三扶四合一鉆具組合研究與應用-

1、1前言長慶油田油層組儲層多為特低滲儲層。洛河儲層是長慶油田的主要儲層。該儲層厚度一般在100300m 之間,屬于大孔隙、高滲、低壓砂水層,砂子顆粒為中砂、細砂、粉砂,粒度大部分在250mm 以下,巖石膠結(jié)強度差,部分層數(shù)裂隙發(fā)育不好,同時存在水平裂縫和垂直裂縫。個別層數(shù)為破碎小塊狀不成型,即松散層。這些地層特點是造成鉆井過程中定向段造斜和穩(wěn)斜困難的主要因素。四合一鉆具自2006年提出以后,在長慶油田各區(qū)塊得到大量推廣應用,但也暴露出存在的缺陷和不足。長慶油田洛河儲層在軌跡控制中表現(xiàn)為大增、下部地層增降斜規(guī)律不穩(wěn)定的特性。為克服上述不足,通過實踐摸索,在無磁鉆鋌上增加一個扶正器,將原四合一鉆具改

2、進為三扶四合一鉆具,取得理想的軌跡控制效果1。2三扶四合一鉆具組合基本原理2.1鉆具結(jié)構(gòu)三扶四合一鉆具相當于三扶穩(wěn)斜鉆具結(jié)構(gòu)。理論上三扶四合一穩(wěn)斜鉆具較四合一鉆具下部剛性更強,鉆具更居中,其穩(wěn)斜、穩(wěn)方位能力較四合一鉆具更加突出,其示意圖如圖1所示。2.2鉆具組合考慮到四合一鉆具中單彎螺桿的長度及長井段穩(wěn)斜的難度,借鑒常規(guī)三扶穩(wěn)斜鉆具組合,優(yōu)選三扶四合一鉆具組合為:準222mm PDC+C7LZ172mm ×1.25°+1.53m SDC+準212準213mm STAB+準165mm 無磁+準210準212mmSTAB+準165mm DC911根+單彎螺桿優(yōu)選7/8頭(7頭的

3、轉(zhuǎn)子,8頭的釘子螺桿2,推薦短鉆鋌1.52.5m ,螺桿扶正器外徑為準212準213mm 。第一個剛性扶正器外徑要求大于第二個剛性扶正器,螺桿扶正器外徑偏小會影響到三扶四合一鉆具組合的穩(wěn)斜、穩(wěn)方位能力。2.3應用效果對比2.3.1穩(wěn)定性比四合一鉆具更好“三扶四合一”鉆具組合研究與應用蔡智剛,劉國良(中國石油長城鉆探公司遼河井下作業(yè)公司,遼寧盤錦121207摘要近幾年來,四合一鉆具在長慶油田的鉆井提速中發(fā)揮了巨大作用,在各區(qū)塊得到推廣應用。但在長慶油田吳起、盤古梁區(qū)塊的應用中也暴露出存在的缺陷和不足,部分鉆井軌跡控制表現(xiàn)為洛河儲層大增,下部地層增、穩(wěn)斜規(guī)律不穩(wěn)定的特性,導致反復調(diào)整,低效施工,影

4、響了鉆井的提速效率。為增強下部鉆具組合的剛性,提高鉆具的穩(wěn)定能力,通過反復實踐摸索,在無磁鉆鋌上增加了一個扶正器,提出了改進四合一鉆具為三扶四合一鉆具的思想,并對三扶四合一鉆具組合進行研究,試驗推廣了三扶四合一鉆具組合,并取得理想的軌跡控制效果。對三扶四合一鉆具的穩(wěn)定性、減小方位漂移量、控制好第一趟鉆、減少后期扭方位幾率進行研究,針對定向井鉆具組合使用中出現(xiàn)的問題,總結(jié)出相應的使用規(guī)律,并根據(jù)現(xiàn)場應用效果,指出三扶四合一鉆具組合應用時的技術(shù)關(guān)鍵和注意事項。關(guān)鍵詞定向井鉆具組合軌跡控制三扶四合一作者簡介:蔡智剛,工程師,2002年畢業(yè)于西南石油學院石油工程專業(yè),目前主要從事鉆井工程工作。E-ma

