8径向井技术在韦5井的应用(yshy).doc

径向井技术在W5井的应用马开良1 张宗林1 丰全会1 杨永印2（1.江苏油田工程院；2.中国石油大学（华东）石油工程学院）摘要：介绍了径向水平井技术的主要内容、适用条件及在设计径向水平井眼深度和方位时应考虑的因素，重点论述了W5井现场施工中的套管段铣、井下扩眼、水平钻进的工艺过程、技术参数及技术原理。该井创造了国内径向井三项纪录：三个径向分支水平井眼总长度最长、单个径向分支水平井眼长度最长、钻井周期最短。该井投产初期平均日产油5.1吨，日增油1.5吨，增产40%。该技术的成功应用，为解决类似W5难以进行压裂改造的油田提供了新的增产途径。关键词：径向井；段铣；扩眼；水平钻进；完井径向井技术及其适用条件径向水平井技术是在老井眼油层部位，利用高压水射流沿井眼半径方向钻出一个或多个辐射状水平井眼的钻井新技术1。由于转弯半径很小，传统的旋转钻井技术无法用于钻径向水平井。因此采用高压水力喷射代替钻头破岩是解决径向水平钻井技术的主要思路。其工作原理是通过液压实现柔性钻具的转向和送钻，水射流钻头非旋转前进实现连续破岩钻孔（见图1）。径向水平钻井技术要解决的主要问题有三个：一是水射流的钻孔有一定直径，满足采油要求；二是水平钻进能达到一定长度，尽量增大泄油面积；三是钻进速度。其中钻孔直径和钻速由水射流喷嘴的破岩能力所决定；水平井眼的长度与导向器系统的液压送进能力密切相关。主要工艺过程有套管段铣、井下扩眼、水平钻进、完井等。技术核心是径向水平钻进技术，包括导向器系统、水射流喷嘴以及钻进控制等技术内容。径向水平井技术利用原有老井，直接在油层部位钻径向水平井眼，增大油层的泄油面积，开采剩余油，提高老井产量，工艺周期短，投资少，具有良好的技术经济效益。然而由于其工艺水平的限制径向水平井也有一定的适用条件：1500m以内的疏松砂岩，便于扩眼和水射流钻进；井斜角在10以内，便于套管段铣、扩眼和径向井眼在油层中延伸；目的层厚度在2m以上，有效孔隙度大于20%，保证投产效益；目的层以上套管完好，便于施工作业和采油。W5断块是受构造控制、岩性影响的具有统一油水界面的层状油藏。地下原油粘度290mPas左右，属稠油断鼻油藏。W5井为直井，位于W5断块中部，完钻井深1250m，F139.7N807.72的油层套管下深1181.54m，人工井底1161.70m，环空水泥返深549m。油藏埋深1065m，地层压力系数0.97，E2f1砂岩油层平均孔隙度24.1%，平均渗透率200.510-3m2，主力油层8号层厚10.6m，距离10号水层12m，如用压裂改造措施极易产生水窜，尤其适合采用径向水平井技术进行改造。钻井设计W5断块地层北倾，地层倾角4.2，最大主应力方向为27.5，根据周围采油井的生产情况并考虑注水井的影响，按有利于提高产量的顺序依次设计径向水平井眼的方位分别为：A井眼207.5225，B井眼27.545，C井眼117.5135。为了避开油层套管接箍和套管扶正器（第13号无扶正器的套管深度为1059.311068.70m）并考虑钻具组合及井深误差的影响，设计径向水平井眼的起点深度在油层中部，井深为1065.69m，单井眼长度要求超过15m。同时按施工顺序依次设计了套管段铣、井下扩眼、井径测量、水平钻进、完井等工艺技术参数及措施。现场施工1井眼准备首先进行热洗井并用121刮管器通井、刮管至1112m遇阻划不下去起钻。2套管段铣段铣钻具组合：F118扶正器 + TDX-139段铣器 + 311210 + F73加重钻杆12根 + F73钻杆 段铣器在井口试验正常后下至上窗口1062.91m启动转盘，旋转正常后开泵，刹住刹把切割套管，参数见表1。