提高徐家围子深井钻井速度的优化钻井技术.pdf

第 2 8 卷第 3 期 天然气工业 提高徐家 围子深井钻井速度的优化钻井技术 * 杨 明合 翟应虎 1 ． 中 国石油大学 北京2 ． 长江大学 韩福彬。 蒋 宏伟 3 ． 中国石 油大庆油 fi t 责任有 限公 司 杨 明合等． 提高徐家 围子深 井钻 井速 度的优化钻 井技术． 天然 气工业， 2 0 0 8 ， 2 8 3 6 7 6 9 ． 摘 要 针对松 辽盆地徐家 围子深部地 层的特征 ， 在分 析该地 区钻 井技 术难点 的基础 上 ， 摸 索 出 了一 系列技 术对策 对 钻头结构进行 了改进和优选 、 强化钻 井参数 ， 不 断完善和 提高 钻头和 钻井参 数优选 方案 ； 积极 开展该 地 区钻具 失效预 防， 采取强化钻 井参 数措施和复合钻 井技 术 ， 全 面推 广新 型钻 井液体 系和 欠平衡钻 井配套 技术 的应 用。为安全高效 、 快速优质地钻好深 井， 从优 化井身结构 、 采用低压 、 负压技 术、 推 广 应用复合 钻 井技术等 方面 ， 寻 找 出了一套经济 实用 的提高深井机械钻速 的措施。 主题词 深 井 钻 井液 机械钻速 钻 井技术 松辽盆地 根据有关测井资料分析后可知 ， 松辽盆地徐家 围子地 区二段 及 以 下 地 层 的 抗 压 强 度 不 均 匀 l_ 】 ] ， 部 分地层 在 1 ． 5 ～ 3 ． 0 1 0 p s i 1 p s i 一6 ． 8 9 5 k P a ， 火成岩达到 4 ． 51 0 p s i ， 地层抗压强度极 高、 研磨 性极强。为了安全高效 、 快速优质地钻好深井 ， 根据 该 区块 的特点 ， 深入分析影响钻井速度 的主要因素， 进而针对不同的影响因素 ， 从优化井身结构 、 采用低 压负压技术、 推广应用复合钻井技术等方面 ， 寻找出 了一套 经 济实 用 的技术 方 案和措 施 。 一 、难点 分析 1 地 层 层 序 和 地 质 年 代 多 ， 深 层 岩 石 硬 度 大 ， 可钻性 差 、 岩 性 不 均 质 。深 部 地 层 岩 石 可 钻 性 级 值 最高达 1 O ． 3 8级 ， 硬度高达 5 0 0 0 MP a ， 岩性不 均匀 并且含有大段砾石层 ， 致使机械钻速很低 ， 钻头磨损 严 重 ] 。 2 井 底 温 度 高 。平 均 地 温 梯 度 3 ． 6 ～ 4 ． 0℃／ 1 0 0 m。高温高压对钻井液性能影响较大， 井底高温 致使双向减 震器密 封失效 和螺旋 稳定器 钨钢块 脱 落， 严重地影响了钻井工具 的使用 ， 井 下复杂和 固井 难度增 加 。 3 深 层 地 层 孔 隙 压 力 、 孔 隙 度 和渗 透 性 低 ， 地 层存在多套压力系统。徐家围子断陷带主力气层孔 隙度 2 ． 0 ～ 1 0 ． 0 ， 渗 透率 0 ． 0 4 ～ 2 ． 5 7 4 1 0 ／ z m ， 一般 地 层压 力 系数 为 0 ． 9 ～ 1 ． 1 5 ， 井 底 压 差 大 ， 由于压差作用使岩石强化 ， 塑性和硬度增加 。 4 地 层 存 在 多套 压 力 系统 ， 深 层 地 层倾 角 大 。 压 力层 系 多而 压力 系数 不 一 ， 完井 封 固井 段 长 ， 固井 难度大。从青 山口组 的当量密度 1 ． 2 5 g ／ c m。到基 底的密度为 1 ． 0 g ／ c m。 左右 ， 制约井身结构 的优化， 登 娄库 组 以下 地 层 倾 角 为 2 O 。 ～ 6 O 。 ， 为 了 控 制 井 身 质 量 ， 常需 吊打 ， 严 重 影 响深 井 的机 械 钻 速 ， 增 大 事 故 率 。 二 、 技术对策 1 ． 钻 头结 构 改进和 类 型优选 [ 3 伽 针对 深层 地层 特点 ， 与 百施 特 钻 头 厂共 同探 讨 ， 在原来 的基础上改进了钻头切削齿 负前角等结构参 数 ， 进 行 了 P D C钻 头结 构 改 进 及 优 选 钻 头 试 验 ， 同 时引进 了休斯公司和瑞德公司的 P DC钻头 ， 结合该 地 区泉二段 以下地 层特点 ， 还与江汉钻头厂共 同商 讨 ， 有 针对 性地 对 牙轮钻 头 结构 进 行 了改进 ， 采 用 提 高钻压和增大排量等措施来提高钻井速度 ， 取得 了 良好 的效 果 。表 l为 改 进 钻 头 结 构 的 部 分 试 验 数 据 。可见 经过 钻头 结构 改进 和 类 型优 选 后无 论 是 进 尺 还 是机 械钻 速都 有显 著提 高 。 2 ． 钻 具失 效预 防 特 别 是对 于泉 一 段 以下 地 层 ， 钻进 时进 行 强 化 *本文受 到 中国石油大庆油 田责任有限公 司深层重 点攻关 项 目“ 松辽盆 地深层 地层特 性评 价及钻 头评价 方法和选 型研 究” 编号 2 0 0 5 1 1 0 0 0 1 4 5 8 6 的资助 。 作者简介 杨 明合 ， 1 9 7 6 年生 ， 讲师 ， 博士研究生 ； 从事油气井 方 向的研究 工作 。地 址 1 0 2 2 4 9 北京 市 昌平 区府 学路 1 8 号中国石油大学石油天然气工程学 院翟应虎教授转 。电话 0 1 0 8 9 7 3 3 7 0 6 。E ma i l y y mmh s o h u ． c o rn 6 7 维普资讯 天然气工业 2 0 0 8 年 3 月 表 1 部分钻头结构改进试验情况对比表 钻井 参数提 速 ， 采用 常规 钻压 和 转速 ， 钻 具 失效 事 故 频发 。为 了预 防钻 具 失 效 ， 全 面 推 广 使 用 切 口修 复 钻铤 和塔式 钻具组 合 为主 ， 定 期 钻铤 探 伤 、 使用 变 径 接头 、 限定 使用 时 间 、 措 扣 起 钻 检 查 、 控 制 有 害 固相 为辅 的钻 具 防 断配 套措 施 ， 在使 用 常 规 钻井 参 数 的 情况 下可 以达到 预防钻 具 失效 的 目的。 同时从 强 化 钻井 参 数 钻具 断裂 情 况来 看 ， 泉一 段 以 下地 层 不 适 应 强 化 参 数钻 井 ， 否 则 需 要 重新 研 究 强 化钻 井 参 数 条件 下的钻 具防 断配套 措施 。 3 ． 复合 钻井技 术应 用 由于复合钻井的转速可以高达 3 0 0 r ／ mi n ， 是 目 前徐家 围子深层转盘转速的多倍 ， 可大幅度提高机 械钻 速 ； 复合 钻 井 的 高转 速 适 合 于高 效 钻 头剪 切 地 层的切削特点 ； 应用复合钻井技术 ， 钻具结构得到有 效简 化 ， 钻 井 时 钻 压 一般 小 于 1 0 0 k N， 少 下 或 不 下 钻铤 即可完成钻井要求， 井下复杂情况发生的概率 大 大降低 ； 高效 钻头 配合动 力钻 具 钻井 ， 转 盘 转速 很 低 ， 最高 只 有 4 0 ～6 0 r ／ rai n ， 对 于 深井 来 说 ， 减 少 了 钻具 失效 发 生 的 概率 ， 减少 了井 下 事 故 的 发 生 。表 2 、 表 3给 出 了部分复 合钻井 试验 效果数 据 。 