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1、,侧钻井井控技术,内容,侧钻施工井井控的一般方法井控计算井涌的预防溢流检测关井措施压井措施薄弱的套管开窗接头欠平衡条件下微环空侧钻施工井施工,在侧钻施工井中，适合于单井筒的常规井控方法不再完全适用，必须应用特殊的预防手段和措施。侧钻施工井井控的一般方法井控计算 在设计中，井涌容限是确定套管下入深度的重要因素，并且在施工作业中，它也是必须监测的重要参数。应用一定的方法，可计算允许的最大地层流体侵入量，在此范围内，可进行关井作业，并循环出被污染的施工液，而在裸眼中的地层薄弱点不会破裂漏失。,井控计算,在单井筒中，这种常规的井控方法对直井、斜井和水平井都适用。在侧钻施工中，如果各侧钻施工井筒之间水力
2、封隔程度强，这种方法同样适用。否则，如果各侧钻施工井筒之间封隔不好，则需进行如下改进：（1）根据各侧钻施工井筒中最薄弱的地层，计算最大允许环空表面压力；（2）必须考虑到可能来自每个侧钻施工井筒的井涌。,井控计算,为了分析方便，结合双侧钻施工井筒水平井，计算井控作业中的井涌余量，主要包括以下步骤：1确定最大环空表面压力由式1计算动态井（井内有钻柱）的最大允许环空表面压力Pamax1。Pamax1=Pf1-0.0098m1H1-wp-Ps(1)式中：Pamax1动态井地面最大允许环空压力，MPa；Pf1动态井筒破裂漏失压力，MPa；m1动态井施工液的初始密度，gcm3；H1-wp动态井棵眼井中薄弱
3、层段垂深，m；Ps地面安全压力，MPa。,井控计算,对于静态井（井眼内无钻柱），应考虑动态井和静态井中施工液密度的差别，由式2计算出静态井中的最大环空表面压力Pamax2。Pamax2=Pf2-0.0098m1HJP+m2H2-wp式中：Pamax2静态井地面最大允许环空压力，MPa；m2静态井泥浆的初始密度，gcm3；Pf2静态井破裂漏失压力，MPa；HJP侧钻施工井筒交会点处垂直深度，m；H2-wp静态井裸眼薄弱点处的垂直深度、m。,井控计算,由式3确定最终的最大允许环空压力（取Pamax1和Pamax2的极小值），以在后文中计算井涌容限。Pamaxmin（Pamax1,Pamax2）式中
4、：min取最小值。,井控计算,2、确定井涌容限在动态井中，假设发生井涌，通过式4和式5计算最大允许气柱高度Hmax1。Hmax1=（Pamx-Pover）/（0.00981-Gi）4式中：Hmax1动态井中最大允许气柱高度，m；Pover压井井段压差，MPa；Gi侵入气体的静液柱压力梯度，MPam。,井控计算,Pover=Pp-1-0.00981H1-bh 5式中 Pp-1动态井中孔隙压力，MPa;H1-bh动态井井底垂直深度，m。由 Hmaxl，根据有关算法可计算井涌容限Vktl。,井控计算,3确定静态井溢流的井涌容限应考虑动态井和静态井施工液密度的不同，见式6和式7，根据Hmax2，应用常
5、规方法计算井涌容限Vkt2。Hmax1=（Pamx-Pover）/（0.00982-Gi）Pover=Pp-2-0.0098m1HJP+m2(H2-bh-HJP)其中:Pp-2动态井中孔隙压力，MPa;H2-bh静态井井底垂直深度，m。根据以上计算方法，就可编制相应的计算机软件程序。,井控计算,在井涌防治工作中，适合于常规井的各种技术基本都可以应用于侧钻施工井中。有关文献对这方面的研究比较多。但是，由于侧钻施工井的井斜角比较大而井眼尺寸相对较小，就应考虑额外的预防措施。（1）在侧钻施工井中，如果进入油层的井段比较长并且井眼倾角大，那么就有发生强烈井涌的潜在危险。（2）在侧钻施工井筒中，由于井眼
