宁东3-侧1井套管开窗侧钻定向工艺技术.pdf

2 0 1 2年第 3 9 卷第 1 期 探矿工程( 岩土钻掘工程) 2 9 宁东 3 一侧 1 井套管开窗侧钻定向工艺技术 孥 江 ( 中石化华北石油局五普钻井公司， 河南 新乡4 5 3 7 0 0 ) 摘要： 随着油田勘探开发的进一步深入， 报废井、 停产井越来越多， 套管开窗侧钻技术是挖掘老区潜力， 实现油田 二、 三次采油的有效方法。使用该技术对有价值的报废井、 停产井进行开窗侧钻， 不仅能充分利用老井简， 降低钻 井成本、 提高经济效益， 而且能有效完善歼发井网， 提高增产效果。介绍了宁东油田第一V I 1 3 1 3 9 7 m m套管开窗侧 钻水平井的开窗、 定向施工情况， 为今后在宁东油田实施此类定向井、 水平井打下了一定的基础。 关键词： 水平井； 套管开窗侧钻； 小井眼； 斜向器； 轨迹控制 中图分类号： T E 2 4 3 文献标识码： A 文章编号： 1 6 7 2 7 4 2 8 ( 2 0 1 2 ) 0 1 0 0 2 9 0 4 C a s in g C u t t i n g Win d o w S i d e t r a c k i n g D r il li n g T e c h n o lo g y i n We u Ce一1 o f E a s t Ni n g x ia L I G u a n g -fi a n g f Wu p u D rill in g C o m p a n y o f N o a h C h i n a P e t r o le u m B u r e a u ， S I N O P E C， X in x i a n g H e n a n 4 5 3 7 0 0， C h in a ) Ab s t r a c t ：Wi t h t h e f u r t h e r d e v e lo p me n t o f o i l fi e l d e x p l o r a t io n，t h e r e a r e mo r e a n d mo r e a b a n d o n e d w e l l s a n d s h u t d o w n we lls Ca s i n g c u t t in g wi n d o w s i d e t r a c k i n g d r il li n g t e c h n o l o g y is a n e f f e c t iv e wa y t o r e a liz e t e rt ia r y a n d s e c o n d a r y o i l r e c o v e r y，b y w h ic h o ld we lls c a n b e ma d e f u ll u s e a n d d ri llin g c o s t c a n b e r e d u c e d t o imp r o v e e c o n o mic b e n e fi t a n d c a n e f f e c t iv e ly p e r f e c t e d t h e d e v e lo p me n t o f we ll p a t t e r n T h e p a p e r in t r o d u c e d win d o w c u t t in g a n d t h e d ir e c t io n a l c o n s t r u c t io n o f a 01 3 9 7 mm c a s i n g c u t t in g w in d o w s id e t r a c k in g d ri l l in g f