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发改委:中国重视发展可再生能源

2008/3/9   关键字:   来源:中国石油石化工程信息网
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   3.阶梯水平井工艺控制技术
  3.1施工难点
  (1)油层顶界垂深预测有一定的误差,葡萄花油层单层砂岩厚度薄,砂岩厚度平均在1m左右,因此对探油顶井斜角要求高,稍有误差,就会影响准确着陆。
  (2)油层薄,且存在一定的视倾角,LWD测量信息滞后,因此对井眼轨迹控制的精度要求非常高。
  (3)开采多个薄油藏,需多次着陆,在不影响下步施工的情况下,如何减少每次着陆损失的水平段。
  (4)水平段较长(700m左右),受井眼曲率的影响,扭矩和摩阻增大,第二水平段滑动钻进时钻压传递困难。
  (5)需适时分析地质录井资料和LWD的测井曲线,准确判断地层变化,及时调控井眼轨迹,提高水平段砂岩钻遇率,实现地质导向。   3.2施工要点   (1)根据地质信息,利用软件进行升降极限计算,优化设计轨迹剖面,依据不同区块地层特点,确定钻具组合及钻井参数,造斜段、稳斜段、探油顶及着陆段尽可能选用一套钻具组合完成,减少起下钻次数,缩短钻井周期。   (2)如因实际地层构造复杂,与设计差别较大,需对轨迹进行较大调整时,要进行管柱通过能力及强度校合。   (3)对LWD仪器的电阻率、伽玛实时曲线与邻井电测资料及时对比分析,判断钻头所处位置地层性质,及时调整钻井参数和钻进方式。在进入阶梯水平段前预先调整井斜角或方位角,尽量使轨迹圆滑,一般连续滑动钻进的段长不超过40m。   (4)加强井眼的净化与润滑,以减少摩阻和扭矩。   (5)尽可能采用复式钻进方式,减少动力钻具滑动钻进井段,以提高钻速,同时有利于携带岩屑。   (6)根据转盘极限转速计算结果,计算钻具疲劳寿命,通过倒换钻具等手段,预防钻期疲劳破坏。   (7)掌握井下钻具造斜规律,准确预测井眼变化趋势,及时调整井眼轨迹,提高油层钻遇率。   3.3井眼轨道控制技术   井眼轨迹控制是水平井钻井配套技术中关键环节,轨迹控制难度与油藏结构以及对其掌握程度有密切关系,要针对油藏特点来确定施工方案。大庆肇州油田阶梯水平井油层薄且水平段长,这就要求在轨道设计中要优化剖面结构,优化钻具组合,最大限度减小摩擦阻力和扭矩,为后期水平段施工提供安全基础,同时综合分析研究地层资料,优化入窗措施,卡准目的层,根据实际情况不断调整轨道控制方案,下面分别简述各段控制要点:   3.3.1直井段   钻具组合为钟摆钻具或满眼钻具,重点是防斜打直,以减少井底位移对下步施工的影响,尤其是靶前位移小、造斜率高的井,由于调整余地小,因此,定向施工前,应根据直井段多点数据,修正剖面,确定施工方案。   3.3.2造斜段、探油顸段   (1)钻具组合在满足轨道控制的条件下应尽可能简化,以降低摩阻和扭矩,减少井下复杂,选取螺杆造斜率要高于设计20%~30%。   (2)施工时要准确预测钻具的实际造斜率,分析井眼变化趋势,及时调整钻井参数,实际井眼轨迹尽可能沿设计或高于设计线钻进,井斜角50°左右LWD要进行伽马、电阻率曲线跟踪,以便与邻井资料进行分析对比,确定目的层与设计的误差,及时调整轨迹。   (3)靶点前30~50m进行探油顶,根据井下钻具造斜率的大小,探油顶的井斜角控制在一定的范围之间,对油层提前或落后要有充分的准备。   3.3.3水平段   (1)水平段钻具稳平能力要强,同时要有一定的调整能力,应尽可能多采用转盘复合钻进,一是提高钻井速度,二是有利于携带岩屑。   (2)利用近钻头井斜变化来预测工具的造斜率,确定井底井斜,判断钻头在井底的位置,随时调整轨迹的变化,以保证钻头在油层中穿行。   (3)根据建立的储层地质模型,通过岩屑和气测值的变化,结合LWD测量参数的变化规律,可以判断钻头在油层的位置,以便及时调整井眼轨迹。
