CN104832119A - 开窗侧钻短半径水平井及反循环固井堵水方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于油田老井和关停井的二次产能开发的开窗侧钻短半径水平井及反循环固井堵水方法，主要包括如下6个步骤：1)选择开窗点；2)设计井眼轨迹；3)定位坐封斜向器；4)套管开窗作业；5)井眼轨迹控制；6)完井作业。本发明的方法可以应用于部分低产井和报废关停井的二次开发，能有效获取老井未受控面积内的储油和死角残余油，恢复并提高单井产量和终极采收率。
Description
技术领域
本发明属于油田定向钻井领域，涉及一种用于油田老井和关停井的二次产能开发的开窗侧钻短半径水平井及反循环固井堵水方法，涵盖套管开窗工艺、水平井技术、小井眼钻井技术、完井技术、反循环固井技术等领域，本发明能有效改善油区部分低产井和报废关停井的采收率。
背景技术
经过多年勘探开发之后，油田通常存在大量的低产井和关停老井，而大部分关停老井仍然存在剩余油富集区。为了有效获取老井未受控面积内的储油和死角残余油，提高油田整体采收率，目前大都采用小井眼常规定向井结合正循环固井技术进行二次开发，施工难度大、风险高。此外，由于常规定向井直接钻遇水层，因此完井后很容易发生产层水淹事故，造成产能下降或者零产出，推高了生产成本。
为了克服现有技术存在的问题，本发明提出了一种开窗侧钻短半径水平井及反循环固井堵水方法，既能充分利用已有老井井眼降低生产成本，又能复活死井并保持和完善原有井网，侧钻点选在水层下面且实施反循环固井封堵水层，从而效解决完井后上部水层下窜对产能的干扰问题。通过采用本发明的方法能有效获取老井未受控面积内的储油和死角残余油，恢复并提高单井产量和终极采收率。
发明内容
本发明提供了一种用于油田老井和关停井的二次产能开发的开窗侧钻短半径水平井及反循环固井堵水方法，主要包括如下6个步骤：1)选择开窗点；2)设计井眼轨迹；3)定位坐封斜向器；4)套管开窗作业；5)井眼轨迹控制；6)完井作业。
下面对各个步骤的具体实施过程进行详述。
在步骤1)中，要求避开上部强出水层，选择固井质量较好的井段，同时避开套管接箍位置，开窗点到水层底部垂直距离必须大于20m。此外，开窗点的选择还要结合工具的造斜能力和短半径水平井造斜段对垂深和位移的要求。
在步骤2)中，开窗位置确定好之后，进行井眼轨迹设计：根据地质设计资料获得轨迹设计所需的主要参数，包括：井口位置、靶点坐标、靶点垂深、闭合方位、闭合距、狗腿度控制目标、靶窗靶体控制目标等，同时获得设计软件需采用的地磁模型，以获得地磁参数如磁偏角、磁场强度、磁倾角、收敛角等。确定好上述参数后，利用例如LANDMARK COMPASS专用定向设计软件来进行轨迹设计。设计过程中，应注意考虑到两个方面的问题：一是注意大弯角螺杆钻具通过套管窗口时的相容性问题，防止出现挂卡；二是考虑随钻测量仪器(MWD)在窗口附近受到的磁干扰问题。通过采用常规钻具组合沿斜向器斜面稳斜钻进并盲打约20米可同时有效解决上述两个问题。
在步骤3)中，坐封斜向器管串结构为：斜向器+定向接头+钻杆。将斜向器平稳缓慢提上钻台，按照顺序连接好管串，然后均匀缓慢下钻，下钻过程中要时刻关注指重表，遇阻不得超过20kN，防止下钻中途斜向器固定锚先期工作，造成斜向器失效或过早剪断悬挂螺钉，导致不必要的打捞作业。下钻时禁止开泵、转动转盘或上提钻具。下钻至设计井深后，座卡瓦，用陀螺测斜仪确定斜向器方位，开泵憋压19-22MPa并稳压5min使斜向器坐封，而后正转转盘24圈以上倒扣丢手，起出送入工具。倒扣完成后上提钻具40cm剪断扶正盘固定销钉，注意悬重增加40-50kN后灵敏针突然回摆说明销钉剪断，可以正常起钻。
在步骤4)中，套管开窗作业钻具组合为：铣锥+钻铤(1根)+钻杆。下钻到底后，多次轻压慢放以探实斜向器鱼顶位置，并在钻杆上做好放入标记，而后上提1m开泵并开动转盘，缓慢下放到斜向器顶部开始开窗作业，其中各阶段作业参数如下：
