陳紹鋒 (中石油大慶油田有限責(zé)任公司大慶鉆探工程公司鉆井二公司,黑龍江大慶 163413)

L26-P5井井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計研究

陳紹鋒 (中石油大慶油田有限責(zé)任公司大慶鉆探工程公司鉆井二公司,黑龍江大慶 163413)

為了降低L26-P5井施工中的摩阻扭矩,實現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、高效鉆井,在分析套管與井眼曲率相適應(yīng)性的基礎(chǔ)上,對L26-P5井井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計中的剖面類型選擇、井眼曲率和靶前位移的確定等進行詳細研究。結(jié)果表明,L26-P5井套管能夠安全通過的最大井眼曲率為9.59°/30m、靶前位移為350m、井眼曲率為6.0°/30m～6.5°/30m～1.0°/30m的三增圓弧井眼軌跡,具有摩阻扭矩小、現(xiàn)場可操作強的特點,能夠保證井眼軌跡在縱向上和橫向上不偏離目的層,從而獲得良好的施工效果。

井眼曲率;井眼軌跡剖面;靶前位移

L26-P5井是部署在松遼盆地中央坳陷區(qū)龍虎泡——大安階地龍虎泡構(gòu)造上的一口開發(fā)水平油井,主要目的層為青山口組地層的高臺子油層。按照地質(zhì)設(shè)計要求,該井進入高臺子油層后在水平段內(nèi)橫向穿行1962.24m,屬于典型的長水平段水平井。為了安全、高效、優(yōu)質(zhì)地完成L26-P5井的鉆井施工,保證完井過程中套管的安全下入,筆者對L26-P5井井眼軌跡進行了優(yōu)化設(shè)計。

1 套管與井眼曲率適應(yīng)性分析

在水平井施工中,井眼曲率過高不僅增加鉆井施工難度,還會影響完井過程中套管的安全下入[1]。為了保證套管安全下入,需要計算套管能夠安全通過的最大井眼曲率。在進行井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計時,要保證最大井眼曲率小于套管能夠安全通過的井眼曲率。套管允許通過的最大井眼曲率計算公式如下[2]:

式中,R為套管允許彎曲半徑,m;E為鋼的彈性模量,2.1×106k Pa;D為套管外徑,cm;k1為抗彎安全系數(shù),取值1.8;k2為套管螺紋連接處安全系數(shù),取值3;Yp為鋼材屈服極限,kPa;K為套管安全通過的最大井眼曲率,(°)/30m。

根據(jù)L26-P5井的相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù),應(yīng)用上述公式對鋼級為N80、外徑為177.8mm的套管進行允許彎曲半徑和允許井眼曲率計算,該套管允許的彎曲半徑為179.22m,能夠安全通過的最大井眼曲率為9.59°/30m。因此,在進行L26-P5井的井眼軌跡設(shè)計時,井眼曲率應(yīng)要小于9.59°/30m。

2 井眼軌跡剖面類型優(yōu)選

目前在井眼軌跡設(shè)計中應(yīng)用的剖面類型主要有單增圓弧剖面、雙增圓弧剖面和三增圓弧剖面,其中單增圓弧剖面造斜段最短,造斜率最高,井眼軌跡不夠光滑,而雙增圓弧剖面和三增圓弧剖面造斜率相對較低,更適合應(yīng)用常規(guī)螺桿鉆具定向[3]。應(yīng)用landmark水平井優(yōu)化設(shè)計軟件對3種剖面類型的摩阻力情況進行模擬計算,結(jié)果如圖1所示。由圖1可知,3種剖面類型自造斜點以后隨著井深增加,摩阻力都在增大,但是三圓弧剖面摩阻力增加的相對緩慢,在相同井深時,單增圓弧剖面摩阻力最大,雙增圓弧剖面次之,三增圓弧剖面摩阻力最小。因此,應(yīng)選擇三增圓弧軌跡剖面類型進行L26-P5井的井眼軌跡設(shè)計。

