35MPa高压喷射钻井技术实践.pdf

第 ， { 0卷第 6 期 2 1 2年 1 1月 石 油 钻 探 技 术 I E ’ ’i R I EUM I RI I 1 1 N j TE CHN1 QUES Vo 1 ． 4 0 No ． 6 NOV ．， 2 1 2 ． _ 钻井完井 3 5 M Pa -__ ●一 E j 同 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 0 8 9 0 ． 2 0 1 2 ． 0 6 ． 0 0 5 压 喷射钻 井技术实践 王甲昌 ， 张金成 ，赵国顺 ，肖 琪 1 ． 中国石化石油工程技术研究院 ， 北京 1 0 0 1 0 1 ； 2 ． 中国石化中原石油勘探局塔里木钻井公 司 ， 新疆库尔勒 8 4 1 0 0 0 ； 3 ． 中国石化 中 原石油勘探局培训 中心 ， 河南濮 阳 4 5 7 0 0 1 摘要 为 了进一步探 索高压喷射 钻 井技 术的提速 潜 力， 对 高压喷射 钻 井设 备和技 术 参数进行 了优 化 配置 。 根据大排量、 适当钻头压降的水力参数设计思路， 对 7 0 D型钻机的钻井液动力及循环系统进行 了升级改造； 针对塔 河油田中上部地层特点， 优化了不同井身结构、 不同井眼直径的水力参数， 形成 了适合软～中硬地层的 3 5 MP a高 压喷射钻井技术。该技术在塔河油田现场试验 了 5口井， 与常规钻井技术相比， 试验井段平均机械钻速提高了 7 8 42 6 2 。试验结果表明 ， 该技术提速潜 力 巨大， 具有较高的推 广应用价值 。 关键词 高压喷射 装备配套 参数优化 现场试验 塔河油田 中图分类号 T E 2 4 8 文献标识 码 A 文章编号 1 0 0 1 0 8 9 0 2 0 1 2 0 6 0 0 2 2 0 5 Pr a c t i c e o f 3 5 M P a Hi g h P r e s s u r e J e t Dr i l l i n g Wa n g J i a c h a n g ， Z h a n g J i n c h e n g ， Z h a o Gu o s h u n 。 ， X i a o Q i 。 1 ． S i n o p e c Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Pe t r o l e u m En g i n e e r i n g， Be i j i n g， 1 0 0 1 0 1 ， C h i n a； 2 ． Ta r i m Dr i l l i n g Co mp a n y， Zh o n g y u a n Pe t r o l e u m Exp l o r a t i o n Bu r e a u， Si n o pe c ， Ko r l a， Xi n j i a n g， 8 4 1 0 0 0， C h i n a； 3 ． Tr a i n i n g C e n t r e o f Z h o n g y u a n P e t r o l e u m E x p l o r a t i o n Bu r e a u， S i n o p e c ， P u y a n g ， He n a n ， 4 5 7 0 0 1 ， C h i n a A b s t r a c t I n o r d e r t o e x p l o r e t h e s p e e d r i s e p o t e n t i a l o f h i g h p r e s s u r e j e t d r i l l i n g ， t h e e q u i p me n t a n d t e c h n i c a l p a r a me t e r s o f h i g h p r e s s u r e j e t d r i l l i n g we r e o p t i mi z e d ． Th e d r i l l i n g f l u i d d y n a mi c a l a n d c i r c u l a t o r y s y s t e m o f 7 0 D r i g we r e u p g