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文檔簡介

1、開 窗 側(cè) 鉆 技 術(shù)中原石油勘探局鉆井工程技術(shù)研究院目 錄1 前言2 中原油田套管開窗側(cè)鉆井的特點及關(guān)鍵技術(shù)3 深井開窗側(cè)鉆施工工序4 深井側(cè)鉆設(shè)計技術(shù)5 深井開窗和鍛銑技術(shù)6 裸眼鉆進(jìn)技術(shù)7 小井眼鉆井液技術(shù)8 固井完技術(shù)技術(shù)9 事故處理與預(yù)防技術(shù)1前言 套管開窗側(cè)鉆技術(shù)是一種在已下套管的枯竭和事故井中,應(yīng)用特殊的工具、工藝,對套管進(jìn)行開窗,并側(cè)鉆出一定的距離,重新開采地下原油,從而使老井復(fù)活、老井更新,大幅度提高原油產(chǎn)量和采收率的技術(shù)。1.1 老井開窗側(cè)鉆技術(shù)發(fā)展概況據(jù)文獻(xiàn)報道,國外從六十年代就開始進(jìn)行側(cè)鉆研究,經(jīng)過三十多年的應(yīng)用和發(fā)展,在側(cè)鉆方法、工藝技術(shù)、井下工具、測量工具及完井方法

2、等方面已日臻完善,并已形成專業(yè)化的施工隊伍。不僅能在側(cè)鉆井眼中完成各種曲率半徑的水平井,而且能在一個井筒中側(cè)鉆出多分支井。國內(nèi)不少油田在20世紀(jì)90年代都開展了套管開窗側(cè)鉆工作,并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。中原油田獨(dú)立開展套管開窗側(cè)鉆工作始于1993年,最初幾年由于受側(cè)鉆井較深、地質(zhì)條件復(fù)雜、工具設(shè)備不配套等因素的影響,側(cè)鉆工作進(jìn)展緩慢。近年來,隨著研究和實踐的深入,尤其是隨著中原油田“十五”后三年科技攻關(guān)會戰(zhàn)的實施,先后完成了套管內(nèi)定向開窗側(cè)鉆定向井、多靶小井眼側(cè)鉆定向井、小井眼側(cè)鉆水平井等300余口,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。目前,中原油田的套管開窗側(cè)鉆技術(shù)已經(jīng)成熟。1.2 老井開窗側(cè)鉆應(yīng)用范圍老

3、井開窗側(cè)鉆主要應(yīng)用于:油層套管腐蝕、錯位或變形,無法大修的井;油層套管內(nèi)有落物(如油管斷卡等),無法打撈的井;油層正好被斷層斷掉,無法達(dá)到地質(zhì)目的的井;老井更新、為提高采收率而更換井底的井。1.3 中原油田開展套管開窗側(cè)鉆工作的背景及依據(jù)1.3.1中原油田井況的需要由于受鹽層“塑性流動”和地應(yīng)力、礦化度等諸多因素的影響,從“八五”開始,油田井況嚴(yán)重惡化,目前年損壞油水井150-200口,2001年底累計發(fā)現(xiàn)事故井3018口,除修復(fù)和更新外,目前仍有各類事故井 1438口(油井806口,氣井16口,水井616口)。按類型劃分:小件落物井129口,一般事故井166口,需大修落物井286口,套損井5

4、68口,套損+落物井 284口,分別占事故井總數(shù)的9.0%、11.5%、19.9%、39.5%和19.7%。井況的惡化不僅破壞了注采井網(wǎng),影響了增產(chǎn)增注措施的實施,而且還造成儲量和產(chǎn)量損失,損失水驅(qū)控制儲量4310萬噸,損失水驅(qū)動用儲量2870萬噸。這些套損井和套損+落物井中,有相當(dāng)一部分無法用常規(guī)的大修方法使其恢復(fù)生產(chǎn), 因此中原油田的井況決定了套管開窗側(cè)鉆技術(shù)在中原油田的巨大市場。油水井套管損壞防治技術(shù)被列為制約中原油田發(fā)展的四項瓶頸技術(shù) 1.3.2開發(fā)、挖潛剩余油的需要 隨著注水開發(fā)的不斷深入,由于中原油田嚴(yán)重的儲層非均質(zhì)性、斷塊小、構(gòu)造復(fù)雜等不利地質(zhì)因素的影響,各種增產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)措施有效期

5、及措施效果逐漸變差,給開發(fā)和穩(wěn)產(chǎn)帶來了很大困難。于是,各采油廠紛紛調(diào)整開發(fā)思路、優(yōu)選優(yōu)化措施結(jié)構(gòu)、尋求開發(fā)效益的最佳點。在分析多年開發(fā)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,面對井況嚴(yán)重惡化的實際情況,提出了利用老井側(cè)鉆技術(shù)挖潛剩余油的開發(fā)思路。其主要依據(jù)有以下幾點:中原油田構(gòu)造復(fù)雜、斷層多、斷塊小,仍有相當(dāng)多的儲量現(xiàn)有井網(wǎng)無法控制。以采油五廠為例,采油五廠管轄的胡慶油田位于東濮凹陷西斜坡,斷層異常發(fā)育,斷塊小且碎,地層難以對付。現(xiàn)有生產(chǎn)井,生產(chǎn)層段內(nèi)單井鉆遇斷點平均3-5個,最小斷距僅有5米,平均每平方公里發(fā)育斷層3.7條,斷層性質(zhì)均為順向正斷層。隨著注水開發(fā)的深入,對地下小斷層、小構(gòu)造的認(rèn)識程度不斷加深,發(fā)現(xiàn)在目前

6、直井居多的井網(wǎng)條件下,某些剩余油難以挖潛??恐骺財鄬訕?gòu)造高部位分布的無井點控制的剩余油富集區(qū)儲量;局部受小斷層切割遮擋無井點控制而損失的剩余油儲量;斷塊面積小、儲量小、不能夠單獨(dú)布井開發(fā)小斷塊。以上三類剩余油儲量在構(gòu)造極其復(fù)雜的中原油田具有一定的儲量背景。隨著注水開發(fā)的深入,平面上剩余油分布比較復(fù)雜,大多呈零星分布,靠打直井難以控制。儲層非均質(zhì)嚴(yán)重,層間動用差異大,中、低滲透層剩余油儲量比例較大,目前動用程度低,動用難度大,老井側(cè)鉆后能有效動用中、低滲透層儲量。如胡狀油田平均層間滲透率級差為50-500倍,目前主力區(qū)塊水井吸水厚度只有47.1%,水驅(qū)動用程度40.1%,根據(jù)小層動用狀況分類評價

7、結(jié)果,中、低層剩余油儲量約占總剩余油儲量的50%,儲量背景較大。2 中原油田套管開窗側(cè)鉆井的特點及關(guān)鍵技術(shù)2.1中原油田5 1/2套管開窗側(cè)鉆井的特點中原油田是復(fù)雜的斷塊油氣田,斷塊小,斷層縱橫交錯,地層沉積狀況復(fù)雜。中原油田的地質(zhì)特點就決定了中原油田套管開窗側(cè)鉆井的特點,與國內(nèi)其它油田相比,中原油田套管開窗側(cè)鉆井有以下特點:絕大多數(shù)側(cè)鉆井為51/2套管開窗側(cè)鉆井。中原油田普遍采用兩種井身結(jié)構(gòu),即444.5mm鉆頭×339.7mm套管+311.15mm鉆頭×244.5mm套管+215.9mm鉆頭×139.7mm套管和444.5mm 鉆頭×339.7mm