5、il :liaoheczg1準222mm PDC ;2C7LZ172mm ×1.25°3-1.53m SDC ;4-準212準213mm STAB ;5準165mm 無磁;6準210準212mm STAB ;7準165mm DC911根圖1三扶四合一鉆具組合圖765432110m710m 12m SINO-GLOBAL ENERGY ·71·第10期時間完井/口進尺/m單臺鉆機月速/m機械鉆速/(m ·h -1鉆井周期/d建井周期/d2008-102042362.538706.3138.39 5.308.432007-1118362925507

6、24.848.4513.11對比差值3199.3113.55-3.15-4.68差值百分比,%58.154.55-59.43-35.7表3吳起區(qū)塊施工井與2007年對比情況表1三扶四合一與四合一鉆具使用規(guī)律對比項目三扶四合一鉆具四合一鉆具井斜變化率方位變化率井斜變化率方位變化率環(huán)河華池-1.11.8-2.51.7-2.52.0-3.04.0洛河 1.03.0-3.01.0-1.04.3-3.53.2安定-1.52.5-1.01.0 1.53.7-1.02.0直羅延安中部-2.01.0-31.0-4.0-1.5-1.73.1延安下部富縣-1.02.0-1.02.5-3.83.1-2.02.4長1

7、長2-1.01.5-2.00.5-2.5-2.0-0.51.4長2以下-2.50.5-2.02.0-3.5-1.0-1.93.2(°/100m長慶油田長10井采用三扶四合一鉆具取得理想的一趟鉆指標。2008年,長10井共實現(xiàn)67口井二開一趟鉆,對比使用三扶四合一及四合一鉆具可見,三扶四合一鉆具實現(xiàn)的一趟鉆速度明顯高于四合一完成的一趟鉆。證明三扶四合一鉆具能有效減少全井段滑動,達到提高鉆井速度的目的,對比數(shù)據(jù)見表4。3三扶四合一鉆具注意事項和技術(shù)要點不同尺寸扶正器匹配的三扶四合一鉆具的使用規(guī)律:不同尺寸扶正器的匹配對三扶四合一鉆具的使用有很大影響(見表5,近鉆頭螺桿扶正器越大,三扶四合

8、一鉆具的穩(wěn)定性越強;剛性扶正器的選擇一般要求第一扶正器外徑大于第二扶正器外徑,如倒置,該鉆具可能表現(xiàn)出弱增斜特性。鉆具選擇時應考慮該特性對軌跡控制的影響。三扶四合一鉆具的方位漂移規(guī)律:三扶四合一鉆具在洛河的增斜率較四合一鉆具弱,一般為1°3°/100m ,下部地層的穩(wěn)斜能力較原四合一鉆具強,一般為-2.5°1°/100m 。方位漂移整體規(guī)律以左漂為主。三扶四合一鉆具定向方位建議超前6°9°,出洛河儲層的井斜超前小于原四合一鉆具,建議超前3°5°。對比的四合一鉆具結(jié)構(gòu)如下:準222mm PDC+準213mm C7LZ

9、172mm ×1.25°+3m SDC+準212mm STAB+無磁+鉆鋌+三扶四合一鉆具結(jié)構(gòu)為:準222mm PDC+準213mmC7LZ172mm ×1.25°+2m SDC+準212mm STAB+無磁+準210mm STAB+兩鉆具結(jié)構(gòu)在不同地層的井斜方位變化率效果見表1。從表1對比可以看出:三扶四合一鉆具組合與四合一鉆具相比,鉆具的穩(wěn)定性相對更好。雖然上部洛河地層的增斜力能弱于四合一鉆具,但下部地層的穩(wěn)斜能力較四合一鉆具更強。整體方位變化以左漂為主。2.3.2鉆井提速效果和鉆井周期縮短效果明顯區(qū)塊整體周期縮短14.12%,單臺鉆機月速提高20%

