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第八章 定向井(丛式井、水平井)复杂情况和事故及其处
理
8.1 造斜不成功
造斜不成功,可能的原因及相应措施如下:
① 弯接头度数不够大;解决办法是考虑换较大度数的弯接头。
② 地层太软,而钻头水眼则相对太小,使钻头来不及侧向切削,水力射流就已冲掉地层;合理的做法是,尽量装较大的水眼,并适当减少排量。
③ 钻具刚性太强,不能产生足够的侧向力。如泥浆马达上钻铤根数太多。合理的做法是,尽量少加钻铤。
④ 工具面没有掌握好,工具面反复调整不容易获得稳定的造斜率。所以工具面应相对稳定。
⑤ 水泥塞太软。这种情况出现在侧钻作业,如水泥塞没有足够的强度难以侧钻脱离老井眼。因此,须保证水泥塞足够的强度,如钻水泥塞时,加压5~10T,ROP在5~8min/m的范围。
⑥ 马达性能不好。一种情况是马达不工作,应更换掉。另一种可能情况是,马达工作,且有较快的进尺,但造斜率远不如其它马达或达不到设计要求,这种情况的原因可能是马达本体太长,或者轴承处横向间隙太大,使钻头抬不起头来。因此,当遇到造斜不成功时,可具体分析为什么,合理采取补救措施。
8.2 方位偏差太大
方位偏差太大的原因包括:
① 井眼轨迹发生始料不及的漂移,如上部井段严重左漂或右漂;
② 是由于一些特殊原因,提前结束造斜,起钻时没有获得预计的井斜方位。比如马达或测量仪器不能保证正常造斜,不得已只好提前结束造斜。
③ 由于测量仪器故障或测量工程师的失误,使真实定向方向不是测量仪显示的方向,致使方位偏差太大。解决方位偏差太大的办法是进行纠方位作业。纠方位作业时应主要考虑可能带来的狗腿和安全问题,特别是在裸眼段较长的井段。如果偏差值大得无法以扭方位来弥补,只有填井重钻。
8.3 出新井眼(“裤裆”井)
新井眼往往在以下情况中可能出现: ① 较浅、较疏松的地层;
② 狗腿较大的井段。如造斜段、扭方位井段; ③ 钻具刚性改变以后。
为避免出新井眼,定向钻井时应注意以下几方面:
A:如造斜是在较浅、较疏松的地层,造斜过程应尽量使井斜、方位平缓变化,避免急剧狗腿,特别是方位的变化。如增斜结束后,要下入刚性较强的稳斜组合,下钻要小心,不可轻易划眼;如遇阻严重,开泵冲下,如仍遇阻,应考虑起钻用刚性较小的增斜组合通井。有时,也可采取划眼的方式,但应在井斜较大的井段进行,必须注意划眼时钻压、扭矩等的变化。
B:在轨迹过渡井段,扭方位井段以及地层交接面,都要反复划眼,修正井壁,光滑井
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眼。
8.4 脱靶
从理论上讲,这种情况只在特殊条件下出现。主要是考虑井眼安全,无法进行纠方位作业。因此,对定向井工程师来说,如何准确预测轨迹变化,并把握好纠方位时机是很重要的。
8.5 与邻井相碰
这种情况主要可能出现在丛式井作业中。如何避免这一事故的发生,可以从以下几方面考虑:
① 设计时,尽量把防碰问题的可能性减小到最小;
② 实际作业时,严格控制井眼轨迹,按照防碰作业的有关程序采取相应措施,避免与邻井相交。
8.6 卡钻:
定向井卡钻包括机械卡钻和压差卡钻。其中机械卡钻可能有以下原因: ① 井眼不干净,砂子带不上来; ② 键槽形成于狗腿大的地方; ③ 井壁坍塌,埋死钻具;
④ 从井口落入不可钻物体,如硬的金属件等,卡死钻具; ⑤ 大块的水泥块掉落,造成扶正器等处被卡。
压差卡钻的原因是,泥浆比重太大,固相含量高,失水大,泥饼厚等,如钻遇高孔隙度和高渗透性地层,将进一步加剧卡钻的形成。所以,从工艺上讲,为避免压差卡钻,必须保持良好的泥浆性能并控制好井眼轨迹。
8.7 套管开窗和侧钻
8.7.1 套管开窗侧钻的应用
套管开窗侧钻的应用有两方面:一是油井的钻进期间,二是油井的开采期间。
在一口井的钻进过程中,往往会发生一些井下事故,如卡钻、井塌、断钻具、井下落物等,使其钻井作业不能按正常计划进行,进一步处理会浪费大量的人力、物力和财力,于是油公司必须采取挽救该井的最好办法,使其损失降到最低限度。实践证明,有时唯一经济有效的办法就是报废很少一段井眼进行侧钻作业,绕过有“问题”的井段。特别是井眼很深不可能挪井位及日成本很高的情况下,侧钻是明智的选择。