8、套管+215.9mm鉆頭×139.7mm套管,這就決定了中原油田套管開窗側(cè)鉆以51/2套管為主。地質(zhì)設(shè)計要求較高,所有的套管開窗側(cè)鉆井均有嚴(yán)格的方位、位移和中靶要求。近四年來,中原油田對側(cè)鉆井的靶心半徑要求越來越嚴(yán)格(見表1),有些側(cè)鉆井甚至為雙靶定向井。表1 1996-2004年5 1/2套管開窗側(cè)鉆井靶心半徑要求年份1996-19971998-19992000-20032004-設(shè)計靶心半徑(m)20-3015-2010-15靶心垂向上下移動小于0.5m,靶心水平左右移動小于5.0m。備注一般要求小于20m一般要求小于20m大部分井要求小于10m側(cè)鉆水平井?dāng)?shù)量增加 由于側(cè)鉆井地質(zhì)

9、設(shè)計要求較高,造成側(cè)鉆施工工序復(fù)雜,技術(shù)難度增加。如側(cè)鉆前必須對全井進(jìn)行陀螺測斜,校驗老井井斜數(shù)據(jù);甩斜向器時,每口井都必須進(jìn)行陀螺定向;靶心半徑小,使得造斜及扭方位往往需要使用單彎外殼螺桿鉆具,而使用常規(guī)的動力鉆具+彎接頭鉆具組合則往往不能奏效。套管開窗位置較深。 5 1/2套管開窗位置一般大于2000米,不少側(cè)鉆井的套管開窗位置大于2500米,有的側(cè)鉆井的套管開窗位置甚至深達(dá)3300米。由于側(cè)鉆位置較深,地層致密、復(fù)雜,使得定向側(cè)鉆非常困難。同時由于側(cè)鉆井較深,巖石的可鉆性較差,加之地層斷層縱橫交錯,地層自然造斜規(guī)律難以掌握,個別井還有可能鉆遇巖鹽層、巖膏層等,對鉆井設(shè)備、鉆井工藝及技術(shù)、

10、泥漿技術(shù)等提出了更高的要求。側(cè)鉆井裸眼井段較長。中原油田5 1/2套管開窗側(cè)鉆井的裸眼井段一般較長,不少井的裸眼長度超過350米,有的側(cè)鉆井裸眼長度甚至達(dá)到630米。裸眼井段尤其是小井眼裸眼井段越長,鉆遇層位越多,施工難度越高,越復(fù)雜。由于地質(zhì)條件復(fù)雜,中原油田使用的5 1/2套管鋼級較高(一般為N80和P110)、套管壁較厚(一般為9.17mm ,個別達(dá)10.54mm )。由于套管壁較厚,套管內(nèi)徑小,要求工具尺寸小,工藝特殊,某些在外油田使用效果較好的工具不能完全適應(yīng)中原油田的實際。2.2 中原油田5 1/2套管開窗側(cè)鉆技術(shù)關(guān)鍵5 1/2開窗側(cè)鉆的關(guān)鍵技術(shù)主要包括: 側(cè)鉆選井與工程設(shè)計技術(shù)

11、井眼準(zhǔn)備技術(shù) 預(yù)置斜向器與陀螺定向技術(shù) 開窗與修窗技術(shù) 裸眼鉆進(jìn)技術(shù),包括鉆頭優(yōu)選技術(shù)、鉆井參數(shù)優(yōu)選技術(shù)、鉆井方式優(yōu)選技術(shù)、軌跡控制技術(shù)等。 小井眼鉆井液技術(shù) 小井眼固井與完井技術(shù) 事故預(yù)防與處理技術(shù)3 中原油田5 1/2套管開窗側(cè)鉆關(guān)鍵技術(shù)3.1 側(cè)鉆選井與工程設(shè)計技術(shù)3.1.1 側(cè)鉆選井 中原油田套管開窗側(cè)鉆井地質(zhì)方案設(shè)計類型大體分為以下三種類型: 1)換井底恢復(fù)儲量型。主要是指井況損壞嚴(yán)重,控制儲量損失,側(cè)鉆換井底后恢復(fù)動用地質(zhì)儲量。 2)挖掘儲層剩余油型。主要是在剩余油分布狀況精細(xì)研究的基礎(chǔ)上,通過側(cè)鉆來挖掘平面、層間剩余油富集區(qū),增加可采儲量。 3)挖掘構(gòu)造剩余油型。主要利用老井側(cè)鉆

12、挖潛由于斷層遮擋形成的難以動用的儲量及利用老井側(cè)鉆鉆新的小斷塊。 另外,準(zhǔn)備進(jìn)行側(cè)鉆的老井,上部套管應(yīng)完好,側(cè)鉆后應(yīng)有較好的經(jīng)濟(jì)效益。3.1.2工程設(shè)計3.1.2.1 老井及鄰井資料調(diào)研在確定側(cè)鉆井之前,應(yīng)全面收集相應(yīng)區(qū)塊的地質(zhì)資料和老井實鉆資料。地質(zhì)資料主要收集地層分層情況,有無斷層、鹽膏層、漏層、易塌層、高壓層和水敏性地層。老井實鉆資料應(yīng)主要了解老井鉆井中所遇到的主要問題和使用的鉆頭,所采用的泥漿體系和性能,老井測斜數(shù)據(jù),老井固井情況以及目前的井況。除此之外還應(yīng)收集老井周圍其他井的有關(guān)資料(主要測斜數(shù)據(jù))、老井開采情況(射孔位置)。3.1.2.2陀螺測斜 自井口至預(yù)定側(cè)鉆點,進(jìn)行陀螺測斜,

13、校驗老井井斜數(shù)據(jù),使側(cè)鉆設(shè)計更準(zhǔn)確。3.1.2.3確定開窗點開窗點的選擇十分重要。選擇開窗點時,一般應(yīng)考慮以下幾點:·窗口位置選擇,首先應(yīng)考慮盡量利用較長的老井眼,縮短側(cè)鉆周期,節(jié)約鉆井成本。同時在選擇窗口位置、井眼曲率等參數(shù)時,應(yīng)有利于鉆井、采油和井下作業(yè)。·窗口應(yīng)選擇在遠(yuǎn)離事故井段或套損井段以上50m左右,以利于有一定水平位移而避開老井眼。·窗口以上上部套管應(yīng)完好,無變形、漏失、破裂現(xiàn)象,以利于側(cè)鉆工作和完井工作順利進(jìn)行,確保側(cè)鉆成功。·窗口應(yīng)選擇在固井質(zhì)量好、井斜小的井段,盡量避開易塌、易漏、傾角較大的地層,并避開套管接箍。·對于出砂嚴(yán)重

