MGT钻井新技术在水平井中的钻井方法应用研究

(长庆油田公司第六采油厂, 陕西 西安  410200)

摘 要：目前，SAGD钻井技术已经成为油藏开发的超端技术，但是随着社会上对稠油和超稠油的开发力度越来越大，传统的SAGD技术已经无法满足开发需求，最大的一个问题就是对水平井轨迹的精细控制。MGT磁导向工具作为探索10-30m厚的油层超稠油蒸汽呑吐后期转换开发式、提高采收率而开发的最新钻井设备，在使用过程中可以消除绝对误差，使数据精确到最小差额，以便更好的达到设计要求。本文笔者将主要研究MGT钻井新技术在水平井中的钻井方法。

关键词：MGT磁导向工具；SAGD钻井技术；电磁MWD；水平井

目前世界经济正不断发展，对石油的需求也不断提升，因此可预见的是未来对稠油和超稠油油藏的开发将会有更大的力度。蒸汽辅助重力泄油（Steam Assistance Gravity Drive）技术就是开发超稠油藏的重要手段，随着对石油开发力度的加大，SAGD技术已经无法满足油藏开发的需求，这时磁导向技术逐渐被运用。国外以加拿大为代表，1993年，Sperry Sun钻井服务公司在加拿大首次试图通过使用磁导向技术钻SAGD双水平井。在我国，辽河油田的SAGD技术发展较快，比较具有代表性。

1  SAGD双水平井的概况

SAGD技术按照不同的钻探方式和井型有明显的类别区分，主要可以分为直井井组联采、U型井（直井或水平井）联采、从式井/（斜直）水平井联动助采和双水平井开采等多种类型，这其中尤以双平行水平井井组开采方式的采收率最好，对石油业的贡献最大。

SAGD双水平井是由上下两个平行的井组构成的，上面是蒸汽注入井，下面是生产井。其主要原理是凭借蒸汽这一加热的介质，向蒸汽注入井连续注入高干度的蒸汽，依据气流的热传导和热对流的作用，使得地下层形成一个蒸汽腔，在蒸汽腔边缘加热原油，与此同时，蒸汽冷凝化为水与原油一同依靠重力作用流入水平生产井，这样稠油就得以开采。

2  MGT电磁导向技术的工作原理

MGT电磁导向技术是通过在双水平井已完钻水平井（生产井杜32-兴H313-1井）造斜段初始 下入磁导向工具MGT，在钻开第2口水平井（注汽井杜32-H313-2井）造斜段和水平段过程中，使用EMWD电磁MWD随钻测量系统，配合带有近钻头井斜ABI的导向马达，检测MGT磁导向仪所在处井眼的磁场强度的大小、方位（图1)。根据采集的测点数据，判断当前井眼轨迹,实时计算当 前测点闭合方位并预测钻头方位变化，调整工具面和钻井参数施工，以满足与完钻水平井的轨迹空间位置。本文将以杜229块为例，研究MGT钻井新技术在水平井中的钻井方法应用。                                    

3  电磁MWD的特点

3.1 电磁MWD数据的传输方式

电磁MWD数据的传输主要通过电磁波老穿过地面和钻具来实现的。具体而言，由电磁MWD所产生的信号可以通过电子绝缘空隙接头，也就是天线接头，传输到地面，钻机与地面天线之间的电压电位的差值发生变化，地面就可以接收信号。