初始阶段，磨铣参数分别为：钻压5-10kN，转速30-60rpm，排量20-30L/s。从铣锥接触导斜器至铣锥底部与套管接触，磨铣出均匀接触面，采用轻压慢放方式磨铣。
稳定阶段，磨铣参数分别为：钻压10-30kN，转速60-70rpm，排量20-30L/s。操作上轻压快钻，均匀磨铣。
出窗阶段，磨铣参数分别为：钻压5-10kN，转速60-70rpm，排量20-30L/s。磨铣过程中时刻注意井内返出物，反复划眼磨铣，修整窗口直至上提、下放无明显挂卡为止。
在步骤5)中，井眼轨迹控制主要包括三个部分：开窗侧钻井段、增斜井段、水平井段，其中：
a)开窗侧钻井段
采用常规钻具组合为；牙轮钻头+双母接头+单流阀+钻杆。下钻通过套管窗口后探底，然后复合钻进10～12m，为随钻仪器避开磁干扰留足空间，随后充分循环清洁井眼，循环完毕后起钻，准备下入大度数螺杆钻具进行增斜钻进。本段钻进参数为：钻压0-20kN；排量10-12L/s；立压13-15MPa。
b)增斜井段
采用钻具组合为：牙轮钻头+大角度单弯螺杆+单流阀+定向接头+无磁钻铤(含MWD)+加重钻杆+斜坡钻杆。每次下钻时倒装钻具，确保加重钻杆始终处于直井段的套管内，保证钻压的有效传递。钻进过程中，摆放工具面时，一次不能转动过大的角度，防止单弯螺杆钻具发生折断。每钻进5米测一次斜，提高中靶精度。每钻完20-30米做一次短起下，保证井眼通畅。打钻过程中，司钻送钻要均匀平稳，严禁猛刹猛放。如果造斜率不够或者造斜率过高，应及时起钻更换单弯螺杆弯角。造斜段打完着陆后，起钻更换水平段钻具组合。本段钻进参数为：钻压0-20kN；排量10-12L/s；立压13-15MPa。
c)水平井段
采用钻具组合为：PDC钻头+小角度单弯螺杆(1.15°)+单流阀+定向接头+无磁钻铤(含MWD)+加重钻杆+斜坡钻杆。每次下钻时倒装钻具，确保加重钻杆始终处于直井段的套管内，保证钻压的有效传递。施工时，采用滑动钻进和旋转钻进相结合的方式，以达到井眼轨迹控制、消除岩屑床和平稳钻进的目的。每钻进50m短起下钻一次，及时清除井底岩屑，保证井眼光滑。实时与泥浆工程师保持沟通，控制好泥浆的悬浮性、流变性和润滑性等性能参数。钻具在井内的静止时间不得超过3分钟，钻具活动范围3-5米。如遇特殊情况钻具必须静止或停泵，停钻时间较长时，应将钻具提到套管内，防止井下事故或复杂情况发生。钻至完钻井深后，充分进行循环以清洁井眼，为后续完井作业做好准备。循环完毕后，起钻。本段钻进参数为：钻压0-15kN；排量10-12L/s；立压13-15MPa；转速25-30rpm。
在步骤6)中，完井作业主要包括下入完井管串和反循环固井作业两个部分。完井管串结构为：引鞋+筛管+变扣+外加厚油管+防砂尾管悬挂器+伴送钻杆至井口。下完井管柱前，先采用常规钻具通井至井底，并彻底循环钻井液，确保井眼通畅。之后按照管柱结构设计下管柱串。下至设计位置后，循环钻井液不少于1h，确保井眼及环空清洁，然后关泵停止循环，在30分钟内接好固井管线并进行试压，试验压力不小于15MPa，确保悬挂器能够正常坐封。同时校核流量计，确保入井液体量计量精确。反循环固井施工开始前，必须确保各项设备工作正常，并进行反循环半周洗井，确认环空通畅。然后依次注入前置隔离、水泥浆和后置隔离液，完毕后采用清水替浆，顶替到位后，关闭环空保持压力，以防止管内外压差造成水泥塞移动，同时在钻杆内投球坐封悬挂器，然后开启环空，正转20-30圈悬挂器丢手。悬挂器脱手后，上提钻具40cm，继续用水泥车反循环顶通，顶通后接井队泥浆泵以6-8L/s的排量反循环洗井；泥浆槽出口若有水泥返出，则增加循环时间，以避免水泥浆堵塞悬挂器。停止循环后，起出钻具，并候凝48小时。
附图说明
图1是完井管柱示意图。
附图标记说明：
1-老井井眼套管；2-悬挂器悬挂点；3-套管开窗点；4-加厚油管；5-筛管；6-井底。
具体实施方式
下面以K202S井为例具体说明本发明工艺的施工流程。