14、、竄漏和套管破裂在射孔井段或射孔井段底部的需側(cè)鉆的油水井,在開窗窗口的位置選擇時,要綜合考慮側(cè)鉆效果。一般為保證側(cè)鉆質(zhì)量,開窗位置應(yīng)選在射孔位置以上,否則應(yīng)擠水泥封堵老井眼。3.1.2.4 剖面優(yōu)選技術(shù)剖面設(shè)計在深井側(cè)鉆中占有十分突出的位置,直接影響到鉆井周期、鉆井成本和井下安全。下面以側(cè)鉆水平剖面優(yōu)選技術(shù)為例,介紹該技術(shù)。側(cè)鉆小井眼水平井剖面優(yōu)化選擇的目的是為了在滿足地質(zhì)要求的情況下,在現(xiàn)有鉆井工藝、工具設(shè)備條件下盡可能使施工簡化,操作安全、快速,低成本投入。通常在進(jìn)行剖面優(yōu)化選擇時力求滿足以下原則:3.1.2.4.1剖面優(yōu)化遵循原則滿足油藏地質(zhì)需要,達(dá)到地質(zhì)與工程的協(xié)調(diào)統(tǒng)一?,F(xiàn)有工藝技術(shù)、

15、工具設(shè)備對剖面的實現(xiàn)能力。剖面優(yōu)化有利于避免井下復(fù)雜,簡化施工程序,實現(xiàn)安全快速作業(yè)。剖面優(yōu)化有利于降低鉆完井施工和后期生產(chǎn)作業(yè)成本。3.1.2.4.2剖面優(yōu)化選擇過程主要內(nèi)容剖面選擇與優(yōu)化過程由于涉及的技術(shù)方面較多而復(fù)雜,其主要涉及技術(shù)包括以下幾個方面: 側(cè)鉆水平井類型和剖面類型選擇 開窗側(cè)鉆造斜點的選擇 造斜率優(yōu)化選擇 剖面摩阻分析3.1.2.4.3剖面優(yōu)化選擇遇到的幾個實際問題 老井井口與設(shè)計目的層的距離、方向,很大程度上它決定了側(cè)鉆方案是否可能實施。 老井側(cè)鉆點附近井眼軌跡參數(shù),重要的參數(shù)是井斜、方向、位移,不同的參數(shù)對剖面的選擇優(yōu)化起著很大影響,甚至有時使得方案無法實施。 磁性干擾對

16、剖面軌跡控制也存在一定程度的影響。 復(fù)雜地層影響軌跡控制施工,不確定性對剖面的選擇風(fēng)險較大,有時可能造成軌跡失控填井。 井網(wǎng)密集,臨近井眼防碰限制了剖面的優(yōu)化選擇。 鉆井方式、完井方式、測量方式影響剖面的選擇。3.1.2.4.4剖面優(yōu)化選擇分析在實現(xiàn)剖面優(yōu)化過程中,首先考慮的是滿足油藏地質(zhì)特性。中原油田濮城油田為例,從結(jié)構(gòu)上看濮城油田為斷塊油氣田,屬埋藏較深低滲砂巖油藏,地層復(fù)雜且不穩(wěn)定,后期生產(chǎn)、作業(yè)對井眼要求實現(xiàn)射孔或篩管完井,因此對濮城油田側(cè)鉆水平井選擇高造斜率剖面,實施短半徑水平井是不現(xiàn)實的。濮城油田現(xiàn)有井井身結(jié)構(gòu)決定了大多數(shù)側(cè)鉆水平井需在51/2套管內(nèi)開窗側(cè)鉆118mm小井眼,較深的

17、油藏埋藏和現(xiàn)有工藝、設(shè)備工具能力限制了側(cè)鉆施工的完鉆深度和裸眼長度,實施側(cè)鉆長半徑水平井對濮城油田不適宜;另一方面,研究和實踐表明中曲率半徑水平井在現(xiàn)階段技術(shù)設(shè)備水平的施工中具備優(yōu)勢,工藝和工具使用不需要較多的特殊要求,從控制成本和技術(shù)難度角度中曲率半徑水平井具有較強(qiáng)的適應(yīng)特性,且技術(shù)代表了目前水平井先進(jìn)技術(shù)水平。結(jié)合濮城油田地質(zhì)特點,總結(jié)濮城油田多年實施側(cè)鉆小井眼施工經(jīng)驗,實施濮城油田側(cè)鉆水平井其類型和剖面應(yīng)選擇中短半徑水平井,開窗深度在20002200米,裸眼長度500700米,曲率25°80°/100m,靶前位移150200米,水平段80150米,鑒于中半徑和短半徑水

18、平井之間。其次,在剖面的優(yōu)化時,堅持以剖面軌跡最光滑,曲線最短,變方位、井斜的鉆井工作量相對最小,以達(dá)到降低成本、有利后續(xù)施工為原則,建立以滿足地質(zhì)要求、幾何條件、管柱與軌跡的摩阻扭矩相對較小為條件的約束函數(shù)。設(shè)計時最好能與地質(zhì)技術(shù)人員一起,在充分保證井眼曲率、井眼空間姿態(tài)要求、與周圍鄰井空間軌跡防碰關(guān)系和地質(zhì)條件下,以軌跡摩阻相對最小為目標(biāo),適當(dāng)調(diào)整靶點位置或入靶窗口大小。3.1.2.4.3實際應(yīng)用到目前為止濮城油田實施5口側(cè)鉆小井眼水平井,剖面選擇和實施情況如表,其優(yōu)化選擇是一個綜合復(fù)雜過程,以濮1-側(cè)平193為例簡要給予敘述。地質(zhì)參數(shù)確定地質(zhì)設(shè)計方案確定利用濮1- 193井原井眼實施濮1

19、-側(cè)平193水平井,并給出水平靶區(qū)的相關(guān)參數(shù):水平段長:200米。水平A靶與原濮1- 193井井口距離344米。水平B靶與原濮1- 193井井口距離544米。從地質(zhì)參數(shù)反映出目的層距離長、水平段長,難度大,技術(shù)指標(biāo)超過國內(nèi)紀(jì)錄。事實上地質(zhì)參數(shù)的確定應(yīng)有工程、定向工程師參與,應(yīng)充分考慮油藏結(jié)構(gòu)和老井可能利用情況以及工程施工難度的基礎(chǔ)上,確定初步的地質(zhì)方案。老井井況核查事實上濮1- 193井作業(yè)情況表明,該井深度2150米以下套管已遭到嚴(yán)重?fù)p壞,下部井眼不可能利用,開窗窗口只能在2150米以上,初步計算側(cè)鉆裸眼長度達(dá)到740米以上,窗口上移已不可能。對濮1- 193井井眼軌跡核查在2140米已有反

20、向位移30米,從窗口到A靶距離達(dá)到374米,靶前距離加大,難度再次加大。造斜率的選擇濮1-側(cè)平193井由于窗口到A靶垂深大,因此造斜率選擇余地較大,工具選擇范圍較大,但是,由于靶前距離大,造斜率選擇應(yīng)控制較短的滑動井段,另一方面,由于有鹽層存在,造斜率存在一定的不確定性,因此,造斜率選擇時留有余地。剖面軌道的選擇對于濮1-側(cè)平193井剖面軌道選擇是一個難題,有三種典型剖面選擇(圖1)。軌道為增1-穩(wěn)-增2-水平,控制造斜率28-32°/100m,其穩(wěn)斜段穩(wěn)斜角約70°,這種剖面對鉆井施工難度較大,難題在摩阻、井眼凈化、鉆壓傳遞,但這種剖面為地質(zhì)工程師最滿意方案;軌道為增1-