3 井眼曲率和靶前位移的確定

圖1 不同剖面類型摩阻力曲線圖

長水平段水平井能否實現(xiàn)水平段的安全、高效施工,主要取決于該井的摩阻扭矩情況,而摩阻扭矩的大小又與井眼曲率大小、井斜角大小等因素有關(guān)[1]。在進行井眼曲率優(yōu)化設(shè)計時,靶前位移大小直接影響著井眼曲率的大小,如果靶前位移過大,則井眼曲率必然降低,相應(yīng)的造斜井段也會增長;靶前位移過小,井眼曲率相應(yīng)的增大,造斜井段較短。因此,在條件允許情況下應(yīng)盡可能選擇合適的靶前位移和井眼曲率[3]。根據(jù)L26-P5井的水平井段長度,利用landmark軟件對不同靶前位移和井眼曲率的摩阻扭矩情況及鉆具組合彎曲情況進行模擬,模擬結(jié)果如表1所示。由表1數(shù)據(jù)可知,隨著靶前位移的增大,井眼曲率逐漸降低,起鉆摩阻也逐漸減小,當(dāng)靶前位移為350m時達到最小;下鉆摩阻逐漸增大,轉(zhuǎn)盤扭矩逐漸減小,但是自靶前位移350m以后無論是下鉆摩阻,還是轉(zhuǎn)盤扭矩減小的幅度都非常小;鉆具彎曲形式由螺旋彎曲過渡到正弦彎曲。因此,在考慮摩阻扭矩盡量小、造斜井段盡量小的情況下,L26-P5井井眼軌跡選擇靶前位移350m比較合適,此時的井眼曲率為6.0°/30m～6.5°/30m～1.0°/ 30m,能夠使套管安全通過。

表1 不同靶前位移和井眼曲率下的摩阻扭矩和鉆具彎曲類型表

4 現(xiàn)場應(yīng)用效果

L26-P5井自井深1513.60m進行定向造斜施工,鉆具組合如下:?215.9mm PDC鉆頭+?172mm螺桿鉆具(單彎1.25°)+?172mm LWD隨鉆測斜儀器+?165mm鉆鋌+?127mm加重鉆桿+ ?127mm 18°斜坡鉆桿+?127mm加重鉆桿。施工中詳細記錄每個單根的定向情況,使井斜40°前井眼曲率不超過6.0°/30m,隨著造斜趨勢的形成,嚴格控制定向和復(fù)合鉆進的比例,使40～87.42°之間的井眼曲率不超過6.5°/30m。為了防止因目的層垂深誤差而脫靶,應(yīng)用1.0°/30m的井眼曲率進行穩(wěn)斜探油頂。鉆至井深2035.96m時,井斜89.87°準確命中靶點A并進入水平段施工。水平段施工中應(yīng)用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具結(jié)合地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng),根據(jù)目的層伽馬、電阻率等參數(shù)的變化,結(jié)合地質(zhì)錄井?dāng)?shù)據(jù)和砂樣,及時調(diào)整井斜角和方位角,直至鉆至井深3998.20m完鉆,確保了井眼軌跡在縱向上和橫向上不偏離目的層,從而達到了設(shè)計要求(見表2)。

5 結(jié)論

1)通過計算確定L26-P5井套管能夠安全通過的最大井眼曲率為9.59°/30m。

2)在井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計過程中,三增圓弧軌跡剖面的摩阻扭矩最小,更適合現(xiàn)場常規(guī)螺桿鉆具定向施工。

3)采用350m靶前位移、6.0°/30m～6.5°/30m～1.0°/30m的三增圓弧井眼軌跡,可以確保其在縱向上和橫向上不偏離目的層,從而滿足設(shè)計要求。

表2 井眼軌跡數(shù)據(jù)表

[1]韓福彬,李瑞營,李國華,等.慶深氣田致密砂礫巖氣藏小井眼水平井鉆井技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù),2013,41(5):56-61.

[2]李增樂.中淺層水平井井眼軌道優(yōu)化設(shè)計與施工[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2013,40(10):43-45.

[3]陳琳琳,王永吉,李瑞營.垣平1井長水平段水平井設(shè)計與施工[J].石油鉆探技術(shù),2013,41(6):115-119.

[編輯] 李啟棟

TE242

A

1673-1409(2014)32-0065-02

2014-07-01

陳紹鋒(1982-),男,工程師,現(xiàn)主要從事鉆井技術(shù)方面的研究工作。