乐东 22-1 气田A14H井表层定向及扩眼钻井技术

吴旭东， 刘和兴， 方满宗， 马传华， 郑金龙， 牛 雪

(1.中海油能源发展股份有限公司工程技术湛江分公司，广东湛江 524057；2.中海石油(中国)有限公司湛江分公司，广东湛江 524057)

海洋浅层由于其特殊的沉积环境，压实性差，普遍具有地层松软、易被冲刷、易垮塌等特征[1-2]。海洋导管架相邻井槽之间的距离一般只有1.5～2.8 m，因此要求对浅层井眼进行预斜，使各井眼尽早分离，避免多口井的井眼之间相互干扰，甚至在钻井过程中各井眼之间发生碰撞[3-10]。在油气田开发后期利用调整井开发浅层油气资源时，要求井眼在浅层地层具有较高的造斜率，但使用大尺寸造斜钻具造斜率不高，井眼轨迹很难满足设计要求，易发生井眼报废等情况。这是国内海洋浅层定向及扩眼钻井中常遇到的一个问题，且目前尚缺乏很好的解决办法。为此，笔者分析了乐东 22-1 气田A14H井的具体情况，提出采用小尺寸钻具领眼造斜、新型三级固定翼扩眼器进行扩眼，并对领眼造斜与扩眼钻具组合进行优选，对特殊的固定翼扩眼器力学和水力学进行分析，形成一套“埋深浅，水垂比大”的浅层水平井表层定向及扩眼钻井技术，以解决海洋浅层预斜、造斜难度大的问题。

1 领眼造斜及扩眼钻井技术方案

1.1 乐东 22-1 气田A14H井概况

乐东 22-1 气田位于南海西部海域莺歌海盆地，一期开发共实施13口井，2008年8月投产，2011年其中2口井相继见水停产，为补充产能，2013年对该气田进行二期开发，并首次尝试钻浅层水平井——A14H井。该井的主要目的层段垂深仅550.00 m，水平位移1 500.00 m。

乐东 22-1 气田的井口平台井槽分布为4×4，井槽间距2.286 m，中间剩余3个空井槽，其余各井槽均已钻井。A14H井使用10#空槽口进行钻进，其井身结构如图1所示。

图1 A14H井的井身结构Fig.1 Casing program of Well A14H

1.2 A14H井钻井方案设计

A14H井所钻上部储层埋深很浅，需要钻头出套管鞋后开始预斜，同时为规避底水，预斜角度应尽量大，设计预斜造斜率4°/30m。

在极松软地层使用大尺寸钻具预斜造斜难度大，易出现井眼轨迹不满足设计要求、发生井眼报废等问题，而小尺寸钻具定向造斜难度小，后续可以使用新型固定翼扩眼器进行扩眼达到预斜造斜要求。为此，经综合考虑，A14H井采用“小井眼绕障预斜造斜，新型扩眼器钻具进行扩眼”的钻井方案，即：先钻φ250.8 mm领眼，绕障通过防碰段，并预斜造斜至井斜角为15°，再通过特殊固定翼扩眼器将领眼扩大至φ444.5 mm，下入φ339.7 mm套管并固井。

使用邻井已有的单点测斜仪及随钻测量井斜数据，对A14H井进行防碰扫描，结果见表1。

表1 A14H井防碰扫描结果

由表1可知，A14H井与A5H井的最小中心距为1.29 m，与A9井的最小分离系数为1.27。由此判断，整体上防碰形势严峻，但具有可操作性。由于周边邻井的井眼轨迹数据有限，为进一步规避风险，使用电子多点陀螺测斜仪对12口邻井的表层套管井段进行复测，对重点防碰井段210～300 m加密测点，每15 m测一个点。根据复测后的邻井井眼轨迹，对A14H井的设计轨道进行防碰扫描，结果见表2。

表2根据复测后邻井轨迹对A14H井的防碰扫描结果

Table2Anti-collisionscanresultsofWellA14Haccordingtotheremeasureddatafromadjacentwells

井号防碰点井深/m中心距离/m分离系数A139513.73134.0A21357.53A3H3562.6572.0A4H2301.59323.03652.9052.0A5H3440.7111.0A61353.71A71455.11A8H1355.11A92502.40153.0A103300.536.7A111455.11A121352.4910.0

由表2可知，A14H井在井深330 m处与A10井的中心距离仅为0.53 m。考虑到实际钻进过程中定向造斜钻具的工具面可能出现测量误差和读数误差，防碰井段中心距离需大于1 m，故对A14H井的井眼轨道进行优化，以减小防碰风险。

