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水平井技術(shù)促進(jìn)淺薄層稠油開發(fā)

[加入收藏][字號: ] [時間:2012-02-02  來源:《石油與裝備》  關(guān)注度:0]
摘要:   河南油田擁有豐富的淺層稠油資源,稠油主要上產(chǎn)區(qū)塊在井樓、古城、新莊和楊樓,探明地質(zhì)儲量7,360104噸,但是由于油層薄,僅采用直井或斜直井進(jìn)行開采,儲量動用低,目前仍有2,000104噸稠油沒有得到有效動用。井樓區(qū)塊稠油油層厚度...

  河南油田擁有豐富的淺層稠油資源,稠油主要上產(chǎn)區(qū)塊在井樓、古城、新莊和楊樓,探明地質(zhì)儲量7,360×104噸,但是由于油層薄,僅采用直井或斜直井進(jìn)行開采,儲量動用低,目前仍有2,000×104噸稠油沒有得到有效動用。井樓區(qū)塊稠油油層厚度變化大,主要以中薄層為主,其中厚度小于5米的油層就占油層總數(shù)的80%以上,利用直井或常規(guī)定向井開發(fā),一直存在著效益低下的問題。因此,利用水平井技術(shù)鉆探和開發(fā)稠油油藏,對河南油田老區(qū)提高和維持產(chǎn)能有非常重要的作用。


淺薄層稠油


水平井的技術(shù)難點


  井樓油田稠油油藏埋深淺,埋深最淺的一般在150~190m左右,限于油藏條件和儲層認(rèn)識以及工藝能力,目前仍以直井和斜直井熱采為主要開發(fā)方式。采用水平井方式進(jìn)行開采,能更有效地增大油層裸露面積,擴(kuò)大蒸汽熱驅(qū)范圍,提高采收率。但是,由于地面距離目的層垂直井段短,對淺層稠油水平井鉆井完井應(yīng)用常規(guī)直井鉆機存在一些特定的技術(shù)難題。


  用直井鉆機鉆淺薄層稠油水平井存在的主要技術(shù)難點如下:一、油藏埋藏淺,地層比較疏松易坍塌,鉆井中存在鉆具造斜率難以控制、井段調(diào)整余量小、井眼軌跡控制難度大以及管柱摩阻大等難點。二、地層松軟,易造成井壁失穩(wěn),易垮塌、易涌、易漏、易形成大肚子;鉆井液要滿足穩(wěn)定井壁、攜帶、清潔井眼、降低摩阻。三、井眼曲率大、水平段長,完井套管能否順利通過這么大的曲率;即使套管能通過也必須考慮套管串結(jié)構(gòu),防止套管扶正器下入過多導(dǎo)致套管無法下到設(shè)計位置。


井身結(jié)構(gòu)設(shè)計


與井身剖面設(shè)計


  井身結(jié)構(gòu)設(shè)計  綜合考慮剖面設(shè)計、地表水保護(hù)及淺層氣預(yù)防,井控安全,設(shè)計井深以及高造斜率實現(xiàn)難度等因素,確定表層下深:表層套管下至上第三系上寺組底(113m左右),對井控安全有利,但因表層地層松軟,大井眼造斜率低,井斜增加緩慢,二開必須設(shè)計高造斜率才能滿足地質(zhì)目的,但工具的實際造斜能力是有限的,會達(dá)不到設(shè)計的造斜率,造成不能實現(xiàn)地質(zhì)目的,所以表層套管不能下得過深,依據(jù)二開鉆具的最大造斜率反推表層套管下深最多只能在70m。為降低下步施工風(fēng)險采用表層定向,在一開20m處開始采用陀螺定向,以保證下步造斜率能夠?qū)崿F(xiàn)。根據(jù)井樓水平井的實鉆情況,表層下深優(yōu)化為70m。淺層稠油油藏埋深淺,油藏溫度低,在常溫下,原油粘度極高,開采困難。為增加原油自然流動的能力,目前稠油普遍采用蒸汽吞吐熱采,采用Ф177.8 mm大尺寸套管,套管射孔完井方式,滿足后期采油的需要。


  因此樓平5井的井身結(jié)構(gòu)如圖1:一開鉆頭采用Ф444.5mm,表層套管尺寸優(yōu)化為Ф339.7mm,固井水泥返至地面。二開鉆頭采用Ф244.5mm,油層套管尺寸優(yōu)化為Ф177.8mm,固井水泥返至地面。