21、增2-水平剖面,斜井段短,控制造斜率38-42°/100m但是水平段增加140米,累計水平段340米,鉆壓傳遞、測量儀器下入、套管下入存在較大風(fēng)險。由于在井口到A靶中間存在目的層斷裂,甲方從油層卡位角度不同意該方案;軌道為增1-微增-增2-水平剖面,控制造斜率32-35°/100m。圖1 濮1-側(cè)平193井剖面軌道選擇剖面摩阻評價對三種剖面軌道進(jìn)行摩阻評價,通常摩阻評價有兩種方式:一是確定鉆具對剖面進(jìn)行摩阻評價,確定最小摩阻剖面;另一種方式確定一種剖面對不同鉆具進(jìn)行評價,選出最小摩阻鉆具。圖2 濮1-側(cè)平193井剖面軌道側(cè)向載荷分布圖 圖3 濮1-側(cè)平193井剖面軌道側(cè)向載

22、荷分布圖 圖4 濮1-側(cè)平193井剖面軌道側(cè)向載荷分布圖評價結(jié)論:軌道摩阻最大,軌道次之,軌道最小復(fù)雜及特殊情況分析由于鹽層存在,造斜率存在一定的不確定性,因此,在制定方案和實際施工時,應(yīng)考慮一定量安全值。另外,該井在老井密集區(qū),存在臨井防碰,軌道與臨井P1-157井掃描有10米最近距離,而軌道、掃描距離大,安全性較高。最后,綜合所有因素,剖面選擇軌道。實鉆施工獲得成功,完井電測、下套管均順利。需要說明:對于老井側(cè)鉆水平井,由于單一井存在不同的地質(zhì)油藏情況和老井狀況,差異較大,影響剖面優(yōu)化選擇的重點不同,因此,針對單一井優(yōu)化方案立足重點不同。另一方面,在實際施工時,計算、預(yù)測、根據(jù)實際情況調(diào)整

23、軌跡也是剖面優(yōu)化的延續(xù)。表2 側(cè)鉆水平井剖面參數(shù)比較井號剖面類型側(cè)鉆點參數(shù)井口與A靶距距(m)側(cè)鉆點與A靶距離(m)扭方位工作量(º)磁干擾段長(m)井下復(fù)雜臨井防碰最大曲率°/100井深(m)井斜(º)方向(º)位移(m)濮1-側(cè)平239增-穩(wěn)-增-水平21561824578.67(反向)18726516033170m鹽層段與濮1-344井掃描距離22.99m58濮6-側(cè)平65增-穩(wěn)-增-水平25032.58233.2518.69(反向)186.8617030-46濮側(cè)平130增-穩(wěn)-增-水平17600.212621.44207-井漏-40濮側(cè)平16增

24、-穩(wěn)-增-水平21070.4426424.7(反向)183.37-23120m鹽層-55濮1-側(cè)平231增-微增-增-水平20420.97166.723618014518029180m鹽層,鹽底井漏-60濮1-側(cè)平193增-穩(wěn)-增-水平21351.4234730(反向)344374-190m鹽層,鹽下井漏與濮1-157井掃描距離4.69m80該井靶前位移187米,加上側(cè)鉆點反向位移總距離265米。注: 圖5 濮1-側(cè)平193井剖面軌道該井靶前位移180米,加上側(cè)鉆點反向位移總距離145米。圖6 濮1-側(cè)平231井剖面軌道3.2 井眼準(zhǔn)備技術(shù)3.2.1起出井內(nèi)生產(chǎn)管柱3.2.2原井嚴(yán)重套損部位以

25、下報廢處理側(cè)鉆井原井套損部位以下報廢處理,應(yīng)做好三項工作:原井層系間不能竄通,至少在平面半徑5m以內(nèi)層間不能竄通,否則竄通將影響側(cè)鉆完井的新井。套損部位以下落物需撈盡,否則會影響套損部位以下套管的水泥擠注封固深度。套損部位以上30-50m至人工井底應(yīng)注水泥封固報廢。3.2.3套管通徑 套管通徑規(guī)外徑根據(jù)套管尺寸、壁厚及斜向器外徑確定,一般應(yīng)比后續(xù)作業(yè)井下工具外徑大3-5mm。 通徑規(guī)長度一般2m左右,通徑深度原則上通至預(yù)定開窗點以下50m,通徑時遇阻不超過20kN,否則需要修套。3.2.4套管試壓根據(jù)套管尺寸、完井年限及井況情況,確定試壓壓力的大小,確保側(cè)鉆點以上套管完好。3.3 預(yù)置斜向器與

26、陀螺定向技術(shù)3.3.1預(yù)置斜向器 鉆桿通徑 為保證斜向器陀螺定向一次成功,入井鉆桿必須用通徑規(guī)進(jìn)行通徑。139.7mm套管開窗側(cè)鉆井使用的73mm 鉆桿,必須使用48mm的通徑規(guī)通徑,通不過者不得入井。 下斜向器下斜向器組合為:地錨+斜向器+送斜器+定向直接頭+鉆桿,其中的地錨通常由30m左右的油管組成,靠近底部割有3-5個旋流孔,外部加焊毛刺(毛刺的高度應(yīng)小于套管通徑減去地錨外徑差的一半),其目的是防止開窗過程中,斜向器發(fā)生轉(zhuǎn)動。下鉆過程中,應(yīng)控制下放速度,遇阻不超過20kN。陀螺定向斜向器下到預(yù)定位置,開泵循環(huán)鉆井液,為陀螺定向做好準(zhǔn)備。陀螺定向時,必須重復(fù)座鍵五次以上。如需要調(diào)整斜向器斜

27、面方位,轉(zhuǎn)動鉆具后,必須上下活動鉆具。陀螺儀在此位置顯示的井斜、方位數(shù)據(jù)必須與陀螺測斜時所測數(shù)據(jù)一致。固斜向器陀螺定向完成后,起出陀螺儀,按設(shè)計要求注入水泥。然后下壓鉆具,剪斷銷釘,上提1-2個單根,循環(huán)出多余水泥漿,起鉆后凝。3.4 開窗與修窗技術(shù)3.4.1開窗方法的選擇中原油田139.7mm套管開窗側(cè)鉆分為套管內(nèi)開窗側(cè)鉆和套管鍛銑開窗側(cè)鉆,可根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。兩種側(cè)鉆方法的優(yōu)缺點見表3。表3 套管內(nèi)開窗側(cè)鉆和套管鍛銑開窗側(cè)鉆的對比優(yōu)點缺點斜向器開窗1、使用范圍廣,能用于大井斜角、套管損壞和多層套管井。2、磨銑鐵屑量少,泥漿性能要求低。3、開窗后無須打水泥塞候凝下入定向工具即可側(cè)鉆。4、

28、成本低、周期短。5、工具簡單,可多次重復(fù)使用。6、井眼條件要求不嚴(yán)。1、原井眼為直井時,用陀螺確定斜向器方位。井斜5度時,用脫落或有線隨鉆儀確定斜向器方位。2、出窗口后,定向易受磁干擾。3、斜向器座封必須牢固,在整個鉆井過程中窗口處容易引起事故;4、開窗后套管重復(fù)段固井合格較為困難。鍛銑開窗1、鍛銑后可在任意方向側(cè)鉆;2、使用工具較少,只需一趟鍛銑工具 或更換刀片即可;3、工藝簡單,不需要修窗口。1、磨銑鐵屑量大且形狀大,清除困難,特別是井斜大時。因此對泥漿性能要求高。2、稍有不慎, 刀片被卡造成卡鉆, 處理困難。3、成本高, 更換刀片起下鉆頻繁, 影響周期。4、鍛銑后打水泥塞候凝,水泥強(qiáng)度要

