10中原钻井院三维绕障水平井轨迹控制技术在红南平6井中的应用

1、三维绕障水平井轨迹控制技术在红南平6井中的应用（中原石油勘探局钻井二公司 河南濮阳 457001）【摘 要】 红南平6井是吐哈油田部署的一口重点水平井，由于受地面条件等原因限制，该井也是一口三维绕障水平井。本井采用带自然伽马的MWD无线随钻测斜仪，经过精心设计与施工，成功实现了与红南平5井、红南204井、红南2-32井三口邻井绕障施工，并准确钻达目的层，实钻井眼轨迹与设计吻合率较高，较好的满足了设计要求和地质需要。本文详细介绍了该井的施工过程及技术措施。【关键词】 红南平6井 剖面优化 绕障防碰 轨迹控制技术 测量技术 红南2区块位于台北凹陷西部红南连木沁构造带上，整体为近东西走向的穹隆背斜构

2、造，面积190 km2，构造形成于燕山期，加强定型于喜山期。通过加密调整，实现“点弱面强，均衡开采”，提高区块储量动用程度，改善开发效果。为进一步落实红南2号白垩系油藏的油层发育和构造情况，依据红南油田加密调整方案，部署红南平6井。作为一口重点水平井，红南平6井取得了比较好的经济指标与技术指标：钻井周期短；使用QDT MWD+Gamma进行随钻跟踪，入井四次信号传输均一次成功；造斜段与水平段各使用一根螺杆完成定向任务；水平段长181.58m，实际穿越油层段长236m；在井斜83°取芯并获得成功；首次在常规水平井中采用MEG钻井液体系。1 工程设计红南平6井开发目的层为白垩系油藏，设计

3、垂深1293m，靶前位移260m，水平段长180m，设计水平段井斜90°，方位289.26°，靶半高1.5m，靶半宽10m。在钻井施工过程中由于有地面障碍等原因，井口与靶框不能在一直线上，加之与邻井红南平5井、红南204井、红南2-32井距离较近且方向相向。其中在垂深1222m与红南2-32井距离最短，仅3.82m，所以必须采取绕障施工，增加了设计与施工难度。1.1 剖面设计与优选在剖面的优化时，坚持以剖面轨迹最光滑，曲线最短，变方位、井斜的钻井工作量相对最小，以达到降低成本、有利后续施工为原则，建立以满足地质要求、几何条件、管柱与轨迹的摩阻扭矩相对较小为条件的约束函数。设

4、计时在充分保证井眼曲率、井眼空间姿态要求、与周围邻井空间轨迹防碰关系和地质条件下，以轨迹摩阻相对最小为目标，适当调整靶点位置或入靶窗口大小。红南平6井因地质开发需要靶点位置无法进行调整，综合各方面因素制定的实施绕障方案后的剖面设计数据见表1。表1 红南平6井剖面设计井深m井斜deg方位deg垂深m视平移m狗腿度deg/100m位置1066.000.000.001066.000.000.00造斜点1216.0042.00260.001202.9249.2028.001342.4372.82281.311270.75152.5028.001385.9872.82281.311283.62194.1

5、00.001448.9490.00289.261293.00255.8530.00A靶1630.1990.00289.261293.00435.020.00B靶由于设计造斜率较高，直井段需要控制井斜，避免位移较大不利于造斜段轨迹控制。1.2 防碰扫描结合剖面数据与邻井实钻数据，采用空间最短距离法扫描结果如下：红南平6井在垂深1182m与红南平5井距离最短，22.30m，相对方位349.84°； 在垂深1224m与红南2-32井距离最短，16.30m，相对方位2.02°；在垂深1146m与红南204井距离最短，19.91m，相对方位156.14°。如图1所示，实施绕

6、障后的设计剖面虽然防碰效果比较理想，但由于红南平6井需从三口邻井中间穿过，考虑邻井测量仪器、数据误差等因素，施工中仍应加强监测，做好防碰工作。图1 绕障设计剖面水平投影图1.3 测量方案根据甲方要求，二开直井段使用无线随钻进行轨迹监控，测斜间距为双根一个点，若井斜有增大趋势则测斜间距改为单根。井深1240m以后采用MWD+伽马方式进行测量，以便卡准油气层位置，指导现场工程师及时调整井眼轨迹。因本井方位接近270°容易产生磁干扰，施工中无磁钻具长度应不少于18m，并尽量将仪器测点置于无磁钻具中间位置。1.4 井身结构设计表2 井身结构设计数据表开钻次序井段m钻头尺寸mm套管尺寸mm套管

7、下入地层层位套管下深m水泥返深m10326375273N2p3260201630.19216139.7K1s1448.19K1s油顶以上200m（垂深）完井方法：A点以上固井，水平段筛管完井，为减小A端的生产压差，筛管的孔密要求A端略稀于B端。 2 井眼轨迹控制2.1 直井段（井段：326.001040.73m）钻具组合：216mm钻头+172mm´1°单弯螺杆+212扶正器+159mm无磁钻铤´一根 +159mm 钻铤´9根+127mm钻杆钻井参数：钻压：1020kN 转速：40r/min 排量：32 L/s 泵压：11MPa施工中由于小钻压吊打配合小

8、钟摆组合，加上采用MWD无线随钻进行轨迹监控，直井段井斜控制比较理想，最大井斜为1.23°，井底水平位移为10.28m，为下部定向施工奠定了良好的基础。2.2 增斜段（井段：1040.731418.02m）钻具组合：216mm钻头+172mm´1.5°单弯螺杆+定向接头（431×410）+无磁接头+159mm无磁钻铤´9m+127mm 无磁承压钻杆´9m+127mm 斜坡钻杆´46根+127mm加重钻杆´30根+127mm钻杆钻井参数：钻压：3080kN 排量：32L/s 泵压：15MPa 复合钻进转速：40 r/

