毕业设计（论文）-套损井侧斜修井技术研究.doc

摘 要 大庆油田截止 1999 年底累计发现套损井 6860 口，占投产井数的 16.32%，发 现套损井 700 口。随着油田开发时间的延长，已套损井的损坏程度逐年加剧，造 成修井难度增大1，一是套损部位通径较小；二是多点套损井比例高，按目前工 艺技术无法修复或因修复成本太高等原因，被迫报废处理，但地下储层仍有开采 价值。采用侧斜工艺技术进行修复可以利用原井场，不用重新征地，不需重新铺 设地面管线，可以利用一段原井眼，不影响原来的井网布置和开发方案，不需再 钻更新井，恢复原有的注采关系，修复速度也将大为提高，保证了油田稳产，同 时在技术上为油田提供新的修井手段，利用此项技术可以为国内外其他油田服务。 通过本论文的研究，形成了一套完整的套损井侧斜修井工艺技术2，包括： 优化井眼轨迹设计、钻头选型、钻具组合设计、水力参数设计、井眼测量仪器、 新技术新工艺应用等。为油田大修井提供新的修井手段，研制的侧斜井计算机软 件开发应用，能够满足侧斜井设计和施工的需要。 关键字：套损井；侧斜井；修井 abstract by the end of 1999 daqing oilfield total casing wells that 6860 mouth, the number of production wells 16.32% casing wells, 700. with the extension of time oilfield development, has damaged casing wells, caused by increased the difficulty, one is workover casing part size smaller,2 a multipoint casing wells, according to the current high rate cannot be repaired or technique for repairing cost is too high, forced to scrap treatment, but the underground reservoirs are still exploitation value.using skews technology can be used to repair the original location, not to land, need not repaved ground line, can use a former well, do not affect the original pattern arrangement and development plan, do not need to update wells, drilling restore original injection- production relation, repair rate will rise greatly, guarantee the stable, while in technical field for oilfield workover, provides a new method for using the technology can and other oilfield services. through the study, this paper has formed a complete set of casing wells skews workover technical, including: optimization design, the drill hole trajectory design, selection, downhole assembly design, borehole hydraulic parameters measurement instruments, new technology and new technology application, etc. to provide new big oilfield workover, workover means of side slope of computer software development and application, and can satisfy the side slope design and construction. key words: casing wells;side slope; workover 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） i 目 录 第第 1 1 章章 绪论绪论1 1.1 侧斜修井技术概述1 1.2 国内外研究现状.1 1.3 技术难点.2 第第 2 2 章章 侧斜井井身剖面设计方法研究侧斜井井身剖面设计方法研究.3 2.1 侧斜井靶区设计.3 2.2 取套深度和侧斜点优选4 2.3 侧斜井剖面设计.5 第第 3 3 章章 侧斜井实钻轨道计算与防碰分析侧斜井实钻轨道计算与防碰分析11 3.1 实钻轨道计算.11 3.1.1 计算方法的选择11 3.2 侧斜井井眼轨道相互关系分析13 