o r a h o r i z o n t a l w e l 1 Ke y wo r d s ： h o riz o n t a l w e l l； c a s in g c u t t i n g w i n d o w s i d e t r a c k i n g d rill i n g ；s m a l l h o l e ； w h i p s t o c k ； t r a j e c t o r y c o n t r o l 宁东 3一侧 1井 是 宁东 油 田布 置 的第 一 口 0 1 3 9 7 m m套管开窗侧钻水平井， 目的是开发延安 组延 8 油藏。在施工 中合理选用 D X Q 1 1 4 F2 3 0型 斜 向器 ， 配合使用电子陀螺一次坐封成功 ， 优选碎硬 质合金作为主切削刃的 l1 8 fil m铣锥开窗侧钻一 次成功。使用无线随钻测斜仪及时准确地掌握了井 眼轨迹的变化， 配合使用不同规格小井眼单弯螺杆 确保侧钻井眼轨迹的控制， 提高了井眼剖面符合率 和 中靶精度。该井的实施为以后在该工区小井眼的 开发和应用提供了依据。 1 钻井设计概况 宁东 3 一 侧 1 井位于鄂尔多斯盆地西缘马家滩 断褶带黑山墩东构造 ， 是利用原宁东 3 8井上部井 眼进行套管开窗侧钻 ， 利用水平井技术开发延安组 延 8 油层剩余油藏。根据原井实钻地质资料， 该井 设计方位 2 6 1 3 9 。 ， A点垂深 2 1 3 8 9 9 n a ， A点位移 2 2 5 0 0 IT I ， B点垂深2 1 3 8 9 9 n l， B点位移 3 2 5 0 0 in ， 靶半高均为 1 0 0 m， 靶半宽均为 1 0 0 0 in 。 1 1 开窗点选择 开窗点应尽量选择地层稳定、 水泥封固质量好 的井段， 同时要避开套管接箍和扶正器。根据原井 实钻地质资料、 套管数据及固井质量曲线， 结合该井 轨迹设计 ， 选择在 1 9 0 71 9 1 0 In进行开窗侧钻。 1 2 开窗设计 ( 1 ) 原宁东 3 8井为直井， 0 1 3 9 7 In n套管 ( 钢级 J 5 5 、 壁厚 7 7 2 Bi n) 下深 2 2 6 0 5 9 12 1 ， 开窗点 处井斜 0 4 4 。 ， 方位 2 5 6 。 。 ( 2 ) 选用 D X Q 1 1 4 F2 3 0型液压 卡 瓦式斜 向 器 、 1 1 8 In n l复式铣锥进行开窗。 1 3 轨道设计 根据原井电测连斜数据， 采用三维轨道设计技 术进行轨迹设计 。设计参数见表 1 。 1 4 井身结构设计 由于受原井套管尺寸的限制， 该井开窗点 以下 井眼尺 寸 为 1 1 8 In i n， 完 井 管 柱 尺 寸 0 9 5 m m， 0 1 3 9 7 m i l l液压悬挂器尾管悬挂固井。参见表 2 、 图 1 。 2 施工技术难点 ( 1 ) 该井开窗点以上套管内径 1 2 4 2 6 m i l l， 开 窗点以下井眼尺寸为 1 1 8 In n， 侧钻井眼为小井 眼， 相对于常规井眼， 钻井有一定的难度。 ( 2 ) 由于首次在该工区施工小井眼水平井， 小 收稿日期： 2 0 1 1 0 7 0 1 ； 修回日期： 2 0 1 1 1 1 1 8 作者简介： 李广江( 1 9 6 8 一 ) ， 男( 汉族) ， 辽宁新民人， 中石化华北石油局五普钻井公司供应科主任、 工程师， 钻井工程专业， 从事钻井工程技 术研究工作， 河南省新乡市洪门。 。 3 0 探矿工程 ( 岩土钻掘工程) 2 0 1 2年第 3 9卷第 1 期 表 2宁东 3一侧 1井井身结构 导斜 图 i宁东 3一侧 1井井身结构示意图 尺寸螺杆钻具的增斜率不好掌握。 ( 3 ) 小井眼钻井 由于钻 具尺寸小 ， 钻具受力后 力学变化机理相对于大尺寸钻具有一定的差别， 从 而导致滑动钻进时托压严重 ， 钻井参数选择困难 ， 轨 迹控制难度增大。 ( 4 ) 根据老井实钻地质资料 ， 从侧钻点至 A靶 点地层共发育 l0套煤层， 最厚煤层达 6 2 m， 确保 煤层稳定不坍塌是实现顺利钻井的关键。 ( 5 ) 在水平井轨 迹控制 中， 方位控制是轨迹控 制的重点之一。在套管开窗初始井段， 由于新井眼 距老井距离近， 老井套管对 M WD方位测量存在磁 干扰 ， 实测井眼方位失真 ， 由此可能导致新井眼与老 井眼相撞或增加轨迹控制无效井段， 从而增加轨迹 控制的难度。 3 现场施工情况简述 3 1 井眼准备 采用注水泥塞的办法对 1 9 3 0 0 0 m以深井段进 行封固， 并对上部套管进行试压， 压力增至2 5 M P a ， 稳压 3 m in ， 无压降。 下人 G X T 1 4 0型刮管器、 1 1 8 mm通径规对 1 9 3 0 0 0 m以深套管进行刮管通径 ， 并在 1 9 0 0 0 0 1 9 1 5 0 0 m井段反复刮削 ， 保证套管内壁光滑， 以有 利于斜向器顺利坐封。 利用电子陀螺测斜仪对 1 9 2 0 0 0 m以深井段进 行轨迹 参 数 复 测 ， 每 3 0 m 取 一 测 点。经 计 算 ， 1 9 1 7 0 0 m井深处井斜0 4 6 。 ， 方位2 5 3 0 1 。 ， 横坐标 一 8 7 7 m， 纵坐标 3 1 1 4 m， 垂深 1 9 1 6 1 1 m， 位移 3 2 3 5 m， 闭合方位 1 9 5 7 3 。 。根据电子陀螺测量数 据 ， 对原设计轨迹进行设计修正， 见表 3 。 表3 宁东3 侧 1 井修正轨迹设计数据 3 2 斜向器坐封作业 ( 1 ) 下斜向器钻具组合： D X Q ll4 F 2 1 0 型导斜 器 + 定向直接头 + 0 7 3 m m钻杆。 ( 2 ) 下钻到井深 1 9 0 7 0 0 m， 开泵反循环洗井至 少一周， 记下停泵后悬重及上下活动钻具的摩阻。 ( 3 ) 根据开窗点上部实测轨迹数据及轨迹设 计， 使用电子陀螺测斜仪将斜向器斜面方位摆放至 2 8 0 。 ， 反复上下活动钻具， 释放钻具扭矩， 以确保斜 2 0 1 2 年第 3 9 卷第 1 期 探矿工程( 岩土钻掘工程) 3 l 面方位定向准确。 ( 4 ) 投球接方钻杆 ， 用清水憋压坐封 ， 憋压达到 2 1 M P a ， 稳压 3 m i n ， 反复 3次。释放压力后， 正转 3 0圈倒扣 ， 倒扣完下放钻具加压 2 0 3 0 k N， 确认斜 向器是否坐牢。 3 3 套管开窗侧钻 ( 1 ) 磨铣钻具组合： 1 1 8 m m复式铣锥 + 2 1 1 2 A 1 0接头 +0 8 9 m m钻铤 4根 + 2 A 1 1 2 1 0接头 +0 8 9 m m加重钻杆 8根 +0 7 3 m m钻杆若干。 ( 2 ) 磨铣参数： 钻压 0 3 0 k N ， 转速 4 0 5 0 r ra in ， 排量 8 1 0 L s 。 ( 3 ) 在磨铣过程中， 通过观察返 出铁屑 的形状 和尺寸， 及时调整磨铣参数； 磨铣至井深 1 9 0 9 8 0 m 时， 水泥、 岩屑含量已达到9 0 以上， 判断铣锥已铣 穿套管完全进入地层； 反复划眼修整窗口， 直到钻具 通过窗 口时无挂卡后 ， 开窗工作基本完成。 3 4 定向轨迹控制技术 3 4 1 试钻段 试钻钻具组合： l1 8 m m牙轮钻头 +双母接头 + 1 1 7 m m扶 正器 +0 7 3 m m 加重钻 杆 1 5 0 m + 0 7 3 m m钻杆。 钻井参数： 钻压 0 3 0 k N， 排量 81 5 L s ， 泵 压 81 5 MP a ， 转盘转速 4 0 5 0 r ra in 。 