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论涪陵页岩气田三维水平井井眼的轨迹控制技术

作者:优质期刊论文发表网  来源:www.yzqkw.com  发布时间:2020/11/19 13:17:35  

摘要:本文论述了涪陵页岩气田三维水平井井眼轨迹控制技术,可以达到显著的提速效果,在实际应用过程中需要不断完善井眼轨迹控制技术,优化经验轨迹控制规程,对现场定向钻井提供指导作用。

关键词:涪陵; 页岩气; 三维水平井; 井眼轨迹; 控制技术;

0 引言

涪陵页岩气田地处山地丘陵地带。为了减少井场数量,减少单井占地面积,节约和提高整体工程成本,不断提高页岩气开发效率,页岩气开发过程中主要采用丛式水平井。为了提高开发效率,有必要将目标定位在最大主应力的垂直方向。井口和入窗点闭合方位和水平靶体方位没在一条直线,因此在涪陵页岩气田中主要是利用三维水平井。对比常规的水平井,三维水平井井眼轨道设计工作非常复杂,具有较大的摩阻扭矩,井眼轨迹控制难度比较大,钻井工作也具有较大的难度。当前我国已经发展了三维水平井配套钻井技术,并且可以提高整体工作效率,但是在今后发展过程中,需要进一步优化设计井眼轨道,有效考控制井眼轨迹。

1 概述三维井眼定向钻井技术的难点

1.1 原井眼轨道设计的影响

在涪陵地区页岩气田三维水平井轨道设计过程中,采用与二维水平井轨道设计极为相似的双增量井轨道设计方法,对部分水平井进行了设计。具有较长的稳斜段,长度通常在1000m以上,在施工中利用旋转导向钻钻井,具有较高的工作成本,例如常规定向钻具钻进机械,虽然整体转速比较高,但是稳斜段比较长,不利于提高常规定向钻具的速度。靶前位移通常在900m以上,再加上工作人员选择过于靠上的造斜点,这些特点都无法落实三维水平井优快定向钻井,在长稳斜段施工过程中,很难利用单弯双稳螺杆,工作人员需要及时调整滑动钻,在实际工作中很难调整三维井段双稳钻井组合定向工具面,滑动钻进效果因此受到影响,此外钻具组合具有很强的刚性,利用双驱复合钻的过程中,在井下可能会发生蹩钻问题。如果在过于靠上的位置选择造斜点,定向段长因此增加,定向钻井工作周期因此延长[1]。

1.2 三维井眼轨迹控制难度较大

涪陵页岩气田三维水平井侧向位移比较大,通常会达到600m以上,如果提前扭方位,实际偏移距离无法满足设计要求,入窗难度因此增加。如果产生滞后扭方位,实际偏移距可以满足设计要求,但是靶前位移无法满足定向工具造斜工作的要求,在增斜阶段,工作人员需要同时控制方位变化,如果井斜较大,也会增加方位调整的难度。为了顺利完成相关工作,在三维井眼控制工作中,工作人员可以结合偏移距离变化和靶前位移变化,控制难度比较大。

1.3 三维眼井摩阻扭矩较大

在三维水平井斜井段,需要适当的增斜和扭方位,在下钻和滑动钻钻进过程中,钻具很容易发生屈曲问题,钻具接触井壁之后会产生较大的摩阻扭矩,产生严重的托压问题,不利于向钻头传递钻压,降低了钻井速度,延长了定向钻的周期。由于上孔的扭转方向增加了全角度变化率和摩擦扭矩,定向工具面无法放置在正确位置,在同一位置反复升降钻具,增加了定向钻进的难度,延长了定向钻进的钻进周期[1]。

2 涪陵页岩气田三维水平井井眼轨迹控制技术思路

采用原有的井眼轨迹设计模式,不利于实现三维水平井优化和快速定向钻井。其工作目标是使摩擦力矩最小。在实际工作中,有必要对原始井眼轨迹类型进行优化,改进轨迹参数,优化三维井眼轨迹设计技术,以提高定向钻井速度。因为三维井眼轨迹控制工作具有较大的难度,为了保障钻井的安全性,提高现场定向施工的便利性,需要利用精细控制措施,严格控制井段井眼轨迹,优化涪陵页岩气田三维水平井井眼轨迹控制技术,降低整体施工难度。面临三维井眼摩阻扭矩较大的问题,工作人员可以利用降摩减扭工具,避免发生托压问题,利用三维井眼降摩减阻技术,高效控制三维井眼轨迹。

要想优化三维井眼轨道,工作人员需要合理选择三维井眼轨道,把握入窗时机,提高施工现场的操作性。利用预目标位移,尽可能调整倾斜点,缩短稳定段长度,有效缩短钻进周期。为了降低整体工作量,要在稳斜段改变方位。结合降摩减扭的工作理念,优化轨道全角的变化率,控制稳斜段的井斜角[3]。

在实际应用中,将三维水平井轨迹分为六段。在纠偏井段的井眼内设置二维增斜段,以保证增斜效果。在稳斜边变方位井段,施工人员需要全力扭方位,有效减少工作量。在边增斜边调整方位井段,应合理调整调整工具面,合理调整方位角。在着陆段利用增斜入窗,合理调整参数。

3 涪陵页岩气田三维水平井井眼轨迹控制关键技术

三维水平井偏移距比较大,同时也会增加变方位工作量,在大斜度井段调整方位难度较大,定向钻工作周期比较长,井眼轨迹缺乏圆滑性,将会影响到后续井下作业的安全性。采用分段精细控制方法,保证节点控制效果,有效控制井眼轨迹。