第第 4 4 章章 侧斜井井眼轨迹预测及控制方法侧斜井井眼轨迹预测及控制方法18 4.1 侧斜井井眼轨迹预测.18 4.2 侧斜井井眼轨迹控制方法.20 第第 5 5 章章 侧斜井现场试验配套技术研究侧斜井现场试验配套技术研究.25 5.1 钻头类型的优选.25 5.2 钻具组合设计.25 5.3 侧斜井实钻轨道监控.25 5.4 利用地层与钻头的相互作用关系进行方位控制28 5.5 完善固井工艺技术29 5.6 侧斜井井壁失稳机理及预防技术的研究.30 第第 6 6 章章 侧斜井现场应用效果及效益分析侧斜井现场应用效果及效益分析31 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） ii 6.1 侧斜井现场应用效果.31 6.2 侧斜井与更新井经济效益对比33 结结 论论34 参考文献参考文献35 致致 谢谢36 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 1 第 1 章 绪论 1.1 侧斜修井技术概述 1.1.1 侧斜修井技术简介 侧斜修井3-8是利用定向工具及钻具，在原井眼的一定深度内按照预定的方 位进行侧斜钻进，避开下部井眼和套管，重新开辟出新井眼，根据设计的轨迹钻 进，控制井眼轨迹中靶，下入新套管固井。侧斜修井的主要技术指标有：井斜角 要小于 3 度，目的层水平位移要小于 30 米。该技术在原井眼地面位置不变，通 过下部侧钻，使新井底与原井底产生一定距离，基本上保持了直井的特征，不影 响原井网的开发部署。因此侧斜修井技术为深部套损井和实施报废井的彻底修复 提供了一个新的途径。 1.1.2 侧斜修井技术的应用 侧斜修井方法是油田生产后期使套损井恢复生产的重要手段，它可以使用一 般方法不能修复的井重新投入恢复生产，主要应用于以下几方面： （1）对于套损深度超过 800 米，油层部位套管错断、破裂、外漏的井，在 保证彻底封固原井眼射孔段的条件下采用侧斜技术； （2）对于打开通道实施取套未成的油水井，在彻底封固原井眼射孔段的条 件下，可以应用侧斜技术恢复生产； （3）对于井塌、吐沙严重，井下落物卡阻无法打捞的油井，可以应用侧斜 技术恢复生产。 因此，侧斜修井技术有着较好的应用价值和广泛的应用前景。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 大庆油田套损现状 油田开采过程中，伴随着地层物理、化学性能的变化，大量油水井套管损坏， 造成了巨大经济损失9。就大庆油田来说，截止 1999 年底，累计发现套损井 6860 口，占投产井数的 16.32%，并且已实施报废井 1770 口。随着开发时间的延 长，套损井的损坏程度逐年加剧，造成目前修井难度增大。另外，套管通径小， 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 2 修复率低，单井套损点多通径小严重者造成无法修复。采用侧斜工艺技术进行套 损井的修复可以利用原井场，不需要新铺设地面管线，可利用一段原井眼，井眼 位移小，不影响原来的井网部署和开发方案，不降低产能，并且减少占地面积。 侧斜修井的最大优点是可以修复用其它方法不能解决的套损井，使原来的报废井 恢复产能，具有较高的技术经济价值10。 1.2.2 国内外研究现状 目前通过有关对国外技术资料的检索和查阅，还没有与侧斜井修井技术完全 一致的技术报道。通过调查结果显示国内外其他油田大都通过套管内开窗侧钻方 式进行修井作业。国内的侧斜修井技术还处于研究起步阶段，还没有一套完整成 熟的配套技术。中原油田在 2001 年 7 月份采取类似的工艺完成了三口井的修井 施工，而大庆油田自 2000 年就开始研究侧斜井的工艺技术。从大庆油田的情况 看，经过了四十年的开发，地下情况十分复杂多压力层系矛盾突出，套损井数量 增多，其特点是分布范围广，套损点大多集中在标准层及油层部位，套损部位通 径小、套损点多、甚至套管发生整体位移、位置较深，并且每口井的套损情况也 不同。因此研究侧斜修井技术，提高修井速度，加快套损区产能恢复已成必然。 侧斜修井技术还处于发展研究阶段，其发展趋势是研制裸眼用斜向器，不用 打水泥塞就可进行侧钻，缩短施工时间降低成本，同时采用先进的井眼控制技术， 如导向钻井技术等提高井眼轨迹控制精度。 1.3 技术难点 通过调研国内外侧斜修井技术的研究状况，认真研究了大庆油田套损井的损 坏特点，详细分析了大庆油田套损井侧斜修井的技术现状11，归纳总结了大庆油 田侧斜修井的主要技术难点如下： （1）套损井分布范围广，套损点多且多位于标准层及油层部位，而每口井 的套损情况又不完全相同，套损呈现多样化； （2）套损部位通径小，位置较深，施工作业困难，特别是套管发生整体位 移时，施工处理呈现复杂化； （3）由于水平位移的限制，侧斜井井斜角较小（一般小于 3） ，方位难于 控制，因此井眼轨迹控制难度大； （4）比起常规定向井技术，侧钻前由于增加了取套作业，侧斜点位置难以 按定向井轨迹设计的要求进行优选，因此优化设计的条件不易满足； （5）由于侧斜井都为套损井，上部地层经过钻井液和地层水的长期浸泡，井 壁疏松、易垮塌，容易出现井下复杂情况。 