常规水平井控制策略

常规水平井控制策略常规水平井控制策略 整井斜角是井眼控制的中心 常规仪器盲区一般长达 16 12m 下部井眼井斜将 直接影响到水平井轨迹能否在合理的井斜角揭开目的层 控制准确将提高水平 井油层钻遇率 减少探油层无效进尺 如做到井眼预计与实际测量角度控制在 0 5 1 之间 对一口井最终产能有重要意义 对于薄层为 1 2m 的薄层水平井 盲区井斜误差超过 2 钻头将钻出主产层则需要再次调整井眼轨迹 通过对 水平井控制策略的认识 现场施工人员通过钻压及钻具组合的调整来解决井眼 增降斜问题 调整钻具刚度及欠尺稳定器的尺寸大小及位置来保证仪器稳定性 及钻具增降斜能力 引言 数据精确 传输信号快 MWD LWD 仪器是钻水平井前题保证 80 90 年 代单点加有线随钻水平井的时代结束 由于有线随钻仪器测量方式的不同 如在 无磁位置局限性井斜 方位有一定的误差 2000 年后 MWD 开始在各油田水平井 中普及 水平井成为高效开发油田的有效手段 在我油田通过多年总结 使用 LWD 成功钻遇各种不同油藏如高渗透底水油层 裂缝性油藏 复杂断块油藏 低渗透油藏 现场通过对井斜 及电阻 自然伽码值时实分析 目前基本上实 现了地质导向的功能 通过对不同产层的数值分析 精确的定位井斜数据 满足 了地质导向需求 1 1 水平井入窗前控制 水平井入窗前控制 在稳定仪器保证下 控制造斜率准确预测井斜 选定合理角度弯马达 正确匹配钻具组合 优化钻井参数 依据地质设计及邻井测井数据落实油层上部岩性 做好入窗前的准备 1 11 1 钻具组合对仪器影响钻具组合对仪器影响 中半径 长半径水平井保持马达上部的刚度是增加造斜率 保证仪器稳定工作重要措施 因为足够刚度的钻具 在大斜度滑动钻井中不产正弦弯曲 不自锁钻具 对于水平井井眼轨迹 的控制实质就是控制造斜的过程 国外经验 MWD 仪器上部使用无磁钻铤和一柱加重钻杆是最优 的选择 而传统的方法开始造斜后倒装钻具仪器上面为钻杆 加重钻杆其后再为钻杆 使用无磁钻铤可支撑井眼增加了井眼侧向力 另一方面无磁钻铤可以降低钻具的横向震动 这是个共振作用 横向的抖动是危险的 由于仪器对于上下的震动有一定抵抗能力 但是横向 上的抖动 直接导致仪器转子偏心工作 加速仪器损坏 如果仪器上部简化钻具采用无磁钻杆 钻进 将会降低造斜率 刚度不足弯壳的侧向增斜能力将受影响 另一方面在定向过程中柔性 钻杆在井眼底边形成弯曲支点加之下部井眼由于成钻性好井眼扩大明显 形成一个下部钻具钟 摆结构 加之钻压较小使马达稳定器上翘作用发挥较差 使用无磁钻杆不利于稳定仪器工作状 态 长时间井下横向震动将加速仪器材质及电子器件老化 但不否认无磁钻杆加快了钻井速度 超过 70 井斜井眼岩屑大量沉积在下井壁 长水平段中由于导向马达及循环压耗限制 下 部井眼达至临界返速较为困难 岩屑的运移主要是在井眼高边上部高速流区运移 减小钻具井 眼尺寸加宽了上部高速流区 加快了井眼清理作用 减少了钻头重复破碎岩屑防止钻头泥包 提高了机械钻速 井下得到安全 但影响仪器稳定器 在造斜初期如直接倒装钻具 不加无磁钻铤 大量测斜分析可以得出结论 重力加速度数 值时常超标 小于 0 985 此状态测斜结果井斜 方位将有一定误差 即使加速度值在合理 范围 也会给本井的整体数据的准确性产生负面影响 数据垂深产生误差 只有当下部 BHA 完 全进入了造斜井段在高曲率的作用下井眼约束住了钻具震动 仪器测量达到了一总平衡 在导 向过程中 由于钻具的纵向震动 及 PDC 钻头切屑地层产生的横向震动 