(1)纠偏井段:在纠偏井段要注重减小偏移距,工作人员要结合中靶要求,同时要控制下部井段扭方位工作量,因此需要合理选择纠偏方位。因为该井段的井眼尺寸,需要利用大尺寸、刚性强的钻具,但是在实际钻进阶段会增大摩阻扭矩,很难掌握工作面,降低了定向效率,工作人员需要优选钻具组合,严格控制钻井的各项参数。选择纠偏方位的过程中,需要模拟计算偏移距,同时需要考虑摩阻扭矩,保障纠偏方位的合理性。如果纠偏方位比较大,可以及时消除偏移距,同时会产生较小的摩阻和扭矩。校正目标的方位角为垂直角,可以及时消除偏移,但后续方位扭转的工作量也会增加,扭矩也会增加。为了提高施工的便利性,需要对纠偏位置进行控制[4]。

(2)稳斜变方位井段:以井眼轨道设计方案为基础,在三维变方位井段设置稳斜变方位井段,井段经过纠偏处理之后,控制井斜角在40°以上,有效减小偏移距。保障井眼轨迹可以进入到变方位窗口中。在该井段反复实施变方位工作,因此降低后续工作量。

在实际工作中需要确定变方位安全窗口,如果靶体方位为0°,在稳斜段的井斜角为65°,如果偏移距发生了变化,工作人员可以进行模拟计算,确定井眼轨迹后续全角变化率,明确方位实际变化情况。如果剩余偏移距占据总偏移距的50%以上,可以降低后续井眼轨迹全角的变化率,如果扭方位过早发生,将会导致方位扭过头。当剩余偏移距为30%时,后续井眼轨迹会产生较大的全角度变化率,增加了斜井方位角变化的难度。因为工作人员需要控制剩余偏距比例在35%~45%范围内,因此设置变方位安全窗口,这是最佳的扭方位时机。工作人员需要合理选择钻具和工具参数,合理简化钻具组合,将钻铤去除,倒装加重钻杆,减少钻具与井壁接触面积,这样有利于工作人员控制定向工具面,使定向效果因此提高[5]。

(1)增斜变方位井段:通过增斜钻进,实现扭方位效果,为着陆井段提供良好的基础,避免了测量盲区对井眼轨迹控制工作的影响。根据定向工作面变化情况,合理估计井眼轨迹参数,准确预测盲区数据,确保施工过程中造斜率符合要求。准确预测三维井眼轨迹,合理调整滑动钻进和复合钻进,提高井眼轨迹平滑性,避免事故风险。

(2)着陆井段:控制着陆井段的井眼轨迹,确定矢量入靶的角度。在着陆之前,可以结合油藏建模思路,综合钻进和测井等资料构建随钻前导模型,把握目的层走向以及倾角等,并且要紧密结合现场地质人员以及地质导向人员,保障着陆的准确性[6]。

确定入靶角度的过程中,如果目的层产状上倾,工作人员需要在靶前20m左右控制井眼轨迹,在目的层顶部位置控制垂深,进入到目的层之后,在入靶之前需要合理调整最大井斜角,在距层顶1m范围内控制井眼轨迹。

目的层产状下倾,可使靶前位移提前,并可适当减小探井顶部倾角。井眼轨迹可控制在目标点前20m以上,入井角度应小于最大偏差角的3°。进入目标层后,井眼轨迹可在目标层前的地层上进行控制。

4 三维井眼降摩减阻技术

因为三维井眼具有变方位井段,在定向钻进过程中,会快速增加滑动摩阻,产生托压问题。解决了定向托压问题以后,可提高定向施工效率。工作人员可以利用降摩减阻扶正器,利用水力振荡器,利用周期性振荡钻柱,减少在滑动钻进过程中,井壁和钻杆之间接触产生摩擦,改善钻压传递效果,使滑动钻进能不断提高。水利振荡器可以明显改善定向托压问题,提高机械钻速,提高定向施工效率[7]。

在直井段钻进过程中,每钻进30m需要实施测斜工作,并且对待测钻迹实施防碰扫描,采用随钻仪器进行随钻监测,预测有防碰风险可下入定向钻具组合的过程中进行绕障施工,确保井间安全距离。

5 结语

本文论述了涪陵页岩气田三维水平井井眼轨迹控制技术,可以达到显著的提速效果,在实际应用过程中需要不断完善井眼轨迹控制技术,优化经验轨迹控制规程,对现场定向钻井提供指导作用。

参考文献

[1] 孙庆春.大牛地气田二级井身结构三维水平井钻井技术研究与应用[J].石化技术,2020,27(06):144-145.

[2] 李子丰.孕育中的三维水平井修正轨道设计的二次函数法和弹性管柱插连法[J].石油钻采工艺,2020,42(03):261-264,270.

[3] 王六鹏,魏磊,高云文,等.基于多目标约束三维水平井轨道优化设计研究[J].钻采工艺,2020,43(01):17-20.

[4] 唐慧莹,张东旭,刘环竭,等.页岩气藏水平井分段压裂缝间应力干扰全三维模拟[J].西安石油大学学报(自然科学版),2019,34(05):37-44.

[5] 李炜.三维地质模型在吴起油田水平井导向中的应用[J].辽宁化工,2019,48(07):689-691.

[6] 窦玉玲,唐志军,徐云龙,等.涪陵江东区块三维水平井优快钻井技术-以焦页91平台为例[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2019,46(02):55-59.

[7] 李伟,刘文臣,周贤海,等.涪陵页岩气田三维水平井轨道优化设计方法探讨[J].石油钻探技术,2018,46(02):17-23.

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