9、min由于完井以电子多点为准，造斜前根据直井段多点数据对设计剖面作了修正。直井段水平位移10.28m、闭合方位316.5°，为满足绕障防碰需要，扭方位的工作量有所增加。考虑到设计造斜率为28°/100m，决定采用1.5°单弯螺杆进行增斜，使井眼轨迹尽量与设计吻合。实际应用证实1.5°单弯螺杆的造斜率在红南平6井较高，白垩系K2k K1sh地层岩性主要以棕色、紫色泥岩、灰色粉砂质泥岩层为主，造斜率可达3038°/100m比较稳定。造斜段施工中，采取滑动钻进与复合钻进相结合方法来控制轨迹。实际施工中，井深从1040.73m到1134.95m，井斜由

10、1.18°增至25.41°，平均造斜率为25.69°/100m；井深从1183.32m到1250.98m，井斜由33.89°增至47.56°，平均造斜率为25.14°/100m；井深从1289.50m到1386.12m，井斜由54.64°增至78.64°，平均造斜率为26.10°/100m。充分利用工具的造斜率，采用复合与滑动两种钻进方式的有机结合，将井眼曲率控制在理想范围内，使实钻剖面与设计剖面基本吻合，并始终以入靶点为目的点确保矢量中靶进行设计与预测。针对3口邻井的防碰绕障，施工中严格按设计轨迹，及时

11、调整工具面，卡准扭方位时机，并随时对邻井和设计轨迹进行防碰扫描。实际施工中，开始定向时方位对准253°左右，井深从1086.32m到1173.68m，方位控制在253.5251.13°；然后将工具面置于高边30°40°之间，至井深1337.85m时方位增至281.01°，调整工具面为重力高边1015°对方位进行微调，在进入水平段前将方位调整合适。实钻至井深1220.61m时离最近的红南232井扫描距离为15.08m，成功绕过这三口井（如图2所示）。图 2 实钻轨迹与邻井最短距离扫描图要使井眼轨迹准确、有效的控制在油层内穿行，不仅要求井

12、眼轨迹准确的命中A点，而且要求入A点时的井眼轨迹保持理想的姿态，既严格控制入A点的垂深、井斜角和方位角，使井眼轨迹进入A点后，有效的穿越油层。为了在钻井过程中准确的预告油层，帮助现场工程师准确的作出判断，及时调整井眼轨迹，本井开始造斜便使用MWD+伽马进行测量。从伽马测量曲线上可以观察到，井深1369m至1377m曲线有明显的升高，钻至1380m伽马曲线由泥岩的179API降至66API，根据地质资料显示的油层伽马特性，判断进入油层。从循环上返的岩屑和气测值判断，得出同样结论，确定油顶位置为1380m（垂深1285.85m）。通过对比分析，与设计油顶深度相差不大，确定靶点（垂深1293m）不变

13、，轨迹按原设计执行。该钻具组合钻至井深1415.02m，预计井底井斜83.1°，进行取芯（进尺3m，收获率100%）并取得成功。图3 红南平6井实测伽马曲线2.3 着陆、水平段钻进（井段：1418.021616.00m）钻具组合：216mm钻头+165mm´1.25°单弯螺杆+定向接头（431×410）+无磁短节+159mm无磁钻铤´9m+127mm 无磁承压钻杆´9m+127mm 斜坡钻杆´60根+127mm加重钻杆´30根+159mm震击器+127mm加重钻杆´160m+127mm钻杆钻井参数：钻压：

14、80120kN 排量：30L/s 泵压：17MPa复合钻进转速：40 r/min根据上趟钻的施工情况，决定下入1.25°单弯螺杆进行着陆和水平段施工。起初认为由于取芯钻进的影响，井斜有可能略低于设计，应按2530°/100m的造斜率进行增斜。但实际钻进中发现受上一造斜段曲率效应的影响，取芯井段仍有增斜趋势。并且在油层中1.25°单弯螺杆的造斜能力较强，造斜率最高可达到35°/100m，超过预计值。当钻至井深1424.74m时（井斜86.51°、垂深1292.56m），实钻剖面已靠近设计剖面，采用多复合少滑动的方式进行水平段导向钻进。钻至井深16

15、16m，水平段长181.58m，实际在油层穿越236m，满足地质要求顺利完钻。图4 红南平6井实钻与设计对比图3 钻井液技术为确保水平井施工安全和保护油气层，本井一开采用膨润土聚合物钻井液，二开采用无固相MEG钻井液。钻井液性能见表3。造斜段和水平段采用无固相MEG钻井液体系，不仅满足了井眼润滑和携砂的需要，另外由于该体系不使用含荧光处理剂，对及时发现油气显示和保护油气层均起到了积极作用。表3 钻井液性能井段m密度g/cm3粘度sAPI滤失mL泥饼mmpH值含砂%静切力(Pa)塑性粘度mPa·s动切力PaKF固相含量%膨润土含量g/L初切终切0-326.0080-1008-101-28-91-1616.0035-5065<0.58- 9<0.31-22-514-255-121545-604 认识与结论（1）适当选择高造斜率的动力钻具（实际造斜率略大于设计造斜率），导向钻井系统采用以转盘钻配合滑动钻的钻进方式，既能大幅度地提高钻井速度，又能有效地预防井下事故和复杂情况的发生，实现了安全、高效钻井。（2）本井轨迹控制最大的困难是防碰绕障问题。防碰绕障井设计前应充分调研邻井资料，做好剖面优化