新疆油田SAGD鱼骨状水平井钻井技术
林晶1, 王新1, 于洋飞2, 张宝龙1, 胡新兴1     
1. 中国石油西部钻探工程有限公司钻井工程技术研究院, 新疆克拉玛依 834000 ;
2. 中国石油新疆油田分公司开发公司, 新疆克拉玛依 834000
摘要: 为有效增加油层裸露面积,提高稠油油藏储层吸收蒸汽的效果,从而提高稠油井的产量及采收率,新疆油田将SAGD水平井与鱼骨状水平井技术相结合,以SAGD成对水平井为基础,利用SAGD磁定位导向技术与鱼骨状分支井眼轨迹控制技术,在注汽井水平段钻若干鱼骨状分支井眼,形成了可有效增加储层裸露面积的SAGD鱼骨状水平井钻井技术,并钻成了SAGD鱼骨状水平井FHW3043井组。FHW3043井组的顺利钻成证明了SAGD鱼骨状水平井钻井技术的可行性,为该技术在稠油油田的应用积累了经验。
关键词: 蒸汽辅助重力泄油     水平井     鱼骨状水平井     井身结构     井眼轨迹     新疆油田    
Drilling Technology of the SAGD Fishbone Horizontal Well in the Xinjiang Oilfield
LIN Jing1, WANG Xin1, YU Yangfei2, ZHANG Baolong1, HU Xinxing1     
1. Drilling Engineering Technology Research Institute, CNPC Western Drilling Engineering Co. Ltd., Karamay, Xinjiang, 834000, China ;
2. CNPC Xinjiang Oilfield Development Company, Karamay, Xinjiang, 834000, China
Abstract: To effectively increase the exposed area of oil reservoirs, to improve the steam absorption effects of heavy oil reservoirs and to raise productivities and recovery ratios of heavy oil wells, the Xinjiang Oilfield combined SAGD horizontal well technology with a fishbone horizontal well technology to drill several fishbone branch holes in the horizontal section of steam injection wells by using SAGD magnetic localization guidance and fishbone branch hole trajectory control technology on the basis of SAGD paired horizontal wells. The SAGD fishbone horizontal well drilling technology could effectively increase the exposed area of the reservoir and it was used to drill FHW3043 well group of SAGD fishbone horizontal wells. Successful completion of the FHW3043 well group had proved the feasibility of SAGD fishbone horizontal well drilling technology and accumulated experiences for the application of the technology for heavy oil development.
Key words: steam assisted gravity draining     horizontal well     fishbone horizontal well     casing program     well trajectory     Xinjiang Oilfield    

目前,SAGD水平井技术作为稠油资源开发的重要技术手段,在国内外稠油开采中得到广泛应用[1-3]。新疆油田在成功开展SAGD水平井技术先导试验的基础上[4],将该技术在稠油开采中进行了推广应用,截至2014年底已完成百余对SAGD水平井。鱼骨状水平井是在一个主水平井眼侧钻出多个分支井眼作为泄油通道,增加油层裸露面积及扩大蒸汽驱范围,来提高原油采收率[5-8]。为进一步提高稠油开采综合效益,新疆油田将SAGD水平井技术与鱼骨状水平井技术相结合,在风城稠油油藏进行了我国首次SAGD鱼骨状水平井试验。SAGD鱼骨状水平井以SAGD成对水平井为基础,在位于上方的注汽井水平段钻出若干鱼骨状分支井眼,以增加油层裸露面积,通过蒸汽腔在储层中的扩展实现提高储层蒸汽吸收效果的目的。目前,新疆油田已完成SAGD鱼骨状水平井FHW3043井组的钻井施工。该井组正在进行注蒸汽循环预热,具备投产条件后即转入SAGD生产。

1 工程设计 1.1 井身结构设计

新疆油田SAGD成对水平井中采油井、注汽井的井身结构均为:一开,采用Φ444.5 mm钻头钻进,下入Φ339.7 mm表层套管固井;二开,采用Φ311.1 mm钻头钻进,下入Φ244.5 mm技术套管并采用加砂水泥浆固井;三开,采用Φ215.9 mm钻头钻进,下入Φ177.8 mm筛管悬挂在Φ244.5 mm技术套管内,重叠段30.00 m。考虑目前国内鱼骨状水平井的技术水平,SAGD鱼骨状水平井分支井眼采用裸眼方式完井。因此,SAGD鱼骨状水平井中采油井采用与常规SAGD成对水平井中采油井相同的井身结构;注汽井二开以上井段采用与常规SAGD成对水平井中注汽井相同的井身结构,水平段主井眼下入Φ177.8 mm筛管作为完井管柱,鱼骨状分支井眼采取裸眼完井(见图 1,图中Z1、Z2、Z3和Z4为4个分支井眼的编号)。