   4.钻井液技术
  由于水平井技套下入浅,裸眼段长,在大斜度及水平段易形成岩屑床,要求钻井液除了有良好润滑性能外,防塌、岩屑携带能力要强。目前水平井选用的钻井液体系分为油基和水基钻井液,冀东油田选用是水基钻井液,一开是聚合物钻井液,二开主要是聚硅氟体系或正电胶体系;大庆油田一开是聚合物钻井液,二开选用是油包水乳化钻井液,主要由于水平段长(700m左右),油层薄且渗透率低,油基钻井液有利于保护油层,具有性能稳定、润滑性能好、防塌能力强等优点。2004年施工的水平井4口井采用油基钻井液,11口井选用聚硅氟,7口井采用正电胶体系,都取得了良好的效果,没有发生井下复杂情况。
  5.水平井完井技术
  运用套管柱居中度分析预测软件,完成套管柱强度设计与校核、扶正器设计,提高了水平井完井施工质量。
  5.1套管串居中度分析
  水平井井斜较大,下井后的套管串,在管柱结构、自重、井眼率和井径扩大率等因素作用下,管柱串必然会发生变形,导致不同井深处的套管居中度发生变化。通过套管串的力学分析,可以得到套管串任一井深处的套管偏心位移,从而计算套管串任一井深处的居中度,合理设计安放扶正器位置与数量,提高套管居中度。
  5.2套管串的通过能力评价
  根据套管串工作状态,选取整体套管串为研究对象,在考虑套管串结构、上下边界和外载荷的基础上,着重考虑了套管串与井壁的接触摩擦非线性和扶正器的弹性变形,建立了整体套管中非线性力学模型;根据任一井深处套管的内力、广义应力、内外压力,按照第四强度理论可以对套管串进行强度计算;根据套管串累计摩阻力和轴向力,可以对套管串进行摩阻力分析,综合考虑套管串的强度和摩阻力,最终完成套管串中的通过能力评价。
  5.3优化水平井套管串结构
  水平井与常规井相比,套管串的特点是:一是设计方法不同,二是套管可下入能力差,三是套管居中度不易保证。针对其特点,阶梯水平井套管串设计准则是:在保证固井质量对套管居中度要球的前提下,尽量对套管串居中度分析、套管串的通过能力评价,确定安放扶正器位置,保证套管顺利下入。根据8口阶梯水平井的实钻轨道数据,对扶正器的可能安放位置进行了分析计算,计算结果及已固井的阶梯水平井资料表明,设计每20m交替安放1个弹性或刚性扶正器管串结构,其套管居中度能够保证固井质量的要求,摩阻力较低、刚性扶正器也较少,使套管串下放作业风险降到最低。
  6.阶梯水平井现场应用情况
  经过近两年的阶梯水平井钻井实践,各项配套技术得到了完善和发展,共完成了9口阶梯水平井(表1),钻井成功率100%,着陆中靶率100%,未发生钻井复杂情况。平均完钻井深2251.38m,平均油层有效厚度0.8m,最薄处仅为0.4m,平均水平段长726.08m,平均钻进周期20.24d,阶梯段垂深与位移比平均为5.58:100,最大为8.98:100。应用阶梯水平井技术开发低丰度葡萄花油层在大庆油田州603区块的试验研究,取得了较好的效果,为大庆外围油田低丰度薄互层油藏有效开发提供了有效手段,同时应用该技术在冀东油田完成18口水平井施工,各项指标均达到甲方要求。
  7.结论与认识
  (1)大庆外围低丰度油藏利用阶梯水平井钻井技术进行开发,可以开采多个泥岩隔层厚度较小的薄油层,提高油井产量,具有明显的经济效益,可以大大提高低渗透砂岩的采收率,开采原来难以动用的储量,应进一步研究和推广。
  (2)根据整体钻柱力学分析结果,考虑螺杆钻具的弯曲角、井眼轨道曲率和钻柱疲劳特性,求出钻柱的工作动应力,建立了螺杆钻具复合驱动时的极限转速计算模型与方法,为现场施工和钻柱设计提供理论依据。
  (3)根据阶梯水平井地质和工程技术要求,综合考虑阶梯水平段升降极限计算结果、钻柱摩阻力分析和强度评定(即钻柱通过能力评价)、钻柱极限转速计算等因素,以最低的钻井成本为目标函数,建立了三维井眼轨道和井身剖面优化设计模型和计算方法,可优化设计阶梯水平井的造斜点、造斜率和多次着