6、尺寸较小而井眼斜度较大，当量循环密度相对较高。一旦循环停止，井底压力降就比较大。因此，当循环停止时，检查井眼流动情况是很重要的，以保证在无当量循环密度的条件下井眼的稳定性。（3）由于侧钻施工井的井眼直径小，当起出钻柱时，抽汲压力也比较高。因此，当进行起钻作业时，应控制起出速度，并保证施工液的流变性适合这种作业。,井涌的预防,在常规井中应用的各种井涌报警信号在侧钻施工井中也同样适用。在常规井中，两个最重要的报警信号是施工液池液面上升和施工液返速增加。在低强度的井涌中，施工液池液面上升常常更加敏感，这是由于地层压力和渗透率低。而在强烈的井涌中，施工液返速增加则常常 是较敏感的因素。,溢流检测,应特
7、别注意漏失问题，无论来自任何一个井筒都是十分危险的，这可能产生如下严重后果：一个井筒发生漏失，而另一个井筒发生溢流。这种情况往往具有较强的隐蔽性，施工液池增量和施工液返速都不能反映出来。针对这种复杂问题，应严密地监视正常漏失速度和施工液液面，及时发现异常情况。一旦发生井涌，应判断溢流是来自动态井还是静态井。在很多情况下，要根据作业条件和油藏特性进行判断。但在某些情况下，往往不能直接做出类似的判断。,溢流检测,从动态井筒发生溢流、往往具有以下特点：（1）机械钻速增加（钻进放空）。（2）如果动态井筒不是水平的，关井套压比关井立管压力高，这个信号在溢流早期地层流体还未到达两侧钻施工井筒交会处时才有效
8、。（3）在关井时，如果使用容积法控制气体的运移，关井立管压力相对稳定，而关井套管压力升高，和前述原理相同，只有在溢流早期，当侵入流体在交会点以下时才有效。,溢流检测,当溢流位于侧钻施工井筒交会点以下时，如果进行关井作业，从以下信号可判断从静态井的井涌；（1）立管压力与套管压力相等或相近（动态井不是水平的）。（2）溢流到达侧钻施工井筒交点前，套管压力和立管压力都增加。根据以上信号，结合施工液池增量和施工液返速，就可判断溢流在哪一个井筒中发生。要做到及时判断溢流的发生，在施工各个作业过程中，必须认真监测各个参数。,溢流检测,许多文献对关井措施已作了探讨。但是由于侧钻施工井常常是高斜度或水平的，对一
9、些附加内容应予以强调。（l）一旦检测到溢流的发生为使井涌余量降低到最低程度，要以最快的速度进行关井作业。研究表明，与快速关井相联系的水击效应是微不足道的。（2）如果井涌发生在高井斜角的水平段，关井地面钻杆压力接近或等于地面套管压力。这是由于环空净液压力下降很少或根本没有下降。,关井措施,（3）关井时，地面钻柱压力和套管压力等于零，并不意味着不发生井涌。如果这种现象与施工液池液面上升同时发生，可能表明井涌依然发生在水平段，这也许是由于在起下钻过程中抽汲或不适当的充填施工液引起的。,关井措施,（4）如果井涌发生在高井斜段或水平段，常规的依据施工液液面、关井钻杆压力、关井套管压力确定溢流密度类型（气