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 3 第 2 章 侧斜井井身剖面设计方法研究 侧斜修井施工基本都在大庆油田老区，经过油田的不断开发，油田井网也在 不断变化，各井之间的距离在逐渐变小，因此，侧斜井的井身剖面设计应充分考 虑这些变化。通过研究不同井网对井身剖面设计的影响，不论是四点法井网、五 点法井网还是九点法井网，对侧斜井井身剖面设计影响最关键的因素是井网中的 各井间距和各井眼的轨迹与方位12。除对距离较近的井眼，必需进行防碰计算外， 还应考虑将井眼的设计方位错开。综合考虑大庆油田老井网的特点，结合侧斜井 现场施工的实践，大庆油田对侧斜井井身质量要求井斜角不能超过 3、水平位 移不能大于 30m，全井井眼曲率小于 1.5/30m，由于井斜角小，实际操作中由 于地层和井眼之间的不均质性，存在侧斜开始时不容易形成新井眼，侧斜后方向 又不稳定，极易产生漂移而难以控制，因此侧斜井的井身剖面设计采用特殊方法， 选用井身剖面为：直井段-侧斜段-稳斜段-降斜段，并且，将最大井斜角定为已 知，在侧斜过程中，只要井斜角达到 2-3，方位与原井眼方位相反，返出的 岩屑约 50%为新井眼岩屑，钻速均匀就表示已经侧斜出去，形成新井眼。为防止 与老井眼相碰，在侧斜后进行 50m 稳斜钻进，接着选用双钟摆钻具和 pdc 钻头组 合降斜，最后进入靶区13。 2.1 侧斜井靶区设计 对于套损井侧斜修井的靶区设计，根据地质要求，结合现场施工的实际，靶 区都控制在一个扇形区域内，但是在实际靶区设计时，究竟目标在哪着陆方能使 脱离靶区的可能性最小，因此目标点应该进行优化计算14。它中靶的最大区域应 与扇形的边相切的圆，其圆心就是靶心。因此靶心应设计在扇形的轴线上，且距 圆点（井口）的距离计算如下： （2- sin1 r y 1） 式中：给定扇形的半径，m； 给定的控制扇形圆心角的一半； y靶心距圆点的距离，m。 给定扇形的内接圆半径计算如下：给定的靶区如图 2-1 所示。 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 4 （2- rr sin1 sin 2） 图 2-1 侧斜井靶区设计图 2.2 取套深度和侧斜点优选 取套深度与侧斜点的位置是密切相关的，侧斜点位置的选取是侧斜成败的关 键，通常情况下应考虑以下因素： 应选在比较稳定的地层，避免在破碎带、漏失地层、流砂层或易坍塌、易 膨胀等复杂地层定向侧斜，以免出现井下复杂情况，影响定向施工。 侧斜点应选在可钻性均匀、岩石硬度适中的地层，避免在软硬交错地层定 向侧斜。 侧斜点深度的选取应考虑设计井的垂深，并应满足采油工艺及今后再进行 修井作业的要求。 对于方位漂移严重的地区，应适当选择造斜点的位置，使造斜井段尽可能 避开地层造斜能力强的地层或利用好地层的自然漂移规律。 此外，对于侧斜修井，侧斜点的位置一般由取套深度决定，取套深度应考虑 套损点的位置、套铣段的长度等因素。应用螺杆钻具侧斜要求地层在泥岩段，软 硬适中，不易坍塌和缩径，容易形成稳定的井眼。在大庆油田长垣地区，具有这 样地质特点井段为 250m450m。同时根据油田公司价格定额中的不同井深的取套、 切割、打捞的定额和实际生产中发生的取套费用的两条曲线对比结果看（见图 2- 2）：在井深小于 320m 井段取套是赢余的，大于 320m 米取套成本亏损。结合现 场实际生产情况：每个修井队现配备 25 根套铣筒，两次即可完成取套施工，切 割时将套铣筒座挂于井口，套管鱼头在套铣筒内，保证鱼头不丢失。取套深度定 为：250m 至 450m，打水泥塞长度一般为 50m 至 80m，因此我们选择的侧斜点一般 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 5 为 300m 至 400m。 图 2-2 不同取套井段成本对比曲线 2.3 侧斜井剖面设计 根据侧斜井的特殊要求，结合剖面设计的原则、该地区的地质特征、套管损 坏及套铣的具体情况，可以确定出可选侧斜点的范围，以及对造斜率、降斜率的 限定值。 侧斜井剖面设计内容和步骤可归纳如下： 选择剖面类型。 确定造斜率和降斜率，选择侧斜点。 求得剖面上主要的未知数，其关键参数是不同井段间连接处的井斜角。 进行井身剖面计算。内容包括井眼轨道上各点的井斜角、方位角、垂深、 水平位移及坐标等。 设计结果列表与绘图。 2.3.1 侧斜井方位的确定 侧斜井方位设计至关重要，除应考虑地层自然造斜规律等因素外，还应考虑 井排方向、断层位置、井网关系等，重点还要在井眼防碰方面考虑以下因素。 根据井区构造情况，绘出井区构造图，确定地层倾角、倾向等参数。设计 侧斜方位尽可能与地层倾向相反，这样可以充分利用地层的自然造斜规律，减少 井眼轨迹控制的工作量。 同时由于侧斜井井身质量与原井眼相同，新钻侧斜井与原井井眼轨迹在同 一空间范围内变化。因此，侧斜井的方位设计必须避开原井井眼轨迹，防止井眼 相碰。 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 6 侧斜方向线与侧斜点以下的井眼轨迹不能相交。 根据以上原则，当初步选定了某一区域后，以原井位移图上的最内、外测点 与本井的连线构成防碰临界角。该临界角的平分线，可初步作为设计侧斜方位线， 考虑到地层的自然造斜规律，对该设计方位线可进行适当的修正。 