WC-A1井TAML五級(jí)分支井鉆井技術(shù)研究及應(yīng)用

薛 洋

(中海油田服務(wù)股份有限公司， 廣東 湛江 524057)

文昌A油田位于南海北部大陸珠江口盆地珠三拗陷瓊海凸起中部，為低幅披覆背斜構(gòu)造。油層儲(chǔ)層為珠江組一段，巖性主要為泥質(zhì)粉砂巖，油層有效厚度0.6～2.1 m，為低滲低孔、多層斷塊儲(chǔ)層，前期采用水平井或側(cè)鉆水平井開發(fā)，不能完全控制含油面積。為降低鉆井成本，改善油藏開發(fā)效果，提高油氣產(chǎn)量，開展了海上TAML五級(jí)分支井鉆井技術(shù)研究[1-3]。

TAML是按多分支井的連通性(Connectivity)、隔離性(Isolation)、可達(dá)性(Accessibility)3個(gè)特性來評(píng)價(jià)其技術(shù)和分級(jí)的。1997年，英國(guó)Shell公司Eric Diggins按復(fù)雜性和功能性建立了分支井分級(jí)體系，即TAML(Technology Advancement for Multilateral Well)分級(jí)[4-5]。據(jù)TAML發(fā)表的數(shù)據(jù)表明，目前在全球已鉆成的數(shù)千口分支井中，96%左右為四級(jí)以下分支井，而五級(jí)分支井施工難度大，它不僅能夠在主井眼和分支井眼連結(jié)處下套管并注水泥，還增加了可在分支井套管和主套管連接處提供壓力密封的裝置[6-8]。

1 TAML五級(jí)分支井井眼軌跡控制

1.1 軌跡設(shè)計(jì)原則

由于分支井大多數(shù)是從套管內(nèi)開窗側(cè)鉆，其軌跡設(shè)計(jì)通常為三段制，即直(開窗)—增(造斜)—穩(wěn)(水平)，出窗口后盡快與主井眼分離，但要以軌跡簡(jiǎn)單可行為主要方向，最好為二維井；其次造斜率的選擇要應(yīng)滿足地質(zhì)對(duì)井眼軌跡的要求，還需兼顧后續(xù)帶彎角尾管順利下入，狗腿盡量小，不宜超過5 (°)/30 m；最后應(yīng)以目前該區(qū)塊成熟的井眼軌跡控制技術(shù)為基礎(chǔ)[9-10]。

在分支點(diǎn)選擇上，要避免套管接箍；選擇穩(wěn)定地層，盡量避開水層；開窗點(diǎn)需復(fù)測(cè)套管壁厚及固井質(zhì)量，選擇水泥膠結(jié)較好的地層，保證后續(xù)壁掛式懸掛器順利坐掛[11-12]。

按以上原則，通過Compass軟件對(duì)WC-A1井進(jìn)行軌跡設(shè)計(jì)。導(dǎo)入主井眼軌跡數(shù)據(jù)，通過地質(zhì)靶點(diǎn)確認(rèn)需要水平鉆進(jìn)的靶點(diǎn)深度及油層的地層傾角，開窗點(diǎn)避開老井套管接箍，采用三段制，造斜結(jié)束后進(jìn)入穩(wěn)斜段，軌跡設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如表1。

表1 WC-A1井分支井軌跡設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

根據(jù)以上軌跡情況，設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)如圖1。主井眼保留生產(chǎn)，?244.47 mm套管開窗側(cè)鉆A1分支井。一開?215.9 mm井段鉆至1 640 m著陸，鉆遇地層依次為粵海組、韓江組、珠江組一段，下?177.8 mm尾管，封固非目的層段；?152.4 mm井段鉆水平段。

圖1 文昌A1五級(jí)分支井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.2 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具優(yōu)選

如果開窗點(diǎn)附近井斜小于2.5°，需使用陀螺定向，而且通過Landmark軟件計(jì)算可知鉆具出窗口后與主井眼中心距分離4 m以上測(cè)斜才會(huì)沒有磁干擾影響，所以在直井段開窗一般選用馬達(dá)造斜至一定角度后，再起鉆更換旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具[13-15]。但WC-A1井會(huì)下入3.8°大彎角尾管，必須要考慮井眼軌跡平滑，否則一旦遇阻，?177.8 mm尾管極有可能下不到位。鉆井液采用分散性泥漿體系，適當(dāng)擴(kuò)眼，有利于尾管下入。綜合考慮磁干擾和井徑，推薦Xcel指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具用于該分支井作業(yè)，如圖2。

圖2 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向Xcel工具剖面圖

Xcel工具的工作原理為指向式，不受井徑的影響，在文昌區(qū)塊50%～60%力度就能滿足3.0～4.5 (°)/30 m造斜率的要求，地層匹配性較好，而且內(nèi)置“轉(zhuǎn)速陀螺儀”，可以解決盲區(qū)里工具無法定向的問題，還具有一定的抗磁干擾能力。

