冀東油田定向井井眼軌跡控制技術(shù)

冀東油田定向井井眼軌跡控制技術(shù)

隨著勘探和開(kāi)發(fā)的需要，河?xùn)|油田開(kāi)采井的比例增加，尤其是高位移開(kāi)挖的大井比例增加（從20世紀(jì)90年代的3%增加到現(xiàn)在的70%）。由于該類(lèi)井井斜角多為45°～60°,且位移大,造成巖屑攜帶困難,直接影響鉆井、電測(cè)、下套管、固井作業(yè)的正常進(jìn)行。輕者造成井下復(fù)雜,嚴(yán)重造成井下事故。由此可見(jiàn),有效地清除巖屑床迫在眉捷。1井斜角出現(xiàn)的困難定向井隨著井斜及位移的增大,巖屑的攜帶也越來(lái)越困難。根據(jù)定向井井斜的大小及泥漿在井眼中的攜巖情況,可把定向井分為4種類(lèi)型。(1)井斜角<35°,由于井斜小,泥漿攜巖不困難;(2)井斜角35°～45°,巖屑攜帶稍有困難,易造成井下復(fù)雜。(3)井斜角45°～55°,巖屑易沉向下井壁,并且在下沉過(guò)程中有可能滑到井底,或在下井壁形成巖屑床,造成井下復(fù)雜。如泥漿性能差,潤(rùn)滑效果不好,處理方法不及時(shí)、不合理,極易造成卡鉆事故。(4)井斜角>55°(定向井及水平井),該類(lèi)型井的巖屑極易在井壁形成巖屑床,且不易被清除,易造成起下鉆困難及卡鉆。2巖屑床的形成和破壞2.1井壁、深翻位移的影響在井斜角>45°的大斜度定向井中,由于重力作用,鉆具在井眼中始終靠向下井壁,形成了“偏心環(huán)空”。巖屑的沉降、運(yùn)移與直井、小位移定向井相比發(fā)生了根本的變化,巖屑出現(xiàn)向井壁徑向沉降的趨勢(shì)。由于偏心環(huán)空流速的不均勻,即寬間隙處阻力小,流速快;窄間隙處阻力大,流速小,使巖屑易沉向下井壁且不易清除,形成巖屑床,在一定條件下還會(huì)發(fā)生巖屑床的滑移、堆積。特別是在鉆井液停止循環(huán)時(shí),巖屑很快聚集在下井壁處,更加速了巖屑床的形成,給大斜度井井下施工帶來(lái)威脅。2.2巖屑床出現(xiàn)的原因(1)增加了環(huán)空泥漿中的固相含量,減小了環(huán)空間隙,形成橢圓井眼,而且隨著施工時(shí)間增長(zhǎng),形成的橢圓井眼越嚴(yán)重,造成憋泵;(2)易形成鍵槽和臺(tái)階,造成井下復(fù)雜和事故;(3)鉆井中懸重和鉆壓失真;(4)巖屑床的存在會(huì)使鉆具下部的扶正器、大尺寸鉆鋌產(chǎn)生相當(dāng)大的扭矩或造成泥包扶正器,導(dǎo)致憋鉆。此外,停泵后井眼中巖屑下沉形成臺(tái)階、砂橋,造成砂卡或粘卡,嚴(yán)重影響鉆井安全。3巖屑運(yùn)移方式巖屑床在斜井中的運(yùn)移方式有4種:(1)均勻懸浮式,泥漿中巖屑床在同一環(huán)空截面上的均勻分布;(2)非均勻懸浮式,泥漿中巖屑在同一環(huán)空截面中分布不均勻,一般靠向下井壁巖屑密度大;(3)移動(dòng)床式,多數(shù)巖屑沿下井壁形成活動(dòng)巖屑床,可隨上返泥漿慢慢運(yùn)移;(4)固定床式,多數(shù)巖屑沿下井壁形成固定巖屑床。斜井中巖屑的理想運(yùn)移形式為均勻懸浮式。要達(dá)到此目的,通常采用3種方式清除巖屑床。3.1提高了井眼質(zhì)量在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、機(jī)泵條件、鉆具允許情況下,盡可能提高循環(huán)排量,使其接近臨界返速而消弱巖屑床。我單位施工的北33-1井,當(dāng)鉆至井深3500m時(shí),因巖屑得不到及時(shí)清除,井眼不干凈,多次出現(xiàn)憋泵、上提下放鉆具困難,最后把排量由原來(lái)的33L/s提高到40L/s(in井眼),下部井眼情況有所改善。