综合考虑井眼轨迹的控制难度及可操作性因素，结合A10井与A14H井相关井段的空间位置关系，因300 m以浅A10H井朝正南方向偏斜，为错开防碰段需选择合适的预斜方位，故A14H井的最佳选择是朝西北方向预斜，基于以上分析完成A14H井的井眼轨道优化设计。

对A14H井优化后的井眼轨道设计进行防碰扫描，结果见表3。

表3优化后A14H井的防碰扫描结果

Table3Anti-collisionscanningresultsofWellA14Hafteroptimization

井号防碰点井深/m中心距离/m分离系数A13003.9989A230015.46267A3H2373.77225A4H2711.28262791.3821A5H2711.45292791.5426A637817.2967A73009.82156A8H41719.7937A92362.4947A102601.43422761.6829A112916.755A122794.42110

由表3可知，防碰井段为260～280 m，A14H井在井深271 m处与A4H井的最小中心距离为1.28 m，防碰形势依然严峻，但防碰井段的中心距离均大于1 m，具备可操作性。

1.3 扩眼器的设计

目前，常规的牙轮扩眼器及常规固定翼扩眼器在软地层井斜角及造斜率较大的时候扩眼均存在井眼轨迹不满足设计要求的风险，鉴于此，针对A14H井设计了一种新型固定翼扩眼器(以下简称新型扩眼器)。该扩眼器主要由球形引导头、短钻铤及固定翼扩眼器本体组成，球形引导头可以增加钻具的导引性，摩阻小，不易出现新井眼，更容易进入领眼。

固定翼扩眼器本体的主要结构有钻头体、三级扩眼刀翼、喷嘴以及切削齿。刀翼固定在钻头体前端冠部，切削齿安装并固定在刀翼上，扩眼器采用5刀翼，刀翼环绕钻头体冠部中心平均分布。第一级扩眼刀翼直径为254.1 mm，略大于领眼直径；第三级扩眼刀翼直径为444.5 mm；第二级扩眼刀翼直径为349.3 mm，取第一级与第三级直径的中间值。新型扩眼器的基本形貌如图2所示。

图2 新型扩眼器本体形貌Fig.2 Schematic diagram of new reamer

利用相关软件对扩眼器进行力学模拟(结果见图3)，分析在不同钻压及井斜角情况下扩眼器及引导头的受力情况，对扩眼器是否易出现新井眼进行论证，并对扩眼钻具的振动强度进行安全评估。以井下钻具组合安全、简单为原则，引导头与扩眼器之间选用φ203.2 mm短钻铤，长度为3 m。

图3 扩眼钻具组合力学模拟结果Fig.3 Mechanical Simulation of reaming BHA

结合图3所示的模拟结果，通过合理的水力设计改善井眼携砂状况，减小对井壁冲刷及扩眼器泥包的概率。考虑到喷嘴的喷速和比水功率对钻速及造斜率的影响，选用8个内径为12.7 mm的喷嘴，在扩眼钻进钻井液排量为4 000 L/min时，喷速为62.5 m/s，比水功率为1.23。

1.4 钻具组合设计

考虑到常规大尺寸井眼不利于防碰及预斜，结合前期不同尺寸井眼的造斜能力，确定先使用螺杆钻具钻预斜领眼通过防碰段。领眼钻具组合为：φ250.8 mm牙轮钻头+φ171.5 mm1.5°弯角螺杆钻具(自带单流阀心)+φ171.5 mm定向接头+φ165.1 mm振击器 +φ127.0 mm 加重钻杆×11根。

使用设计的新型扩眼器进行扩眼，扩眼钻具组合为：φ244.5 mm引导头+φ203.2 mm短钻铤(3 m)+新型扩眼器+φ203.2 mm浮阀接头+φ203.2 mm非磁短钻铤+φ203.2 mm非磁配合接头+φ203.2 mm随钻测量仪+φ203.2 mm非磁钻铤+φ203.2 mm定向接头+φ203.2 mm振击器+变扣接头(631×410)+φ127.0 mm加重钻杆×11根。钻具组合中的随钻测量仪可实时获取邻井套管的磁干扰信息，持续跟踪扩眼钻具在扩眼过程中对井斜的影响，有效预防产生新井眼。

2 现场施工

2.1 φ250.8 mm领眼钻进

按照A14H井的设计方案组合领眼钻具，测量并确认工具面，下钻至泥面以下215.00 m，旋转钻进至预斜井深228.00 m，泵入8 m3膨润土浆清扫井眼。钻进参数：钻压0～20.0 kN，转速30 r/min，排量2 600 L/min，泵压4.5 MPa，扭矩0～113 N·m。