设计方位确定后可根据临界角的大小给出设计方位的可变化区间。在目前条 件下，其范围是2040。图 2-3 和图 2-4 为杏 1-1 丁 3-侧斜 118 井和高 129侧斜 28 井方位设计实例 图 2-3 杏 1-1 丁 3-侧斜 118 方位设计 2.3.2 最终井斜角的计算 计算最终井斜角 ，如图 2-5，最终井斜角就是第二稳斜段的井斜角，设最 f 大井斜角为 因为各井段的垂增和平增之和应分别等于目标点的总垂深和总水平 m 位移，所以 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 7 (2-3)sin(sincossin 221fmmmz rlrhh (2-4)cos(cossin)cos1 ( 221mfmm rlra 图 2-5 侧斜井剖面测试图 上式整理得 mmfz rrlrhhsin)(cossin 222 mmf lrrrasin)cos1)()cos1 ( 2212 式中： 目标点垂深；h 设计水平位移；a 设计方位角； 侧斜点井深； z h 造斜率； 1 k 降斜率； 2 k 最大井斜角（在本设计中取为 2.8） ； m 稳斜段长度（在本设计中取为 50m） 。 2 l 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 8 根据曲率与曲率半径的关系，可以求出侧斜井段和降斜井段的曲率半径 (i=1,2) i k i k c r 180 式中的曲率半径的单位为 m；系数 ck的数值取决于曲率的单位。当ki的单位 分别为/10m、/25m、/30m、/100m 时，相应的 ck值为 10、25、30 和 100。若令 fz rhhhsin 20 （2-)cos1 ( 20f raa 5） 210 rrr 则 （2- mm rlhsincos 020 6） （2- mm lrasin)cos1 ( 200 7） 由（2-6）和（2-7）式，得 （2- 00 20 2 0 2 00 2 2 ) 2 ( ar raahh tg m 8） （2- 02 2 0 2 02 2arahl 9） 这样，各井段的参数就可以计算出来了。 2.3.3 井身参数计算 计算出各井段的参数增量。 侧斜段 （2- m rl 11 180 10） （2- m rhsin 11 11） （2- )cos1 ( 11m ra 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 9 12） 稳斜段 （2-13） 02 2 0 2 02 2arahl （2- m lhcos 22 14） （2- m lasin 22 15） 降斜段 （2- )( 180 23fm rl 16） （2-)sin(sin 23fm rh 17） （2- )cos(cos 23mf ra 18） 于是，各井段终点处的井深分别为 （2- 11 lhl z 19） （2- 212 lll 20） （2- 323 lll 21） 为了优化井眼轨迹，应使侧斜段长一些，降斜段短一些，由上面的公式可知 井段长度反比于造斜率（或降斜率） ，所以在确定已知参数大小时，应使造斜率 取小一点儿，降斜率取大一点儿。 井眼轨道上任一井段l处的参数可用如下方法计算： 对于侧斜井段（hzll1） （2- 1 )(180 r hl z 22） （2- sin 1 rh 23） 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 10 （2- )cos1 ( 1 ra 24） 对于稳斜段（l11：地层沿下倾方向钻进； ir：地层只能沿层面钻进。 地层各向异性系数 ir，既可由室内实验测定，也可由井史资料反求。由于实 验条件和设备等因素的限制，使得室内测定的结果很难用于实际钻井中，但它有 助于理论研究。用井史资料反求 ir，比较容易实现，也比较符合井下的实际条件， 但其结果的准确性取决于所用模式和井史资料的可靠程度。 4.2.2 钻头与地层相互作用分析 在实际钻井中，利用钻柱力学三维分析，求出钻头的受力和钻头的偏转角。 即在一定的钻柱组合和钻进参数，钻头的钻进方向，将取决于钻头与地层相互作 用的结果。考虑到地层和钻头都具有各向异性的情况，则钻头的前进方向将与钻 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 23 头所受的合力、钻头指向及地层倾角、倾向等因素有关。根据钻头各向异性和岩 石各向异性的定义，按照正交坐标系之间的转换关系，考虑钻井过程中力与位移 的关系，可以建立侧斜井眼轨迹控制的三维钻速方程如下： （4-12） fbdidibkr tt rb 式中： z y x r r r r rx，ry，rz：分别为井眼轴线坐标系下的钻速分量； z y x f f f f fx，fy，fz：分别为井眼轴线坐标系下的钻头力分量； k：地层综合可钻性系数； b bb i ii 00 00 001 r rr i ii 00 00 001 333231 232221 131211 ddd ddd ddd d cossincossinsin sincoscoscossin 0sincos b ，：分别为钻头偏转角和偏转角在 yoz 面上的投影分量。 