3.2 电磁MWD的优点

传统的钻井技术一般采用泥浆脉冲MWD来传输信号，而采用MGT技术则通过电磁MWD来传输数据，相较而言，存在诸多优势：

（1）电磁MWD利用电磁波传输数据，数据传输速率是泥浆脉冲MWD的4倍，实时曲线取样密度大大提高，测斜数据的传输时间大大减少。

（2）接立柱时可以传输测斜数据，实时传输不需要考虑控制机械的钻速，与泥浆脉冲MWD系统相比，可以节省10%以上的钻机时间。

（3）电磁MWD不需要开泵传递数据，可以实现边接立柱边测斜的作业。

（4）电磁MWD可用于欠平衡和过平衡钻井系统，而泥浆脉冲MWD无法进行欠平衡钻井。

（5）电磁MWD仍然可以满足所需求数据采集、传输的要求，提供足够的地层评价数据，从而可进行地质导向服务。泥浆脉冲MWD则无法达到这项要求。

4  杜229块钻井施工难点

杜229块II类储量SAGD先导试验是为探索10~20m厚的油层超稠油蒸汽吞吐后期转换开发方式、提高采收率而开展的试验。采用双水平井SAGD开发方式，生产井位于储层的下部，水平注汽井位于生产井斜上方，即水平段平面距离5m，垂向距离为上方4 m。垂向允许范围为±0.5 m，左右允许范围为±1m，水平段长度为450m。为保证该块SAGD试验取得成功，确保钻井工程达到设计要求，实现地质目的，引进国际先进的MGT磁导向工具，完成双水平井中水平注汽井的施工。该钻井施工存在以下诸多难题必须克服：

（1）SAGD双水平井开发试验，要求水平注汽井的轨迹控制精度高。注汽井的井眼轨迹形状依赖于生产井的井眼轨迹形，并受生产井的磁干扰，施工难度大。

（2）该区块油层为扇三角洲相沉积，成岩性差，土质层疏松，便于钻井工具的操作，但是造斜性能偏低，较不稳定，另外，对于轨迹的控制也非常不容易。

（3）井壁的稳定性较差，容易发生坍塌，另外，部分井段承压能力较低，易漏失，不利于井下工作人员的安全。

（4）MGT/EMWD测量数据精度比LWD精度高，两者有一定的误差，给后续轨迹控制造成一定难度。

（5）邻井防碰问题严峻，空间中心距离范围在6m左右，最近距离不到1m，给注汽井的平衡作业带来更多的不利因素。

5 钻井工程设计

5.1 井眼剖面优化设计

为有利于安全钻井和轨迹控制,减小热应力对完井套管的破坏，该类型井设计为五段制剖面 “直一增一稳一增一水平段”。这种剖面在施工中井眼轨迹控制有充分的调整井段，可以适时弥补工具实际造斜率的误差[1]。

5.2 井深结构优化设计

为保证全井安全，满足SAGD技术的有效实施，SAGD水平井采用如下井身结构：

一开:444.5mm钻头x339.7mm表层套管x完钻井深，采用内管注水泥浆工艺固井，水泥浆返至地面，封固上部松散易塌、易漏的砂砾层。

二开:311.1mm钻头x244.5mm技术套管x靶窗A点井深，封固靶窗A点以上井段，水泥返至地面。

三开:215.9mm钻头X177.8mm筛管x完钻井深。不固井，采用与地层配伍较好的处理剂顶替钻井液。

该方案的优点:在大斜度井段下244.5mm 技术套管，可以封固上部的不稳定井壁，确保水平段的钻井施工安全，有效延缓顶、底、边水的侵入，能够有效地控制目的层钻井液密度，提高钻机速度，减少油气层浸泡时间，同时简化套管程序，降低操作成本，也为下一步利用侧钻水平井调整层位做好准备。

5.3 钻井工艺技术

（1）—开井段(0~210m)

  钻具组合为:444.5mm钻头XHP2+托盘接头+ 203 mm无磁铤1根+203mm稳定器+178 mm钻铤9根+127.0mm钻杆。钻井参数:钻压为50-100kN,排量为50L/s，转盘转速为90r/min。钻进中，每30m测1个单点数据。

（2）二开直井段（210 ~ 540 m)

   钻具组合为：311mm钻头+630/410+177.8mm 无磁铤1 根 + 4A11/4A10 +165mm 螺纹钻铤6根+4A11/410+127.0mm加重钻杆20根+127.0mm钻杆。钻井参数:钻压为5 ~ 10t, 排量为45L/s，转盘转速为110r/min0钻进中，每30 m测1个单点数据,每50 m测1点电子多点数据,以保证直井段钻直。

（3）造斜井段（540 ~1 164 m)

