí)的錄取要求提前交流。施工過(guò)程跟蹤分析，各方均應(yīng)知已知彼，預(yù)測(cè)及時(shí)，提前控制。3、實(shí)鉆中增斜井段沒(méi)有調(diào)整空間時(shí)，可通過(guò)調(diào)整鉆井參數(shù)微調(diào)增降斜率，實(shí)現(xiàn)安全中靶。264、由于每口所鉆遇的地層情況不同，同一種造斜馬達(dá)在不同井的相同井段所表現(xiàn)出的造斜能力也不相同，增加了井眼軌跡控制難度。但在同一口井的相同地層條件下，造斜馬達(dá)所表現(xiàn)出的造斜能力是有規(guī)律的。正是因?yàn)檫@一點(diǎn)，工程技術(shù)人員才能通過(guò)改變鉆井參數(shù)，鉆井方式或鉆具組合對(duì)井眼軌跡進(jìn)行有效控制。5、增斜段的造斜率確定的合理與否，是短半徑側(cè)鉆水平設(shè)計(jì)與施工的關(guān)鍵問(wèn)題。應(yīng)根據(jù)造斜馬達(dá)的實(shí)鉆造斜能力，推薦造斜率及地質(zhì)設(shè)計(jì)需要等進(jìn)行選擇。6、PDC鉆頭切削效率好，但在小井眼開(kāi)窗側(cè)鉆短半徑水平井可能造成下鉆困難，特別是其較大的切削扭矩會(huì)造成增斜井段鉆具受力超過(guò)臨界點(diǎn)，易發(fā)生鉆具事故。27表1：使用Φ118mmPDC鉆頭時(shí)Φ95mm單彎馬達(dá)的造斜率范圍單彎馬達(dá)度數(shù)（o）實(shí)鉆平均造斜率（o）/m廠家推薦造斜率（o）/m0o—25o井段25o—90o井段0o—25o井段25o—90o井段1.75o0.36—0.470.43—0.520.34—0.450.40—0.502o0.49—0.640.65—0.780.50—0.650.60—0.752.5o0.87—1.020.73—1.110.80—0.950.90—1.052.7o50.97—1.050.96—1.330.90—1.051.00—1.253o/1.28—1.301.10—1.251.20—1.35281、小井眼開(kāi)窗側(cè)鉆水平井鉆井技術(shù)是一項(xiàng)綜合性的鉆井技術(shù)，其關(guān)鍵是科學(xué)化設(shè)計(jì)和優(yōu)化施工。合理的施工方案配合其它相應(yīng)的技術(shù)措施是取得最佳施工效果的保證。

2、有線隨鉆測(cè)斜儀在TK450C井的成功使用，為今后小井眼短半徑開(kāi)窗側(cè)鉆水平井中有線隨鉆測(cè)斜儀的使用奠定了基礎(chǔ)，為降低小井眼短半徑開(kāi)窗側(cè)鉆水平井測(cè)量費(fèi)用找到了一條新的途徑，從而擴(kuò)大了低成本測(cè)量?jī)x器的使用范圍。

3、小井眼開(kāi)窗側(cè)鉆水平井采用組合式隨鉆測(cè)斜工藝，即：有線隨鉆進(jìn)行造斜段施工，無(wú)線隨鉆配合自然伽瑪技術(shù)進(jìn)行水平井段的施工，不但能減少測(cè)量費(fèi)用，而且能進(jìn)一步降低測(cè)量風(fēng)險(xiǎn)和施工風(fēng)險(xiǎn)，確保油層穿透率和中靶