1.开窗点的选择
结合KAM油田区块的地质条件、开采方式、开窗方式、油水纵向分布等因素，优选K202S井的锻铣开窗位置为1154-1167m，窗口长度只有13m。在现场施工过程中，实际开窗点位置在1160m。
2.井眼轨迹设计
K202S井井眼轨迹设计基础数据见表1。其具体情况是：一是自开窗点处1163m斜深到1186m斜深，采用常规钻具沿斜向器斜面复合钻进，造斜率为0；二是主要造斜段造斜率比较高，达到21.30°/30m，这主要是因为靶点垂向深度的限制，造斜点与A靶点垂深仅相差83.65m。
表1 K202S井眼轨迹设计基础数据表
| 井深 | 间距 | 井斜 | 方位 | 垂深 | N/S | E/W | 闭合距 | 闭合方位 | 狗腿度 | 备注 |
| m | m | 度 | 度 | m | m | m | m | 度 | 度/3m | |
| 1163.00 | 0.00 | 0.00 | 1163.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 侧钻点 | |
| 1168.00 | 5.00 | 3.00 | 74.36 | 1168.00 | 0.04 | 0.13 | 0.13 | 74.36 | 18.00 | |
| 1186.00 | 18.00 | 3.00 | 74.36 | 1185.97 | 0.29 | 1.03 | 1.07 | 74.36 | 0.00 | |
| 1293.76 | 107.76 | 79.51 | 74.36 | 1261.10 | 18.06 | 64.49 | 66.97 | 74.36 | 21.30 | |
| 1377.24 | 83.48 | 88.76 | 74.54 | 1269.62 | 40.30 | 144.40 | 149.92 | 74.41 | 3.32 | 靶点A |
| 1483.40 | 106.16 | 88.76 | 74.54 | 1271.92 | 68.60 | 246.70 | 256.06 | 74.46 | 0.00 | 靶点B |
3.斜向器的定位坐封
根据施工步骤，通过陀螺仪定位斜向器斜面方位在74度附近，坐封位置在1160m斜深位置。
4.套管开窗作业
套管开窗作业钻具组合为：XZ-124铣锥+27/8”钻铤(1根)+27/8”钻杆。开窗作业耗时约10个小时，开窗完毕后又盲打4米，钻进至1168m斜深起钻。
5.井眼轨迹控制技术
K202S井实钻井眼轨迹可以分为3个部分：稳斜直井段；造斜段；水平段。施工时，结合钻具和轨迹设计优选钻进参数，综合考虑120mm牙轮钻头和PDC钻头的额定钻压、实际钻时、造斜率和钻压的关系，需要大造斜率时，增大钻压同时减小排量；反之，则降低钻压、增大排量、多划眼等，进入水平段后使用小弯角螺杆时则可以复合钻进。
a)稳斜直井段施工(1168m-1185m)
钻具组合(常规旋转钻具)：120mm单牙轮钻头+双母接头+回压阀+27/8”钻杆。
本井段稳斜钻进，共25m长，其目的是为下入大弯角螺杆钻具留足空间，同时为MWD工具避开磁干扰做好铺垫。钻进过程中，始终加强钻井液循环，及时将井底铁屑携带干净。
b)造斜段施工(1185m-1374m)
1)钻具组合I(1185m-1270m)：120mm单牙轮钻头+2.23°单弯螺杆+回压阀+定向接头+NMDC(MWD)+27/8”钻杆。
本井段井斜从3°增加到74°，方位角从85°扭到74°，平均造斜率达到25°/30m，而设计造斜率为21.3°/30m，可见实际造斜率较高，实际井斜比设计超前约10°，必须更换钻具组合，以降低造斜率。
2)钻具组合II(1270m-1374m)：120mmPDC钻头+1.22°单弯螺杆+回压阀+定向接头+NMDC(MWD)+27/8”钻杆。
本井段井斜从74°增加到84°，方位角基本不变，平均造斜率为2.9°/30m，井斜比设计滞后约4°，造斜率完全能够满足施工需求。