29、求高,鉆塞后才可側(cè)鉆。表4 套管內(nèi)開窗側(cè)鉆和套管鍛銑開窗側(cè)鉆方式選擇因素方式選擇成本、周期斜向器優(yōu)于鍛銑雙層套管開窗斜向器開窗井斜大、地層硬、井深優(yōu)選斜向器開窗特殊要求的井鍛銑開窗(如側(cè)鉆水平井)斜向器開窗(側(cè)鉆分支井)使用幾率斜向器多于鍛銑3.4.2開窗工具斜向器 插桿式斜向器 卡瓦封隔器式斜向器 開窗銑錐 套管開窗工具使用鉆鉸式銑錐。3.4.3 鍛銑工具2 段銑開窗工藝設(shè)計2.1 窗口位置的確定 在確定段銑開窗位置時,一方面要考慮原井井況,另一方面要考慮鉆井、完井、采油及井下作業(yè)要求?;驹瓌t是窗口位置應(yīng)盡可能深,這樣就可以最大限度地利用老井上部套管,減少側(cè)鉆進(jìn)尺,以降低鉆井成本、提高井下

30、采油設(shè)備人工舉升能力。一般來說,窗口位置確定應(yīng)注意以下幾點: (1)窗口位置一般應(yīng)選擇在套管完好、環(huán)空水泥封固質(zhì)量較好、地層穩(wěn)定且井眼較規(guī)則處,同時應(yīng)盡量避開射孔井段,且管外無任何固井附件。 (2)窗口位置以上套管應(yīng)完好,無變形、破裂、漏失現(xiàn)象,以利于采油作業(yè)和增產(chǎn)措施順利實施,確保側(cè)鉆水平井正常生產(chǎn)。 (3)窗口位置應(yīng)選擇在遠(yuǎn)離事故井段或套損井段以上30m左右,以便側(cè)鉆新井眼產(chǎn)生一定長度的水平位移而避開原井眼。 (4)根據(jù)現(xiàn)場施工實踐,段銑開窗初始截斷位置應(yīng)優(yōu)先選擇在套管接箍以上0.6-1.5m處,這是因為在切銑至接箍時,銑刀底部磨槽尚淺銑刀刀片會以最大出刃切銑。如果初始截斷位置選擇在接箍以

31、下2m內(nèi),在套管本體被截斷時,銑刀刀片還未完全張開,刀片側(cè)刃仍在不斷切銑,容易造成環(huán)空水泥環(huán)脫落或接箍倒扣,嚴(yán)重時還可能造成井下卡鉆事故。 由于受側(cè)鉆進(jìn)尺及固井質(zhì)量限制,實際窗口位置有可能滿足不了上述要求,在進(jìn)行開窗設(shè)計時,應(yīng)采取補(bǔ)救措施,例如在套管截斷后繼續(xù)切銑l-2m,實施擠水泥作業(yè),防止段銑作業(yè)因套管晃動、工具工作不平穩(wěn)而失敗。2.2窗口長度的確定 段銑開窗套管切銑長度既要滿足初始造斜定向要求,又要考慮施工作業(yè)成本及施工進(jìn)度。由于側(cè)鉆水平井初始造斜定向使用有線隨鉆測斜儀磁性工具面監(jiān)控鉆進(jìn)方向,為了避免套管切口對隨鉆儀器的磁性干擾,同時控制一段造斜進(jìn)尺,以利于側(cè)鉆新井眼形成一定度數(shù)的井斜而

32、避開下切口,確定一個合適的套管切銑長度是非常必要的。在5超英寸套管內(nèi)開窗側(cè)鉆,一般設(shè)計段銑兩根套管(約18-20m)即可,或根據(jù)有線隨鉆測斜儀滯后距與初始造斜鉆具造斜率來確定:其中 -段銑開窗套管切銑長度,m;-測斜儀器磁通門傳感器至上切口不受磁干擾的最小長度,一般2-3m; -測斜儀器磁通門傳感器至鉆頭距離(即測斜系統(tǒng)滯后距),m;-初始造斜定向井段在原井眼軸線上的投影長度,m;-下切口環(huán)空水泥最大封堵半徑,m;R初始造斜井段曲率半徑,m;-側(cè)鉆點井斜角,º;K-初始造斜定向工具造斜率,º/30m。3 段銑開窗施工工藝3.2 套管段銑3.2.1 段銑工具結(jié)構(gòu) 段銑工具是一

33、種液壓控制的套管切銑工具,它不僅能快速有效地從套管內(nèi)部截斷套管,而且能安全、乎穩(wěn)地銑去一段套管,進(jìn)行側(cè)鉆作業(yè)。圖2所示為貝克休斯D型段銑工具,該工具有6把銑刀,施工時用3把銑刀截斷套管,然后6把銑刀同時進(jìn)行切銑作業(yè)。該工具基本上由以下幾部分組成:上下接頭、本體1JL、袖、活塞、彈簧、銑刀與指示器(含噴嘴)。工具主要部件均采用AISNl40熱處理合金鋼制造,銑刀鎢鋼塊懸浮在鎳含量很高的銅基焊金屬里。 為提高段銑工具工作穩(wěn)定性及防止套管偏磨,在下接頭扶正器上鑲焊有5條扶正肋,保證工具在套管內(nèi)居中。322 段銑工具工作原理 段銑工具下至預(yù)定截斷位置,開泵循環(huán),在噴嘴壓差作用下,活塞帶動心軸壓縮彈簧下

34、行,頂出刀片,并迫使刀片刃尖緊貼套管內(nèi)壁。此時剎死剎把啟動轉(zhuǎn)盤,段銑工具開始切割套管,直至泵壓下降1218MPa,套管被完全截斷。修整切口后加壓銑進(jìn)。段銑中述如需更換刀片或固其它原因起鉆時,只要停泵,活塞及心袖在彈簧彈力作用下復(fù)怔,刀片收回,即可起鉆,323 段銑工具操作方法 a操作準(zhǔn)備。 段銑工具下井前,應(yīng)按下述要求進(jìn)行操作準(zhǔn)備:檢查噴嘴安裝是否正確,噴嘴必須提供充足的壓力來控制工具,并且能提供滿意的環(huán)空運(yùn)速以攜帶出所有的切屑,通常最低環(huán)空返速為o6ms。工具下部扶正器不能小于套管內(nèi)徑6mm。工具下井前,要在鉆臺上進(jìn)行銑刀張開試驗,以確定銑刀張開的最小排量和泵壓。試驗正常后用膠布將銑刀捆好,

35、防止下鉆誤張開。為了保證段銑工具工作干穩(wěn),下鉆時應(yīng)在工具上部接一定數(shù)量的鉆鋌或扶正器,鉆鋌數(shù)量可依據(jù)施工鉆壓來確定。 b套管截斷。 下鉆至套管截斷位置后,要緩慢平穩(wěn)地開泵并記錄泵壓和排量。截斷時一定要以低轉(zhuǎn)速小排量進(jìn)行,同時不允許有任何送鉆動作,以防止刀刃扭曲及套管被“扒皮”切銑。在切銑約10min后,泵壓呈下降趨勢,15min以后,泵壓可降低1418MPa左右,說明套管已斷開,銑刀基本張到最大尺寸。此時應(yīng)繼續(xù)切銑一段時間,使斷口增加寬度,以利于充分張刀。 c正常切銑。 套管截斷后,進(jìn)入正常段銑作業(yè),銑進(jìn)參數(shù)為鉆壓530kN、轉(zhuǎn)速8090rmN、排量67Ls、泵壓810MPa。段銑時一定要保證