根据以上公式，分别考虑井斜方向和方位方向的平衡关系，通过推导和简化， 可以得到井斜和方位两个方向上的地层力计算模型，我们分别称为地层变井斜力 和地层变方位力。表示如下： 地层变井斜力 （4-13） pkp iai ggi f rr r f 1 1 3111 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 24 地层变方位力 （4-14） pkp iai ggi f rr r f 1 1 2111 式中： p：钻压； ：与地层参数、井眼轨迹参数有关的系数； ：地层造斜系数和方位漂移系数。 kk , cossinsincoscos 11 g sinsin 21 g cossincossincos 31 g 为井斜角，为地层倾角， 为方位角， 为地层上倾方位角点。 。 地层变井斜力和地层变方位力的矢量合成就是地层力 ff： （4-15） 22 fff fff 地层变井斜力和地层变方位力是影响侧斜井井眼轨迹控制的主要因素。当钻 具结构一定，钻头各向同性切削的条件下，侧斜井井眼轨迹的方向就取决于地层 变井斜力和地层变方位力。 4.2.3 侧斜井井眼轨迹控制 以上建立的地层变井斜力和地层变方位力是分析地层对井眼轨迹影响的基础， 一般情况下，地层变井斜力越大，地层对井斜的影响越大，当地层变井斜力为零 时，地层对井斜的作用消失；同样，地层变方位力越大，地层对方位的影响越大， 当地层变方位力为零时，地层对方位的作用消失。因此，下面分别分析不同井眼 情况和地层各向异性对他们的影响。 井眼相对位置（r）对地层变井斜力和地层变方位力的影响 由以上公式可以看出，若其它参数不变，地层变方位力和地层变井斜力主要 与井眼方位线和地层上倾方位线的夹角r有关。地层变井斜力和地层变方位力随 r呈曲线分布。ff近似于正弦变化，而ff近似于余弦变化。下面分析几种特殊 情况。 当时，说明当前井眼方向和地层上倾方向相同，地层变方位力消失，0r 而地层变井斜力取得最大值。这时地层力表现为全力变井斜，对方位没有影响。 实际上这时三维问题已退化为二维问题。 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 25 当时，可近似地认为ff=0。因此，当前井眼方位大于地层上倾方位， 2 r 且二者相差 90时，地层变井斜力很小，而地层变方位力取得最大值。这时地层 力表现为全力变方位。 当时，这时井眼方向正好背离地层上倾方向，使得地层变斜力取得最r 小值，而地层变方位力消失。这时地层力的作用使井斜减小。 当时，这时地层力的作用只改变井眼方位，并使其增加。 2 3 r 岩石各向异性系数对地层力的影响 当 ir在（0，1）变化时，随着ir的 增大，ff下降，直至为零；当ir在（1，）时，随着ir的增加，ff略为增大， 并且地层力的作用方向有所改变。另外ir在（0，1）内变化时，ff下降得较快。 这说明随着地层各向异性程度加强，它对地层力的影响程度也加强。同时还可看 出，随着钻压p的增大，曲线变化率增加，说明ir对ff的影响加强。由此得出 地层各向异性对地层的影响随着各向异性程度的加强而增加。 当地层变井斜力和地层变方位力的计算模型确定后，我们可以根据钻井力学 平衡关系，分别确定井斜平面和方位平面内的合力为： 井斜平面内： ffi 方位平面内： ffi 以上的合力模型就是侧斜井井眼轨迹控制的模型。侧斜井井眼轨迹控制的方 法就是通过计算和调整钻进时的井斜和方位两个方向上的合侧向力，根据需要调 整井眼轨迹。当f大于零时，井斜增加，当f小于零时，井斜减小；同理，当 f大于零时，方位增加，当f小于零时，方位减小。因此，在实际钻井施工中， 既可以通过侧向力的大小来预测井眼轨迹，也可以根据井眼轨迹的变化需要，调 整侧向力的大小，从而达到侧斜井井眼轨迹控制的目的。 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 26 第 5 章 侧斜井现场试验配套技术研究 5.1 钻头类型的优选 根据长垣地区的地质构造，上部地层多为较软的泥岩，可钻性较好，应用刮 刀钻头进行侧斜时由于螺杆工作条件的限制，传递的扭矩有限，对螺杆和设备的 损害较大，应用 pdc 钻头容易产生泥包，使钻进速度变慢，因此，选用铣齿的 215p2 牙轮钻头较为合适，在侧斜后的稳斜段和降斜段钻进时，由于下部地层 变为中软和中硬泥岩和砂岩地层，较适合 pdc 钻头，机械钻速快，且由于 pdc 钻 头的自锐性、与地层的接触面积及其特有的降斜作用，从而可实现稳斜和降斜的 要求。所以，上部地层侧斜时选用 215p2 牙轮钻头，稳斜和降斜段选用 pdc 钻 头。 5.2 钻具组合设计 钻具组合设计是保证侧斜井顺利施工的关键，根据侧斜井的钻进特点，应用 钻柱力学分析程序进行了钻具结构分析，得出钻具结构如下： 侧斜段： 215 牙轮（p2）钻头+165 螺杆1 根+1.750弯接头+159 无磁钻铤1 根+159 钻铤3 根+127 钻杆 稳、降斜段： 200pdc 钻头+159 无磁钻铤1 根+159 钻铤1 根+198 螺扶+159 钻铤1 根+198 螺扶+159 钻铤9 根+127 钻杆 5.3 侧斜井实钻轨道监控 在完成侧斜井的井身剖面设计后，可以根据不同轨道类型结合所要求的施工 工艺技术，选择合适的钻井参数和工艺，进行实际施工作业。 