从表 2可以看 出， 复合钻井技术可 以使单 只牙 轮钻头的机械钻速提高1 4 ． 9 ， 但是也应该注意到 表 2 XS 6 O l 、 X S 9井复合钻井试验效果表 由于牙轮钻 头高转 速适 应性 差 ， 进 尺下 降 了 3 8 ． 2 ， 并没有 达到 预定 目标 。但 是对 于 P D C钻 头 ， 其 钻 速 提高 了 4 1 表 3 。 由此 可 见 ， 在 徐 家 围子 深 层 泉 二段至登娄库组使用 D S X 2 5 9型高效 P D C钻头 ， 采 用大扭矩、 中转速螺杆 ， 进行复合钻井是提高深井钻 速 的主要手 段之一 。 4 ． 强化 钻井 参数 为 了提 高 深 层 机 械钻 速 ， 在进 行 钻 头 结构 改 进 和优选的基础上强化机械参数进行钻井 ， 即在泉头 组和登娄库组地 层分别进行 了强化钻井 参数的试 验 强化 钻压 和转 速 ， 表 4 为 试验 结果 。 68 从 表 4中可 以看 出 ， 在 泉 一 段 以上 地 层 同时 强 化钻 压 和转速 ， 对钻 头 的使 用 寿命 影 响不 大 ， 而机 械 钻速却提高了 1 6 ． 4 ， 效果明显， 这充分说明泉一段 以上地层对强化钻井参数十分敏感； 试验还表明， 对 于泉 一段 以下 地层 ， 尽 管 机械钻 速提高 1 4 ， 但 是钻 头使 用 寿命 却 降 低 3 0 ～5 0 ， 这 说 明 这种 方法 不 适合 该段 地层 。所 以在应 用时 还 是应 该根 据 钻 头型 号 、 类 型 以及不 同 的井段 地 层 层 位来 确 定 具体 的钻 井参 数 ， 并在 施工 中不断 验证 和提高 。 5 ． 新型钻 井液体 系的应用 该 地 区深层 储 气 层 在纵 深上 高 度分 散 ， 具有 层 维普资讯 第2 8 卷第3 期 天然气工业 表 4 部分井强化钻 井参数试验结果表 位多、 储气层岩石类型多和储层性质多的特点 ， 并具 有孔隙度低 、 渗透率低和储层压力系数低 的特征 ， 还 具有含水饱 和度高 、 黏土矿物含量较 高和温度梯度 高的特征 。这就要求 钻井液具有较低 的密度、 较强 的井 眼稳 定 性 、 较 高 的抗 温 能力 和 较 好 的保 护 储 层 能力 。据 此 ， 研 制 并 采 用 了优 质 钻 井 、 完 井 液 体 系 ， 实现对储层的保护。由分析可知 ， 油包水 钻井液 、 水 包油钻井液 、 有机硅钻井 液对储层 的渗透性损 害较 小 ， 并降低了钻井压差 ， 提高了对储层的综合保 护效 果。其中油包水钻井 液体系在第 3次开钻 泉二段 以下 地层 使 用 ， 基 本 解决 了井 眼质 量 和 保 护储 层 的 难题 。 6 ． 欠 平衡 钻 井配 套技 术 的应 用 徐 家 围子 地 区 的 升深 2 1 7井 和 徐 深 2 1井 进 行 了空气钻井 和充气钻井 ， 结果显示都大 幅度 提高了 钻井 速度 机 械 钻 速 是 钻 井 液 钻 井 的 2 ～8倍 ， 有 些 甚至超过 1 O倍 。具体配套技术如下 1 井 底 压 力控 制 的 原 则 是 钻 进 、 取 心 井 底 压 差控制在 一2 ～ 一4 MP a ， 起下钻、 测井 井底压差控 制在 1 ～3 MP a ， 固井井 底压 差 控制 在 3 ～8 MP a 。 2 优化井身结构 表层为 4 4 4 ． 5 mm套管 j 2 『 3 3 9 ． 7 mm 钻头 ， 下 到青 山 口组底部 ； 技术套管为 3 l 1 ． 