10、水油）的方法就不适用了。没有适用于油田的简单的方法。然而，如果发生气侵，气侵到达水平段以上时，由于气体膨胀，可通过套压连续上升检测到。这由关井或施工液循环时气体运移产生。,关井措施,（5）关井时，如果井斜角小于90，环空中的自由气体常常向上运移。运移速度取决于施工液的流变性、井斜角和井眼尺寸。施工液屈服应力和凝胶强度的增加会降低气体的运移速度。（6）运移速度不能依据套管压力来计算，这样会估计不足。（7）在以下条件下气体不运移：井斜角等于90或大于这个角度、气体溶解于油基施工液中，由于施工液存在静切力屈服点而使气体以小气泡的形式混合于施工液中,关井措施,一旦检测到井涌并进行关井时，必须考虑合适的
11、措施进行压井。在常规井中，总是考虑使用标准的压井方法（如等待加重法、司钻法）。对于侧钻施工井如果井涌发生在动态井筒，和常现井相同，可使用标准的压井方法。在关井和压井过程中，应该考虑对静态井筒的附加影响。如果侵入流体来自静态井筒，或是不能确定来自哪一个井筒，应对标准的压井方法进行修正。,压井措施,使用标准的压井方法，依据地面关井钻杆压力和井筒垂深来计算压井液度，见式8。把压井液循环进入井眼，然后返回地面，则完成压井作业。压=m+Pd/（0.0098Hbh）式中：压压井液密度，gcm3；Pd地面关井钻杆压力，MPa。,压井措施,然而在侧钻施工井中，如果井涌发生在静态井筒，而静态井筒中无钻柱，压井液
12、就不能被循环进入静态井筒。结果，压井结束后，仍有套管压力，该套管压力可通过式9来确定。Pr=Pd-0.0098（压-m）HJP 9式中：Pr压井液返至地面时的关井压力，MPa；在这种情况下，进行压井作业前，应使用非常规技术，或者把钻柱下入静态井中（如果可能），这将增加压井作业的复杂程度。,压井措施,为使压井作业操作简单，与标准压井方法相比，使用比重较高的压井液密度，一种选择方案就是基于侧钻施工井接口处的深度来计算压井液的密度，见式10。交压=m+Pd/（0.0098Hbh）式中：交压侧钻施工井筒交会处所需压井液密度，gcm3。使用这一比重的压井液，当压井液返回地面时，地面的套压和立管压力为零，
13、这样就可将钻柱下入到静态井中,压井措施,为完成压井作业，采用以下压井步骤：（1）由式10计算第一次的压井液比重，应用合适的压井图表确定泵压程序。（2）进行循环压井作业，使全井施工液密度达到第一次压井密度值，当压井液到达地面时，地面立管压力和套管压力皆为零。如果地面压力不为零，则重复步骤1和2。,压井措施,（3）将钻往起出动态井，谨慎地下入静态井中，当钻柱下放到溢流处时，发生流体替换，这将再次诱导地面压力。所以，应密切监视井的情况，并且时刻准备进行关井或循环。一旦循环出钻头以上的溢流，就可打开防喷器，并继续下钻，在钻头到达井底之前，不断重复这一过程。,压井措施,（4）当钻柱到达发生溢流的静态井的
14、井底时，应关井，根据式11计算第二压井密度，进行循环作业。压=Pp-2/（9.810-3H2-bh）（5）下钻至原始动态井筒，将上述施工液密度附加一安全系数，循环压井。至此压井作业完成。,压井措施,应特别指出的是，进行第一次压井作业时，井筒要承受较高的压力。所以应随时检查以保证油层在任何薄弱点都不会破坏，进行第一次循环的施工密度应降到最大程度的安全值。这样，当第一次压井液从动态井筒返至地面时，地面压力不为零，在最后的作业中应采取特殊的技术措施。如图l所示，为这些关井措施的流程图。,压井措施,侧钻施工井压井决策树,目前，一些侧钻施工井系统采用带有预制窗口的套管接头完成井筒侧钻施工井筒。与套管主体
