L26-P5井井眼轨迹优化设计研究

陈绍锋 (中石油大庆油田有限责任公司大庆钻探工程公司钻井二公司,黑龙江大庆 163413)

L26-P5井井眼轨迹优化设计研究

陈绍锋 (中石油大庆油田有限责任公司大庆钻探工程公司钻井二公司,黑龙江大庆 163413)

为了降低L26-P5井施工中的摩阻扭矩,实现安全、优质、高效钻井,在分析套管与井眼曲率相适应性的基础上,对L26-P5井井眼轨迹优化设计中的剖面类型选择、井眼曲率和靶前位移的确定等进行详细研究。结果表明,L26-P5井套管能够安全通过的最大井眼曲率为9.59°/30m、靶前位移为350m、井眼曲率为6.0°/30m～6.5°/30m～1.0°/30m的三增圆弧井眼轨迹,具有摩阻扭矩小、现场可操作强的特点,能够保证井眼轨迹在纵向上和横向上不偏离目的层,从而获得良好的施工效果。

井眼曲率;井眼轨迹剖面;靶前位移

L26-P5井是部署在松辽盆地中央坳陷区龙虎泡——大安阶地龙虎泡构造上的一口开发水平油井,主要目的层为青山口组地层的高台子油层。按照地质设计要求,该井进入高台子油层后在水平段内横向穿行1962.24m,属于典型的长水平段水平井。为了安全、高效、优质地完成L26-P5井的钻井施工,保证完井过程中套管的安全下入,笔者对L26-P5井井眼轨迹进行了优化设计。

1 套管与井眼曲率适应性分析

在水平井施工中,井眼曲率过高不仅增加钻井施工难度,还会影响完井过程中套管的安全下入[1]。为了保证套管安全下入,需要计算套管能够安全通过的最大井眼曲率。在进行井眼轨迹优化设计时,要保证最大井眼曲率小于套管能够安全通过的井眼曲率。套管允许通过的最大井眼曲率计算公式如下[2]:

式中,R为套管允许弯曲半径,m;E为钢的弹性模量,2.1×106k Pa;D为套管外径,cm;k1为抗弯安全系数,取值1.8;k2为套管螺纹连接处安全系数,取值3;Yp为钢材屈服极限,kPa;K为套管安全通过的最大井眼曲率,(°)/30m。

根据L26-P5井的相关技术数据,应用上述公式对钢级为N80、外径为177.8mm的套管进行允许弯曲半径和允许井眼曲率计算,该套管允许的弯曲半径为179.22m,能够安全通过的最大井眼曲率为9.59°/30m。因此,在进行L26-P5井的井眼轨迹设计时,井眼曲率应要小于9.59°/30m。

2 井眼轨迹剖面类型优选

目前在井眼轨迹设计中应用的剖面类型主要有单增圆弧剖面、双增圆弧剖面和三增圆弧剖面,其中单增圆弧剖面造斜段最短,造斜率最高,井眼轨迹不够光滑,而双增圆弧剖面和三增圆弧剖面造斜率相对较低,更适合应用常规螺杆钻具定向[3]。应用landmark水平井优化设计软件对3种剖面类型的摩阻力情况进行模拟计算,结果如图1所示。由图1可知,3种剖面类型自造斜点以后随着井深增加,摩阻力都在增大,但是三圆弧剖面摩阻力增加的相对缓慢,在相同井深时,单增圆弧剖面摩阻力最大,双增圆弧剖面次之,三增圆弧剖面摩阻力最小。因此,应选择三增圆弧轨迹剖面类型进行L26-P5井的井眼轨迹设计。

3 井眼曲率和靶前位移的确定

图1 不同剖面类型摩阻力曲线图

长水平段水平井能否实现水平段的安全、高效施工,主要取决于该井的摩阻扭矩情况,而摩阻扭矩的大小又与井眼曲率大小、井斜角大小等因素有关[1]。在进行井眼曲率优化设计时,靶前位移大小直接影响着井眼曲率的大小,如果靶前位移过大,则井眼曲率必然降低,相应的造斜井段也会增长;靶前位移过小,井眼曲率相应的增大,造斜井段较短。因此,在条件允许情况下应尽可能选择合适的靶前位移和井眼曲率[3]。根据L26-P5井的水平井段长度,利用landmark软件对不同靶前位移和井眼曲率的摩阻扭矩情况及钻具组合弯曲情况进行模拟,模拟结果如表1所示。由表1数据可知,随着靶前位移的增大,井眼曲率逐渐降低,起钻摩阻也逐渐减小,当靶前位移为350m时达到最小;下钻摩阻逐渐增大,转盘扭矩逐渐减小,但是自靶前位移350m以后无论是下钻摩阻,还是转盘扭矩减小的幅度都非常小;钻具弯曲形式由螺旋弯曲过渡到正弦弯曲。因此,在考虑摩阻扭矩尽量小、造斜井段尽量小的情况下,L26-P5井井眼轨迹选择靶前位移350m比较合适,此时的井眼曲率为6.0°/30m～6.5°/30m～1.0°/ 30m,能够使套管安全通过。

表1 不同靶前位移和井眼曲率下的摩阻扭矩和钻具弯曲类型表

4 现场应用效果

L26-P5井自井深1513.60m进行定向造斜施工,钻具组合如下:∅215.9mm PDC钻头+∅172mm螺杆钻具(单弯1.25°)+∅172mm LWD随钻测斜仪器+∅165mm钻铤+∅127mm加重钻杆+ ∅127mm 18°斜坡钻杆+∅127mm加重钻杆。施工中详细记录每个单根的定向情况,使井斜40°前井眼曲率不超过6.0°/30m,随着造斜趋势的形成,严格控制定向和复合钻进的比例,使40～87.42°之间的井眼曲率不超过6.5°/30m。为了防止因目的层垂深误差而脱靶,应用1.0°/30m的井眼曲率进行稳斜探油顶。钻至井深2035.96m时,井斜89.87°准确命中靶点A并进入水平段施工。水平段施工中应用旋转导向钻井工具结合地质导向系统,根据目的层伽马、电阻率等参数的变化,结合地质录井数据和砂样,及时调整井斜角和方位角,直至钻至井深3998.20m完钻,确保了井眼轨迹在纵向上和横向上不偏离目的层,从而达到了设计要求(见表2)。

5 结论

1)通过计算确定L26-P5井套管能够安全通过的最大井眼曲率为9.59°/30m。

2)在井眼轨迹优化设计过程中,三增圆弧轨迹剖面的摩阻扭矩最小,更适合现场常规螺杆钻具定向施工。

3)采用350m靶前位移、6.0°/30m～6.5°/30m～1.0°/30m的三增圆弧井眼轨迹,可以确保其在纵向上和横向上不偏离目的层,从而满足设计要求。

表2 井眼轨迹数据表

[1]韩福彬,李瑞营,李国华,等.庆深气田致密砂砾岩气藏小井眼水平井钻井技术[J].石油钻探技术,2013,41(5):56-61.

[2]李增乐.中浅层水平井井眼轨道优化设计与施工[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2013,40(10):43-45.

[3]陈琳琳,王永吉,李瑞营.垣平1井长水平段水平井设计与施工[J].石油钻探技术,2013,41(6):115-119.

[编辑] 李启栋

TE242

A

1673-1409(2014)32-0065-02

2014-07-01

陈绍锋(1982-),男,工程师,现主要从事钻井技术方面的研究工作。