10、。長慶油田吳起區(qū)塊2008年初開始試驗三扶四合一鉆具,并逐漸推廣。表2為吳起區(qū)塊三扶四合一與四合一鉆具鉆井指標對比。從表2可以看出,三扶四合一鉆具與一般四合一鉆具的鉆井指標相比,鉆井周期縮短14.12%,鉆機月速提高20%,機械鉆速提高5.73%,能有效提高鉆井速度。吳起區(qū)塊使用三扶四合一鉆具后提速效果遠高于平均值。2008年,吳起區(qū)塊在未使用無線儀器條件下,應用三扶四合一鉆具,提速增幅高達58.1%,遠高于該區(qū)塊2007年的平均水平,見表3。項目井數(shù)/口鉆井周期/d建井周期/d單臺鉆機月速/m機械鉆速/(m ·h -1三扶四合一鉆具46 5.238.329351.8339.1四合一

11、鉆具81 6.099.597792.736.98對比差值-35-0.86-1.271559.13 2.12差值百分比,%-14.12-13.24205.73表2吳起區(qū)塊三扶四合一與四合一鉆井指標對比2011年第16卷·72·SINO-GLOBAL ENERGY項目井數(shù)/口鉆井周期/d 建井周期/d單臺鉆機月速/m機械鉆速/(m ·h -1四合一鉆具7.79853137.19三扶四合一鉆具6.65974840.49對比差值-1.14+1217+3.354 4.61183.89-0.72表4長10井一趟鉆指標對比優(yōu)化鉆井設計:四合一鉆具中單彎螺桿的長度較長,長井段穩(wěn)斜

12、難度大,且鉆具在井斜大于25°后調(diào)整較困難,增穩(wěn)斜規(guī)律不穩(wěn)定,應用須謹慎。從表2可以看出,三扶四合一鉆具與一般四合一鉆具指標相比,鉆井周期縮短14.12%,鉆機月速提高20%,機械鉆速提高5.73%,能有效提高鉆井速度。應用三扶四合一鉆具在防碰許可情況下,盡量提高造斜點,一般放在二開后30100m ,最大井斜盡量控制在15°以下,大位移井通過提高初始井斜角,最大井斜控制在20°左右。剖面控制要求走設計上線:在施工前,要有全井的施工設想,要求全井段進行軌跡預算,預算細化到各地層。必須體現(xiàn)剖面控制走設計上線的思路,上部井段井斜富余,下部井段依靠鉆具自身的特性微降,達到

13、減少滑動的目的。及時微調(diào),努力減少全井段滑動:要求連續(xù)定向,定向到位,加強預算,及時修正,減少全井段滑動?？偨Y(jié)地層變化規(guī)律,充分利用地層變化特性,及時微調(diào),努力減少下部滑動,提高全井施工效率。對鉆井液強化處理,重點解決攜砂潤滑:鉆井液管理重點從抑制、攜砂、潤滑及鉆井液凈化入手,要求鉆井液量必須充足,利于沉砂,凈化良好。并改善潤滑性,減小滑動阻力,要求鉆井液具有清、凈、滑的目測性能。配合必要的定期清掃井眼措施,確保井底攜砂取得較好效果。鉆井參數(shù)的匹配:螺桿鉆進參數(shù)主要以泵壓升高值為依據(jù),滑動鉆進時,推薦泵壓升高值為12MPa 。螺桿復合鉆進時仍然以泵壓升高值為準,推薦泵壓升高2.53.5MPa

