浅探井钻井及完井技术探讨.pdf

第 3 2卷 V0 1 ． 3 2 第 6期 No ． 6 钻 采 工 艺 D R I L UNG＆P R O DU C T 1 0 N T E C HN O L 0 GY 1 21 浅探 井钻 井及完井技术探讨 单素华 胜 利石油管理局渤海钻 井总公 司 单素华．浅探井钻井及完井技术探讨． 钻采工艺， 2 0 0 9 ， 3 2 6 1 2 11 2 3 摘要 随 着胜利 油田勘探 开发 的不断深入 ， 浅探 井逐 年增加 ， 地质 情 况越 来越 复杂 ， 钻 井施 工难度 加 大， 而 油公司 甲方 对浅探井交井质量的要求 质量优质率 却 日趋严格。文章从钻井工程、 固井、 钻井液工艺技术等方 面， 对浅探井松散、 强敏感储层钻井、 完井工艺进行了研究， 并取得重大进展 ， 解决了钻 井工艺参数、 新型钻井液体 系、 先进 固井工艺技 术等 方面难题 ， 提 高了浅探 井固井质 量 ， 为 浅探 井施 工积 累 了成功的经验。 关键 词 胜利油 区；浅探 井；钻井 ；完井技 术 ； 探讨 ；效果 中图分类号 T E 2 4 2 T E 2 5 7 文献标识码 A D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 6 7 6 8 X ． 2 0 0 9 ． 0 6 ． 0 4 0 极疏松浅探井 ， 一般是 指井深小于 1 5 0 0 m， 完钻 目的层 多在沙河街以上的井。若采用以往“ 传统技术” ， 井眼和固井 质量基本上达不到甲方要求的完成。“ 浅探井” 往往会影响 经济技术指标。因此， 确立浅探井极松软、 强敏感储层钻井 完井技术研究是 非常有必 要的 。 一 、问题 的提 出 1 ． 储层井眼扩大率高 极疏松、 强敏感地层平均井眼扩大率大于 4 0 ％ ， 主要 目 的层段扩大率大于5 0 ％。 2 ． 第一、 二界面胶结面较差 2 0 0 0～ 2 0 0 4年， 固井质量第一界面合格率为 8 4 ． 5 ％； 第 二界面合格率仅为 5 5 ％。 3 ． 储层水敏污染较重 一 黏土水化， 地层滤液几乎不能反排； 水敏污染严重 ， 表皮 系数都在 1 3以上 。 二、 极疏松强敏感储层特点 1 ． 施工探 区情 况 浅探井主要集中在郑王、 陈庄 、 沾化等地区。分布区域 广 ， 平均井 深 1 3 5 0 m， 平均钻井周期 8 d 。 2 ． 地层岩性特性 ． 明化镇 中下部 、 馆陶组上部 ， 以泥岩 为主 ； 黏 土含量高达 6 0 ％ ～ 7 0 ％， 以强造浆的蒙脱石、 伊蒙混层为主， 极易水化膨 胀； 钻井过程中表现为造浆严重 ， 井眼缩径严重。 3 ． 储层岩陛特性 馆陶组下部厚度2 0 0 m， 储层主要集中在这一段 ， 泥质胶 结， 松散一极疏松， 极易扩径。黏土含量高， 蒙脱石和伊利石 占6 5 ％以上， 地层的水敏性强， 单层厚度最大 1 5 ． 3 m。 沙一段 厚度 1 0 0 m， 泥质 胶结 ， 松散 一较疏 松 ， 单层 厚度 最大 1 2 ． 8 m， 一般 4 ． 5～8 ． 0 m， 极易扩 径 ； 沙一段 油层 岩石 泥质含量 4 ％ ～ 2 5 ％ ， 水敏性 强。 沙三段厚度 2 8 0 m， 主要为砂砾岩体， 较疏松， 易扩径 ； 泥 质含量 3 ％ 一 6 ％ ， 水敏性强 。 4 ． 钻 井技术难点 砂岩疏松， 胶结性差， 极易冲垮 ； 极易形成虚厚滤饼， 影 响固井质量； 胶结物黏土含量高， 水敏性伤害严重。 三、 一体 化技术 地层松软、 井浅、 钻井速度快， 打开储层时间短， 要解决 好井眼质量 、 固井质 量 、 污染 油层 等方 问题是 有难 度 的。因 此， 优化技术程序， 把钻井工程、 钻井液、 油层保护、 固井等工 艺技术相结合， 形成一体化技术是本项 目的技术关键。 一 体化技术思路 用钻井液水力学方法解决极疏松地层 的冲垮问题 ； 用钻井液体系解决污染油层和井壁清洁问题 ； 用机械方法解决上部井眼粘糊问题； 用钻固一体化技术解决 固井第二胶界面的问题。 