如果马达上部没有足 够的刚度对 MWD 仪器损坏是严重 由其在钻入特殊地层如火成岩 钙质 硅质砂岩 损坏是明 显的 这也是定向井仪器钻遇特殊岩性损坏无信号的主要原因之一 1 21 2 导向马达工作业方式对井眼的影响导向马达工作业方式对井眼的影响 由于井眼钻具滑动钻进过程中 由于向上增斜过程中 测量部位的钻铤在马达上翅作用 紧贴下井壁 井眼与钻具有一定的间隙 钻具在此上下位置将产生井斜的变化 一般情况下井 斜提前 3m 左右显现 而在导向过程中 由于导向马达本身有特定的角度 在钻具重力的作用 下 马达弯角在旋转过程中钻头有一个向下的倾角 据国外的经验 一般 1 5 马达将产生 0 3 降斜效果 而 1 25 度马达产生 0 14 由于导向钻具对井眼的扩眼作用 也就是说一般 情况下定向结束后 2 3m 定向效果将是无效的或者说导向马达下倾弯角对井眼的降斜作用 及 导向扩眼作用让后段井眼增斜无效这也就是说 定向最后 2m 在一般情况下由于导向作用 将 后几米增斜趋势完全抵消 这就是定向不准主要原因 1 31 3 钻具策略钻具策略 a 对于可钻性好 井眼润滑性较好 使用油基泥浆摩阻系数井眼 可采用增加其刚性方法 在马达自有欠稳定器的基础上 在无磁上加一个稳定器 稳定钻具减少钻具的振动 通过 证明仪器信号的采收率通过庄 68 12H 实践从正常值的 94 升至 99 大位移水平井钻井中 钻具在井斜大于 70 多度下部钻具基本不受拉 保持一定刚度增加了下部钻具在旋转中的 安全性 另一方面保证了仪器稳定性 所以说保持在仪器上部一定刚度是此类水平井定向 钻进中可行的方法 b 对于不能使用油基泥浆的井眼 由于井眼的磨擦系数较大 再加之岩性可钻性较差 随 着井段向前延伸 虽着磨阻增大 钻压的增加钻杆产生变型 井壁与钻杆间产生接触 更 井一步增长磨擦 对于此类井 我们如果在动力钻具组合上部加二个以上的稳定器 以及 增加无磁钻铤的数量 这将增加钻进过程中的摩擦阻力 在高造斜率情况下 钻具安全得 不到保证 为保证下部组合不产生螺旋弯曲 并能有效进尺 我们将采取在稳定器尺寸不 变的情况下减少稳定器的与井壁的接触面积 增加其流道面积的方法 一方面接触点变小 另一方面下部岩屑容易通过稳定块 不造成阻卡 1 1 4 4 地层策略地层策略 a 不同岩性对应不同的造斜率 在造斜过程中要充分考虑这方面影响 选择好马达的角度 及滑动钻进 及复合钻井的长度 b 对于高渗透层状砂层油层 由于其孔隙度大于 25 渗透率超过 500 10 3 m2 泥质胶结 差 泥质含量低的油层 此类井钻时快 钻具在此层位钻进中 不会产生弯曲变形 我们 尽可能的减小欠尺稳定器的直径 防止钻具发生降斜 c 对于入窗前的非目标产层 要造斜过程中要充分考虑 由于砂层的造斜率和泥岩不同 由其对于胶结不好 疏松油层 造斜率要比正常层位低 50 更有甚者对于渗透率高 石 英含量高 胶结差的地层小角度的导向马达只起至稳斜或微增斜作用 在水平井的实钻过 程中要进行二次设计 平衡此井段造斜不足对安全入窗的影响 1 1 3 3 油层控制策略油层控制策略 即便是 6 10m 厚油砂层 井眼轨迹延着地层倾角钻进 理论上不会钻出控制靶区 但 由于地层沉积不均等因素作用 对于河流相沉积的油层 此段层位横向上油层是不均的有 薄 有厚 厚层里往往分几段泥岩层 如果井斜预测不准 井眼轨迹钻出上部好显示小层 而钻进泥 岩隔层 加之此层连续加之有一定的厚度 水平轨迹将在泥岩中钻进 无形中损失了大段 的水平井段 所以精确定位井斜角度是一口井关键 