定向技术样本

应用定向钻井技术挖掘老君庙油田剩余油潜力采油厂地质所二○○二年元月一、概述老君庙油田自1939年发现并投入开发，至今已有62年开发历史，注水开发46年，当前已处入低产后期开发阶段。随着注采井网不断完善，油田开采对象越来越复杂，剩余油分布及潜力越来越少，使得老油田“控水稳油”难度越来越大；依照油田数值模仿成果，剩余油重要分布在构造复杂区、异常高压区、建筑物阻挡区等区域内，为此应用定向钻井技术对老油田后期开发显得尤为重要。老君庙油田于1955年钻成国内第一口定向井C205井，由于受诸多因素制约，近四十年来，定向钻井技术处在停滞状态。直到1994年，为了使老君庙油田原油保持稳产，提高老油田开发水平，选取在潜能较大老君庙油田剩余油富集区块布置定向井，并在J259井上应用获得成功。随后在老君庙油田不同区域布置定向井，通过钻井地质特性研究，大规模推广针对本油田定向钻井技术，到相继钻成25口定向井，获得了较好效果。实践证明，定向钻井技术是老君庙油田挖潜剩余油一条有利途径。二、老君庙油田钻井地质特性老君庙油田由于开采时间长、注水较多、地层压力异常、复杂，钻井过程中喷、漏、垮、塌、缩径并存，给定向钻井施工带来许多困难。详细体当前：1、地层压力高。油藏通过长期注水，地层压力不断上升，最高压力达30MPa，且剖面上压力分布极不均匀，初期定向钻井施工具备摸索性，难度大。25口定向井中有22口钻井液密度在1.70-2.00g/cm3之间，其中最高为2.24g/cm3，既是这样，某些井在钻探中还不能平衡地层压力，存在井喷现象。2、各油藏间压力悬殊。老君庙油田剖面上开采油层有上油层K、中油层L和下油层M。油藏跨度不大，但K、L、M层压力相差较大，L层多为高压，M层相对低压，钻井中上喷下漏。特别L3层由于渗入性好、过去注水量偏大，许多区块形成异常高压区及水洗带，钻穿L3，易发生井喷。为维持平衡钻进，需提高钻井液密度，加重材料耗量大。由于油藏剖面上L、M油藏地层压力悬殊，高密度钻井液钻井时井漏频繁发生，高压区14口定向井中有6口井漏，占43％。3、BC层易垮塌缩径。由于油藏长期注水，使BC层泥岩水化膨胀。钻开BC层时加上钻井液浸泡，导致地层垮塌、缩径和泥岩蠕动等复杂状况。蠕动泥岩进入井筒导致顶钻，井眼不通、喷漏交替，致使钻进以及测井、下套管等工序无法进行。4、油层埋深浅，定向施工井段短。老君庙油田M油藏平均埋深在600-700米之间，下入表层套管60－70米后，有效定向施工井段只有200－300米，可供定向施工井段短。由于井浅，加之井网密集，水平位移规定在80－120米之间，井斜要达到12－16°。油层间压力极不平衡，在进入BC层前，井眼轨迹必要达到规定，否则定向就会失败。因此，定向技术水平规定很高。如果造斜、扭方位一次不能成功，井斜很难达到，中靶十分困难。在如此短井段下，定向造斜、扭方位、增斜、稳斜每道工序都必要按设计目的完毕。5、钻井液密度不稳定，定向钻井粘卡几率高。一九九六年前完钻6口井，由于施工井段短，井斜大（15°左右），钻具与井壁摩擦力大，井浅加之井漏频繁，钻井液性能变化大，易发生卡钻。6口井中有5口井发生卡钻事故，占83.8％，其中打水泥浆卡钻井也有2口，占33.3％。同步钻穿BC层后，油层压力高，钻井液密度大，钻井液润滑性较差，循环困难。加之井下状况复杂，必要要甩掉扶正器钻进。综上所述，老君庙油藏地质条件复杂，在定向施工中，既要定向施工一次成功，又要解决井漏、井塌、井涌、井喷等各种复杂状况，施工难度大。加之井浅，钻井液密度不也许太大，钻井液性能还不能完全满足定向钻井需要。地层喷漏，水泥浆污染等因素，导致钻井液维护困难。老君庙油田定向钻井难度较大，风险也大，技术规定更高。三、老君庙油田定向钻井技术老君庙油田复杂地质条件给定向钻井带来诸多困难和不利，但通过甲乙双方工程技术人员共同努力，采用相应技术攻关及井眼轨迹控制手段，克服各种困难，使定向钻井成功率达到最佳水平。1、依照井下实际状况选取合理井身剖面技术在常规定向钻井施工中，普通设计井身剖面为为“直－增－稳”、“直－增”、“直－增－稳－降”、“直－增－降”四种剖面形式。对于浅层井，最惯用是“三段制”，即“直－增－稳”制。在老君庙油田高压复杂区，由于受地层限制，严格执行“三段制”剖面很难达到设计规定，由于进入油层后，地层压力大，所需钻井液密度大，粘度高，易产生钻头泥包、井喷等复杂状况，若下入带扶正器钻具则容易憋漏地层，导致井下复杂。