如果“问题”的解决可以在上段裸眼进行,只需要打上一段水泥塞,候凝后可进行常规的定向钻井作业。如果“问题”的解决只能在上部套管里进行,这就增加了处理的难度。这就需要在侧钻作业以前,在套管上开个孔,这个过程就是所谓的套管开窗,有时人们将套管磨铣一段后侧钻,这叫段铣套管,其作用是一样的。
套管开窗的第二大用途,也是应用最广的,还是用于生产井。因为一口井开采一段时期后,往往出现这样或那样的问题,如套管损坏、磨蚀、水锥、气锥造成产量下降,以及其它生产问题。为了尽可能提高生产量,或者延长油井寿命,人们往往采用二次完井方法,比较经济实惠。实践证明,套管开窗就是充分利用现有的各项条件,不用钻一口新井而又可进入油藏未开采部分的最佳措施。套管开窗不受套管尺寸、壁厚、钢级的限制,可以一次穿过多层套管。
8.7.2 套管开窗侧钻方法及各自优缺点
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在套管井中,通常有两种套管侧钻技术,一是套管段铣(Section Milling),二为套管开窗(Window Milling)。
套管段铣的方法:(Section Milling & Sidetracking) ① 用水力切割工具段铣一段套管。 ② 再打一次水泥塞,封固段铣井段。 ③ 常规侧钻作业。
套管开窗方法:(Window Milling & Sidetracking)
目前流行的套管开窗技术中,由于使用了不同的方法下封隔器、造斜器等,此方法又分为常规型套管开窗和改进套管开窗。为了便于区分,人们往往又称后一种方法为CST法。
A:常规套管开窗法: ① 准备工作
② 将封隔器、造斜器随钻柱一同下井 ③ 造斜器定向 ④ 坐定封隔器 ⑤ 剪断销钉 ⑥ 开始开窗 ⑦ 开窗结束
⑧ 划眼,加长窗口 ⑨ 常规的侧钻作业
B:改进的套管开窗(CST)法: ① 准备工作
② 用电缆下永久性封隔器,如果需要的话,可以确定定位销的方向 ③ 将造斜器下入封隔器,坐定造斜器 ④ 开始开窗 ⑤ 修整窗口
⑥ 划眼、扩眼窗口 ⑦ 常规侧钻作业
两种套管侧钻方法优缺点的比较:
套管段铣方法:
优点:① 下井工具简单,操作简便
② 适合各种套管尺寸 ③ 下井工具成本低
④ 对日后的钻井、完井作业无妨碍 缺点:① 作业时间长,花费较多的钻机时间
② 套管切削量大,容易形成“鸟窝”而卡钻,对泥浆泵磨损大,铁屑“磁化”
后粘在套管上
③ 对高强度套管P-110、深井、小套管、高温井中,该方法问题较多 ④ 不能一次切割多层套管; 常规套管开窗方法:
优点:① 作业时间短,起下钻次数较少
② 套管切削量小,如一段20米套管,其切削量仅为段铣的50%左右 ③ 能一次穿过多层套管(至少两层)
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④ 不需要打水泥塞
⑤ 切屑比较细小,容易带到地面; 缺点:① 下井工具多
② 定方位不正确,不易改正
③ 如窗口不好,给下一步作业造成困难 ④ 造斜器有时会移动或转动; 改进的套管开窗方法: 优点:① 定方位准确
② 封隔器坐封位置准确,锚定牢固
③ 用电缆下封隔器,配合CCL仪的使用,避开封隔器坐在接箍上,避免开窗时
穿过接箍
④ 一个金刚石铣鞋可完成开窗 ⑤ 其它优点同常规法
缺点:① 下井工具多,作业较复杂
② 窗口修整不好,下一步作业困难多
8.7.3 套管开窗前的准备
不管选用哪种开窗方法(Section Milling or Window Milling),都应认真做有关准备工作。
① 据井下条件及钻井作业要求,确定开窗点深度。
② 查阅测井图,确定开窗段的地层情况,尽可能选择可钻性较好的砂层,这将有利于日后的马达钻进。
③ 查阅水泥胶结质量测井图(CBL),确认开窗段的水泥封固是否好;如水泥胶结不好,则要实施挤水泥作业。
④ 根据要求的开窗长度,尽量做到磨铣最少的套管接箍。
⑤ 配制好合适的泥浆。开窗所用泥浆比重应和原先钻该地层的比重相同,其漏斗粘度75~100秒,以便携带铁屑。并配制高粘度(140')的稠泥浆,以便在开窗过程分配携带铁屑。
⑥ 对地面泥浆循环系统作适当改进。应在泥浆槽里和泥浆泵入口前放置打捞用磁铁,或在泥浆槽里加两道网,以捞铁屑,减少对泥浆泵的磨损。改造泥浆槽,把封闭式改成敞开式,尽量避免用软管泥浆槽,以防铁屑堆积。
⑦ 在下入开窗工具前,进行一次通井作业,保证开窗段及其底部的套管内清洁。
8.7.4 套管段铣(Section Milling)施工程序