直井段 首先进行取套作业，取套深度一般为 300m-450m，取出套管以后修整井壁。 然后进行打水泥塞作业。水泥塞长度不低于 50m，侯凝后钻掉混浆段至致密水泥 塞井段。目前一部分侧斜井使用了新研制的 210mm 裸眼斜向器（如图 5-1）代 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 27 替水泥塞，但使用条件是必须在井眼条件好无坍塌井段，井径规则，井眼直径在 230mm260mm 之间，且在稳定致密的泥岩段。首先把裸眼斜向器下入到套管顶部， 定向后锁定转盘，开泵矛定和丢手完成斜向器的座封，然后定向侧斜。裸眼斜向 器的优点是不需要打水泥塞，工序衔接紧密，每口井可节约水泥候凝时间 1-1.5 天，取得了很好的效果，今年预计推广 50 口井。 裸眼斜向器的主要使用步骤是： a.下斜向器到预定深度，钻具结构为：斜向器+无磁钻铤+127 钻杆； b.下测斜仪测量工具面装置角； c.根据设计方位调整装置角； d.用大泵蹩压，当泵压升到 3mpa 时，锚定体上的锚锚定在井壁上，当泵压 升到 8mpa 时，丢手与斜面脱离，斜面留在井底； e.下钟摆钻具至工作面位置，钻头在工作面导向作用下沿工作面方向侧斜。 图 51 裸眼斜向器内部结构图 侧斜段 下入钻具组合如下： 215mm 牙轮+165mm 螺杆+1.750弯接头+159mm 无磁钻铤+159mm 钻铤 3+127mm 钻杆 钻具下井后，循环调整修井液性能，使粘度保持在 3545 秒，同时连接随 钻侧斜仪器进行井眼定向和监测，依据设计侧斜方位，转动转盘，根据仪器显示 数据调整井下工具面位置，进行侧斜钻进。同时结合井眼轨迹控制方法研究结论， 考虑本井的地层倾角和倾向进行方位提前角的预留（一般20 度） ，即方位预计 右漂移，实钻方位要小于设计方位 20 度，方位预计左漂移实钻方位要大于设计 方位 20 度。然后锁定转盘，开泵钻进。钻进参数为： 排量：首先考虑到螺杆承受最大排量的限制，限定排量 28-30l/s。 钻压：进行侧斜时考虑要在井壁上形成新台阶，钻压不宜过大，控制在 5- 10kn。钻进 10 米后，调整到 10-30kn，钻进 20 米后，钻压调整到 30-50kn，这 时，随钻监测系统可以监测到约 6 米的新井眼，观察井斜变化范围，继续钻进 30 米时，如井斜显示 1.8-2.0 度（此时井底已接近 2.8 度） ，钻速均匀，修井液无 钙浸，返出的岩屑 50%以上为新井眼岩屑，经计算这时新老井眼的内侧距离约为 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 28 0.6 米，表明已侧出原井眼完成侧斜段施工。 稳、降斜段采用 pdc 钻头与双钟摆钻具组合，其钻具组合为：200pdc 钻头 +159 无磁钻铤1 根+159 钻铤1 根+198 螺扶+159 钻铤1 根+198 螺扶+159 钻铤9 根+127 钻杆 由于在实际施工时新老井眼相距较近，为防止新老井眼相碰，必须进行稳斜 钻进，经实践在稳、降斜段采用同一种钻具组合通过调整钻井参数可实现双重作 用。 稳斜段 由于钟摆钻具具有降斜作用，特别是在大钻压下由于钟摆力随着钻压的增大 而增大，随着钻压的减小而减小，所以，当钻压在 50kn 时，螺扶下部钻具会产 生一次弯曲，产生微增斜效果，由于 pdc 钻头本身具有降斜作用，二者相叠加从 而实现了稳斜作用。钻进参数：钻压： 50kn 转盘转速：档 排量：30- 32l/s ，稳斜 50 米，可进行降斜。 降斜段 稳斜段钻进施工后，如要保持井斜角不变就会使井底水平位移超标造成脱靶， 所以必须进行降斜，利用原 pdc 钻头与双钟摆钻具组合，调整钻进参数，钟摆力 在一定钻压下加大，使井斜降低达到降斜作用，实现一种钻具组合完成稳斜和降 斜的双重效果，减少了一次起下钻换钻具操作，缩短了修井周期。 钻进参数：钻压：80-100kn；转盘转速：档；排量：30l/s。 在降斜过程中要用电子单点侧斜仪器及时进行井眼轨迹的测量，利用侧斜井 计算机软件进行轨道预测，发现方位产生漂移要及时调整参数，当方位偏大时要 把转盘转速降低到档钻进，如方位偏小时把转盘转速提高到档钻进，同时， 在周围有老井的情况下，根据新老井眼数据利用侧斜井计算机软件进行防碰计算。 表 5-1 杏 1-丁 3-侧斜 118 井实测井眼剖面数据 测深井斜方位测深井斜方位 3000.92106001.5170 3502.31406501.6165 4002.21307001.6155 4501.91357501.5165 5002.01408001.2170 5501.71559001.1170 该井取套深度为 373.32 米，侧斜点深度为 337.2 米。由此看出，实钻结果 满足了设计要求。 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 29 5.4 利用地层与钻头的相互作用关系进行方位控制 根据地层岩石特性分析和钻头与地层相互作用的原理，可以在侧斜井钻井施 工中进行实钻轨迹控制，下面两口井方位控制实例。 杏 6-2-侧斜丙水 51 井的井眼方位控制 该井地层倾角 4，倾向 110，标准层位置在 751 米-1004 米；侧斜点井深 在 309 米，侧斜方位 4545。 