2 mm 套管 2 4 4 ． 5 mm 钻 头 ， 下 到登 娄 库 组底部 ； 生 产套 管为 2 1 5 ． 9 mm 套管 1 3 9 ． 7 mm 钻 头 ， 直到 完钻 位置 。 3 针对大庆徐家围子深层钻井钻遇砂泥岩 、 火 山岩地层 ， 井壁不稳定 ， 凝灰岩、 裂缝 型储 层易受伤 害 ， 储层压力 系数一般为 1 ． O 3 ～1 ． O 8的特点 ， 研 制 出了水包油 和油包水钻井液 ， 其优点是对储层保护 效果好 ， 对地层抑制性好 ， 稳定井壁能力强 ， 钻井液 密度 可调 范 围大 ， 满 足欠平 衡 钻井 工艺 要 求 。 4 开展欠平衡井底 负压值控制技术研究和欠 平衡 钻井 参 数 自动采 集及 分 析 系统 的开 发及应 用 。 5 针对 徐 家 围子深 层地 层 特 点 ， 开 展 深 井低 密 度水泥浆体系的研究 ， 采用非渗透类降失水剂 ， 通过 交联成膜 起到降失水作用 ， 优选 降失水剂各组分构 成 ， 最终确定 了适应低密度水泥浆 的高温 降失水剂 配方 。在卫深 5井 和徐深 6井等应用表 明， 低 密度 水泥浆 降低了固井对储层 的损害 ， 为提高压裂增 产 效果 创 造 了条件 。 三 、 结 论 针对 徐家围子深部地层特殊的特征 ， 进行钻头 结构改进 和优选 、 强化钻井参数是有效提高深井 机 械钻速的主要措施之 一。另外 ， 还需要不断完善 和 提 高 钻 头 和 钻井 参 数 优 选 方 案 ； 积 极 开 展 该 地 区 钻 具失效 预防， 采取强化钻井参数措施和复合钻井 技 术 ， 全面推广新型钻井 液体系和欠平衡钻井配套技 术 的应 用 ， 以实 现提 高深层 机 械钻 速 。 参 考 文 献 [ 1 ]刘永 贵， 罗桂秋 ， 宋瑞宏 ， 等． 影响徐家 围子深探井钻 井速 度 的因素 分析 [ J ] ． 探 矿 工 程 岩土 钻 掘工 程 ， 2 0 0 6 1 56 - 58 ． [ 2 ]孔 凡军 ， 周英操 ， 张书瑞 ， 等． 松辽盆地北部 深层 天然气勘 探 钻井 技术[ J ] ． 勘探技术 ， 2 0 0 4 4 3 8 4 1 ． [ 3 ]王玉华 ， 孔凡军 ， 宋瑞宏 ， 等 ． 松辽盆地北部深层 天然气勘 探钻井 完井保护技 术 E l i ． 天 然气 工业 ， 2 0 0 6 ， 2 6 6 8 1 8 3． [ 4 ]宋瑞宏 ， 潘义军 ， 高维宏 ， 等． 大庆 油田深探 井钻井液体系 应用 现状[ J ] ． 钻井液与完井液 ， 2 0 0 2 ， 1 9 3 3 8 4 O ． [ 5 ]张东海 ， 刘俊 山． 复合钻井技术提高深井钻 井速度[ J ] ． 断 块油气 田， 2 0 0 3 ， 1 0 6 7 9 8 1 ． [ 6 ]周英操 ， 王广新 ， 翟洪军 ， 等 ． 欠平衡钻井技术在 大庆 油 田 卫 深 5井中的应用[ J ] ． 石油学 报 ， 2 0 0 3 ， 2 4 6 9 0 9 2 ． [ 7 ]曾庆 真 ， 张杰． 双驱复合钻井技术 在海拉 尔盆地 古潜 山构 造带 的应用[ J ] ． 内蒙古石化． 2 0 0 6 3 ； 2 6 2 6 ． [ 8 ]孔凡军 ， 杨智光 ， 张书瑞 ， 等 ． 徐家 围子深井高温 复合 钻井 技术 的 试 验 研 究 [ J ] ． 探 矿 工 程 岩 土 钻 掘 工 程 ， 2 0 0 5 11 51 54 ． 收 稿 日期2 0 0 7 1 2 - 1 3编辑钟 水 清 69 维普资讯