图 1SAGD鱼骨状水平井井身结构 Fig.1Casing program for SAGD fishbone horizontal well

SAGD鱼骨状水平井中采油井的井身结构与常规稠油水平井井身结构相同,属于成熟技术,因此,井身结构设计的关键在于注汽井水平主井眼完井管柱能否安全顺利下入。虽然同样是下入Φ177.8 mm筛管完井,但由于鱼骨状分支井眼条件与常规SAGD水平井、鱼骨状水平井均有不同,因此,完井管柱的下入有一定的难度和风险,难度和风险的大小主要取决于分支井钻完井工艺和井眼轨迹光滑程度。因此,下入管柱前应做好调整完井液润滑性能、通井等准备工作。

1.2 井眼轨道设计

SAGD鱼骨状水平井与常规SAGD水平井相比,主要是鱼骨状水平井井眼轨道不同:一方面作为SAGD注汽井,为保证与SAGD采油井水平段的严格对应关系,必须采用磁定位导向技术精确控制主井眼井眼轨迹的水平、垂直偏移;另一方面,必须保证在主井眼设计位置快速侧钻出分支井眼,并确保后续主井眼钻进中不会误入分支井眼。更为重要的是,分支井眼的分布、长度、走向均直接关系到钻井能否顺利实施及投产后的开采效果,涉及到地质目的的实现与工程技术能力的对接。因此,确定了鱼骨状水平井井眼轨道设计的主要参数:水平段设计左右各2个分支井眼,分支井眼长度设计为100.00 m,分支井眼采用上翘方式,分支侧钻点与分支井眼末端垂差为5.00 m,偏离主井眼最大水平距为15.00 m。采油井水平段、注汽井水平段主井眼的井眼轨迹控制在以入靶点A为中心(高1.00 m×宽2.00 m)和以终靶点B为中心(高1.00 m×宽2.00 m)的靶体内。另外要求严格控制注汽井水平段主井眼与采油井水平段井眼轨迹垂向间距为5.00±0.50 m,水平间距为±1.00 m。

井眼轨道设计除满足钻达地质目标外,还需要考虑SAGD水平井开采对井眼轨迹的要求:采油井水平段以上垂深20.00~30.00 m的井段要求井斜角小于60°;采油井斜井段要留有约20.00m的稳斜段或增斜段(井眼曲率不大于3°/30m)。此外,设计井眼轨道还需要重点考虑以下因素:1)SAGD井组内采油井与注汽井入靶前需控制井眼轨迹以防止相碰,一般两井的距离由井口20.00 m左右逐渐减小,至入靶点达到5.00 m;2)注汽井鱼骨状分支井眼应尽快偏离主井眼;3)注汽井鱼骨状分支井眼轨道必须满足后续主井眼、分支井眼钻进及完井管柱顺利下入的要求;4)水平段定向钻进作业的安全与效率。采油井FHW3043P井和注汽井FHW3043I井的井眼轨道设计结果见表 1表 2表 3

表 1 采油井FHW3043P井的井眼轨道设计 Table 1 Trajectory design for oil well FHW3043P
井段井深/m段长/m井斜角/(°)方位角/(°)垂深/m水平位移/m造斜率/((°)·(30m)-1)
直井段257.30257.3000257.3000
增斜段423.44166.1459.81278.00394.8779.1210.80
稳斜段455.4131.9759.81278.00410.94106.750
增斜段(A点)532.1676.7590.00278.00430.70180.0011.80
水平段(B点)942.16410.0090.00278.00430.70590.000
表 2 注汽井FHW3043I井主井眼的井眼轨道设计 Table 2 Main borehole trajectory design for steam injection well FHW3043I
井段井深/m段长/m井斜角/(°)方位角/(°)垂深/m视平移/m狗腿度/((°)·(30m)-1)工具面角/(°)
直井段249.34249.3400249.34000
增斜段440.06190.7260.00277.73407.0791.069.440
增扭段(A点)512.0872.0290.00278.00425.50159.8212.500.55
水平段(B点)922.08410.0090.00278.00425.50569.8200
表 3 注汽井FHW3043I井鱼骨状分支井眼的井眼轨道设计 Table 3 Trajectory design for fishbone branch hole of steam injection well FHW3043I
分支井眼井段井深/m段长/m井斜角/(°)方位角/(°)垂深/m视平移/m狗腿度/((°)·(30m)-1)工具面角/(°)
Z1A1542.08090.00278.00425.50189.8300
B1642.63100.5595.66295.30420.50288.705.4271.56
Z2A2612.08090.00278.00425.50259.8300
B2712.62100.5495.66260.70420.50358.695.42288.43
Z3A3682.08090.00278.00425.50329.8300
B3782.62100.5495.66295.30420.50428.695.4271.57
Z4A4752.08090.00278.00425.50399.8300
B4852.57100.4994.53260.70421.50498.695.33284.92
1.3 鱼骨状水平井水平段施工关键技术