r a d e d a n d t r a n s f o r me d i n l i n e wi t h t h e d e s i g n i d e a o f u s i n g h y d r a u l i c p a r a me t e r s s u c h a s l a r g e d i s p l a c e me n t a n d p r o p e r b i t p r e s s u r e d r o p ， e t c ． Ac c o r d i n g t o t h e c h a r a c t e r i s t i c o f mi d d l e u p p e r f o r ma t i o n i n Ta h e Oi l fi e l d， t h e c a s i n g p r o g r a m a n d h y d r a u l i c p a r a me t e r o f d i f f e r e n t h o l e s i z e we r e o p t i mi z e d ， t h e 3 5 MP a h i g h p r e s s u r e j e t d r i l l i n g t e c h n o l o g y wh i c h i s s u i t a b l e f o r s o f t t o me d i u m- h a r d f o r ma t i o n h a s t a k e n s h a p e ． Th i s t e c h n o l o g y h a s b e e n a p p l i e d i n 5 we l l s i n Ta h e Oi l f i e l d， t h e a v e r a g e ROP o f t e s t we l l s i S 7 8 o／ 『 2 6 2 9 ／ 6 f a s t e r t h a n t h a t o f c o n v e n t i o n a 1 d r i l l i n g ． Th e t e s t s i n d i c a t e t h a t t h i s t e c h n o l o g y h a s g r e a t p o t e n t i a l t o s p e e d u p d r i l l i n g ， a n d i s wo r t h p r o mo t i o n ． Ke y w o r d s h i g h p r e s s u r e j e t ； ma t c h i n g e q u i p me n t ； p a r a me t e r o p t i mi z a t i o n ； f i e l d t e s t ； T a h e Oi l f i e l d 喷射钻井技术 1 9 4 8年始于美国， 2 O世纪 6 O年 代被大量推广应用l 1 ] 。我国于 2 0世纪 6 O年代初期 开始研究应用喷射钻井技术 ， 经历 了 3个发展阶段 之后 ， 泵压 由 1 O ～1 2 MP a提高至 1 8 ～2 0 MP a ， 水 功率、 钻井速度也相应得到明显提高。 为了进 一步 探索 高压 喷射钻 井 的提速 潜 力， 2 0 0 1年中原油 田开展了 3 5 MP a地面高压喷射钻井 试验[ 2 ] 。同等条件下地面超高压钻进比常压钻进平 均机械钻速明显提高 ， 但受当时装备条件的制约 ， 试 验时问及井段均较短。随着我国钻井装备水平的不 断提高 ， 深井钻机 已普遍配备高性能的钻井泵 ， 近几 年在塔 河油 田二 开上 部井 段开 展 了泵压 为 2 4 ～ 2 6 MP a 的喷射钻井提速试验 ， 与泵压 1 8 ～2 0 MP a 的喷射钻井相 比， 机械钻速提高约 4 0 。2 0 1 0年以 收稿 日期 2 0 1 2 - 0 3 3 0 ； 改回日期 2 1 2 - 1 0 - 0 7 。 作者简介 王甲昌 1 9 7 0 ， 男， 山东兖 州人 。1 【 j 9 1 年 毕业 于石 油 大学 华 东 机械 制造工艺与设备 专业 ， 高级工程师 ， 主要从事钻井 工程技术研 究工作。 