切割6分钟，泵压下降2 MPa，表明套管被切断，铣刀撑开，继续旋转工具5分钟，修整切割断面并逐渐加压段铣套管。段铣至下窗口1067.41m起钻，进尺4.5m，机械钻速0.29m/h，起钻完刀片磨损正常，但F118扶正器脱扣落井，分析认为在段铣过程中有部分铁屑和岩屑堵塞扶正器与套管间的环空，造成蹩钻倒扣。表1 段铣套管工艺参数工具型号工艺过程段 铣 参 数钻压kN转速r/min泵压MPa排量l/sTDX-139切割07810810段铣4060810为了增加扩眼时的沉砂口袋，起出段铣器后下入F118通径规通井至井深1101m遇阻起钻。3 井下扩眼导向器实现转向的井眼直径需620mm以上，井眼扩大量大，从减小扩眼器的扭矩入手, 设计了115单轴双牙轮液压伸缩式扩眼器，在非伸展工作状态下入井，开泵后在压力作用下，通过活塞、连杆推动牙轮轴偏转，带动牙轮伸展使扩眼直径增大，最大偏转角度为80。扩眼直径与牙轮轴的偏转角度和牙轮组的有效长度有关。在牙轮轴达到最大偏转角度后，扩眼直径取决于牙轮组的有效长度。由于扩眼直径大，扩眼工艺分两级完成。考虑扩眼井段以及扩眼器扶正困难，对应的扩眼器牙轮组长度分别为260mm和360mm，以保证扩眼直径满足要求。3.1一级扩眼钻具组合：GLKKQ1401扩眼器0.7m + NC38NC26接头0.25m + 116121稳定器组3.75m105钻铤8.55m120稳定器0.2 m73加重钻杆116.31m73钻杆为了保证扩眼器工作安全，一级扩眼井段定为1063.261067.16m，与上下窗口的距离分别为0.35m和0.25m。扩眼器在井口试验正常后下至扩眼段起点1063.26m启动转盘旋转正常后开泵，刹住刹把定点造台阶，然后按表2工艺参数扩眼。扩至1067.16m后反复提放划眼无阻卡起钻。表2 一级扩眼工艺参数钻压/kN转速/r/min泵压/MPa排量/L/s5106858103.2 二级扩眼将一级扩眼钻具组合中的扩眼器更换为GLKKQ1402扩眼器0.9m，其它不变。扩眼工序同一级扩眼，扩眼参数见表3。表3 二级扩眼工艺参数钻压/kN转速/r/min泵压/MPa排量/l/s20306081010二级扩眼井段1062.771066.42m，段长3.65m，扩眼过程工作平稳，无蹩跳现象，但起出二级扩眼器发现在其上部1.88m处扶正器的连接螺纹产生了残余弯曲变形且母扣胀扣0.5mm，扩眼器前牙轮断齿6颗，活塞杆失效，表明下部钻具组合的刚性不足或钻压偏大。4 井径测量为了能测量出扩眼段620mm以上的井径，测井公司将四臂井径测量臂从原来的235mm加长至330mm。从井径曲线（图2）中可以看出扩眼段10631064 m井径达到了600mm以上，而上部10631061m因测量臂逐渐进入套管使井径均匀减小，而下部1065.01066.42m井径小于500mm，也证明了二级扩眼时下部钻具弯曲造成井径缩小。 图2 二级扩眼后的井径曲线5 重复二级扩眼吸取第一次二级扩眼的经验教训，调整下部钻具组合，用105钻铤代替原扶正器组合，增加下部钻具的刚性，其钻具组合为：GLKKQ1402扩眼器0.9m+NC38NC26接头0.25m+105钻铤8.55m120稳定器0.2m73加重钻杆116.31m73钻杆。同时调整扩眼工艺参数，控制钻压不大于5kN，转盘转速提高到100 r/min。对照井径曲线，重点扩大下部1065.01066.42m的小井径段，起出扩眼器磨损较小，钻具也无弯曲变形，扩眼器前牙轮的实际工作长度为75mm，表明在原井眼基础上又扩大了150mm，理论计算此次将井眼扩大至650mm以上，可以满足转向器的工作要求。6 水平钻进水平钻进采用高压水射流破岩方式。