c)水平段施工(1374m-1482m)
钻具组合：120mmPDC钻头+1.22°单弯螺杆+回压阀+定向接头+NMDC(MWD)+27/8”钻杆。
本井段井斜从84°增加到92°，方位角从74°扭到了78°，平均造斜率为2.2°/30m，钻至斜深1482m垂深1270.86m完钻，符合地质要求。
6.完井技术
a)完井设计
根据K202S井的基本情况，决定采用尾管悬挂油管和筛管的完井方式，其优势在于：完井方式简单，施工风险较小，不污染储层，并有利于提高油气采收率。完井管柱结构如下：Φ73mm引鞋+Φ73mm筛管+变扣+Φ73mm外加厚油管+Φ139.7mm×Φ73mm防砂尾管悬挂器+Φ73mm伴送钻杆至井口。
防砂悬挂器悬挂点深度为1099m MD，Φ73mm外加厚油管段长为1099m-1355m，Φ73mm平式筛管段长为1355m-1479m。图1是完井管柱示意图。施工采用YJ140×73型防砂悬挂器，它结构简单，易于操作，正传20-30圈即可脱手，中心管可以拔出，长度约为1.5m，其上下两端各有4个泄压孔，上部泄压孔距离螺纹端面30cm，下部泄压孔距离中心管下端40cm，优点是中心管不完全拔出时可以进行反循环洗井，以防止悬挂器上部可能存在的水泥浆堵塞油管或筛管。
b)反循环固井技术措施
1)为了减少混浆带，配制高粘度隔离液，分别在水泥浆前部和后部进行隔离，隔离液性能见表2；
表2 K202S井固井用隔离液设计
| 隔离液类型 | 粘度/s | 密度/(g/cm3) | 环空长度/米 | 注入量/m3 |
| 前置高粘隔离液 | 90-120 | 1.0-1.2 | 120 | 1 |
| 后置高粘隔离液 | 90-120 | 1.2-1.5 | 60 | 0.5 |
2)精确计算各种液体量，考虑扩径，裸眼井段直径按照钻头直径附加5％计算，参看表3；
表3.K202S井固井段井径计算
3)优选水泥浆体系，确保水泥浆的防水窜能力，并提高水泥浆胶结能力，水泥浆的性能设计见表4；
4)施工时，为了减少混浆量，尽量采用小排量注水泥和顶替；
5)利用软件反复模拟优选施工排量，提高顶替效率，同时采用水柜流量计双计量，确保替浆量准确；
表4.K202S井水泥浆体系设计
| 密度(g/cm3) | 1.89-1.91 |
| 稠化时间(70BC)/min | 施工时间+0.5h |
| 过渡时间(30-70BC)/min | 短过渡时间 |
| API失水(BHCTx7MPax30min) | ≤50ml |
| 自由液/％ | ≤2.5 |
| 48小时抗压强度(BHSTx21Mpa)/Mpa | ≥14 |
| 初始稠度(Bc) | ≤30 |
6)悬挂器坐封丢手后，必须进行反循环洗井，如果无法顶通，可以尝试进行正循环顶通，防止悬挂器上端被堵塞。
c)反循环固井施工步骤
1)循环钻井液不少于1h，确保井眼及环空清洁；
2)关泵停止循环，在30min内接好固井管线并进行试压，试验压力不小于15MPa，确保悬挂器能够正常坐封；
3)固井队校核流量计，确保入井液体量计量精确；
4)反循环固井施工开始前，固井队必须确保各项设备工作正常，并进行反循环半周洗井，确认环空通畅；
5)注入前置隔离液，隔离液密度1.15g/cm3，注入排量0.3m3/min，注入用时3min，注入量1m3；
6)注入水泥浆，水泥浆密度1.90g/cm3，注入排量0.3m3/min，注入用时3min，注入量0.83m3，注入时必须保证供灰连续不间断，以确保封固质量；
7)注入后置隔离液，隔离液密度1.15g/cm3，注入排量0.3m3/min，注入用时1.5min，注入量0.5m3；
8)采用清水替浆，清水密度1.00g/cm3，泵入排量0.3m3/min，用时34min，顶替量10m3；
9)顶替到位后，关闭环空保持压力，以防止管内外压差造成水泥塞移动，同时在钻杆内投球坐封悬挂器，然后开启环空，正转20-30圈悬挂器丢手；