联系方式 0 1 8 4 9 8 8 1 l 7 ， 、 7 _j c z y y l s i n a ． t o n i 。 基金项 目 中国石化石油工程先 导试验项 目“ 3 5 Mt a高压喷射 钻 井技术先导试验 ” 编号 S G0 9 5 1 及 中国石化石 油2 r - 程推 广项 目 “ 3 5 Mt a高压喷射钻井技 术推广应 用” 编号 S G1 1 0 2 6 资助。 第 4 O卷第 6 期 王 甲昌等． 3 5 MP a高压喷射钻 井技 术 实践 2 3 来 ， 再次深入开展 了 3 5 MP a高压喷射钻井技术试 验， 一开钻进泵压为 2 O ～2 5 MP a ， 二开钻进泵压为 3 3 3 5 MP a 。截至 2 0 1 1年底 ， 在 塔河油 田先后进 行 了 5口井的现场试验 ， 机械钻速平均提高 8 5 以 上， 取得了显著的提速效果。 1 钻井装备配套 制约高压 喷射钻井 的关键因素是钻井装备 ， 尤 其是钻井泵 。钻机配备的钻井泵基本 以 1 3 0 0型和 1 6 0 0型为主 ， 不能完全满足 3 5 MP a以上高压喷射 钻井的需求 。随着我国钻井装备技术 的发展 ， 目前 已经具备 了开展 3 5 MP a高压喷射钻井 的条件 ， 为 此对现有装备进行 了升级改造。 1 ． 1 钻 机选 配 塔河油田的井深一般为 6 0 0 0 ～7 0 0 0 m， 首先 优选 7 0 D型 电动钻机 。中原塔 里木钻井公司某井 队 2 0 0 8年底新装备 了全新 7 0 D型 电动钻机 ， 可满 足高压喷射试验要求 ， 因此选择该井队进行高压喷 射 钻井 试验 。 1 ． 2 钻井液循环系统升级改造 该井队 7 0 D型钻机配备 的是 1 6 0 0 HP型钻井 泵 ， 最高输出压力为 3 5 MP a 。为满足 3 5 MP a 高压 喷射 钻 井 试 验 要 求 ， 新 购 置 了 2台额 定 压 力 为 5 2 MP a 、 额定功率为 1 6 1 8 k W 的国产 F 一 2 2 0 0 HL 型钻井泵， 并配备 了相应的钻井泵配件。 配置 了耐压 7 0 MP a的国产特制水龙带 ， 备用 1 根 国外生产 的水龙带 ； 购 置 了 1个 S L 一 4 5 0 H 型 高压水龙头 ， 最大负载为 4 5 0 0 k N， 最高工作压力 为 5 2 MP a ； 配备了一套全新 的地面高压 管汇及高 压 阀门组 ， 耐压达 7 0 MP a ， 其 中高压立管改造 为双 立管 。 由于施工泵压很高 ， 为防止钻具发生刺漏 引发 安全事 故 ， 购置 了 声1 2 7 ． 0 mm 的 1 3 5型全 新钻 杆 8 0 0 0 m。结合现场情况 ， 其他钻具 均采用一级 钻具 。 2 施工方案 2 ． 1 水力参数优化 高压喷射钻井过程 中， 一般采用 高泵压 、 小喷 嘴、 适 当排量 l3 进行钻进。由于塔河油田中上部地 层极易发生阻卡 ， 需要 采用大排量 冲刷， 以减少 阻 卡[ 5 咱 ] 。因此 ， 在进行水力参数优化设计时， 传统 技 术方法不适合塔河油田。 针对塔河油 田中上部地层极易发生阻卡的问题， 结合 目前现场采用大排量高压钻进的做法 ， 充分发挥 试验装备高压 、 大排量等优势， 采用“ 强化水力参数 适当钻头压降” 的方法进行水力参数优化设计。基于 地面高压喷射钻井现有装备条件 ， 泵压最 高设计为 3 5 MP a 卜2 2 0 0 HI 型钻井泵用4 1 7 0 ． 0 n 1 m 缸套时额 定泵压为 3 5 MP a ， 双泵的最大排量可达8 0 I ／s 。 基于上述水力参数优化原则 ， 塔河油 田一开和 二开井段在用牙轮钻头结束钻进 时， 推荐钻头压降 不低于整个循环压耗 的 3 0 或 1 O MP a ； 二开下 部井段由于采用 P DC钻头 ， 钻进井段较长 ， 且部分 地层易发生阻卡 ， 需要采用大排量钻进 ， 推荐钻头压 降为 5 --8 MP a 。 2 ． 2 安全措施制定 3 5 MP a 泵压为地 面管线安全带来很 大挑 战， 为了保证试验的安全 ， 制定 了一系列安全保障措施 。 配套设备按标准加工 、 验收和试验 ， 并由专 门的 安全 工 程 师 把 关。