根据地层倾向和井眼轨迹的关系，如图 5-2 所 示。本井地层倾向为 110，而侧斜方位线为 45， 与倾向夹角为 65。根据理论研究结果表明预计的 井眼轨迹始终向与地层倾向垂直的方向漂移，所以 本井预 计方位会降低，由于在标准层上部地层倾向 对方位的影响很小，主要表现为钻头的右漂移的影 响。特别是在侧斜结束后井眼轨迹始终呈现右漂移 的趋势，而在进入标准层（750 米）时，由于地层倾 图 5-2 方位关系图 向的作用加强，钻头影响漂移的作用相对减弱，井眼轨迹将呈现左漂移现象，从 而证明了理论研究结果，在设计施工时也充分地考虑了这一点。在侧斜时直接按 原方位进行侧斜，经过增方位和降方位的两个过程使实际井眼方位接近设计方位。 杏 6-2-侧斜丙水 51 井的实钻结果见表 5-2。 表 5-2 杏 6-2-侧斜丙水 51 井实测井眼数据 井深（m）井斜()方位()井深（m）井斜()方位() 2501.2906001.570 3001.6606501.265 3502.2507001.375 4002.8307501.190 4502.4408001.280 5002.0508501.270 5501.7609001.155 杏 6-2-侧斜丙水 13 井的井眼方位控制 该井地层倾角 3，地层倾向 225，标准 层位置在 731 米947 米；侧斜点井深在 350.2 米，设计方位 4545。 从图 5-3 中可以看出，该井侧斜方位与地 层倾向的夹角为 180，即侧斜方位与地层倾向 图 5-3 侧斜方位图 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 30 相反，根据研究结果，理论上侧斜后方位漂移量为 0，井眼轨迹主要表现为降斜 趋势，所以实际施工时可直接把方位定在设计方位上，本井的实际测量井眼数据 见表 5-3。由此看出，井眼方位在标准层上部呈现波动变化，其范围不大，而在 标准层井段由于方位偏大而向设计方位靠近，也与理论研究结果是一致的。因而 研究地层岩石特性对侧斜井井眼轨迹控制有着重要的指导意义。 表 5- 杏 6-2-侧斜丙水 13 井实测井眼数据 井深（m）井斜()方位()井深（m）井斜()方位() 2501.8506502.150 3002.1607002.060 3502.4557501.970 4002.8408001.875 4502.7508501.785 5002.5609001.790 5502.3459251.465 6002.2409501.360 5.5 完善固井工艺技术 自 2000 年钻侧斜井以来，固井质量一直难以保证，与调整井相比固井施工 工作本身存在许多新的难点，主要表现为： 井位分散、无法进行整体泄压； 多压力层系的层间矛盾突出； 受原井干扰影响。 这些新的难点决定了采用常规的固井技术已不能满足侧斜井固井施工的要求。 主要表现“压稳”和“替净”上存在相当大的难度，因而为了促进侧斜井整体技 术的提高，提升侧斜井固井水平，有针对性的开展了一系列固井技术攻关，主要 包括： 侧斜井高压层段封固质量的提高技术； 侧斜井大环隙固井工艺配套技术； 侧斜井“替净”模式的建立； 建立侧斜井固井质量数据库； 水泥面控制技术研究等。 形成了一套适合侧斜井施工特点的固井工艺技术，提高了侧斜井的固井质量。 其工艺技术包括： 压稳技术； 合理确定洗井液密度； 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 31 使用水泥外加剂调节水泥浆性能； 应用水泥面控制工具和套管外封隔器等技术。 同时在工艺中制定了完井划眼、洗井、提高套管居中度、实现紊流顶替、延 长紊流顶替时间、活动套管等一系列技术措施，基本上满足了侧斜井固井质量的 要求。现场试验 33 口井，固井质量合格率 100%，2000 年固井 108 口，合格 105 口，2001 年（截止到 11 月 28 日）固井 158 口，合格 155 口，两年共固井 266 口， 合格 260 口，声检合格率为 97.7%，但与调整井固井质量相比还有差距需要继续攻关 研究。 5.6 侧斜井井壁失稳机理及预防技术的研究 侧斜井部分是在原老井眼内施工，由于原钻井液和地层水的长期浸泡，井壁已 形成比较薄弱的疏松环，在钻柱碰撞及修井液的冲蚀下，极易发生井塌，大量塌块 携带出来，在井眼环空中堆积，易造成卡钻，卡井下工具，电测遇阻等井下复杂情 况和事故，因此侧斜井上部井眼稳定问题是打好侧斜井的关键。主要开展了以下研 究： 侧斜井上部取套后井壁岩石坍塌原因分析，着重从力学因素，岩石矿物特 性方面进行分析的研究。 针对侧斜井上部井眼胶结疏松、浸泡时间长的问题，研究针对性的抑制井 壁坍塌的方法，应用强抑制剂控制泥页岩水化分散及膨胀，在修井液工艺方面采取 相应的防塌技术，主要在改善修井液流型方式、提高其携砂能力，形成致密的滤饼 等方面加以研究。 岩石矿物组分及特性进行分析，依据岩石特性优选出与地层岩石相匹配的 防塌剂和降滤失剂。 修井液类型的优选复配，使之具有较强的控制井眼的稳定能力。 同时深入地研究、分析和确定适合于侧斜井的修井液塑性粘度、动塑比、滤失 量等重要性能参数基本能够解决了侧斜井井眼轨迹稳定问题，确保了侧斜井的顺利 施工。