钻头提离井底1.50 m，使用陀螺测斜仪测斜，测点井深212.20 m，井斜角0.25°，方位角271.11°，调整工具面，定向方位角330°。开始定向滑动钻进，钻进参数：钻压5.0～50.0 kN，排量1 000 L/min，泵压1.8～2.0 MPa。为保证预斜效果，第一柱钻杆(长28 m)整柱滑动，不提拉，通过泵入膨润土浆的方式保证井眼清洁；第一柱钻杆钻完后，泵入膨润土浆至井底，然后将钻头提离井底1.50 m左右，用陀螺测斜仪测量，跟踪井眼走向及工具实际造斜能力，接完立柱后直接进行第二柱预斜；用第二柱钻杆钻进至井深275.00 m后，上下提放钻具9.00 m，泵入膨润土浆，将钻头下放至距离井底1.50 m的位置，用陀螺测斜仪测量，测点井深259.67 m，井斜角4.59°，方位角307.41°。实测数据与设计数据较接近，实时防碰扫描与设计相近，说明风险可控。继续防碰绕障钻进，通过防碰段。钻进期间，井口监听邻井套管，在A4H井、A5H井和A10井的井口头处安装防碰监测仪器，实时监测振动数据是否有异常，加密捞砂，观察振动筛上水泥及铁屑的返出情况，密切关注进尺、扭矩和钻压的变化，确保疏松地层防碰预斜成功。

领眼定向滑动钻进至井深354.00 m，泵入8 m3膨润土浆清扫井眼，钻头提离井底1.50 m，用陀螺仪测斜，测点井深335.22 m，井斜角15.9°，方位角269.79°。平均预斜造斜率4.49°/30m，预斜效果良好，达到设计要求。由于整个领眼钻进过程中采取连续滑动方式，而且狗腿严重度相对较大，为保证后续扩眼作业正常进行，倒划眼短起至桩管鞋。倒划眼参数：转速30 r/min，排量1 800 L/min，泵压3.5 MPa，扭矩20～100 N·m，循环干净，下钻到底，无沉砂，起钻。

2.2 扩眼钻进、下套管并固井

组合扩眼钻具，用随钻测量仪测量并定向接头高边，下钻至井深215.00 m，扩眼钻进至井深220.00 m。钻进参数：钻压5.0～20.0 kN，转速15 r/min，排量3 000～3 600 L/min，泵压3.5～4.0 MPa，扭矩50～145 N·m。泵入10 m3膨润土浆清扫井眼，继续扩眼钻进，调整钻进参数：钻压5.0～40.0 kN，转速30 r/min，排量3 600 L/min，泵压4 MPa，扭矩110～400 N·m。扩眼钻进期间实时对比领眼井的测斜数据和随钻测量的井斜数据，监控井眼轨迹走向，派专人监测邻井情况，加密捞砂，注意水泥或铁屑的返出情况。扩眼钻进至井深352.00 m，泵入18 m3膨润土浆清扫井眼，循环至返出干净，井底垫入27 m3膨润土浆，短起下钻顺利，起钻。下入φ339.7 mm套管至井深350.00 m，留口袋2 m，固井作业顺利。

3 施工效果分析

实钻预斜领眼、扩眼段的井眼轨迹数据见表4、表5。其中，表4为用陀螺测斜仪测得的结果，表5为用随钻测量仪测得的结果。

表4用陀螺测斜仪测得的A14H井预斜井眼轨迹数据

Table4BoreholetrajectorydataofWellA14Hmeasuredbygyroinclinometer

井深/m井斜角/(°)方位角/(°)造斜率/((°)·(30 m)-1)0000146.50000212.200.25271.110.04240.802.21315.292.14259.674.59307.413.85297.519.44281.914.07335.2215.90269.795.53

表5用随钻测量仪测得的A14H井扩眼后井眼轨迹数据

Table5BoreholetrajectorydatameasuredbyMWDinWellA14Hafterreaming

井深/m井斜角/(°)方位角/(°)造斜率/((°)·(30m)-1)0000146.53000240.802.57314.532.11259.704.80314.533.45297.509.88285.894.46335.2016.63269.085.47

对比表4、表5可知，在使用陀螺测斜仪和随钻测量仪测斜2种情况下，领眼、扩眼两井眼的造斜率及井底井斜角相近，且均超出A14H井的设计值。这表明，应用该技术可以降低后续井段的造斜难度，也说明A14H井领眼造斜及扩眼钻井技术方案实施成功，取得了良好的应用效果。