36、送鉆均勻,每次加壓送鉆量不超過2cm。 d遇卡處理。 在段銑作業(yè)結(jié)束或中述更換銑刀起鉆時,上提段銑管柱可能會在上切口遇卡,其原固有:切削液粘度較低或泵排量不足時,大量切屑堆積在段銑工具周圍并纏繞在銑刀上,在將工具拉入套管時遇卡;活塞總成被卡,彈簧張力不能迫使活塞復(fù)怔;切銑時鉆壓過大或溜鉆、頓鉆,造成銑刀扭曲變形。不管是那種情況,都不能強(qiáng)行起鉆,應(yīng)將工具下放進(jìn)入窗口153m,停泵轉(zhuǎn)動工具,這樣就可以弄掉所有的切屑。慢慢再試著將工具拉入套管,如果不行,再重復(fù)一次清理切屑的動作,或者在轉(zhuǎn)動鉆柱23min后上提345m,然后猛松剎把使鉆柱迅速下滑,再迅速剎車,這樣反復(fù)震擊幾次有助于彈簧釋放并推動活塞上

37、移,收回銑刀。還有一種解卡的方法是返回下切口位置無泵壓切銑鉆壓i一15kX、轉(zhuǎn)速120150rmin,約30min可磨光銑刀切削刃,順利提出段銑工具。324 段銑作業(yè)工藝要求 a段銑時應(yīng)仔細(xì)觀察切屑形態(tài)參數(shù),保證段銑均勻。 段銑過程實質(zhì)上是一種擠壓過程。在擠壓過程中,油套被切層主要經(jīng)過剪切滑移變形而變成切屑。由于泊套鋼級、壁厚與銑進(jìn)參數(shù)的不同,滑移變形的程度有很大差異,因而得到不同形態(tài)的切屑。比較理想的切屑是58cm長、o4一o7mm厚的條狀切屑。如果鉆壓過小,會造成切屑過細(xì),呈頭發(fā)絲狀,可以適當(dāng)增加鉆壓?如果返出的切屑呈片狀,說明鉆壓過大、套管磨損嚴(yán)重或套管鋼級較低??傊毋姇r仔細(xì)觀察切屑形

38、態(tài),可以幫助了解切削狀況,以便及時調(diào)整段銑參數(shù),保證段銑均勻。持別在切銑射孔井段時,更應(yīng)小心控制段銑參數(shù),否則會造成套管破裂、切銑不完全、偏磨以至卡鉆等復(fù)雜情況。 b段銑時應(yīng)嚴(yán)格控制送鉆量,保證加壓平穩(wěn)。 油井管材屆塑性材料,切銑時往往固表面硬化使斷口抗沖擊的能力減弱。如果司鉆操作不平穩(wěn),銑刀切入過深,被切層未經(jīng)滑移變形即被擠裂或崩斷,致使套管斷口凹凸不平。這就給后續(xù)切削增加了困難,嚴(yán)重時還可能損壞段銑工具,釀成工程事故。 c段銑時應(yīng)及時調(diào)整切削液性能,保證井眼清潔。 井眼清潔是段銑作業(yè)成功的基本保證,增大環(huán)空返速可提高井眼凈化程度,但提高切削液鉆度更為有效。一般維持切削液漏斗粘度在3540s

39、即可滿足攜屑要求,同時還應(yīng)控制鉆井液密度,防止地層出水造成切削液粘切下降。段銑時,返出的切屑從振動篩上回收,每間隔一段時間稱其重量,以便了解井眼凈化程度。325 段銑工藝應(yīng)用實例 百4l側(cè)鉆水平井是百口泉油田百2l井區(qū)第三口側(cè)鉆水平井,該井設(shè)計開窗井段上距射孔井段底界4m、下距人工井底47m,調(diào)整余地較小,因此開窗難度較大。為保證段銑作業(yè)順利進(jìn)行,在段銑施工前對設(shè)計鉆具組合進(jìn)行了調(diào)整,去掉,105mm鉆鋌、加大段銑工具下部扶正器外徑至120mm,這樣既降低了下部鉆具組合剛度、改善了段銑工具受力狀況,又減小了沖擊載荷、防止銑刀偏磨。 百4l井采用貝克休斯D型段銑工具在2044m定位切割,轉(zhuǎn)速45

40、50rmin、排量6、7Ls、泵壓78MPa,14min后截斷套管,泵壓下降到6MPa。提高轉(zhuǎn)速至80rmEn*定位磨削斷口20mEn后開始段銑,累計純銑時間605h、段銑進(jìn)尺18、5m,平均銑速031m兒。百41井段銑至20455m時銑速下降,依據(jù)油套接箍數(shù)據(jù)及鉆具伸長量判斷已銑進(jìn)至套管接箍。繼續(xù)段銑18h,進(jìn)尺僅o、8m,因鉆井泵故障,現(xiàn)場技術(shù)人員決定提鉆檢查,發(fā)現(xiàn)段銑工具本體及扶正器完好無損、銑刀底部淺圓弧磨格寬度與接箍壁厚相當(dāng)。機(jī)修后下入原刀片繼續(xù)段銑,銑速明顯提高。由于切削液粘度低(28s)、井眼凈化不良,段銑至2061m時泵壓升高7MPa、懸重下降70kN,上提鉆具有掛卡現(xiàn)象。多次

41、上下活動鉆具至泵壓、懸重正常后調(diào)整切削液性能,加入膨潤土、高粘CMC、FA一367將切削液粘度提高至45s,大排量洗井,井口返出大量切屑。井眼清潔后繼續(xù)段銑至20625m提鉆。銑刀磨損深度llmm,還可繼續(xù)使用。33重建人工井底311 擴(kuò)眼 段銑作業(yè)完成后要對窗口裸露井段實施擴(kuò)眼作業(yè),清除窗口位置水泥環(huán),以提高側(cè)鉆水泥塞與地層膠結(jié)強(qiáng)度,防止側(cè)鉆作業(yè)時水泥環(huán)脫落,造成井下復(fù)雜情況。 擴(kuò)眼鉆頭結(jié)構(gòu)原理、操作方法與段銑工具相似,也采用液壓控制,可以將窗口裸眼井徑擴(kuò)大40一50mm。為了防止擴(kuò)眼鉆頭損壞套管切口,擴(kuò)眼井段距離上、下切口應(yīng)不少于o3m。3、32 注水泥塞 注水泥塞也是段銑開窗施工作業(yè)的一

42、道重要工序,其目的是為了加固窗口,并為側(cè)鉆造斜提供一個穩(wěn)定、準(zhǔn)確的人工井底。由于水泥塞強(qiáng)度對韌始造斜定向工具造斜率影響較大,要求水泥塞抗壓強(qiáng)度與窗口附近地層硬度相當(dāng)。 為提高側(cè)鉆水泥塞抗壓強(qiáng)度、保證水泥漿混合均勻,施工作業(yè)應(yīng)采用批量混配方式配制密度較高的水泥漿,并通過加入分散劑與降濾失劑控制水泥漿流變性與濾失量。由于施工作業(yè)時采用平衡塞法注水泥,因此要求井內(nèi)壓力穩(wěn)定并理壓候凝,防止井內(nèi)出水推動水泥塞上行,造成平衡法注水泥塞失效。333 鉆水泥塞 鉆水泥塞作業(yè)一般在水泥漿候凝24h后進(jìn)行,并通過鉆進(jìn)參數(shù)與機(jī)械鉆速判斷水泥塞是否成功。鉆進(jìn)至例鉆點位置,如果發(fā)現(xiàn)水泥塞強(qiáng)度難以滿足側(cè)鉆作業(yè)要求,應(yīng)繼續(xù)