1）钻具组合

钻具组合为：311 mm钻头HA517G + 203 mm 螺杆（1.83。）+631/410 +177.8mm 无磁1根+Index接头+无线接头+127.0mm无磁加重1根+ 127.0mm加重钻杆2根+127.0mm钻杆38根+127.0mm 钻杆38根+ 127.0mm 加重钻杆38根+127.0mm钻杆。钻井参数：钻压为50-200kN，排量为10-50L/s，转盘转速为30~50r/min，水眼为3x22mm。

2）井眼轨迹控制技术

在造斜段初始，及时分析工具在不同井斜及滑动钻进和钻动钻进的造斜能力，制订合理的钻进方式。钻进初期，由于上部地层可钻性好,为避免机械钻速的波动对井眼轨迹的影响，采用控时钻井技术，控制机械钻速，以便得到比较稳定的造斜率。随着井深和斜井段的增加，逐渐增加钻压，来消除钻具摩阻对钻头施压的影响。

在钻进过程中，每钻完一个单根，利用EMWD 随钻测量系统测量该点MGT磁场强度值，通过数据结果及时数据处理，绘围跟踪，预测待钻井眼的发展趋势，不断调整钻井参数、工具面和钻井方式，控制垂深、井斜和方位。同时加强与邻井地层对比分析工作,及时吸收2 口井不同种仪器的精度误差对井眼轨迹的影响,保证在A点前着陆，避免水平段的牺牲。

（4）水平段（1164~1637m)

1）钻具组合

钻具组合为:215mmLHJ517G+l77.8mm 螺杆（1.5°)+127.0mm无磁加重钻杆1根+ Index 接头+无线接头+127.0mm加重钻杆2根+127.0mm钻杆76根+127.0 mm加重钻杆38根+127.0mm钻杆。钻井参数:钻压为50 ~ 100kN, 排量为30I/S，转盘转速为30-40r/rain。

2）井眼轨迹控制技术

为保证2口水平井实现地质目的，水平段钻进过程中，根据油层伽马和电阻率的特征，结合岩屑、气测和荧光定量分析，判断钻头已进入油层;根据防碰原理,利用专用的轨迹计算软件，对空间中心距离较近的井进行柱面法扫描,防止井眼相撞事故的发生;根据井眼轨迹的需求，通过连续滑动的钻进方法实现增斜、降斜，采用复合钻进的方法稳斜，既可以调整井眼轨迹状态，又能够提高钻井速度和轨迹控制精度;通过接收仪器收到的当前磁场强度值，预测钻头处的方位变化，如稍有疑义，即加密测量，及时修正，确保2口井水平段平行。

在井深1261.86m(测量深度1249.86m)处，MGT/EMWD测斜后，发现该点与生产井杜32-兴H313-1井的垂向MGT实测距离增加0.89m，即相对井斜为5.4°,而数据显示井斜变化量为1.8°。钻进至1304m后，起钻8柱，复测6个点数据，结果是复测数据与原数据完全吻合，最大空间距离相差0.09m，判断生产井数据精度较低。继续钻进，在井深1558m钻时开始变慢，硬夹层出现，考虑井下钻头接近寿命后期起钻，更换同型号的牙轮钻头，原钻具继续下钻。下钻到底继续钻进1558.11m (测量深度1546.11m)，MGT/ EMWD测斜之后，发现该点与生产井杜32-兴H313-1井的横向MGT实测距离减少1.24m，即相对方位变化7.5°。数据显示生产井杜32-兴H313-1井的方位变化量为1.95°，而施工井在测深1536 m处的方位为84.7。施工井段1539 ~1542 m为旋转钻进，1542 ~ 1545m为全力降斜钻进，1545~ 1558m井段为旋转钻进。钻井过程中，通过加密测量，认真分析测量数据，调整2口井的相对井眼位置直至完钻1637 m。

参考文献

[1] 吕新忠.探井水平井钻井工艺技术[A].髙瑞祺主编. 石油勘探工程技术[C].北京:石油工业出版社,2000: 145.

[2] 张世忱，MGT钻井新技术在杜229块SAGD水平井中的应用，油气藏，2009：16

[3] 杨明合，磁导向技术在SAGD双水平井轨迹精细控制中的应用，钻采工艺，2010

　　来源：化学工程与装备 - 官方网站 - 创刊于1972   2022年第12期   在线投稿  >>