泵、 立 管 及 地 面 高 压 管 汇按 7 0 MP a 压力静压试验 1 0 mi n ， 按 4 0 MP a 压力动压试 验 3 0 mi n ； 水龙带 出厂按 7 0 a 静压试验 1 0 mi n ， 4 0 MP a 动压试验 3 0 rai n ； 水龙头按 7 0 MP a静压试 验 1 0 rai n， 按 4 0 MP a旋转动压试验 3 0 rai n ， 不刺 不漏为合格 。 钻井泵之间安装防护墙 ， 固定牢靠 ； 地面高压管 汇分段分点 固定 ， 消除震动 ， 防止松脱 。泵房四周设 立警戒线 ， 钻井泵高压运转期间严禁人员靠近。高 压钻进过程中检查钻井泵或维修单个钻井泵时 ， 须 将运转钻井 泵的泵压降至 2 5 MP a以下 ； 泵压如有 异常， 司钻要迅速发 出信号 ， 同时停泵 、 上提钻具 ； 及 时给泵空气包充气 ， 减少泵压波动和设备及管线疲 劳造成的损坏 。 3 现场试验 塔河油田中上部地层主要为第 四系、 新近系 、 古 近系、 白垩系和侏罗系地层 ， 多为砂泥岩互层 、 含砾 砂岩 ， 胶结疏松 ， 可钻性较好 ， 可以充分发挥高压喷 射钻井优势， 实施快 速钻井 ； 下部包括三叠系、 石炭 系、 泥盆系和志留系等地层， 埋深一般浅于5 0 0 0 m， 石 油 钻 探 技 术 多为砂泥 岩互层 ， 以泥岩为 主， 可钻 性差 ， 钻速 较 慢 。为了进一步提高塔河油 田的钻井速度， 先后 在塔 河 1 2区 和托 普 台 区块 的 5口井 上 进 行 了 3 5 MP a 高压喷射钻井现场试验 。 3 ． 1 第一次试验 第一次试验是在塔河 1 2区的 TH1 2 2 3 3 井进行 的， 该井是一 口三开结构井 ， 在一开 、 二开井段进行 了高压喷射钻井现场试验， 钻进地层为第 四系至泥 盆系地层， 二开 中完井深 6 0 3 1 m。 一 开采用 3 4 6 ． 1 mmS KG1 2 4型牙 轮钻头 钻 进 ， 排量 8 0 L ／ s ， 较常规钻井排量提高 了 1 O L ／ s左 右， 泵压 2 0 2 5 MP a ， 钻头压降 8 ～1 O MP a ； 钻进井 段 5 O ～1 2 0 2 m， 纯 钻时间 1 5 ． 1 h ， 平均机 械钻速 7 6 ． 3 4 m／ h ，与 邻 井 相 同 井 段 平 均 机 械 钻 速 2 6 ． 2 9 m／ h 相 比， 提高了 1 9 0 见表 1 。 表 1 T H1 2 2 3 3井与邻井一开井段机械钻速对 比 T a b l e 1 C o mp a r i s o n o f fi r s t o p e n R O P b e t w e e n We l l T H1 2 2 3 3 a n d a d j a c e n t w e l l 二开全井段 1 2 0 2 ～6 0 3 1 m 采用高压 喷射 钻井 ， 排量 4 O ～8 O L ／ s ， 较 常规 钻井 排 量 提 高 了 5 ～1 0 I ／ s ， 钻 头 压 降 3～ 1 O MP a ， 泵 压 3 3～ 3 5 MP a ， 平均机械钻速 l 1 ． 9 5 m／ h ， 与邻井相 同井 段 平均钻速 6 ． 4 6 m／ h 相 比， 提高 了 8 5 见 表 2 。另外 ， 该 井二 开尽 管 钻压 较 常 规钻 井 大 ， 但 最大井 斜 角 仅 1 ． 1 9 。 ， 平 均 井 径 扩 大 率 仅 为 3 ． 3 2 ， 说明 3 5 MP a 高压喷射钻井在提高钻 速的 同时 ， 还能有效控制井斜角和井径扩大率 ， 提高井 身质量。 表 2 T H1 2 2 3 3井与邻井二开井段机械钻速对比 T a b l e 2 C o mp ari s o n o f s e c o n d o pen R O P bet w een We l l T H1 2 2 3 3 and a d j a c e n t w e l l 其中 ， 5 3 6 6 5 9 3 7 I T I 井段采用3 5 MP a 高压喷 射钻井 ， 机 械钻 速 比邻 井相 同井 段 采用 “ P D C钻 头螺杆” 复合钻井平均提高了 4 o ， 且单只钻头 进尺增长了 2 1 6 m 见表 3 。试验结果表明， 即使在 5 0 0 0 1 T I 以深地层 中钻进 ， 高压 喷射钻井 的提速效 果也明显优于“ P D C钻头螺杆” 复合钻井技术 。 