1 ． 水力学研究 疏松储层的滞流涂抹井壁控制扩径技术。 储层 参数计算 。为 了准确计算该 区 的地 质参数 ， 首先选 取馆陶组有钻井取心、 岩屑录井、 测试资料较齐全的陈 2 5 、 4 1 、 4 2 、 1 3 1 、 1 6 4 、 3 7 2 、 3 7 4 、 3 7 8井作为关键井 ， 以测井信息为 基础， 对岩心分析数据进行深度归位 ， 在优化测井、 地质信息 的基础上， 确定了测井与岩心分析数据的转换关系， 建立了 一 套适合本地区特点的解释模型。 1 ． 1 孔 隙度 2 0 0 0年以后完钻的探井一般都进行了声波时差、 补偿中 子 、 补偿密度三孔 隙度 测井 ， 而 以前所 钻井 和大部 分 开发井 收稿 日期 2 0 0 90 1 0 9； 修 回 日期 2 0 0 9 0 92 3 作者简介 单素华 ， 工程师 ， 现在渤海钻井 总公司钻井二公 司主要从事 现场技 术管理和科研工作 。地址 2 5 7 0 6 1 山东省东营市河 13区 钻井街 7号渤海钻井二公 司技术管理部 ， 电话 O 5 4 6 5 8 7 O 1 9 4或 8 5 7 6 0 7 4， 1 3 1 7 6 4 7 8 7 8 8 ， Ema i l n e w m a n 8 8 8 s i n a ． c o m或 z 2 s s h s l o f ． t o m 1 2 2 钻 采 工 艺 DRI LL I NG＆ P RODUCT I ON T ECHNOLOGY 2 0 0 9年 1 1 月 NO V ．2 o o 9 则仅有声波测井。通常采用以下方法计算孔隙度。 1 ． 1 ． 1利用威利公式计算 将声波曲线进行标准化后， 常用威利公式计算储层孔隙 度 。 威利公式 △ A t - 一 A △ t m a x吉 式中 一孔隙度计算值， ％； △ ￡ 一测量的纯岩石声波时差， s ／ m； A tf --岩石孔隙流体的声波时差， fl , s ／ m； △ 溉。 一岩石骨 架声波时差， s ／ m。 馆陶组为欠压实地层， 因此在利用声波时差计算孔隙度 时应考虑地层的压实作用。将岩心实验孔隙度数据与压实 校正系数建立关系， 回归出该区压实校正系数计算公式 C P 1 ． 7 5 9 9 60 ． 0 0 0 2 6 9 2H 式中 c P 一压实校正系数 ； 日 一地层深度， m。 1 ． 1 ． 2双矿 物交会 法 对进行了中子、 密度测量的井 ， 则利用泥质砂岩解释模 型 ， 采用 中子一密度或 中子一声波交会计 算地层 的孔 隙度和 矿物含量。 1 ． 1 ． 3经验公 式 我们将陈 1 5等 8口井的岩心分析孔隙度数据与声波时 差测井建立关系， 回归出声波时差测井计算孔隙度的方程 ‘ p 一1 4 ． 2 5 8 2 4 0 ． 1 2 1 4 8At 式中 一孔隙度计算值， ％； △ ￡ 一岩石声波时差值 ， p s ／ m。 应用经验公式计算的孔隙度， 其数值与岩心分析孔隙度 基本一致， 可以认为上述计算孔隙度的模型是合理的。 1 ． 2渗透率 在实际计算中， 采用胜利油田中、 高渗透率地层的经验 公式计算渗透率， 计算结果与岩心分析数值接近。 经验公式 l g K X K M1 ． 7 l g 7 ． 1 l g 式中 绝对渗透率 ， 1 0 3 m ； 经验系数， 一般为 7 ． 8 8 ． 0 ； 一孔隙度， ％ ； d 一粒度中值 ， m m ， 采用 0 ． 2 ， 即 岩心分析结果。各区块的计算数据见表 1 。 表 1 各区块的计算数据 井深 孑 L 隙度 渗透率 井号 岩性 in ％ 1 0一 m。 陈 2 2 2 1 2 1 7 ． o o 未发现油气 陈 2 2 3 1 2 3 7 ． o o 砂岩 、 沙砾岩 1 5 2 6 0～ 4 2 0 陈 2 2 4 1 3 o 0 ． 