由于高的产能在油层高部位 而上部油层具体而言 它是一个 1m 1 5m 薄油层 高效水平段实际应在这个垂深小范围上下运作 如下产层为水平的油层 正常探油层的角度为 87 如下部井斜预测有偏差 在一定造斜 率下图 1 垂深所产生的变化 图 1 2 2 水平井入窗后的控制 水平井入窗后的控制 2 2 1 1 对于东部地区上部疏松明化及馆陶油组对于东部地区上部疏松明化及馆陶油组 对于上部明化镇及馆陶组砂层 由于此段砂岩主要为石英 长石 泥质胶结差 渗透 率一般超过 500 10 3 m2 综合成份含蒙脱石及石英 岩屑 其它物质如钙质 硅质较少 油层孔隙为接触 孔隙 接触方式所以成岩性较差 钻时快可达 30 60m h 基本上钻头一 接触到井底就有较快的进尺 钻压较小 而使用 LWD 导向马达钻井过程中 例如目前 LWD 由自然 R 及电阻率 及井斜方位组成 构成长度一般达 12 14m 由于无磁钻铤刚性作用 导向钻进过程中 其将产生一定的钟摆降斜力 如果它大于马达导向增斜力 加之马达后 面的欠尺寸稳定器如尺寸如不匹配 加之没有足够钻压使钻具变形 没有起至支撑作用 钻具将降斜 实钻广泛使用 PDC 钻头 导向过程中由于复合钻进 致使钻时快而钻压小 马达本体不产 生弯曲二个稳定器之间马达本体将不构成微增效果钻具组合 正常情况下使 165mm 钻铤弯 曲临界力为 40KN 而钻进中达不至此钻压 导致增斜力不足 再由于弯马达的扩眼作用 井眼直径要比正常的大 使马达的本体稳器与井眼直径差值较大 如钻压较小第二个欠稳 定器将向上靠高边 而后面的钻铤产生接触点 构成了钟摆组合 也就是说使用 LWD 一般 情况下应是降斜趋势 如加大钻压导致快钻时 而在此层位钻压无法加至钻具弯曲值 如果钻头水力冲击力较大 高压冲击下形成了新的井眼扩大 马达无法发辉侧向力 造成实际造斜力大减 如果马达弯壳体弯角产生的偏移不足 造斜率低于正常值 在东部海边的流砂层钻井过程中 由于砂层中含泥质较低石英含量高 钻井中形成向上的台阶较难 加之水力冲击作用使钻头破 岩作用更快 无法加压 钻具无法产生变形弯曲 而小钻压使钻具钟摆力发挥了较大作用严重 影响钻具造斜能力 此类水平段需要降斜的井段 应当尽量减少下扣井段 由于本身钟摆降斜 作用 反扣 3m 入往往会产生 2 3 降斜效果 油层钻进中如要保持较高的造斜率 钻进每个单 根后 不要进行旋转划眼 转盘划眼将有降斜效果 降大约半度井斜 如不控制后果危协到是 入口 角度 误差 增至 90 长度 m 马达 角度 垂深 变化 m 造斜率 30m 87 探油0 131 50 337 85 探油 2 201 50 877 84 探油 3 251 51 37 否正常入窗 实钻中应当上下活动循环井眼后 再接单根可以避免井斜下降 提高井眼的造斜 的效率 2 2 2 2 较硬油层砂岩对导向达造斜率影响较硬油层砂岩对导向达造斜率影响 对于深层受高温高压沉积的砂岩 长期的压实作用 其岩性致密性较好孔隙度较低 胶结 物含泥质及钙质 定向时可钻性较上部泥岩快 钻具能呈受一定钻压 由于钻压可加至钻具弯 曲的邻界钻压 增斜钻进时 地层对弯壳体向上的增斜力的反作用力相对较小 由于砂岩的可 钻性好 通过连续的钻进增斜 钻具向上的增斜力 要大于可钻性差的泥岩地层 由于泥岩钻 时慢 长时间钻井使钻具的钟摆力对增斜产生一定的抵消作用 所以在此油层中其造斜率要大 于泥岩的造斜力 此段导向钻井中也可通过钻压来调节 减少钻压小于 2 吨 使下部钻具不产 生邻界弯曲 通过发挥钻具的钟摆力来平衡导向中的增斜作用 