43、鉆進(jìn)至下切口重注水泥塞。334 上部套管試壓 上部套管試壓一般在水泥塞封堵油層的基礎(chǔ)上進(jìn)行,其目的是為了了解側(cè)鉆點上部套管承壓情況。一般試壓10MPa,30min壓降不超過05MPa為合格。如果壓降不符合標(biāo)準(zhǔn)要求,應(yīng)根據(jù)漏失狀況采取相應(yīng)的封堵措施,保證上部套管能滿足側(cè)鉆水平井正常生產(chǎn)及增產(chǎn)措施要求。335 刮削 對注水泥塞井段,應(yīng)采用套管刮削器清除管壁水泥環(huán)、水泥塊及上切口毛刺,以便各類井下工具順利下入。4 段銑開窗工藝特點 目前,側(cè)鉆水平井套管開窗有斜向器開窗與段銑開窗兩種方法。 段銑開窗由于在窗口位置有一定長度的裸眼井段,不僅可向任意方向造斜佃鉆,而且適合使用價格相對低廉的有線隨鉆測斜儀連

44、續(xù)監(jiān)控井眼軌跡。而斜向器開窗使用陀螺測斜儀定向,不僅不能隨鉆測斜,而且只能在頂著井斜方向的一面?zhèn)茹@成功的可能性大,而背著井斜方向的一面成功的可能性較小。 段銑工具在更換銑刀后可以重復(fù)使用,而斜向器開窗工具一般只能使用一次,而且抖向器無可鉆性,一旦定向失誤或斜向器轉(zhuǎn)動、下沉,只能重新確定開窗位置。 就作業(yè)時間而言,段銑開窗要銑掉20m左右套管,而斜向器開窗只是從23m套管內(nèi)順著側(cè)鉆方位的一面磨出一個橢圓形窗口,似乎段銑作業(yè)工作量大。但斜向器開窗工序復(fù)雜、施工難度大、技術(shù)性強(qiáng),各種規(guī)格的下井工具較多,所以總的作業(yè)時間大致相同。 盡管段銑開窗施工費(fèi)用稍高,但側(cè)鉆定向容易,施工可靠性也比較高,在側(cè)鉆水

45、平井開窗作業(yè)中,我們還是傾向于使用段銑開窗方式。3.4.4 套管開窗技術(shù) 開窗鉆具組合為:118mm銑錐+89mmDC或105mmDC ×6-9根+73mmDP。 套管開窗主要分五個階段進(jìn)行: 第一階段:從鉆鉸式銑錐探到斜向器到球形體柱體段接觸斜向器。此段要輕壓慢轉(zhuǎn),使之磨銑出一個均勻的接觸面,磨銑參數(shù)一般為:鉆壓0-5kN,轉(zhuǎn)速40-50r/min,排量8-10L/s、泵壓15MPa。 第二階段:從球形體柱體段接觸斜向器到鉆鉸式銑錐底圓中心線出套管外壁,此段應(yīng)采用大鉆壓、中轉(zhuǎn)速磨銑,以達(dá)到快速切割的目的。磨銑參數(shù)一般為:鉆壓20-40kN,(根據(jù)返出鐵屑的大小、形狀、轉(zhuǎn)盤負(fù)荷、蹩鉆

46、程度等適當(dāng)調(diào)整鉆壓),轉(zhuǎn)速50-60r/min,排量8-10L/s 。 第三階段:從鉆鉸式銑錐底圓中心線出套管外壁到銑錐頭銑過套管進(jìn)入地層,此段銑錐頭一部分出套管外壁,大鉆壓磨進(jìn)易使銑錐提前滑到井壁,造成死臺階,影響后續(xù)鉆井作業(yè),因此此段是保證下窗口圓滑的關(guān)鍵井段,易采用輕壓、中轉(zhuǎn)速磨進(jìn)。磨銑參數(shù)一般為:鉆壓5-10kN,轉(zhuǎn)速50-60r/min,排量8-10L/s。 第四階段:從銑錐頭出套管到銑錐最大外徑段出套管,此段采用小鉆壓、中轉(zhuǎn)速磨進(jìn),進(jìn)尺為一個銑錐長度。 第五階段:修窗。自窗口至窗底采取加壓5kN,中轉(zhuǎn)速修整窗口,反復(fù)多次直到窗口暢通,并鉆進(jìn)地層3-5m。3.4.5套管鍛銑技術(shù)S32

47、井177.8mm套管鍛銑開窗井段為3839m-3868.96m,長度29.96m,套管鋼級P110,壁厚11.51mm。鍛銑鉆具組合:177.8mm鍛銑工具(AZ)+ 150mm穩(wěn)定器+120.7mmDC×6根+89mmDP;鍛銑參數(shù):鉆壓10-35kN,轉(zhuǎn)速60-70r/min,排量:5-8L/s(切割時),10-20L/s(磨銑套管時);泵壓:14MPa。泥漿參數(shù):密度1.61g/cm3 ;粘度65-105s。注意事項:·鍛銑點避開套管接箍;·泥漿粘度80S以上,切力10/25Pa;· 剎把操作要平穩(wěn),送鉆要均勻,防止鉆壓過大或溜鉆;·每磨

48、0.5-1m就停止磨銑,循環(huán)鉆井液30-40min。·發(fā)現(xiàn)泵壓升高,停止銑進(jìn),充分循環(huán)。3.5裸眼鉆進(jìn)技術(shù),3.5.1鉆頭優(yōu)選技術(shù)在鉆井過程中,鉆頭使用效果如何,對一口井的鉆井速影響極大。而鉆頭的使用效果,首先取決于鉆頭選型是否合理。因此,合理地選用鉆頭是提高鉆井速度、降低鉆井成本的前提。雖然鉆頭選型的方法很多,但考慮到小尺寸鉆頭的開發(fā)水平和使用狀況,在小尺寸鉆頭選型方面主要考慮了以下兩種方法:3.5.1.1 根據(jù)老井和鄰井資料選擇鉆頭在中原油田,小井眼鉆井一般為老井開窗側(cè)鉆小井眼井,這就為小尺寸鉆頭的選擇提供了有利的條件。主要體現(xiàn)在: 對所鉆地層的巖性和可鉆性有著比較清楚的了解。由

49、于側(cè)鉆井相對老井的位移較小,巖性和巖石的可鉆性基本上沒有變化或變化很小,借助老井資料(如測井資料、錄井資料等)就可以清楚地了解將要鉆遇地層的巖性和可鉆性。 所需鉆頭型號少。由于鉆進(jìn)井段相對較短,鉆遇的巖層少,巖性相對比較穩(wěn)定,較少的鉆頭型號基本上就能夠滿足需要。 可以充分利用老井鉆井時的實鉆鉆頭資料,指導(dǎo)鉆頭選型。老井實鉆鉆頭資料包括鉆頭型號、進(jìn)尺、磨損情況等,這些資料對于合理選擇側(cè)鉆井鉆頭非常重要。 有鄰井資料可以參。在側(cè)鉆井的周圍一般都有不少的已鉆井,這些井的實鉆資料可以對鉆頭選型起輔助作用。根據(jù)老井和鄰井資料選擇鉆頭的程序是:調(diào)研老井資料錄井資料鉆頭資料測井資料分析老井資料 初選鉆頭參考