为解决这一问题普通在进入油层前，将扶正器甩掉，采用光钻铤钻具构造，增长循环空间，减少环空循环阻力。但采用光钻铤钻具构造后，普通在斜井眼内由于“钟摆力”作用产生降斜效果，从而使实际井眼轨迹多为“四段制”，即“直－增－稳－降”制。因此在老君庙油田选取“四段制”井身剖面比较合理。2、定向造斜扭方位技术老君庙油田为背斜构造，地层倾角大，自然造斜能力强，扭方位困难。根据这一特点，通过实践选用2－2.5°弯接头较适当，该弯接头造斜率为2.5－4.0°/30米。为了给定向造斜创造较长有效井段，造斜点选取要高，普通选在井深150米左右（即N2S1地层）。老君庙油田钻井过程中方位漂移普通为右漂，特别在井斜方位角小状况下，右漂幅度较大，随着井斜增大，方位漂移量逐渐减小，当井斜达到15°左右时，仍有漂移趋势，阐明该地区地层造斜能力很强，而光钻铤钻具构造方位漂移不定，但向右漂移几率较大。各井段方位漂移幅度为：增斜段普通方位漂移在20°/100m左右。降斜段普通方位漂移在15°/100m左右。老君庙油田钻井方位漂移幅度表表1地层井段名称钻具名称漂移方向百米漂移率N2S1直井段塔式钻具钟摆钻具右移自然方位N2S1KCJ增斜段"0-3-1"强增钻具右移10-20°/100米LL-MM降斜段光钻铤钻具右移10-20°/100米在扭方位操作过程中，由于造斜点高，直井段短，井斜小，普通方位在60－120°左右。为了提高定向扭方位速率，普通采用全力扭方位办法，从而在0－40米完毕定向扭方位，实践证明是成功。2°弯接头扭方位在25°/10米左右，2.5°弯接头平均扭方位42°/10米左右，并且井斜越小，扭方位越大。3、井眼轨迹控制技术选取符合井下实际状况井身剖面后，核心技术就是如何控制井眼轨迹，使其与设计井身剖面相符，提高中靶精度。在老君庙油田应用如下技术办法来提高中靶精度：（1）比较精确掌握邻井钻井时自然造斜方位。（2）依照不同井眼轨迹需要拟定合理钻具组合。（3）依照地层走向及倾角和牙轮钻头右漂规律拟定合理方位提前角。（4）运用计算机进行井眼轨迹跟踪与预测。（5）依照下部井眼长度，方位漂移大小，光钻铤增、降斜率，拟定最大井斜角。（6）运用单点、多点测斜仪定长测量，根据实测资料调节钻井参数。4、钻具组合优化技术直井段：直井段普通采用塔式组合构造和“2－1－2”钟摆钻具构造，保证了上部直井井眼垂直，给定向造斜创造了有利条件。增斜段：由于该油田井浅，井段有限，普通采用“0－3－1”强增钻具构造，必要在较短井段内达到预定最大井斜，规定增斜速率较大，采用该钻具构造，最大井眼曲率可达4－5°/100米。稳斜段：稳斜段普通采用“1－1.5－1”钻具构造或光钻铤钻具构造，通过加大钻压达到稳斜效果。降斜段：降斜段均采用光钻铤钻具构造，由于油层特殊复杂，需要甩掉扶正器，光钻铤在井斜井眼内，普通为稳斜或降斜，稳斜或降斜幅度大小，需钻进参数来调节，要依照预测井斜、方位角钻压大小，钻压在180kN左右为稳斜，在120kN如下为降斜。老君庙油田定向井分井段钻具组合表2序号井段名称钻具名称钻具结构用途1直井段塔式钻具445mm3A+208mmDC+444mm扶正器+203mmDC*25m+178mmDC*27m+127mmDP+133mm方钻杆表层防斜2直井段“2-1-2”钟摆钻具216mm3A+158mm托盘+158mm无磁*9m+158mmDC*9m+214mm扶正器+158mm*9m+214mm扶正器+158mmDC*18m+214扶正器+158DC*84m+127DP+133mm方钻杆二开直井段防斜3定向造斜段螺杆定向钻具216mmPDC+165mm螺杆*6.46m+158mm弯接头+158mmDC无磁*9m+158mm*74m+127mmDP+133mm方钻杆定向造斜4增斜段"0－3－1"增斜钻具216mm3A+214mm扶正器+158mm托盘+158mmDC无磁*9m+158mmDC*18m+214mm扶正器+158mmDC*9m+214mm扶正器+158mmDC*126m+158mm随钻震击器一套+127mmDP加重+127mmDP+133mm方钻杆强行增斜5稳斜段稳斜钻具216mm3A+214mm扶正器+158mmDC*1.5m+214mm扶正器+158mm托盘+158mmDC无磁*9m+214mm扶正器+158mmDC*162m+158mm随钻震击器一套+127mmDP加重*27m++127mmDP+133mm方钻杆稳斜6降斜段光钻铤216mm3A+158mm托盘+158mmDC无磁*9m+158mmDC*150m+158mm随钻震击器一套+127mmDP加重+127mmDP+133mm方钻杆降斜5、钻井参数优选技术直井段：普通优选钻井参数为：钻压50kN，转速78rpm，排量28l/s，泵压20MPa，在该参数下，井斜普通控制在2°以内。