湖盆沉积相长裸眼复杂轨道定向井提速难点与对策

中石化西南石油工程有限公司临盘钻井分公司工程技术服务队 山东 临邑 251500

1 湖盆沉积相长裸眼复杂轨道定向井提速钻井难点分析

1.1 砂泥岩长裸眼井身结构加剧了地层的高摩阻特性,在湖盆沉积相的中高渗透性砂岩地层,泥饼较厚,对钻具包角较大,易粘吸钻具而造成托压,泥页岩井壁不规则,易形成沙桥,会增加扶正器、钻杆接头等钻具变径部分的通过阻力。

1.2 设计轨道复杂摩阻扭矩大,非典型井轨道特点:多段制化、大井斜化、大位移化、三维扭方位化和“S”型降斜化,由于五化特征的存在,实钻过程中摩阻扭矩大,对钻速提高的制约主要表现为①滑动钻进易托压,定向耗时长;②复合钻进扭矩高,钻井参数优化空间小。

1.3 高摩阻条件下钻进时存在粘滑振现象,高摩阻存在的情况下,钻柱与井壁的严重摩擦,使钻具主动扭矩产生循环的积聚和释放,导致钻头发生粘滑振现象,PDC钻头发生崩齿、偏磨等现象,PDC钻头损坏导致破岩效率降低,钻速下降;

1.4 环空存在岩屑床,大井斜段及轨迹拐点处,环空下井壁岩屑浓度高,存在岩屑床,使钻具与钻井液之间的固液摩擦变成了固固摩擦,使钻具受到的摩擦力进一步增大,且水基钻井液润滑能力有限,导致定向易托压;

2 提速钻井的对策

2.1 应用准悬链线轨道优化技术将设计轨道的一部分圆弧段和一部分稳斜段优化为一段曲率递减或曲率恒定的悬链线轨道,从而导致了一系列的正弦形狗腿,充分利用单弯螺杆钻具的导向增斜特性,减少滑动进尺,提高机械钻速,同时扭矩及阻力的减少能够对钻头施加更大的钻压以提高机械钻速。

2.2 利用NDS摩阻分析软件优化钻具组合,摩阻的大小用钻柱静重与起下钻悬重之差来衡量。同样,由于摩擦作用钻台施加的扭矩与钻头所获得的扭矩存在差异。摩阻和扭矩问题经常互相联系,在延伸井和水平井上会特别严重,摩阻扭矩损失有许多根源:压差卡钻、键槽、井壁的不稳定性、较差的井眼净化和与钻柱侧向力有关的总摩擦作用。

2.3 集成应用水力减阻工具,钻具组合中加入水力振荡器,通过周期性定频振荡钻柱,使得BHA产生轴向振动,将静摩擦转变为动摩擦,减少滑动钻进和旋转钻进时井壁与钻杆之间的摩擦,提高钻压传递效率,提高了高效PDC钻头的适用性,提高了高摩阻定向井中PDC钻头的连续钻进能力。

2.4 提高大井斜段井眼清洁的集成技术,适当提高钻井液密度和环空返速,提高排量30L/s以上;调整钻井液的流型和流变性能,在大斜度井段中钻井液为紊流时清洁效果更好,但现场条件所限,无法形成紊流,所以可以通过提高钻井液的动塑比,形成平板型层流来提高井眼清洗效果;调节钻具转速,增大钻杆转速可扰动岩屑床,使岩屑重新分散到钻井液中,阻止岩屑在钻杆接头和钻杆保护器附近聚集;短起下钻破坏岩屑床,根据井段长度或托压严重程度,确定短起下钻的频次;

3 典型井应用

3.1 预探井盘斜68井典型应用 该井为区域边缘预探评价井,轨道模型为直—增—稳—扭—增—扭—稳,井身结构结构表层600m,二开裸眼段长3600m,最大井斜:51.97°,扭方位量:38°利用NDS摩阻软件对设计轨道的摩阻情况进行分析,增斜扭方位的井段侧向力超过了裸眼经验值0.992T/10m的250%。增斜扭方位的井段侧向力也达到了0.8-0.9T/10m的临界状态,起下钻过程中摩阻30T-50T,滑动定向钻进时摩阻25-35T,是典型的高摩阻大井斜三维空间轨道定向井。

实钻中,通过优化轨迹,将原剖面的增斜段的一部分和稳斜段的一部分优化为“准悬链线”轨道,减少25%的滑动进尺;优选钻具组合,二开PDC钻头+常规单弯1.5°螺杆钻具组合,钻进1990m～2300m的“准悬链线轨道”,导向/定向比31:1,第二段长稳斜段轨道应用PDC钻头+X:120m,Y:2m钻具组合实现导向/定向比15:1;润滑剂加量控制在3.3%,泥饼粘附系数在0.127～0.137,滑动钻进工具面稳定,没有出现严重的托压现象;水力振荡器效果显著,单只PDC钻头连续钻进1306m;大排量(平板层流)高转速(破坏岩屑床)通井携岩效果好;单井与同区域对比,钻井周期减少52%,滑动钻进钻速提高45.7%,达到了良好的提速效果。

4 结论与建议

1)在长裸眼复杂轨道定向井中应用准悬链线轨道优化控制实钻轨迹可以减少滑动进尺,提高钻井速度。

2)托压主要由钻柱与井壁之间的摩擦力造成的,其影响因素包括:井身结构井眼轨迹的平滑度、井眼清洁程度、钻具组合、钻井液的润滑性和地层类型。

3)优化井眼轨道、优化钻具组合、提高井眼清洁程度、提高钻井液的润滑性、采用改善托压的井下工具可以有效控制托压问题。

4)建议在高摩阻非典型轨道定向井中推广应用水力振荡器等减阻工具,实现该类型井的优快钻井。