采用增斜钻具组合达到增斜 目的， 以确保新井 眼尽早脱离老井眼达 1 0 0 m以上距离， 避免老井套 管对无线随钻测量仪器造成磁干扰。试钻至井深 1 9 3 0 0 0 ff l， 预测井底 井斜增至 6 0 0 。 左右 ， 新老井 眼距离已大于 1 0 0 m， 新井眼已避开老井 眼 ， 基本 上达到了避免老井套管磁干扰的 目的。 3 4 2 增斜段 由于初次在该工区施工小井眼水平井， 螺杆钻 具的增斜率没有实钻资料参考， 为了防止增斜率达 不到设计要求给下部轨迹控制带来难度， 第一趟增 斜钻具选用 1 7 5 。 单弯螺杆。 钻具组合： 1 1 8 m m钻头 + 0 9 5 m m 1 7 5 。 ( 或 1 5 。 ) 单扶螺杆 +MWD循 环短 节 +无磁承压钻杆 ( 托盘)+无磁承压钻杆 +0 7 3 m m钻杆 1 6根 + 0 7 3 m m加重钻杆 1 4根 +0 7 3 mm钻杆 。 该钻具人井后， 自1 9 3 0 m开始定向钻进。由于 井斜偏小， 采用磁性工具面进行定向， 工具面稳定在 2 8 0 。 左右， 钻进至井深 1 9 5 0 1 7 m时， 测得井斜 1 2 4 3 。 ， 方位2 8 7 0 6 。 ， 增斜率高出设计偏多。考虑 到 1 7 5 。 单弯螺杆转盘钻进不利于钻具安全， 决定 起钻换 1 5 0 单弯螺杆。 由于上趟钻增斜率偏高， 1 5 。 螺杆人井后以转 盘钻进为主配合滑动钻进调整方位， 钻进至井深 1 9 9 8 4 3 m时 ， 测得井斜 2 0 3 O 。 ， 方位 2 8 2 4 6 。 ， 实钻 轨迹垂深与设计基本符合。进 行待钻井 眼轨迹预 测， 下部井段确保安全着陆的增斜率为 8 4 。 3 0 m， 开始以滑动钻进为主配合转盘钻进， 并微调方位， 使 实钻轨迹在垂深和方位上逐渐与设计轨迹吻合 。 在钻进过程中， 现场地质组根据实钻地层情况 ， 将 A靶点垂深调整为 2 1 3 8 m。钻进至井深 2 2 4 5 m 时， 井斜 增 至 8 8 7 。 ， 方位调 整 至 2 6 5 。 ， 此时垂 深 2 1 3 7 。 8 0 m， 闭合方位 2 6 0 1 4 。 ， 位移 2 1 3 2 6 m， 实现 顺利着陆于 A靶。 3 4 3 水平段 钻具组合： 1 1 8 m m钻头 + 0 9 5 m m 1 2 5 。 螺杆 + 循环短节 +无磁承压钻杆 + 3 mm钻杆 3 0根 +0 7 3 mm加重钻杆 1 5 0 m+0 7 3 m m钻杆。 在水平段定向施工中， 现场采用以转盘钻进为 主， 根据现场地质组对垂深的要求， 配合滑动钻进进 行微调井斜和方位， 确保井眼在地质要求的范围内 穿行 。 由于摩阻大 ， 钻具柔性强 ， 导致托压严重 ， 滑动 钻进钻速很慢甚至无进尺， 有时甚至转盘钻进也很 困难。钻进至井深2 3 0 5 8 4 m时， 水平段钻遇的煤 层坍塌 ， 阻卡严重 ， 继续施工安全风险很大， 决定提 前完钻。 3 5 实钻轨迹数据处理 该井实钻轨迹参数如表4 所示。 图2 、 3 为该井设计与实钻轨迹投影图。 4 结论与建议 ( 1 ) 0 1 3 9 7 m m套管开窗侧钻技术是小井眼钻 井与定向技术的结合 ， 定 向仪器 、 小井眼钻具和井下 工具 的成功运用 和事故 的处理对 钻井设备要求较 高 ， 建议尽量完善设备配套。 ( 2 ) 套管开窗是侧钻定 向的前期工作 ， 根据不 同的井眼尺寸选择合适的开窗方式是保证开窗后侧 钻工作顺利进行的前提。根据本工区施工的3口套 管开窗定向井， 0 1 3 9 7 m m套管采用斜向器开窗方 式操作简便， 开窗周期短， 完全满足侧钻定向需要。 ( 3 ) 小井眼开窗侧钻水平井， 由于