通过现场配置工艺调整修井液性能，保持具有良好的流变性和适当的粘度、 切力粘度高于 50s 时用稀释剂 jna 降低粘度，同时用降失水剂 npan 控制修井液 的失水量，及时补充防塌剂 skcm 进行防塌，保持井壁稳定。 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 32 第 6 章 侧斜井现场应用效果及效益分析 6.1 侧斜井现场应用效果 在套损井侧斜修井技术的项目研究中,两年共试验 33 口井，预计两年共应用 150 口井，实际应用 233 口，超过应用计划的 55.3%。表 61 是两年来完成的 33 口侧斜试验井的基本数据统计表。 根据表 6-1 可以得到如下指标：平均建井周期 12d3h，平均机械钻速 23.1m/h，平均水平位移 21.8m，平均最大井斜角 2.52，平均侧斜点 324.5m， 井身质量合格率 100%，固井质量合格率 100%，完全达到或超过开题要求的技术 指标。 另外，该课题经过两年的科技攻关，不但取得了突出的研究成果，也获得了 显著的经济效益。图 6-1、6-2、6-3、6-4 分别为该课题研究各个阶段数据统计 情况。由此看出，随着套损井侧斜修井技术的各项成果的逐渐完成和应用, 经济 效益越来越显著。主要标志为侧斜修井的井数量逐年增加、修井周期越来越短、 机械钻速越来越快。 图 6-1 修井周期对比图 图 6-2 修井口数对比图 图 6-3 机械钻速对比图 图 6- 4 各阶段侧斜修井周期 表6-1 试验井基本数据统计表 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 33 序 号 井 号建井 周期 d-h 机械 钻速 m/h 最大 井斜 水平 位移 m 最大井眼 曲率 /30m 侧斜点 m 固井 质量 1 北 2-丁 5-侧斜 p22 12-12 232 2.823.11.1305 优质 2 北 1-1-侧斜丙水 81 12-2 2527 2.918.91.0340 优质 3 北 1-丁 2-侧斜 38 10-323.92.327.70.54256 合格 4 北 1-1-侧斜 444 8-0202.119.70.66343 合格 5 北 1-丁 2-侧斜 p39 11-823.52.119.50.66271 优质 6 中 1-侧斜丙水 45 12-015.72.923.91.3219 优质 7 萨北 1-丁 2-侧斜 p44 11-1727.52.217.591.42500 优质 8 中 101-侧斜 12 11-18 243 2.724.50.4260 优质 9 萨高 155-侧斜 403 13-222.362.827.71.1550 合格 10 中 101-侧斜 16 11-1623.512.926.90.8349 合格 11 西丁 4-4 侧斜 18-525.02.928.990.85272 优质 12 杏 1-3-丙水 53 侧斜 21-215.73.028.131.44200 优质 13 杏 7-3-侧斜 55 8-8 274 2.127.21.250 合格 14 杏 6-2-侧斜丙水 13 10-22 2689 2.828.90.9320 合格 15 杏 6-2-侧斜丙水 50 8-19 2584 2.620.30.7355 优质 16 杏 4-4-侧斜 318 9-2 321 2.28.21.3220 优质 17 杏 7-4-侧斜 40 10-23 250 3.025.31.3320 优质 18 杏 5-4-侧斜更水 47 8-826.292.122.70.7280 优质 19 杏 3-41-侧斜 625 13-2024.82.714.31.1300 合格 20 杏 7-4-侧斜 45 7-2252.618.91.0350 优质 21 杏 6-2-侧斜丙水 51 8-025.72.819.70.8310 优质 22 杏 1-1-侧斜 123 18-1319.92.216.790.77290 优质 23 杏 2-3-侧斜 134 9-1124.01.96.610.78405 优质 24 杏 4-丁 3-侧斜 105 19-1119.212.120.570.74331 优质 25 杏 5-3-侧斜 27 9-1119.22.614.80.84197 合格 26 杏 3-4-侧斜 319 6-2027.52.07.01.39410 合格 27 杏 1-丁 3 侧斜-118 14-521.62.323.87 1.47337 优质 28 杏 3-1-侧斜-118 7-2123.52.58.821.05402 优质 29 南 1-1-丁 p18 侧斜 22-1218.03.029.50.89338 优质 30 南 6-2-侧斜 129 11-23 267 2.829.20.7310 合格 31 拉 9-侧斜 1032 12-1813.01.912.691.26507 优质 32 拉 11-侧斜 192 16-1216.42.423.491.03349 优质 33 高 129-侧斜 262 12-427.73.029.010.9463 优质 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 34 6.2 侧斜井与更新