第 4 0卷第 6期 王 甲昌等． 3 5 MP a高压喷射钻井技术 实践 2 5 。 该井高压喷射钻井试验总进尺 6 0 3 1 m， 实际 用时 3 8 ． 7 3 d ， 比设计周期 5 8 d 缩短 近 2 0 d ， 与常 规钻井工艺钻至相 同井深的平均周期 6 3 ． 3 6 d 相 比， 缩短了 2 4 ． 6 3 d 。 3 ． 2 其他井的试验情况 在第一 口井试验的基础上， 3 5 MP a高压喷射钻 井技术在塔河 1 2区及相邻区块托普 台区块共 4口四 T P 1 4 6 X井一开钻进时由于钻井泵故障， 未采用高压 喷射钻进 。塔河油 田四开结构井一开4 4 4 4 ． 5 n 1 I 1 1 井 眼中完井深 5 0 0 8 0 0 m， 钻进地层为第 四系和新近系 库车组地层； 二开 j 5 3 1 1 ． 1 I T l r n井眼中完井深 4 5 0 0 5 0 0 0 m， 钻进地层一般为新近系至侏罗系地层l 8 ] 。 一 开钻进泵压 2 0 2 5 MP a ， 排量 7 0 8 0 L ／ s ， 钻 头压降高达 1 5 MP a ， 平均进尺 5 5 2 m， 平均机械钻速 8 3 ． 6 9 m／ h ， 与邻井相同井段 平均钻速 4 0 ． 7 5 m／ h 开结构井的一开、 二开井段进行 了试验与推广 其 中 相 比， 提高了 1 0 5 ． 4 9 ／ 5 见表 4 。 表 4 高压喷射钻井在四开结构井的一开井段机械钻速与邻井对比 T a b l e 4 C o mp a r i s o n o f fi r s t o p e n R OP b e t w e e n h i g h p r e s s u r e j e t d r i l l i n g i n f o u r o pen w e l l s a n d a d j a c e n t w e l l 二开钻进泵压 3 3 43 5 MP a ， 排量 4 0 8 0 L ／ s ， 平均进尺 4 0 7 8 r n ， 平均机械钻速 3 1 ． 1 9 m／ h ， 与邻 井相 同井 段 平 均钻 速 l 4 ． 9 5 m／ h 相 比， 提 高 了 1 0 8 ． 6 ， 对 比情况见表 5 。其 中 ， TP 3 0 8 X井二开 所用 首 只 3 1 1 ． 1 mm 牙 轮 钻 头 的 压 降 高 达 1 8 MP a ， 输出泵功率仅为常规钻井 的 2倍左右 ， 该 只牙 轮 钻 头 进 尺 1 7 3 0 m， 平 均 机 械 钻 速 高 达 2 0 O ． 8 8 m／ h ， 与邻 井 相 比提 高 6倍 ， 并 在 6 7 8 ～ 2 0 2 8 1 T I 井段创塔河油 田 j 6 3 1 1 ． 1 mm井 眼 日进 尺 1 3 5 0 m 最高纪 录； 这再次说 明， 优化参数 、 提 高 钻头水功率对于 中上部地层具有十分显著 的提速 效果 。该井钻至二开 中完井 深用时 1 5 ． 3 3 d ， 与设 计周期相 比缩短 了 3 O ． 7 9 d ， 与常规钻井工艺钻至 相 同井 深 平 均 钻 井 周 期 4 4 ． 5 d 相 比， 缩 短 了 1 8 ．7 d。 3 ． 3高压喷射钻井配套设备耐压效果 在 5口井 的 3 5 MP a高压 喷射钻井试 验过程 中， 除泵密封和水龙头冲管密封正常磨损失效外 ， 仅 在第一 口井的试验 中发生了一次新钻杆本体刺漏情 况 ， 未发生其他非正 常高压密封失效 问题 。升级改 造后的设备 和钻具都经受住 了高泵压 、 高负荷条件 下的密封考验 ， 说明 3 5 MP a高压 喷射钻井配套设 备是安全可靠 的。 2 6 石 油 钻 探 技 术 2 O 1 2年 1 1月 对 比井 TP2 4 TP1 2 1 X TP1 5 X TP1 O1 TP2 8 X TH 1 2 1 4 1 TH 1 2 1 4 7 TH1 2 1 5 O 5 0 2 ～ 4 5 0 0 6 O O ～ 4 5 0 0 5 o o～ 4 5 0 0 8 06 ～ 4 9 8 0 6 0 0 4 5 7 5 4 9 9 ～ 4 5 0 0 5 0 1 ～ 4 5 0 0 5 0 0 4 5 0 0 3 9 9 8 3 9 0 0 4 0 0 0 4 1 7 4 3 9 7 5 4 O O 1 3 9 9 O 4 0 0 0 1 8 ～ 2 4 1 7 ～ 2 O 1 8～ 1 9 1 5 ～ 2 O 2 0 ～ 2 2 1 5 ～ 1 7 2 O ～ 2 2 2 2 ～ 2 5 3 2 7 ． 