SAGD鱼骨状水平井与常规SAGD水平井相似,为确保投产后能够形成理想形态的蒸汽腔,需要严格控制鱼骨状水平井水平段主井眼与采油井水平段垂向、水平向上的相对距离,因此,水平段主井眼施工过程中仍然需要采用磁定位导向技术以确保水平段主井眼满足井眼轨迹控制精度的要求[4]。分支井眼轨迹控制过程中,由于受到已钻成且下入筛管采油井的磁性干扰,无法采用常规定向仪器进行精确测量。同时,受目前磁定位技术能力的限制,也无法应用磁定位技术进行导向钻进,因此,4个分支井眼的轨迹控制主要是通过选择合适弯角的螺杆和工具面角,并采取合理的技术措施,实现各分支井眼快速偏离主井眼的目标。

考虑到主井眼完井管柱顺利下入的要求,注汽井水平段采用前进式钻进方案:按照各分支井眼分支点在主水平井眼上的先后位置依次施工,每次先钻一段主井眼,当钻至分支井眼的分支处时,先钻完分支井眼,然后起钻至分支井眼的分支处,接着钻主井眼的下一段,直至完成全部分支井眼和主井眼的钻进工作。

综上所述,SAGD鱼骨状水平注汽井FHW3043I井水平段的具体施工工序为:注汽井中完后,在采油井中利用修井机、小尺寸钻杆或油管将磁探测仪下至A点以下30.00 m处;注汽井每钻进10.00 m,测量一次与采油井的相对位置(垂向与轴向距离);根据测量数据及时调整注汽井水平段的井眼轨迹;钻进30.00 m后停止钻进,将采油井中的磁探测仪下送30.00 m;采用上述方式钻至井深549.00 m(即第一分支点)后,调整工具面,全力增斜扭方位钻至第一分支井眼完钻井深,将防膨液替入到分支井眼,保证已完成分支井眼稳定;起钻至分支点处,采用磁定位技术继续钻水平段主井眼,钻至下一个分支点位置,重复上述过程,直至完成整个水平段,起钻,更换成通井钻具组合对水平段主井眼进行通井,调整钻井液性能,下入Φ177.8 mm筛管完井。

2 现场施工 2.1 FHW3043P井

SAGD鱼骨状水平井中采油井与常规稠油水平井钻井工艺相同。FHW3043P井实钻井身结构为:一开,采用Φ444.5 mm钻头钻至井深181.00 m,Φ339.7 mm表层套管下至井深180.37 m,水泥浆返至地面;二开,采用Φ311.1 mm钻头钻至井深543.00 m(靶点A),Φ244.5 mm技术套管下至井深540.88 m,采用高强度加砂水泥浆固井,水泥浆返至地面;三开,采用Φ215.9 mm钻头钻至井深954.00 m完钻,Φ177.8 mm 筛管下至井深953.00 m,悬挂于井深503.67 m处完井。FHW3043P井所用钻具组合为:一开,Φ444.5 mm钻头+Φ177.8mm 钻铤×4根+方钻杆;二开,Φ311.1 mm钻头+Φ197.0mm螺杆(2.25°)+Φ127.0 mm无磁承压钻杆×1根+Φ165.1 mm MWD短节+Φ127.0 mm无磁承压钻杆×1根+Φ127.0 mm加重钻杆×40根+Φ127.0 mm斜坡钻杆;三开,Φ215.9 mm钻头+Φ172.5 mm螺杆(1.50°)+Φ127.0 mm无磁承压钻杆+Φ165.1 mm MWD短节+Φ127.0 mm无磁承压钻杆+Φ127.0 mm斜坡钻杆+Φ127.0 mm加重钻杆。

2.2 FHW3043I井 2.2.1 一开及二开

FHW3043I井一开,采用Φ444.5 mm钻头钻至井深182.56 m,Φ339.7 mm表层套管下至井深181.06 m,水泥浆返至地面;二开,采用Φ311.1 mm钻头钻至井深519.00 m(靶点A),Φ244.5 mm技术套管下至井深516.68 m,采用高强度加砂水泥浆固井,水泥浆返至地面。