0 o 砂 岩 、 砾 岩 、 泥岩 1 5 3 0 2 3 0 4 O 0 邵 2 0 4 1 4 7 5 ． o o 砂岩 、 泥岩互层 1 5 2 5 3 0 0～ 5 0 0 垦东 6 4 1 1 6 o 5 ． o 0 砂岩 、 砾岩 、 泥岩 1 5～3 O 4 0 0～1 2 0 o 沾 1 3 2 1 4 6 0 ． 0 0 砂岩 、 砾 岩、 泥岩 1 5～ 3 O 2 o 0 8 o o ．解决馆上段地层缩径水力学参数 大排量 、 低黏切， z R 3 0 0 0 ； 馆下以下目的层段水力学参数 高黏切、 适度排量， z R 8 0 0 。 1 ． 3工程参数优化 采用大循环、 低泵压、 高黏切； 大喷嘴、 低失水、 高钻速， 提高钻井速度 ， 控制井径扩大率。 2 ． 钻 井液体 系研 究 2 ． 1 M E G钻 井液技术研究 强水敏性储层保护技术。在常规水基钻井液的基础上， 通过加入特殊材料， 把体系抑制性提高 3倍以上 ， 解决油层 水敏污染问题。 1 ME G成膜作用。M E G在井壁上可以形成一层类似 油包水钻井液那样的吸附膜， 这个膜可以把页岩中的水和钻 井液中的水隔开。 2 ME G抑制作用机理。由于 ME G分子结构上含有 4 个羟基， 减少水化膨胀和分散运移造成 的储层损害。ME G 具有低的表面张力， 浸入储层后， 返排容易， 减少滤液在储层 内的滞留， 提高渗透率恢复值。 3 ME G体系抑制性能。当 ME G体系加量达到 4 0 ％ 后 ， 可以形成半透膜并降低水的活度； ME G体系可以达到 9 0 ％， 可以有效地抑制黏土膨胀分散。 4 ME G体系页岩滚动回收率实验结果见表 2 。 表 2 ME G体系页岩 滚动回收率实验 浆 型 l 1 l 2 l 3 页岩 回收率 ％ l 】 ． 8 5 7 5 J 9 O 5 MEG体系储层保护性能评价。颗粒度分布 0 ． 1 4 O m， 平均9 ． 3 Ix m， 中值7 ． 4 m， 这表明ME G粒径分布均 匀平滑， 具有良好储层保护特性。 2 ． 2低渗透钻井液技 术研 究 1 低渗透钻井液能有效封堵高渗透性地层 ， 滤饼薄， 普 通钻井液则滤饼厚。 2 低渗透钻井液封堵地层形成滤饼速度快且薄。 3 低渗透钻井液在高渗地层形成的泥饼具有阻隔压力 传递能力， 能有效避免压差卡钻。含有不同浓度非渗透处理 剂钻井流体砂床侵入试验见图 1 、 表3 。 ． 图1 砂床浸入试验 3 ． 井壁清 洁与井眼稳定技术 利用机械方法预防上部粘糊方法。 井跟修壁器的研制及应用。对于定向井 ， 由于造斜点 浅、 造斜率高， 稳斜井段长； 采取高黏切钻井液易造成上部井 眼粘糊 ， 划眼起下困难， 为此专门研制了井眼修壁器。 第 3 2卷 Vo 1 ． 3 2 第 6期 No ． 6 钻 采 工 艺 DR I L L I NG＆P R 0 DU C T I O N T E C HN O L 0 G Y 1 23 表 3 非渗透处理剂钻 井流体砂床侵入试验数 钻井液 沙床侵人 沙床侵人 c m 非渗透浓度 类型 基浆 含非渗透 ％ 油基 全部 2 ． 5 1 ． 0 油基 全部 1 ． O 3 ． 0 聚合物 全部 4 ． 5 1 ． O 聚合 物 全部 1 ． 5 3 ． 0 盐水 全部 3 ． 7 1 ． O 盐水 全部 1 ． 7 3 ． O 上下刮壁器如 图2 主体上设计成两端直径大 ， 成倒锥 型， 在直径大的圆柱面上镶嵌耐磨材料并设有多 流水槽， 通过工具的母螺纹和工具的公螺纹与其他钻具连接在一起， 形成一组整套的井底钻具组合。 图2上下刮壁器 4 ． 工艺措施 二开大循环一改小循环一定性处理一转化成常规体系 一 打开油气层 。 改为 二开小循环一 中段双路循环一 目的层前 1 0 0 m定 性处理一转化成保护油气层和稳定井眼的强抑制 M E G体 系； 转化成保护井眼的低渗透体系。 取心井壁稳定技术。小排量 、 低钻压 、 少进尺； 不开泵、 低钻压 、 少进 尺。 5 ． 