14、。同時,結(jié)合設備和實際鉆進情況,找到一個最快的鉆壓。轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速以6090r/min 為參考,結(jié)合設備情況和實鉆情況,找出最佳轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速。蹩跳地層要適當降低轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速和鉆壓。在定向參數(shù)選擇上,應充分釋放參數(shù),快速鉆進。扶正器匹配準213mm+準213mm+準211mm準212mm+準211mm+準209mm準212mm+準211mm+準212mm地層井斜變化率方位變化率井斜變化率方位變化率井斜變化率方位變化率環(huán)河華池-0.81.8-2.11.4-1.11.5-2.53.7-1.01.2-1.51.9洛河 1.53-2.52.0 1.52-3.03.0 1.02-2.02.5安定-1.02.5-0.51

15、.0-1.51.5-0.70.9-1.51.0-1.01.0直羅延安中部-1.51.0-2.02.0-2.00.8-2.53.0-2.01-3.52.5延安下部富縣-2.53.0-1.51.5-2.52.3-2.52.5-1.52.5-3.02.0長1長2-0.51.5-1.00.5-1.01.0-2.0-1.0-1.01.0-2.0-0.5長2以下-2.0-0.5-1.72.5-2.5-1.5-2.03.0-2.51.5-1.52.2表5不同尺寸扶正器匹配的使用規(guī)律對比(°/100m4結(jié)論在無磁鉆鋌上增加一個扶正器,將原四合一鉆具改進為三扶四合一組合鉆具,可以得到理想的軌跡控制效果

16、。數(shù)據(jù)顯示,其穩(wěn)定性明顯好于四合一鉆具。三扶四合一鉆具與一般四合一鉆具的鉆井指標相比,區(qū)塊整體鉆井周期平均縮短14.12%,鉆機月速平均提高20%,機械鉆速平均提高5.73%,可作為鉆井提速的有效方法加以推廣。實際對比表明,三扶四合一鉆具實現(xiàn)的一趟鉆速度明顯高于四合一鉆具完成的一趟鉆。證明三扶四合一鉆具能有效減少全井段滑動,達到提高鉆井速度的目的。不同尺寸扶正器的匹配對三扶四合一鉆具的使用具有很大影響。近鉆頭螺桿扶正器越大,三扶四合一鉆具的穩(wěn)定性越強;剛性扶正器的選擇一般要求第一扶正器外徑大于第二扶正器外徑,鉆具選擇時應考慮該特性對軌跡控制的影響。參考文獻:1韓志勇.定向井鉆井設計與計算M.北

17、京:石油工業(yè)出版社,2007.2黃文學.長慶姬塬油田定向井下部鉆具組合研究J.科技信息:科學·教研,2007(34:400-438.(編輯謝守國·73·第10期蔡智剛等.“三扶四合一”鉆具組合研究與應用Research and Application of Making Up of Stringof "three-centralizer and four in one"Cai Zhigang ,Liu Guoliang(Liaohe Downhole Operation Branch of CNPC Greatwall Drilling Com

18、pany ,Panjin Liaohe 121207AbstractFour in one drilling tool in recent years has played huge role on the speed raising in drilling of Changqing oilfield ,which has been popularized and applied in each block.But its application in Wuqi and Panguliang block also exposed the defects and shortcomings ,pa

19、rtial drilling trajectory control has the charac -teristics of greatly increasing of Luohe reservoir ,unstable build and hold wellbore rule in the lower forma -tions ,which leads to repeated adjustment ,inefficient operation and great influence on the fast drilling.In order to enhance the BHA rigidi

20、ty and improve drilling stability ,a centralizer is added on non-magnetic drill collar through repeated practice.The idea of three-centralizer and four in one instead of four in one is put forward.This making up of string is studied and popularized through the experiments ,which achieved ideal resul

21、ts of trajectory control.Hole stability ,reducing the azimuth drift quantity ,controlling of the first drill ,reducing late twisting direction probability of the drilling assembly for the directional well are studied.According to the physical problems in the use ,the corresponding rules of the usage

22、 is summarized ,and key technique of appli -cation and matters needing pay attention to of this kind of BHA are given under the guidance of field appli -cation.Keywordsdirectional well ;drilling assembly ;drilling trajectory control ;three-centralizer and four in one2011年第16卷·74·中外能源SINO-GLOBAL ENERGY