10)悬挂器脱手后，上提钻具40cm，继续用水泥车反循环顶通，顶通后接井队泥浆泵以6-8L/s的排量反循环洗井，并仔细观察泥浆槽出口是否有水泥返出，若发现有水泥返出，应增加循环时间，以避免水泥浆堵塞悬挂器；
11)停止循环后，候凝48h。
完井作业顺利完成施工。其中，防砂悬挂器悬挂点在1099m，反循环固井水泥顶部和底部分别在1145m斜深和1245m斜深。
Claims (10)
1.开窗侧钻短半径水平井及反循环固井堵水方法，包括如下步骤：1)选择开窗点；2)设计井眼轨迹；3)定位坐封斜向器；4)套管开窗作业；5)井眼轨迹控制；6)完井作业。
2.如权利要求1所述的方法，其中在步骤1)中，要求避开上部强出水层，选择固井质量较好的井段，同时避开套管接箍位置，开窗点到水层底部垂直距离必须大于20m。
3.如权利要求1所述的方法，其中在步骤2)中，首先确定如下技术参数：井口位置、靶点坐标、靶点垂深、闭合方位、闭合距、狗腿度控制目标、靶窗靶体控制目标，以及地磁参数如磁偏角、磁场强度、磁倾角、收敛角等；之后，利用专用定向设计软件进行轨迹设计。
4.如权利要求3所述的方法，其中在步骤2)的轨迹设计中，采用常规钻具组合沿斜向器斜面稳斜钻进并盲打约20米。
5.如权利要求1所述的方法，其中在步骤3)中，斜向器下钻过程中指重表遇阻不得超过20kN，下钻至设计井深后，座卡瓦，用陀螺测斜仪确定斜向器方位，开泵憋压19-22MPa并稳压5min使斜向器坐封，而后正转转盘24圈以上倒扣丢手，起出送入工具，倒扣完成后上提钻具40cm剪断扶正盘固定销钉。
6.如权利要求1所述的方法，其中在步骤4)中，下钻到底后，多次轻压慢放以探实斜向器鱼顶位置，并在钻杆上做好放入标记，而后上提合适距离开泵并开动转盘，缓慢下放到斜向器顶部开始开窗作业。
7.如权利要求6所述的方法，其中在步骤4)中，所述开窗作业包括：a).初始阶段，其磨铣参数为：钻压5-10kN，转速30-60rpm，排量20-30L/s；b)稳定阶段，其磨铣参数为：钻压10-30kN，转速60-70rpm，排量20-30L/s和c)出窗阶段，其磨铣参数分别为：钻压5-10kN，转速60-70rpm，排量20-30L/s。
8.如权利要求1所述的方法，其中在步骤5)中，包括：开窗侧钻井段、增斜井段和水平井段，其中在所述开窗侧钻井段，采用常规钻具组合为：牙轮钻头+双母接头+单流阀+钻杆；钻进参数为：钻压0-20kN；排量10-12L/s；立压13-15MPa；在所述增斜井段，采用钻具组合为：牙轮钻头+大角度单弯螺杆+单流阀+定向接头+无磁钻铤(含MWD)+加重钻杆+斜坡钻杆；钻进参数为：钻压0-20kN；排量10-12L/s；立压13-15MPa；在所述水平井段，采用钻具组合为：PDC钻头+小角度单弯螺杆(1.15°)+单流阀+定向接头+无磁钻铤(含MWD)+加重钻杆+斜坡钻杆；钻进参数为：钻压0-15kN；排量10-12L/s；立压13-15MPa；转速25-30rpm。
9.如权利要求1所述的方法，其中在步骤6)中，包括下入完井管串和反循环固井作业；其中所述完井管串结构为：引鞋+筛管+变扣+外加厚油管+防砂尾管悬挂器+伴送钻杆至井口；所述反循环固井施工前充分循环清洁井筒，基于扩径效应计算泥浆量，采用前后双置隔离液以防止混浆。然后依次向管柱内注入前置隔离液、水泥浆和后置隔离液，完毕后采用清水替浆，顶替到位后关闭环空保持压力，同时在钻杆内投球坐封悬挂器；之后开启环空，旋转管柱使悬挂器脱手，上提钻具40cm，继续用水泥车反循环顶通，顶通后接井队泥浆泵以6-8L/s的排量反循环洗井，泥浆槽出口若有水泥返出，则增加循环时间。停止循环后，起出钻具，并候凝48小时。
10.如前述权利要求任一项所述的方法用于低产井和报废关停井的二次开发的用途。
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