固井工艺技术 机械 表面活性清洗液技术， 去除滞流层、 清洗滤饼 ， 提 高胶结质量； 流变参数优选 活动套管， 提高顶替效率。 1 滤饼清除技术。下套管后， 降低钻井液黏度， 冲刷 去除虚 滤饼 。加入特殊表 面活性剂 ， 化学方法去 除虚滤饼 。 2 钻固一体化技术。地层滤饼与水钻井液不相容。滤 饼不能固化 ， 在水泥石与地层之间夹有一层滤饼 ， 形成类似 “ 三明治” 的结构， 滤饼 中的一些化学成份 ， 在井下温度 的作 用下， 扩散到与其接触的水钻井液中使水钻井液性能发生变 化 。 滤饼与水泥的胶结分析。水泥石与滤饼的基本没有胶 结 ， 滤饼处于松软状态 。当井底温度不 超过 1 5 0 C， 固化 剂加 量不小于 6 0 ％或固井浆液密度大于 1 ． 5 0 g ／ e m 时， 抗压强度 均大于 1 4 ． 0 MP a ， 满足固井技术规范要求。 四、 应用效果 2 0 0 5年至今 ， 应用钻井、 钻井液、 油层保护一体化技术 ， 完成各类浅探井了 3 3口探井 ； 应用钻固一体化技术施工 了 3 3口井 。主要取得 以下三个 方面成效 。 1 ． 井眼垮塌 问题得 到较好解 决 从已完钻这 3 3口井情况看， 与同地区以往施工的探井 井径相比， 目的层段井径平均扩大率由4 0 ％’ ， 下降到 1 0 ％以 下， 大部分达到5 ％以内； 全井扩径率由4 5 ％， 下降到 1 4 ％以 下 。疏 松地 层井眼质量得到根本性转变 。 2 ． 固井质量合格 率明显提高 2 0 0 5～2 0 0 6两年完成了 3 3口浅探井， 施工周期由过去 的 1 4 d 1 6 h ， 下降到 1 0 d 1 6 h ； 固井优质率率达到 9 0 ％； 而以 往同地区所探井 3 0口探井平均 ， 固井质量第一界面合格 率为 8 4 ． 5 ％； 第二界面合格率仅为 5 5 ％。 3 ． 油层 保护效果显著 岩心渗透率恢复值达到 9 5 ％。矿场评价效果较好。 完成的 3 3口浅探井 ， 钻井液密度都控制在 1 ． 1 0 g ／ e m 以内， 油层段失水低 于设 计 5 m l ； 强水 敏性储 层保 护效 果 明 显。如郑 3 6 4井， 沙一段油层测试 S一3 ； 陈 3 1 2测试 S 一 2 ． 6 ； 这是常规钻井技术在强敏感储层难以做到的。 4 ． 当前应用情况 目前， “ 一体化技术” 已成为油田疏松地层钻井和油气层 保护的一项技术模式， 已归人工程设计 内容 ， 在浅探井上得 到广泛应用； 在开发井上也得到普及。如郑王、 陈庄等油田 的开发井， 石油开发中心的草桥、 盐家等也都应用了这项技 术 ， 均取得了很好的效果。 运用水力学参数与钻井工艺相结合 ， 是解决井壁稳定和 提高固井质量的一项重要工艺技术。 ME G新型钻井液体系， 在解决强水敏性油层 的污染方 面 ， 具 有可以与油基钻井液相 当的优越性 。 低渗透钻井液体系能够较好保护储层与井眼稳定。 参考文 献 [ 1 ] 邱正松 ， 徐加放 ．井壁稳定机理与防塌钻井 液技术研究 [ J ] ．石 油钻采工艺 ， 2 0 0 5， 2 7 3 33 6 ． [ 2 ] 张辉 ， 高 德利．钻 头选 型通 用方 法研 究 [ J ] ．石 油 大学 学报 ， 2 0 0 5， 2 9 6 4 5 4 9 ． 编辑 黄晓川 上接第 9 3页 2 为下一步确定深井 高于 3 5 0 0 m 压裂 的 延缓交联液 要求延缓交联时间 2 0 0 3 0 0 s 配制 的 条件提供了依据。 参考文献 [ 1 ] 赵福麟． 采油化学[ M] ． 山东 石油大学出版社， 1 9 8 9 [ 2 ] 陈祥， 邱荣华 ， 陈代林 ， 等． 安棚地区特低孔油气藏压裂 技术优化及应用 [ J ] ． 江汉石油学报 ， 2 0 0 1 ， 2 3 4 3 8 ． [ 3 ] 黄朝阳 裴铁民． 河南油田安棚区块 G R J 一 1 1 压裂基液 性能的研究 [ J ] ． 特种油气藏， 2 0 0 4 ， 1 1 2 7 8 ． 编辑 包丽屏