① 开窗工具送上钻台后,再次检查所有螺钉是否上紧,再次确认其型号、刀片尺寸及扶正块外径等。
② 将开窗工具接在钻具上,进行功能试验,观察不同排量下的刀片张开的不同角度,记录泵压和排量。
③ 用细绳或细铁丝将刀片扎紧,下钻时要平稳,不可猛刹猛下,以免损坏刀片。 ④ 下到开窗段底部,然后上提至开窗点附近。慢慢开泵小排量打通循环,在较小排量下(保证刀片张开)上提钻具,再次确认套管接箍位置停泵。
⑤ 在开窗点深度开泵,泵排量稍高于最低刀片张开排量。启动转盘,转速50~60转/分,钻压为零。注意扭矩变化,大约15分钟后,套管接近被切断,此时扭矩很大,甚至蹩死转盘。切断套管后,扭矩马上变平稳。
⑥ 套管切断后,进行正常的磨铣作业,加压要均匀。钻压是否合适,视磨铣速度和铁
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屑形状而定。控制磨铣速度2小时/米左右。比较理想的铁屑长7~10公分,厚0.8mm左右,返出铁屑量均匀。
⑦ 当磨铣到0.8m左右时,要检查套管是否完全切断。方法是在开泵条件下,下压3~5吨,钻具不下滑;然后上提到开窗点,能上提3~5吨的力量。
⑧ 磨铣到按箍时进尺速度要慢,要有耐心。
⑨ 每磨铣半米,要慢慢活动钻具,观察是否有铁屑堆积现象。
⑩ 随时注意铁屑返出情况。如发现振动筛处铁屑量与磨铣进尺的铁屑量相差太多,应打稠泥浆将铁屑顶替出来,继续磨铣。如铁屑尺寸异常(偏大或偏小)则应调整磨铣参数(如钻压)。
段铣过程异常情况诊断:
⑴ 如返出铁屑量少,细如头发丝,应检查排量和泥浆性能是否合适,可增加排量,也可打1-2方稠泥浆进行检查。如数量仍不够,可增加钻压,并仔细观察参数改变后的铁屑变化。另外,钻具刺漏也可能是磨铣的铁屑带不上来的原因,应仔细检查是否有钻具刺漏。
⑵ 返出铁屑形状异常。较理想的铁屑长7~10公分,厚0.8mm。如铁屑长超过20公分,厚达1.5mm以上,表明钻压太大。如形如鳞片或细丝,表明钻压太小。应及时调整钻压。
⑶ 工具提不出窗口。在磨铣过程中,如铁屑多,清洁不够,较长的铁屑就会缠绕在开窗工具上方,导致更多铁堆积。此时应提高排量或增加粘切值,并采用倒划眼方法,一点一点往上提,切碎铁屑。另外,如果弹簧弹性不好,刀片不能复位,工具也可能提不出窗口,这时工具上提至开窗点便遇阻,而在它处则是自由的。此时可继续磨铣,直到刀片磨平为止。
8.7.5 套管开窗(Window Milling)施工程序
① 准备工作如前所述
② 电缆带上套管接箍定位仪(CCL)将封隔器下到预定井深,测出造斜点最近的一个套管接箍,最好将封隔器坐在套管接箍以上2~3米位置,目的是使整个开窗作业是在一根套管上进行,不担心会碰上接箍,另外,如果封隔器坐在接箍上,会发生转动和滑移问题,请注意,如果井温对陀螺测量有影响,下井前装上隔热套。
③ 造斜器地面定向及下井
如果需要对一特定方位进行造斜,则造斜器需定向,而在垂直井中可能不需定向,但是,如果井斜角大于2度,而把造斜器的方位定到井眼边以左或以右45度,是合乎需要的。
如果要定向,在座封隔器后需作方位测量。方位测量仪应座在封隔器定向槽内,要想达到此目的,应使其座在具有12.7mm键的50.8mm内径的衬套内。方位测量仪应在距底部约1.2米的顶部有几个扶正器,一旦测得定向键朝向预定方位,则可座固定锚,这时造斜器面即面对欲定方位。
固定锚的键在调定至所需方位之前,固定锚必须和造斜器相接。固定锚的顶部接头为母扣,把它和造斜器相接前,在造斜器公扣上应涂上丝扣密封剂,然后以4746至5424N-m,扭矩将造斜器和固定锚的顶部接头上紧,再把4个固定螺钉紧入造斜器的丝扣,如有可能,固定锚的顶部接头应和造斜器焊接在一起。固定锚和造斜器安全地紧固后,则可完成定向的操作步骤。
造斜器定向时,罗盘卡片滑过斜口管引鞋落于固定锚底部,罗盘卡片的印刷面背离造斜器。
下一步把造斜器和所需罗盘方位对正,对正时用罗盘的外圈刻度。做法很简单,首先将剪切螺钉暂时上到造斜器顶部的凸耳上,然后用一根线绕在剪切螺钉上沿造斜器面拉直,转动罗盘卡片直至所需方位和拉线对正,正常情况下即为高边偏左或偏右45度,然后于造器
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定向井(丛式井、水平井)复杂情况和事故及其处理
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