15、相比，接头部分有凹槽，并且屈服强度较低。下入套管后，如果发生溢流，则接头处为薄弱点。,薄弱的套管开窗接头,根据接头的破坏强度，可确定不发生破坏的允许溢流体积。最糟糕的情况就是当套管开窗接头位于防喷器以下时，溢流的顶部到达井口。这会导致井筒的溢流体积最大，而加给接头的压力最大。,薄弱的套管开窗接头,根据接头的强度，可确定接头在井内任一位置处所允许的溢流高度，由式12进行相应的计算，进一步可由式13计算溢流体积。Hmax=Pf-win/0.0098m-Gi式中:Pf-win套管开窗处漏失压力，MPa。Vmax=VaHmax式中:Vmax在Pf-win条件下最大允许侵入体积，m3；Va环空容积，m3
16、m。,薄弱的套管开窗接头,根据Boyle规则，由式14 将上述体积转换为关井体积（当溢流在井底时）。Vmax-bh=Vmax(0.0098Hwin+Pc-win)Pp式中:Hwin套管开窗点处的垂直深度，m。,薄弱的套管开窗接头,与常规水平施工技术相比，侧钻施工井欠平衡施工有显著的进步；使施工对环境影响最小；提高了施工效率；由于促进了重力泄油和面积驱油而使采收率达到最大，特别在压力衰竭或裂缝产层，提高采收率的潜力更大；降低了施工和作业成本。,欠平衡条件下微环空侧钻施工井施工,将水平井技术和侧钻施工井欠平衡技术有机地结合起来，可增加地层的裸露面积、改善油藏的泄油特性，这就为作业者提供了加快采油速
17、度、提高采收率的手段。由于增快了机械钻速、减少了丧失循环事故、减少了卡钻机会和延长了钻头寿命，从而降低了总成本。在水平裂缝和垂直裂缝中，采用重力驱油可使采收率最大，甚至在压力枯竭地层也是这样。这一系统适用于提高采收率的各个方面。整个系统可通过单泵进行，井对陆上作业和海上作业都适用。,欠平衡条件下微环空侧钻施工井施工,优点 结合欠平衡施工技术与侧钻施工井施工技术开发新产层或改善老产层，已引起入们的极大关注。对侧钻施工井的一种新观念是：减小非均质地层的劣质油藏的经济风险，比水平井增加净现值（NPV）。结合欠平衡施工、完井技术，侧钻施工井筒水平井技术可保护油藏，减轻施工、完井过程中由于施工液漏失而对
18、地层造成的损害。同时，由于漏失量减少，也降低了昂贵的施工液、完井液费用。在常规侧钻施工井筒施工中，含粘土地层常常与施工液、完井液不相容，粘土膨胀而显著降低产层的渗透性。,欠平衡条件下微环空侧钻施工井施工,常规施工、完井中其它类型的地层损害包括：施工液与地层流体的乳化作用；固相沉淀；由于不相容流体的侵入，使地层对气体的相对渗透率降低；由于地层水的矿化度增加，使地层对油的相对渗透下降。,欠平衡条件下微环空侧钻施工井施工,如果对欠平衡施工进行合适的设计和实施，就可减轻颗粒物质侵入地层的问题或使之降低到最低程度。侵入损害常常严重降低产能，在裸眼水平井中则更严重。欠平衡施工还可使其它问题降低到最低程度，
19、诸如不利的粘土反应、相捕获、沉淀和乳化作用，这些问题可由于在过平衡条件下不相容的滤液侵入引起。欠平衡系统则克服了这些弊端，并使产能达到最大。,欠平衡条件下微环空侧钻施工井施工,系统组成 Gardes Enengy公司的专利系统和方法提高了水平井施工水平，有力地解决了地层损害问题和上述欠平衡施工中出现的问题。应用欠平衡施工技术，该系统用于从单一的垂直井或水平井钻径向侧钻施工井筒。这种欠平衡施工技术使得在施工和完井过程中，都可实现欠平蘅条件。,欠平衡条件下微环空侧钻施工井施工,如图2所示，在此系统中，由外到内包括三层管柱。首先是外层套管，其次是次内套管，被称之为输送管，最里面的一层是挠性管或普通钻