  井身剖面設(shè)計  井身剖面設(shè)計應(yīng)首先確保施工安全和實現(xiàn)地質(zhì)目的,同時還應(yīng)結(jié)合目前水平井鉆井技術(shù)、設(shè)備及工具的能力,選擇“直-增-增-穩(wěn)”4段制井身剖面。該剖面相對簡單,工具選擇方便,施工易于控制;此外,四段制井眼剖面造斜井段相對較短,利于降低管柱下入摩阻。在為滿足地質(zhì)靶區(qū)要求、同時考慮到井眼剖面優(yōu)化,確保Φ177.8mm油層套管能夠安全順利下入、同時可加快鉆井速度、利于降低鉆井成本,確定樓平5井造斜段造斜率為42~46°/100m。該井身剖面設(shè)計數(shù)據(jù)如表1。


井眼軌跡控制技術(shù)


  影響井眼軌跡控制的因素有很多, 主要有: 螺桿的結(jié)構(gòu)參數(shù)、鉆進(jìn)時工具面的控制精度、鉆井參數(shù)、地層的可鉆性及各相異性, 其中螺桿結(jié)構(gòu)參數(shù)占主導(dǎo)地位。造斜段鉆進(jìn)時, 選用彎螺桿作為造斜工具。為了保持造斜率的穩(wěn)定, 在上部可鉆性好的井段采用控時鉆井技術(shù), 適當(dāng)控制機械鉆速, 避免由于機械鉆速的不穩(wěn)定造成造斜率波動。隨著井深的增加和井斜角的增大, 適當(dāng)增加鉆壓, 以消除鉆具摩阻對鉆頭加壓的影響。根據(jù)隨鉆測量結(jié)果, 使用水平井工程軟件對井眼軌跡計算和預(yù)測, 始終以靶點為目標(biāo)對待鉆井眼進(jìn)行分析。若測量結(jié)果與設(shè)計的待鉆井眼軌跡不相符,就要及時改變鉆井參數(shù)或鉆具結(jié)構(gòu)。水平段鉆進(jìn)時采用滑動與旋轉(zhuǎn)相結(jié)合的鉆井方式, 使用無線隨鉆測量儀器監(jiān)測井眼軌跡。考慮到水平段靶窗較小, 提高了測量密度。根據(jù)測量的結(jié)果采取對應(yīng)的鉆井方式, 成功地將井眼軌跡控制在窄小的靶區(qū)內(nèi)。


  下面以樓平5井為例,進(jìn)行井眼軌跡控制:


  一開直井段(0-20m):鉆具組合——Φ445mm鉆頭+Φ178mm鉆鋌+Φ127mm鉆桿;鉆井參數(shù)——鉆壓1kN,泵壓8~9MPa,排量32L/s。


  一開造斜段(20~71m):鉆具組合——F445mm鉆頭+F244mm2.75°單彎螺桿+定向接頭+Φ203mm無磁鉆鋌1根+φ203mm鉆鋌;鉆井參數(shù)——鉆壓10~20kN,泵壓8~9MPa,排量32L/s。進(jìn)行表層定向,由于地面磁干擾嚴(yán)重,使用陀螺定位及單點標(biāo)記定向,井底井斜5°、方位346.41°。


  二開造斜段(71~262m):采用鉆具組合——Φ244.5mm鉆頭+Φ197mm 1×2.75°雙彎+411×410定向接頭+Φ203mm無磁鉆鋌1根+Φ203mm鉆鋌;鉆井參數(shù)——鉆壓10~30kN,泵壓8~10MPa,排量32L/s。進(jìn)行二開定向,由于表層套管磁干擾嚴(yán)重,同樣使用陀螺定位及單點標(biāo)記定向,達(dá)到施工設(shè)計的要求。


  水平段(262~485m):在大斜度井段及水平段,由于造斜率高,井眼曲率大,傳統(tǒng)的正裝鉆柱結(jié)構(gòu)已不再適用,須采用優(yōu)化的倒裝鉆具組合。因此,鉆柱下部用無磁承壓鉆桿代替?zhèn)鹘y(tǒng)的無磁鉆鋌,用斜坡鉆桿和加重鉆桿代替鉆鋌傳遞軸向載荷,減小鉆柱剛度,以降低摩阻和扭矩;鉆柱上部在表層套管內(nèi)使用大直徑鉆鋌,以提供足夠的鉆壓。

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