增斜段：普通优选钻井参数为：钻压180kN，转速58rpm，排量18l/s，泵压10MPa以上，在该参数下增斜率普通在4°/100米左右。增斜段：普通优选钻井参数为：钻压80－120kN，转速78rpm，排量28l/s，泵压8MPa以上，在该参数下降斜率普通在1-3°/100米之间。老君庙油田定向井钻井参数优选成果表表3井段钻压(kN)转速(rpm)排量(l/s)泵压(MPa)增降斜率直井段5078282.0<2°增斜段1805818>10增4°/100米降斜段80-1207828>8降1-3°/100米6.复杂状况防止与解决技术（1）针对95年粘卡状况，96年开始在定向前加入适量原油和润滑剂，起到了较好效果。完毕定向造斜施工后，在泥浆中混入玻璃微球以形成光滑井壁。后来定向钻井未因定向而导致粘卡事故。（2）解决井漏直接采用打水泥办法。直井段井漏候凝8小时再钻，在定向段井漏，打水泥后4－5小时迅速钻进，避免发生新井漏，从而大大减少了复杂段解决时间，缩短了建井周期。（3）平衡钻进遇到异常高压层采用恰当放压办法，使所需1.8－1.9钻井液能维持钻进井仅需1.5左右钻井液就可以维持钻进。同步增强了平衡点掌握能力，做到压而不漏，活而不喷。既克服了BC层垮踏，又平衡了油水层压力。（4）对缩径井，表层套管直接下到BC层底部，封住BC层缩径垮踏，例如G178，井深663米，BC层缩径垮踏，L层压力高。变化了施工设计，即表层套管加深至BC层底部，L层顶部，上部采用1.17g/cm3钻井液，下部采用了2.247g/cm3钻井液平衡钻进，这样，既封住了BC层缩径垮踏，又初次用311mm钻头定向钻至L层顶部，节约了套管，节约了资金。四、老君庙油田定向井实行状况及效果该项目通过研究后在老君庙油田剩余油富集区共布置定向井25口，当前已所有完毕。其中：避开高压复杂区钻成定向井14口（含避开水源6口）；I136，C188，F168，G177，D168，I137，I138，I139，F149，G178，F168，F169，D177，NF166等；避开高山钻成定向井5口：B148，B149，L277，L278，C204；避开大型厂房钻成定向井3口：C185，F216，Q3-3；避开大沟坝钻成定向井3口：H136，A135，B188。1、定向井质量指标达到总公司原则1995年以来通过对老君庙油田储层及地层可钻性研究，选取在老君庙油田钻井经验丰富钻井队伍，共同磋商研究，选购性能优良定向工具，在钻井价格不变状况下成功钻成25口定向井，按20m靶心半径考核（Q3-3由于井深，靶心半径30米），中靶率100%，指标高于总公司原则（总公司原则靶心半径30m）。由于老君庙油田井距小，井网密，定向指标规定比总公司原则要高。最大闭合距150米，最大靶心距18.88m，最小靶心距0.43m，达到总公司定向井技术原则。定向钻井实行成果见表4老君庙油田定向钻井实行成果表4井号井深设计水平位移实际水平位移设计闭合方位实际闭合方位设计靶心距实际靶心距最大井斜角J25980036.9031.50164.70171.802018.0714.0I136860125.76122.55335.00331.60207.8215.4A1351200126.00128.4033.5030.00208.1915.7F16870481.9199.06107.80103.302018.5513.0C18860050.0037.10314.70308.002014.008.0G17771591.82103.36303.50303.902011.5716.5D16868080.3289.1175.5082.002013.0911.0I137820102.45117.50296.80295.602015.2715.0I13892599.16114.49318.30321