5 8 2 1 O． O O 2 6 2 ． 5 0 2 9 7 ． O O 3 5 7 ． O O 2 0 4 ． 5 1 8 3 ． 0 0 2 0 9 ． 5 0 l 2 ． 2 O 1 8 ． 5 7 1 5 ． 2 4 1 4 ． O 5 1 1 ． 1 3 1 9 ． 5 6 2 1 ． 8 O 1 9 ． 0 9 TH1 2 2 0 7 5 0 0 4 5 0 0 4 0 0 0 1 3 ～ 1 8 3 6 0 ． O 0 U ． 1 1 4 结论与认识 1 经过设备配套 与改造 ， 完成 了满足 3 5 MP a 高压喷射钻井安全需求 的 7 0 D型钻机升级改造 ， 为 高压喷射钻井试验 的实施提供了硬件保障。 2 通过优化钻井施工方案 ， 最大程度地发挥 了 钻机和钻井泵的功率， 提高 了钻头水功率 ， 初步形成 了适合塔河油田软一 中硬地层的大排量 、 适当钻头 压降的 3 5 MP a 高压喷射钻井技术 。 3 采用 3 5 MP a 高压喷射钻井技术在钻进上部 地层时 ， 钻头压降可 高达 1 8 MP a ， 机械钻速 比常规 钻井提高 6倍 。但在超深井段 钻头压降仅 3 MP a 左右， 继续提高钻头水功率受到了井深的限制 ， 机械 钻速仅 比常规钻井提高 4 0 左右， 因此需要深入开 展相关技术研究 ， 以提高超深井段水力能量利用率。 4 由于 3 5 MP a 高压喷射钻井处于探索试验阶 段 ， 无论是装备配套 、 水力参数优化 ， 还是施工工艺 、 安全措施 ， 都尚未形成成熟 的技术规范， 因此 ， 还需 要开展进一步的试验研究 。 [ 1 1 [ 2 ] 参考文献 Re f e r e n c e s 李根生 ， 沈忠厚． 高压水射流理论及其在石 油工程 中应用研究 进展I- j ] ． 石油勘探与开发 ， 2 0 0 5 ， 3 2 1 9 6 9 9 ． Li Oe ns h e ng， S h e n Z ho n g h O U ．Ad v a n c e s i n r e s e a r c h e s a n d a p p l i c a t i o n s o f wa t e r j e t t h e o r y i n p e t r o l e u m e n g i n e e r i n g [ J ] ． P e t r o l e u m Ex p l o r a t i o n a n d De v e l o p me n t ， 2 0 05 ， 3 2 1 9 6 9 9 ． 王太平 ， 程广存 ， 李卫刚 ， 等． 国 内外高 压喷射钻井 技术研究探 讨[ J ] _ 石油钻探技术 ， 2 0 0 3 ， 3 1 2 6 8 ． W a n g Ta i p i n g， Ch e n g Gu a n g c u n， Li W e i g a n g， e t a 1 ．S t u d y o n d o me s t i c f o r e i g n u l t r a h i g h p r e s s u r e j e t d r il l i n g t e c h n i q u e _ J ] ． P e t r o l e u m Dr i l l i n g Te c h n i q u e s ， 2 0 0 3 ， 3 1 2 6 - 8 ． [ 3 ] 孟祥玉 ， 陈越 ， 呆传 良． 钻井参数优选技术在胜利油 田深井 中的 应用 r- j ] ． 石油钻探技术 ， 1 9 9 2 ， 2 0 4 4 5 4 7 ． M e n g Xi a n g y u， Ch e n Yue ， Ga o Ch u a n l i a n g ． Th e a p p l i c a t i o n o f d r i l l i n g p 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