50、鄰井資料確定鉆頭型號3.5.1.2小尺寸鉆頭評價現(xiàn)場常用鉆頭的進(jìn)尺、壽命及平均機(jī)械鉆速三項技術(shù)指標(biāo)作為鉆頭選型的依據(jù),但由于一種類型鉆頭的各項指標(biāo)并非全部優(yōu)于另一類型的鉆頭,如PDC和偏心PDC鉆頭壽命長,單牙輪鉆頭鉆速高,有時不能對其直觀地做出判斷,因此需要綜合考慮鉆頭的技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。鉆頭經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以單位進(jìn)尺成本為依據(jù),定義如下:式中:C每米成本,元/米; B鉆頭成本,元; F進(jìn)尺, m;Rc鉆機(jī)作業(yè)費(fèi),元/h; T鉆頭壽命,h; t輔助工作時間,h。鉆頭技術(shù)指標(biāo)主要考慮進(jìn)尺、機(jī)械鉆速、井深等三個方面。鉆頭綜合評價函數(shù)為:式中:L距離,無量綱;F,f進(jìn)尺,進(jìn)尺均值,m;V,v機(jī)械鉆速,機(jī)

51、械鉆速均值,m/h;C,c成本,成本均值,元/m;H,h深度,深度均值,m;K1,K2,K3,K4平衡系數(shù),無量綱,當(dāng)所考察的因素同等重要時,K1,K2,K3,K4均取1。3.5.1.3 小尺寸鉆頭的改進(jìn)根據(jù)鉆頭初選和評價結(jié)果,結(jié)合現(xiàn)場使用中所暴露出的問題,對小尺寸單牙輪鉆頭和PDC鉆頭進(jìn)行了改進(jìn)。3.5.1.3.1小尺寸單牙輪鉆頭的改進(jìn) 特點及存在問題小尺寸單牙輪鉆頭是針對小井眼鉆井開發(fā)的,與常規(guī)三牙輪鉆頭相比,有以下特點: 鉆頭體上鑲裝具有主動切削保徑作用的楔形齒,使鉆頭具有良好的保徑作用和倒劃眼功能; 在球狀牙輪上采用交錯布齒方式,增加了齒排數(shù),使牙齒工作平穩(wěn),減少了齒的磨損,并且對牙輪

52、形狀、齒排數(shù)、齒數(shù)、露高等進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計; 水力系統(tǒng)采用下水眼結(jié)構(gòu),使用射流和擴(kuò)散清洗兩種類型的噴嘴,對噴嘴組合進(jìn)行了水力匹配設(shè)計計算,有利于巖屑的排出; 密封系統(tǒng)采用HA系列三牙輪鉆頭密封形式,鉆頭軸承上有兩處密封,大、小軸密封十分可靠; 采用鋼球鎖緊牙輪,牙輪鎖緊可靠。單牙輪鉆頭在中原油田的應(yīng)用從總體上講是成功的,但也存在明顯的不足,主要表現(xiàn)在: 單牙輪鉆頭滑移運(yùn)動距離相對較大,導(dǎo)致牙齒的磨損相當(dāng)嚴(yán)重。所用單牙輪鉆頭牙齒齒高磨損1/4-3/4,這是鑲齒鉆頭在相同地層條件下所不曾有過的,就目前已有鉆頭狀況而言,單牙輪鉆頭的工作壽命實際上取決于牙齒的耐磨性,而不是鉆頭軸承的壽命。 單牙輪鉆頭牙

53、輪本體沖蝕嚴(yán)重。單牙輪鉆頭水力系統(tǒng)采用下水眼式結(jié)構(gòu),使用射流和擴(kuò)散兩種類型的噴嘴,射流噴嘴在鉆頭底部,直接對牙輪產(chǎn)生沖刷作用。這種狀況同鋼體PDC鉆頭抗沖蝕能力差的原因基本一致。 單牙輪鉆頭的改進(jìn)針對上述不足,與廠家合作對兩種型號的單牙輪鉆頭進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)后的單牙輪鉆頭為帶有金剛石復(fù)合齒的新型儲油系統(tǒng)單牙輪鉆頭,與改進(jìn)前相比,其主要結(jié)構(gòu)特點的顯著區(qū)別為:改進(jìn)后的單牙輪鉆頭在牙輪頂部齒排裝有若干顆(I型為6-12顆,II型為5-15)金剛石復(fù)合齒,能有效減緩頂部齒排硬質(zhì)合金齒的磨損,從而延長單牙輪鉆頭的使用壽命。另外,I型鉆頭在牙齒齒徑、露高和齒數(shù)上都有所增加或增大,有利于提高鉆頭的機(jī)械鉆速。

54、改進(jìn)后的單牙輪鉆頭使用了一種新申報專利的新型儲油系統(tǒng),并由此優(yōu)化設(shè)計主水孔流道直徑、位置和傾角,大大增加了流道拐角處的壁厚,降低了鉆頭體內(nèi)部的流速。從而可以有效消除沖蝕本體的現(xiàn)象,達(dá)到延長單牙輪鉆頭使用壽命的目的。改進(jìn)后的單牙輪鉆頭設(shè)計的噴嘴組合為:D下=14mm(1#),D上=13mm(2#);排量范圍:8-13L/S;正常鉆壓:30-80kN;正常轉(zhuǎn)速:45-150r/min。3.5.1.3.1小尺寸PDC鉆頭的改進(jìn)存在問題小尺寸PDC鉆頭使用效果不理想的主要原因有兩個方面: 鉆頭選型不合理。以往所使用的PDC鉆頭,基本上都是有什么型號的鉆頭就用什么型號的鉆頭,沒有針對中原油田的巖性特點,

55、對PDC鉆頭進(jìn)行必要的改進(jìn)。雖然個別鉆頭也取得了不錯的效果,但總體效果較差,因而影響了對小尺寸PDC鉆頭的整體評價。 PDC鉆頭的使用不合理。PDC鉆頭適合高轉(zhuǎn)速、低鉆壓鉆進(jìn),但由于設(shè)備等多種因素的限制,造成所選擇的鉆進(jìn)參數(shù)不適合小尺寸PDC鉆頭的要求,因而鉆速較慢。 小尺寸PDC鉆頭的改進(jìn)根據(jù)中原油田地層特點,對小尺寸PDC鉆頭進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計,在設(shè)計過程中考慮了以下因素: 冠部輪廓設(shè)計。根據(jù)地層特點,采用等切削原則和等磨損原則相結(jié)合,確定出適合中原油田地層的鉆頭輪廓形狀。 切削結(jié)構(gòu)設(shè)計??紤]到已使用小尺寸PDC鉆頭損壞的主要特征是:掉片、崩片、剝蝕脫層和過度磨損等現(xiàn)象,在設(shè)計時考慮的因素有:合理選擇切削齒,直徑一般為13mm的復(fù)合片;中密度布齒;切削齒的布置方式采用刀翼式。同時,為提高小尺寸PDC鉆頭在井下工作的穩(wěn)定性,還考慮了以下因素: 采用力平衡設(shè)計,降低由鉆頭的切削作用而產(chǎn)生的井下振動,增加鉆頭工作時的穩(wěn)定性,從而提高機(jī)械鉆速。

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