旋转导向技术在涪陵页岩气井中的应用
更新日期:2018-01-22     来源:石油学报   浏览次数:312
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一、涪陵南区二开定向中的难点
随着涪陵焦石坝国家页岩气示范区的开发范围逐渐向焦石坝南部发展,出现了越来越多的技术难题,其中一个就是二开定向效率问题。在焦石坝南区钻井平台,二开井段平均长度超过2000米,稳斜工作量大,同时三维井的扭方位难度高,尤其是部分井需要控制井斜在40°左右的同时,连续扭方位90°左右,严重制约了钻井速度。
针对三维井,在剖面设计时,从定向点定向至井斜25°左右,复合钻进至井斜微增到35~40°(造斜率0.01~0.02°/m ),定向扭连线方位,然后复合钻增斜直到中完(50~55°),导致在现场有很大施工难度:
1、平台井垂深超过3000m后,实际施工中定向点由于地层因素可能会提前,导致二维剖面上,稳斜段长,定向难度大;
以二维井为例,仅仅是在靶前位移450m,从1800m开始定向,会有873.55m的稳斜段,实际中,多数平台井靶前位移超过800m,稳斜段将达到1000—1500m,稳斜难度相当大;
2、扭方位工作量大,部分井施工中扭方位达到90°,施工中托压风险大。
扭方位段长可以达到400-600m,这不仅要求扭方位段轨迹,对上部造斜段的平滑度也有要求,否则会导致扭方位段的严重托压。
3、三维井占比高
南区乌江附近垂深超过3000m的平台(50#-65#)布井位61口,其中需要在进入水平段前扭方位超过30°的三维井多大47口,占比77.01%南区乌江附近垂深超过3000m的平台(50#—65#)布井位61口,其中需要在进入水平段前扭方位超过30°的三维井有47口,占比77.01%。
二、旋转导向技术简介
转导向钻井系统实质上是一个井下闭环变径稳定器与测量传输仪器(MWD/LWD)联合组成的工具系统。它完全抛开了滑动导向方式,而以旋转导向钻进方式,自动、灵活地调整井斜和方位,从90年代发展至今,已经在国外成熟运用多年。旋转导向工具已经达到了设计制造模块化、集成化;可以在150º以上的高温井中使用;定向钻井时不需要特殊的钻井参数,就可以保证最优的钻井过程;导向自动控制,以保证准确光滑的井眼轨迹。
目前,旋转导向钻井系统形成了两大发展方向:一个是以Baker Hughes Inteq公司的Auto Trak RClS系统为代表的不旋转外筒式闭环自动导向钻井系统,它以其精确的轨迹控制精度和完善的地质导向技术为特点,另外一个是以Schlumberger Anadri11公司的Power Driver SRD系统为代表的全旋转自动导向钻井系统,
三、旋转导向应用实例
其中焦页52-3HF是一口大三维井,井身设计里要求二开311.2mm井眼需要从690m钻进至3070m中完,同时要求在斜深3027m,垂深2859m时井斜达到36.7°,方位扭至9.22°,整个二开需要钻穿茅口、栖霞、梁山、韩家店、小河坝,进入龙马溪组;实钻中,钻进至2440m时,垂深已经达到2369.81m,进入韩家店组,井斜为28.30°,方位为91.50°,需要在后续600m的定向任务中,将井斜继续增至36.7°,同时扭方位至10°左右。
本次扭方位任务使用的是斯伦贝谢第三代旋转导向工具PowerDrive Xceed900 +vortex,其最大的特点是指向式定向,造斜率稳定,同时配合高转速螺杆,机械钻速高。
1、施工情况
井队于2015年9月13日2:00组合旋转导向组合,6:30开始下钻,至9月14日1:00到底,6:00从2440m开始钻进,于9月18日6:30钻进至3006m 二开中完,9月18日23:00起出钻台面,实钻垂深2854.77m,井斜37°,方位13°,顺利完成定向任务,并且从时效上取得了较大突破,为旋转导向技术在页岩气水平井开发中的应用提供了切实、可靠的数据。
表1: 扭方位井段数据对比
2、钻时分析
旋转导向在定向阶段和稳斜阶段,都保持了较高的机械钻速。焦页52-1HF复合钻进时,机械钻速能达到3min/m,但是定向时钻速很高,最高达到49.83min/m。
相比之下,焦页52-3HF扭方位段的每米钻时则要平稳许多,不论是定向还是稳斜,钻时从入井初期的4min/m,到后期的8-10min/m。
3、起下钻摩阻分析
旋转导向钻具组合类似于满眼钻具组合,起下钻时,对井眼要求较高。本井在起钻和常规钻具下钻通井中,摩阻很稳定,侧面反映出井眼轨迹平滑度高。
第一次起钻是钻至中完井深3006m,从3006m至旋转导向定向点2440m,起钻摩阻较平稳,摩阻在150-300KN,进入短起下井段(2782m)后,摩阻明显减少;
下钻通井时采用的285mm双扶钻具组合,一次性下入到底,定向段下钻摩阻保持在100-150KN,且摩阻波动很小;
4、方位变化率分析
焦页52-3HF井在2440m-3006m以扭方位为主,为了更直接的体现旋转导向在控制轨迹上的优势,单独比较其方位变化率,一直控制在4-8°/30m,且变化非常平稳的,平稳的变化率意味着井壁的平滑;