用油管将专用导向器送入到设计位置，强迫钻管从垂直井眼到水平井眼的转向。导向器钻具组合为：110mm导向器3.145m73mm短油管0.5m124mm锚定器1.78m110mm定向接头0.275m73mm油管1056.68m73mm调长短油管(3.54)m+井口四通。根据水平井眼的设计方位，用陀螺仪定向后通过上提下放钻具进行锚定。图3 导向器及钻管的下部组合示意图用抽油杆将钻管从油管内送入到设计位置，钻管钻具组合为：32钻管（20. 5524.26）m16抽油杆8.016m1619接头0.062m19接箍0.14m19抽油杆1025.63m19抽油杆（68）m16抽油杆（光杆）21.4m。导向器及钻管的下部组合见图3。配抽油杆组合时应注意在32钻管底部插入到导向器内的密封部位时，最上一根19抽油杆的顶面在井口四通以下，满足钻进时送钻的要求。喷嘴采用进口和国产的高强度PSWB型旋转射流喷嘴，直径7mm，室内和地面台架实验表明，该喷嘴在压力4550MPa、排量10l/s的条件下，在砂岩地层可以钻出100mm甚至更大的孔眼。钻管采用无缝低炭合金钢，具有足够的强度和较好的韧性，喷嘴与钻管及钻管与钻管之间的连接在现场用氩气保护焊连接。 水平钻进时由压裂车提供高压钻井液，保持稳定的压力、排量；地面送进装置控制均匀送进，拉力在合适范围内。钻进的参数及结果见表4。表4 水平钻进参数及结果井眼压力/MPa排量/l/s拉力/kN井眼长度/m方位/ 钻进时间/h机械钻速/m/h起钻原因A485611401211.6021242.9钻管本体刺坏B455010.5604019.55325.63.5地面光杆送进完C445110.5402510.781224.82.2拉力下降速度慢7 钻井液技术W5径向井目的层为中低渗、强水敏、弱碱敏的特性，要求钻井、完井液具有很好的保护油气层的性能。使用的钻井液完井液性能见表5。项目密度/g/cm3粘度/s含砂/%中压滤失量/ml塑性粘度mpa.s动塑比段铣、扩眼1.05810.26.0220.59水平钻进1.03390.16.8140.367.1 段铣及扩眼采用暂堵型保护油气层有机正电胶钻井液。该体系使用油溶性暂堵剂和有机正电胶，确保对油层的有效保护，使用正电胶增强了钻井液携带钻屑的能力。7.2水平钻进采用无固相甲酸盐聚合醇完井液。该体系能有效抑制储层的粘土颗粒水化膨胀，而且与地层流体有良好的配伍性，不会产生二次沉淀。井眼净化效果好、滤饼薄、流变性好、循环压降小，可有效提高射流水功率，提高机械转速，满足了径向水平井保护油气层的要求。8 完井该井目的层为砂岩储层，胶结较好，在前期采油过程中不出砂，研究采用裸眼完井，优化完井工艺，缩短完井时间。水平钻进结束起出井内抽油杆及油管，下入光钻杆通井、循环洗井，起钻时直接甩钻杆，起钻完拆井口防喷器，装采油底法兰及四通，然后下入油管及抽油杆，装好采油井口，钻井队立即拆设备并搬迁腾空井场。采油队先抽排出井内完井液，然后即进行采油投产。这样，从水平钻进完到采油投产仅用5天时间，比常规完井至少缩短3天时间。9 结论及建议） 径向水平井为压裂易窜的薄互层的储层改造提供了新的增产手段，在江苏油田W5井实施径向水平井平均日增产40%。） 径向水平井有其自身的适应条件，在满足条件的基础上径向水平井眼长度可达15m以上，并且在同一井段可钻出三个以上的径向水平井眼。） 径向井钻井施工是一项系统作业，施工设计及钻进参数要考虑各个部分的条件，注意各方面的协调。） 无固相甲酸盐聚合醇钻井、完井液可以保证径向钻井施工并有助于保护油气层。） W5径向井创造了国内径向井三项纪录: 三个径向水平井眼总长度最长达41.93m、单个径向水平井眼最长达19.55m、钻井周期最短仅为11天21小时。） 径