2 TAML五級(jí)分支井核心工具

2.1 S-3型 Hook Hanger 壁掛式懸掛器

為實(shí)現(xiàn)分支井眼與主井眼之間機(jī)械連接，Hook Hanger懸掛系統(tǒng)安裝在主井眼套管窗口上，使壁掛式懸掛器能夠在主井眼與分支井眼連接處提供機(jī)械支撐，讓鉆具能夠進(jìn)入主井眼或者分支井眼，并在鉆進(jìn)過程中隔離主井眼或分支井眼。

壁掛式懸掛器頂部接頭上端連接帶有送入工具接口的坐封滑套或者頂部封隔器，導(dǎo)向器夾頭溝槽定位于頂部短節(jié)，分支井眼導(dǎo)向器與坐封工具組合連接下入，在主井眼窗口能夠提供抗扭能力。密封筒面設(shè)計(jì)于壁掛式懸掛懸掛器的上下短節(jié)處，能夠與導(dǎo)向器形成密封。S-3型壁掛式懸掛器結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 S-3型壁掛式懸掛器

2.2 分支井眼導(dǎo)向器

分支井眼導(dǎo)向器是井眼重入的關(guān)鍵工具，它由GS(導(dǎo)向器回收撈矛)部位、卡入/卡出夾頭、扭矩片、O型密封圈等組成。導(dǎo)向器本體與井筒內(nèi)的壁掛式懸掛器預(yù)留的凹槽、鍵塊相配合實(shí)現(xiàn)定位，并利用鉆桿送入，沿壁掛器本體定向部分進(jìn)入分支，同時(shí)管內(nèi)提供循環(huán)通道。通過壁掛式懸掛器隔離主井眼后，導(dǎo)向器能夠進(jìn)入分支井眼，下放20 kN使夾頭卡入凹槽，過提30 kN驗(yàn)卡。導(dǎo)向器結(jié)構(gòu)如圖4。

圖4 分支井眼導(dǎo)向器

另外，導(dǎo)向器表面為疏水性材料，組裝導(dǎo)向器與壁掛式懸掛器時(shí)，在間隙中涂滿玻璃膠，能夠阻止水泥及雜質(zhì)進(jìn)入導(dǎo)向器和壁掛式懸掛器之間的空隙。兩端采用雙向卡瓦，避免固井結(jié)束后送入工具時(shí)帶動(dòng)尾管串。在采用雙向卡瓦尾管掛或尾管封隔器后，可以使用尾管送入工具一趟回收分支井導(dǎo)向器，并直接下鉆沖洗混漿，避免水泥混漿凝固。分支井眼導(dǎo)向器性能參數(shù)：

最大外徑

169 mm

最小內(nèi)徑

153.1 mm

長(zhǎng)度

9.74 m

脫手力

20 kN

抗內(nèi)壓等級(jí)

34.5 MPa

最大抗拉等級(jí)

200 kN

3 現(xiàn)場(chǎng)施工工藝

3.1 主井眼暫堵及一體化斜向器開窗

為保證主井眼儲(chǔ)層完整性和建立分支井眼鉆井過程中循環(huán)通道，首先在開窗點(diǎn)以下50 m下入暫堵封隔器，試壓合格后，墊入高黏度泥漿至設(shè)計(jì)開窗點(diǎn)，防止開窗時(shí)候鐵屑和固井期間水泥沉積，影響后期破裂盤打破。

使用一體化斜向器(如圖5)同時(shí)實(shí)現(xiàn)定向、開窗及修窗。鉆具組合如下：?244.47 mm斜向器+ ?215.9 mm開窗磨鞋+ ?209.55 mm下西瓜磨鞋+ ?161.92 mm撓性短節(jié)+ ?218.44 mm上西瓜磨鞋+ ?165.1 mm鉆挺1根+ ?171.45 mm定向接頭+ ?165.1 mm鉆挺5根+ ?127 mm鉆桿。到達(dá)設(shè)計(jì)開窗深度后，測(cè)陀螺，調(diào)整斜向器工具面。然后投球加壓13.79 MPa坐掛斜向器，下壓50 kN驗(yàn)證坐掛，繼續(xù)加壓至22.4 MPa，擊破開窗磨鞋里面的破裂盤。

圖5 一體化斜向器剖面

開窗及修窗。開窗銑錐到達(dá)斜向器頂部時(shí)，用醒目顏色油漆每0.20 m間隔標(biāo)記鉆具深度位置。開窗的過程中先用低鉆壓、小轉(zhuǎn)速，在確認(rèn)下西瓜磨鞋全部出窗口后，可逐漸加大鉆壓。修窗時(shí)使用高轉(zhuǎn)速修窗，直至上提下放無阻掛為止。參數(shù)：鉆壓10～20 kN，排量60 L/s，轉(zhuǎn)速70～100 r/min。

3.2 井眼軌跡控制及鉆井液性能維護(hù)