2.2.2 水平段主井眼及分支井眼

水平段主井眼及分支井眼采用的钻具组合为:Φ215.9 mm钻头+Φ172.0mm强磁短节+Φ172.0 mm螺杆+Φ127.0 mm无磁钻杆+MWD短节+Φ127.0 mm无磁钻杆+Φ127.0 mm钻杆+Φ127.0 mm加重钻杆。

1) 主井眼及第1分支井眼Z1。在FHW3043P井中下入磁导向仪,对FHW3043I井进行磁定位导向钻进,同时利用MWD的工具面参数以滑动和旋转复合钻进相结合的方式控制注汽井井眼轨迹位于采油井正上方5.00 m左右。该井主井眼导向钻至井深549.00 m时,增斜扭方位开始钻第1分支井眼,钻至井深650.00 m,第1分支井眼完钻,将防膨液替入到第1分支井眼内。该段主井眼长33.00 m,第1分支井眼长101.00 m。

2) 主井眼及第2分支井眼Z2。起钻至井深549.00 m开始侧钻主井眼,侧钻至井深565.00 m,确认侧钻成功后,加压进行主井眼磁定位导向钻进,钻至井深618.00 m时,增斜扭方位开始钻第2分支井眼,钻至井深720.00 m,第2分支井眼完钻,将防膨液替入到第2分支井眼内。该段主井眼长69.00 m,第2分支井眼长102.00 m。

3) 主井眼及第3分支井眼Z3。起钻至井深619.00 m开始侧钻主井眼,侧钻至井深630.00 m,确认侧钻成功后,加压进行主井眼磁定位导向钻进,钻至井深688.00m时,增斜扭方位开始钻第3分支井眼,钻至井深790.00 m,第3分支井眼完钻,将防膨液替入到第3分支井眼内,起钻换钻头。该段主井眼长69.00m,第3分支井眼长102.00 m。

4) 主井眼及第4分支井眼Z4。下钻至井深688.00 m侧钻主井眼,侧钻至井深703.00 m,确认侧钻成功后,加压进行主井眼磁定位导向钻进,钻至井深759.00 m时,增斜扭方位开始钻第4分支井眼,钻至井深860.00 m,第4分支井眼完钻,将防膨液替入到第4分支井眼内。该段主井眼长71.00 m,第4分支井眼长101.00 m。

5) 最后一段主井眼。起钻至井深759.00 m侧钻主井眼,侧钻至井深774.00 m,确认侧钻成功后,加压进行主井眼磁定位导向钻进,钻至井深930.00 m,主井眼完钻,该段主井眼长171.00 m。

2.2.3 完井

为保证筛管顺利下入,完钻后起钻取下测量仪器,甩掉螺杆,下入单稳定器钻具组合通井,下钻到底后采用大排量充分洗井。FHW3043I井筛管顺利下至井底,投球坐挂悬挂器,倒扣丢手,并坐封管外封隔器,起钻,完成该井的完井作业。完井管串组合为Φ177.8 mm全钢引鞋+Φ177.8 mm筛管×37根+Φ177.8 mm套管×3根+Φ244.5 mm×Φ177.8mm悬挂器+Φ244.5 mm×Φ177.8mm耐高温封隔器+送入管柱。

3 结论与建议

1) SAGD鱼骨状水平井FHW3043井组的钻成证明了SAGD鱼骨状水平井钻井技术的可行性,为稠油开采提供了一个新技术手段。

2) 从理论上看,SAGD注汽井水平段引入鱼骨状分支井眼,可以增加油层裸露面积,促进蒸汽腔扩展,提高储层吸收蒸汽效果,从而提高稠油油藏开发效果。目前已完成的SAGD鱼骨状水平井FHW3043井组还在循环预热阶段,尚未投产,其开采效果还有待于投产后的生产情况验证。

3) SAGD鱼骨状水平井FHW3043井组的分支井眼长度均为100.00 m,且受目前水平段井眼轨迹控制工具与工艺的限制,其偏离主井眼的距离有限。为提高分支井眼的长度及偏离主井眼的距离,需要开展鱼骨状水平井分支井眼轨迹控制技术研究。

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文章信息

林晶, 王新, 于洋飞, 张宝龙, 胡新兴
LIN Jing, WANG Xin, YU Yangfei, ZHANG Baolong, HU Xinxing
新疆油田SAGD鱼骨状水平井钻井技术
Drilling Technology of the SAGD Fishbone Horizontal Well in the Xinjiang Oilfield
石油钻探技术, 2016, 44(04): 7-11.
Petroleum Drilling Techniques, 2016, 44(04): 7-11.
http://dx.doi.org/10.11911/syztjs.201604002

文章历史

收稿日期: 2015-12-31
改回日期: 2016-05-04

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