20、杆。将一个造斜器或上定向座联结到输送管柱上，然后下入到裸眼或下套管的井筒中。,欠平衡条件下微环空侧钻施工井施工,接着，将输送管下入到外层套管中，悬挂于井口或转盘上。然后将钻柱下放到输送管中，并定位于上定向器的方位上。当钻头接触到偏斜面或造斜器或上定向器时，根据套管的材料或井筒类型的不同，就形成侧钻出套管壁的井筒或裸眼井筒。,欠平衡条件下微环空侧钻施工井施工,将一个定向接头安装在挠性管上的马达总成上，当通过套管壁钻径向井筒时，就可将上定向座和挠性管定位。在欠平衡施工中，先将第一种流体循环到挠曲管的环空中。这种流体可以是空气、氮气和施工液。这种流体用来驱动动力钻具并使钻头旋转。同时，将不会对地层产
21、生损害的第二种流体（如氮气和施工液的混合物）循环至输送管与内管的环空中。,欠平衡条件下微环空侧钻施工井施工,这两种流体在内管和上定向器的出口处会合进入环空，并由泵入输送管的流体密度控制。在主井筒中，施工过程基本上是动态的。在输送管末端装有上定向器，在井筒不同深度可进行重定向。重新将挠曲管下入井筒钻第二侧钻施工井筒。在井筒中，钻柱中的流体和输送管中的流体混合，使得在压力欠平衡状态下钻第二侧钻施工井筒完成定向作业。尽管有不同类型的欠平衡施工，但最有效的是在整个施工完井周期内都能处于欠平衡状态下，本系统在微环空气平衡条件下做到了这一点。,欠平衡条件下微环空侧钻施工井施工,完井 从根本上说，欠平衡完井
22、是欠平衡施工的延伸。这种方法具有很多好处，包括减少流体漏失、提高采油能力和减轻油层损害等。如果在欠平衡施工中井筒报废或完井过程是在过平衡压力下完成的，那这一作业是失败的。欠平衡完井可防止地层损害和昂贵的流体漏失，井使产能最大。欠平衡完井通常是使用挠曲油管来完成的。作为欠平衡施工的延伸，有必要使长的井底组合（如筛管、衬管和射孔枪）都处在欠平衡压力下。,欠平衡条件下微环空侧钻施工井施工,目前有三种常规完井方法裸眼完井、下套管完井和衬管完井。而大多数欠平衡完井都采用裸眼完井。在探眼完井中，在紧靠预计产层上部下入套管并注水泥封固。然后将井筒钻至目的深度并裸眼完井。这种方法操作简单而经济，因此应用在多数
23、水平井中。这种方法的缺点就是：由于过度的流体漏失而减小相对渗透率，地层损害较敏感。并且它还有附带的缺陷，可引起地层塌落或产生不需要的气体或水。,欠平衡条件下微环空侧钻施工井施工,与裸眼完井相比，下套管完井具有较好的井眼稳定性。并且可对井筒进行控制、封隔产层。其主要缺点也是井控问题。下套管时，为保证不发生溢流必须使用压井液。割缝衬管完井是裸眼完井的延伸，使用割缝衬管提高了井眼的稳定性，但与裸眼完井相似，不能有效地进行井控。,欠平衡条件下微环空侧钻施工井施工,以上完井方法都是在过平衡条件下完成的，施工液柱的压力大于地层压力。在多数井筒中并不存在问题，但在某些地层，会产生严重的地层损害，并使昂贵的施工液漏失到地层中。如果我们改变传统的偏见，使用欠平衡施工和目前的新技术，就可减轻这些问题的影响。,欠平衡条件下微环空侧钻施工井施工,侧钻施工井欠平衡施工技术仍处于发展初期。肯定具有很好的应用前景。它应用于常规方法不适合的产层，这项技术必将活跃于石油工业中。,欠平衡条件下微环空侧钻施工井施工,谢谢大家,