由此可見(jiàn),在地層穩(wěn)定情況下,提高排量來(lái)清除巖屑床也是可行的。3.2提高動(dòng)塑比施工現(xiàn)場(chǎng)采用胺基聚合物泥漿體系。要求泥漿剪切稀釋性好,降低流變系數(shù)n值,提高動(dòng)塑比(Yp/Pv),增強(qiáng)其懸浮攜帶能力。但在目前條件下,泥漿還難以調(diào)整到使巖屑下沉的程度,還必須配合其他清除巖屑方法。3.3巖屑床三種常用鉆具的工作方法現(xiàn)場(chǎng)施工中除采用大排量和改善泥漿性能來(lái)提高其攜巖能力外,最有效的辦法則是利用機(jī)械辦法除砂:有頂部驅(qū)動(dòng)手段的可利用邊起鉆邊轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具的辦法攪動(dòng)巖屑床,同時(shí)循環(huán)泥漿清除巖屑床;在沒(méi)有頂驅(qū)條件施工中,則采用定時(shí)定井段的短程起下鉆,分段循環(huán)和劃眼等措施。即:對(duì)巖屑床不太嚴(yán)重的井段,可采用短程起下鉆;對(duì)巖屑床比較厚的,短程起一段,然后循環(huán)一段,再起一段,再循環(huán)一段,即“趕砂效應(yīng)法”。如果效果不明顯,則采取倒劃眼和柔性鉆具通井來(lái)改善井眼狀況。4施工實(shí)例4.1井推進(jìn)工程概況(1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。廟6-1井是一口評(píng)價(jià)井,該井設(shè)計(jì)井深3650m,造斜點(diǎn)2000m,設(shè)計(jì)最大井斜角46°,最大水平位移1038m,完鉆層位于沙三4段,完鉆泥漿密度1.35g/cm3,三級(jí)井身結(jié)構(gòu):一開(kāi)采用〉444.5mm鉆頭鉆至井深121m,下入〉339.7mm表層套管;二開(kāi)采用〉311.15mm鉆頭鉆至井深2560m,下入〉244.5mm技術(shù)套管;三開(kāi)采用〉215.9mm鉆頭鉆至3650m,下入〉139.7mm油層套管。(2)施工情況。該井二開(kāi)采用〉311.15mm鉆頭鉆至井深2000m開(kāi)始造斜,鉆至井深2560m,井斜角38°,施工中采用胺基聚合物泥漿體系,排量50L/s,由于井斜角<40°,巖屑床厚度極小,從造斜到下技術(shù)套管、固井作業(yè)較為順利,唯一不足是鉆至館陶組底礫巖發(fā)生一次小井眼憋鉆,導(dǎo)致上部鉆具倒開(kāi),最后泡解卡劑,下震擊器震擊,事故解除。并非巖屑床原因。三開(kāi)繼續(xù)采用胺基聚合物泥漿體系。泥漿中混入塑料小球及RT-443液體潤(rùn)滑劑,保證優(yōu)質(zhì)泥漿滿(mǎn)足井下要求:密度1.25～1.35g/cm3,粘度45～55s,失水量5～4mL/(30min),泥餅厚度0.2mm,pH值8,含砂量0.2%,動(dòng)塑比0.65～0.75,Kf<0.07。三開(kāi)井段繼續(xù)增斜,最大井斜角50.5°,之后采用三扶正器剛性鉆具穩(wěn)斜,但由于8in(〉215.9mm)井眼所使用的6in(〉158.75mm)鉆鋌柔性大,井斜由50.5°降至42°,雖然環(huán)空返速始終保持在1.4m/s,但井下憋鉆和加單根困難時(shí)常發(fā)生。分析認(rèn)為巖屑床得不到及時(shí)清除所致。最后采用繼續(xù)加大排量(40L/s)和機(jī)械清除巖屑方法,順利鉆至完鉆井深3650m。5巖屑床的清除對(duì)于大斜度大位移井清除巖屑床最有效的方法