.302015.3315.0I139796109.00115.67326.60323.55206.6715.0H136918116.68117.11180.00173.94200.4314.0B148920114.7499.14332.17335.262015.69016.0G17866394.6083.94291.68299.752010.6614.0F149805116.62119.72149.00142.19203.1016.0L277116096.1783.5135121.82015.213.6B149920107.35104.0228.5231.752014.615.0B18765882.1095.2471.6572.562014.814.0L278112570.468.574.479.2206.814.8C1851190120127.7225222.52016.4813.7F21659064.470.3326.5330.52012.514.3F169765149.2150120.3115.2208.413.6D17761389.586.59321.4339.542018.616.8Nf16661448.332.86255.5273.22017.38.0B188667100104.768078.39204.923.0Q3-3192533.547.45225.8194.443025.711.0C204125395.294.53195.36200.53207.99.762、定向井单井产量比普通直井高25口定向井中，M层油井投产初期大某些获得了自喷，平均日产3.5t/d，是直井1.5－5.0倍，并且稳产周期长。如：G177井始终自喷，日产量7.2吨，且油质好，含水低，这是老君庙油田近年未有现象。定向井产油量状况见表5。3、定向井钻井效益明显依照记录资料，究竟共投产25口定向井，合计增产原油7.77万吨，新建产能（当前实际）2.2万吨/年。扣除25口定向钻井总投资3924万元，创经济效益3848万元。预算定向井投资收回期2.3年，比普通直井缩短收回期1年。25口定向井相称于46口直井，折算节约钻井投资156万元。老君庙油田定向井产油量状况单位：t表5序号时间井号井深95年96年97年98年99年共计当前产能1I136860723110596965451440050548701.52A1351212511237821447206680.53C188600195143113122058258120321836114456.54F168710131113079076589074874752012.55G17771534020641624115311631508140992615.0小计5口409714405742473247125162516044973144516.0696年D16868025152893996581784543452.57I137820639363110079160953840402.0小计2口1500890891203917561427138383864.5897年I13892539583675166561632632.59I1397966901064108595190446943.510B1489204254632424364501.511H136905235190173注水598小计4口354617452553225120521970105717.51298年B1499466638032540111721.513F149805630107975488455038972.514G1786454811257114398960144712.515L277117543922351011721.5小计4口357111112402271624212062107128.01699年B187658.553217注水2701.0小计1口658.55321702701.017C1851190250121114612.518F2165806336332.019L27811251507869364.020F1697656436432.5小计4口36604003273367311.021D1776133443442.022NF1666143433432.023B1886671681682.024C204125333