但往往由于此时钻时较慢 钻 井方无法接受这一做法 2 2 3 3 导向过程中增 降斜策略导向过程中增 降斜策略 a 对于浅地层 松软砂层如使用 LWD 定向 可以调整马达后欠尺寸稳定器尺寸 如 保持井斜稳定器可调小直径稳定器 194 196mm 使马达本体稳定器之间有较大的空间 形 成一个较强的增斜力 b 尽可能的钻进过程中钻压超过临界钻压 8 1 2 40KN 使下部马达本体在双稳定作用下产 生临界弯曲生成增斜能力以平衡无磁产生的钟摆降斜力 以达到控制井斜要求 c 减小钻头冲击力 适当减少排量使钻井过程中让钻压起到决定性作用 增加钻具侧向力 选择大角度导向马达来钻穿此段层位 d 增加导向马达本体稳定器的尺寸及稳定块长度增加弯壳体的侧向支撑力 来增加马达造 斜能力 改变钻具结构 采用软性钻具 减少马达上部钻具的刚度 减少钻具的钟摆力 比如不采用无磁钻铤采用无磁钻杆 e 降斜过程中 对于硬地层可钻性差的油层 由于马达的后效作用 及钻具压缩量的变化 造成降斜的提前结束 这一特点将影响下部井斜预测 f 对于较硬地层 由于砂层其它含量较高如钙质及火成岩胶结物 孔隙度较低砂层钻井中 钻具由于地层质密 有足够的支撑钻具产生弯曲 可发挥出马达本体稳定器的增斜能力 增斜大小取决于马达上部稳定器的大小 实践证明马达上部稳定器在超过临界钻压下会产 生增斜效果 g 对于泥质含量高的浅层 钻头泥包也将影响钻速 因此钻压参数要大于它的临界钻压 如选择合理的欠稳定器 钻具在杠杆作用下将产生增斜效果 具体的效果取决于欠稳定器 与井眼直径的差值一般性况下要求超过 10mm 及加压的大小 3 3 方位控制 方位控制 3 3 1 1 工具面因素工具面因素 在增斜钻井中 定向钻进中存在反扭角 钻具开泵前 钻头未接触井底 在大井斜段工具 面一般停留在高边的右 30 60 之间 这主要是井眼趋势约束住钻具 马达钻头在下 行接近岩性反扭角才产生 但不同钻压值对应不同反扭角值 正常加压是由小缓慢加大的 加到一定钻压后工具面被压在高边位置 从右 30 60 压至高边 0 附近 而在调整这个过 程中需要 1 2m 进尺 当方钻杆钻至根部后 由于方补心偏心磨擦力作用 此时司钻读数器 所显钻压相对比方钻杆在上部及中部方钻杆时要小 而小的钻压对应着小反扭角 对应着 高钻时 此段过程有 1m 左右 加上部的调整进尺 总计每一个单根有 2m 左右的高边在右 边的进尺 造成了水平井及一些大位移井的普遍现象 后期方位往往向大走 其抛开地层 及地磁干扰的原因 工具面变化是方位变化的根本原因 3 3 2 2 设计方位因素设计方位因素 水平段的钻井方位控制较为重要 不是说至水平段方位就可以放手 因为在同一层位中 如果方位有 3 4 变化 如水平段 200m 通过计算位移将偏移出 10m 此偏差投影到构造 上会产生垂深的变化 在实钻油层中 由其在油层顶部钻进更为关键 20 30cm 垂深变化 将导致钻头钻至差油层中 或钻进到上部干层中 更有甚者错误引导地质人员正常指挥 因此保持方位准确是水平井的关键 在水平段钻进中要及时调整工具高边不断修正钻进方 位 4 4 钻压对井斜对马达安全的影响 钻压对井斜对马达安全的影响 钻压是控制井斜微调的策略之一 不同的钻压将有不同的井斜结果 合理的大钻压将 增斜 小钻压将降斜 水平段钻井广泛采用 PDC 钻头 在特定尺寸的稳定器下 一定的钻 压将有不同的造斜率 在滑动钻井中 由于马达安全性的考虑增加钻压对钻具有风险 常 规 PDC 钻头在 8 1 2 井眼 扭距一般为