4 结 论

1) 在海洋浅层水平井A14H井的表层定向和扩眼钻进中，选择1.5°弯角的φ171.5 mm螺杆钻具，通过合理控制领眼及扩眼钻进参数，结合必要的技术措施，造斜率可达到(4°～5°)/30m。

2) 设计的φ254.1 mm×φ349.3 mm×φ444.5 mm新型三级固定翼扩眼器在扩眼过程中操作平稳，没有出现新井眼，使用风险小，安全可靠，并且在疏松表层预斜钻进过程中获得较高的造斜率，很好地克服了软地层造斜及防碰技术难题。

3) 新型扩眼一体化钻井技术在A14H井表层钻井作业的成功应用，可为类似井的钻井施工提供借鉴。

参考文献
References

[1] 赵学战，管申，郭希玺，等.崖城 13-1-A16 井表层“一开双眼”定向钻井技术[J].石油钻采工艺，2012，34(增刊1)：9-11.

Zhao Xuezhan,Guan Shen,Guo Xixi,et al.“Twinhole drilled at first spudding” directional drilling technology of 13-1-A16 Well surface in Yacheng[J].Oil Drilling & Production Technology,2012,34(supplement 1):9-11.

[2] 李凡，赵少伟，张海，等.单筒双井表层预斜技术及其在绥中36-1油田的应用[J].石油钻采工艺，2012，34(增刊1)：12-15.

Li Fan,Zhao Shaowei,Zhang Hai,et al.Preventive oblique technology of single hole double wells surface and its application in Suizhong 36-1 Oilfield[J].Oil Drilling & Production Technology,2012,34(supplement 1):12-15.

[3] 魏刚，张春琳，邵明仁.小井距密集丛式定向井防碰技术[J].内蒙古石油化工，2010，36(2)：99-101.

Wei Gang,Zhang Chunlin,Shao Mingren.The spacing of dense cluster directional wells anti-collision technology[J].Inner Mongulia Petrochemical Industry,2010,36(2):99-101.

[4] 祝效华，朱虎军，司念亭，等.扩眼器在定向造斜段的应用可行性研究[J].海洋石油，2008，28(4)：96-98.

Zhu Xiaohua,Zhu Hujun,Si Nianting,et al.Research on reamer's applicability in directional kick off intervals[J].Offshore Oil,2008,28(4):96-98.

[5] 张晓诚，刘亚军，王昆剑，等.海上丛式井网整体加密井眼轨迹防碰绕障技术应用[J].石油科技论坛，2010(5)：13-17.

Zhang Xiaocheng,Liu Yajun,Wang Kunjian,et al.Offshore cluster well network integrated encryption well trajectory anti-collision detouring technology[J].Oil Forum,2010(5):13-17.

[6] 王万庆，田逢军.长庆马岭油田水平井钻井防碰绕障技术[J].石油钻采工艺，2009，31(2)：35-38.

Wang Wanqing,Tian Fengjun.The anti-collision and barrier-bypassing technology of horizontal well drilling in Changqing Maling Oilfield[J].Oil Drilling & Production Technology,2009,31(2):35-38.

[7] 刘刚，孙金，何宝生，等.定向井防碰地面监测系统设计及现场试验[J].石油钻探技术，2012，40(1)：7-11.

Liu Gang,Sun Jin,He Baosheng,et al.Design and field test of surface monitoring system for directional wells anti-collision[J].Petroleum Drilling Techniques,2012,40(1):7-11.

[8] 饶志华，杨超，段泽辉，等.浅层多井防碰相对井间距预测模型的建立与现场验证[J].中国海上油气，2014，26(4)：80-83.

Rao Zhihua,Yang Chao,Duan Zehui,et al.Establishment and field verification of relative inter-well distance prediction model for anti-collision of shallow multi-wells[J].China Offshore Oil and Gas,2014,26(4):80-83.

[9] 何保生，刘华亮，刘刚，等.基于球面波传播理论的钻头趋近邻井防碰预测模型[J].石油钻探技术，2013，41(3)：62-66.

He Baosheng,Liu Hualiang,Liu Gang,et al.Anti-collision prediction model for drill bit approaching adjacent well based on spherical wave propagation theory[J].Petroleum Drilling Techniques,2013,41(3):62-66.

[10] 刘刚，孔得臣，孙金，等.套管头振动信号特征应用于油井防碰监测的可行性分析[J].中国海上油气，2012，24(3)：54-57.

Liu Gang,Kong Dechen,Sun Jin,et al.Feasibility analysis on application of casing head vibration signal in wellbore anti-collision monitoring[J].China Offshore Oil and Gas,2012,24(3):54-57.