由于WC-A1井鉆遇地層主要為粵海組、韓江組及珠江組一段，設(shè)計(jì)軌跡的連續(xù)斜造率為3.5 (°)/30 m，因此分支井鉆進(jìn)過程中最主要的是對(duì)定向井軌跡的控制。通過前期對(duì)文昌區(qū)塊大量開發(fā)、調(diào)整井的井史大數(shù)據(jù)的總結(jié)，優(yōu)選出造斜能力穩(wěn)定、抗磁干擾強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向Xcel工具作業(yè)工藝。作業(yè)過程中，一開?215.9 mm井段旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向指令選用40%～60%力度即可達(dá)到2.5～4.5 (°)/30 m造斜率，確保水平井中靶精度要求。

另外，由于要下入3.8°大彎角尾管，為保證尾管順利下入，兼顧井壁穩(wěn)定及降低磨阻，鉆井液方面配合定向井軌跡控制，采用分散系泥漿體系，分階段、分地層做好維護(hù)措施?；浐＜绊n江組采用簡(jiǎn)單的PDF-PLUS/KCL泥漿鉆進(jìn)，黏度32～34 s，密度1.10 g/cm3以內(nèi)。進(jìn)入珠江組后，將黏度適當(dāng)提高至35～40 s。完鉆后，井底墊入含高濃度PF-GRA和PF-LUBE等潤(rùn)滑材料的泥漿，增加井壁潤(rùn)滑性。

3.3 斜向器回收及壁掛式懸掛器坐掛

一開完鉆后，通過GS撈鉤抓撈斜向器上的回收槽回收斜向器。鉆具組合為：撈鉤+定向接頭+?127 mm加重鉆桿18根+?127 mm鉆桿。緩慢下放撈鉤噴射孔到斜向器打撈槽底部，并做好標(biāo)記。開排量16 L/s沖洗打撈槽，沖洗完2圈后，投測(cè)陀螺，再調(diào)整撈鉤方向，打撈斜向器。過提150 kN解封起出斜向器后，然后下入3.8°彎角尾管。若尾管在主井眼封隔器深度遇阻，則說明進(jìn)入主井眼，此時(shí)上提至窗口以上10 m，旋轉(zhuǎn)45°，繼續(xù)嘗試直至進(jìn)入分支井眼。

尾管串壁掛式懸掛器在開窗點(diǎn)以上10 m，控制下放速度。若管串在預(yù)定深度遇阻，則成功定位，繼續(xù)下壓100 kN坐掛壁掛器；若沒有遇阻并能下過預(yù)定坐掛深度2～3 m ，則沒有定位，此時(shí)上提管串至窗口以上10 m旋轉(zhuǎn)45°，繼續(xù)嘗試直至定位壁掛式懸掛器，然后固井。?177.8 mm尾管串如圖6。

圖6 ?177.8 mm尾管串管柱示意

固井完成，通過主井眼導(dǎo)向器清洗主井眼殘留水泥漿至封隔器深度，然后組合分支井眼?152.4 mm水平段鉆具，通過分支井眼導(dǎo)向器并進(jìn)入分支井眼繼續(xù)鉆進(jìn)。

3.4 實(shí)施效果

該井的分支井眼滿足TAML五級(jí)分支井工程要求，最終?152.4 mm水平段鉆進(jìn)330 m，儲(chǔ)層鉆遇率高達(dá)98.7%。原主井眼配產(chǎn)25 m3/d，通過五級(jí)分支井技術(shù)，合計(jì)投產(chǎn)83 m3/d，為單井的3.3倍，產(chǎn)液量達(dá)到明顯提升，有效地提升了單井產(chǎn)量和控制儲(chǔ)量。

4 結(jié)論

1) WC-A1井通過五級(jí)分支井鉆井技術(shù)，突破了海上平臺(tái)受限于槽口限制，增加了井眼在油藏中的泄油面積，實(shí)現(xiàn)了對(duì)邊際油藏及重質(zhì)原油的經(jīng)濟(jì)開采；同時(shí)有助于老井挖潛分布在不同層位的剩余油，提升了老井的利用率。該技術(shù)在海上油氣勘探開發(fā)中拓展低效井貢獻(xiàn)了新的思路。

2) 軌跡控制、壁掛式懸掛器坐掛、井眼重入等是五級(jí)分支井技術(shù)難點(diǎn)，因?yàn)楹罄m(xù)關(guān)系到帶彎角尾管能否順利下入。所以，在鉆井作業(yè)前必須對(duì)井身結(jié)構(gòu)、定向井軌跡控制、鉆井液性能等方面進(jìn)行優(yōu)化，施工中盡量降低磨阻。

3) 目前五級(jí)分支井鉆井技術(shù)由于技術(shù)及工具限制，國(guó)內(nèi)外作業(yè)比較少。隨著對(duì)石油能源開發(fā)的需求，該技術(shù)必將成為海上油田增產(chǎn)的主要技術(shù)手段之一。我國(guó)五級(jí)以上分支井技術(shù)剛剛起步，許多新式的工具和儀器還有待完善，許多技術(shù)難題需要進(jìn)一步解決。