中短半径水平井钻井技术.doc

中短 中短半径水平井钻井技术 万教育许树谦王新 (新疆石油管理局钻井工艺研究院) 摘要应用侧钻中短半径水平井工艺技术对老井进行改造，可有效开发老井未受控面积 内的储油和死角残余油，恢复并提高单井产量和终极采收率。本文着重从中短半径水平井钻井 技术难点分析出发，阐述中短半径水平井钻井剖面、井身结构、钻柱等设计的评价方法，从中 短半径水平井钻柱受力、造斜率与井底预测、井眼测量，钻具失稳、导向钻井、安全控制等方 面．综合分析了中短半径水平井钻井的要点和工艺。该工艺技术在新疆塔河油田及哈萨克斯坦 北布扎奇油田成功应用，钻成了一批造斜率在0．8。～2。／m以内、水平段长250～350m的侧钻中 短半径水平井，并取得良好的经济效益。 关键词钻井水平井中短半径轨道控制 随着石油勘探开发的不断深入，国内大部分油田已进人生产中后期，老井的重修和改造 势在必然。同时，在一些新区的开发中，特别是裂缝、溶洞性油藏，由于前期对储层的溶缝 发育认识不十分清楚，直井钻遇裂缝、溶洞的机遇相对较小，致使先期部分直井钻成后无产 能。而中短半径水平井钻井技术是老井恢复产能、老油田挖潜增效的有效技术手段，利用中 短半径水平井钻井技术对已钻无产能的直井进行再次利用．在原直井井眼侧钻中短半径水平 井，可有效开发老井未受控面积内的储油和剩余油，恢复并提高单井产量和终极采收率，减 少钻井投资．具有极高的经济效益。 一、中短半径水平井钻井技术难点 中短半径水平井在钻井工具、仪器和设备性能、水平井设计与施工工艺方面具有相当大 的难度。除此以外，由于中短半径水平井井限工况条件与常规水平井相比存在较大的差异， 对井下随钻测量工具的适用条件、工作能力及保证井下安全的技术措施也提出了新的要求。 由此，中短半径水平井钻井面临的主要技术难点： (1)中短半径水平井造斜井段短，造斜率高，轨迹控制几乎投有调整井段，加之随钻测 量数据存在滞后问题，螺杆钻具造斜规律不易掌握，轨迹控制难度大。 (2)由于井眼曲率变化大，动力钻具在井眼中受弯曲应力影响，易发生钻具的失稳 破坏。 (3)井深，小尺寸钻具柔性大，加之螺杆钻具弯角大，工具面控制十分困难。 (4)井眼曲率大，钻柱与井壁之间的摩阻大，造斜段与水平段钻井中，滑动钻进钻压的 传递困难。 (5)中短曲率半径水平井的造斜段井眼曲率大，在水平段延伸的钻进中，由于摩阻等因 素的影响，施加钻压困难。采用滑动方式钻进，由于摩阻大，常常导致钻柱“自锁”现象的 ——9f—— 发生 发生，钻柱无法有效传递钻压；采用旋转方式钻进时，处于高曲率井段的钻柱，受到较高的 弯曲应力影响，易发生疲劳破坏，导致井下复杂。 (6)中短半径水平井由于井眼曲率高，完井管柱下人会有很大风险。 二、中短半径水平井钻井优化设计技术 1．中短半径水平并剖面设计 中短半径水平井造斜井段短，需要准确把握钻具和地层的造斜率，一旦造斜率出现偏 差，没有可调整的余地，会造成脱靶。其剖面有以下特点： (1)造斜段短，一般不超过80m剖面设计的可选性很小。 (2)造斜段的垂向和横向的距离很短，靶区确定，靶前位移和靶点垂深基本固定，可调 的余地非常小。 (3)中短半径水平井造斜率高，完井方式选择的局限性大。 中短半径水平井技术造斜点垂深与靶点垂深之间的垂直距离短，靶前位移小，造斜井段 相对较短。因此中短半径水平井目前主要采用连续增斜的单圆弧剖面，即“直一增一平”三 段制剖面，以满足中短半径水平井高造斜率的要求。 侧钻中短半径水平井在设计中多采用上述的单圆弧剖面，造斜点与靶点距离为50～80m 左右，造斜率在0．8。／m以上；水平延伸段长度的设计除尽量满足地质开发要求外，应着重 考虑了钻具摩阻和钻柱弯曲对水平延伸钻进能力的影响。设计中对此进行了模拟试算分析， 其剖面的基本类型见图1。 340-t I方位2∞．47‘ j 开宙侧钻点36000m 360j L造斜点372．93m 380喜 3 曲o{＼造斜率24·76。／30Ⅲ 聪 辕 ：曩∑≥!．——兰竺Ⅱ_；—一i i i 460{ i 水平位移∞ 图1 中短半径水平井剖面设计示意图 2．中短半径水平井钻柱优化设计技术 中短半径水平井钻柱优化设计的核心是在对下部钻柱组合钻井特性和造斜规律有准确控 制能力的前提下如何降低摩阻和扭矩，以及如何减少井下钻柱可能产生的疲劳失效问题。在 中短半径水平井中，对中短半径水平井钻柱设计影响最大的因素是由于存在高曲率井段，使 钻柱与井壁之间的接触正压力与摩擦阻力大大增加。但随之而来的问题是位于高曲率造斜井 段上部的钻柱将处于轴向压载状态，受压钻杆是否会发生失稳弯曲成为中短半径水平井钻柱 设计的一个重要问题。在中短半径水平井钻井中，为了最大程度地降低摩阻的影响，防止岩 92— 屑床 屑床的形成，对大部分的水平井段都要求采用旋转