JZ25-1S油田水平井控制压力钻井技术.pdf

第 4 l 卷 第 2期 2 0 1 3年 3月 石 油 钻 探 技 术 P ETRO1 EUM DRI LLI NG TECHNI QUES Vo 1 ． 4 1 No ． 2 M a r ．． 2O1 3 ． ． 现场交流 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 3 ． 0 2 ． 0 2 3 J Z 2 5 - 1 S油 田水 平井控制压力钻 井技术 李军伟 ，曹式敬 ，宋林松 ， 付建 民 ， 吴 光。 1 ．中海油 田服务股份有限公司 ， 北京 1 0 1 1 4 9 ； 2 ．中海石油 中国 有 限公 司天津分 公司 ， 天津 3 0 0 4 5 2 ； 3 ．中国石 油川庆钻探工 程 有 限公司钻采工程技术研究院 ， 陕西西安 7 1 0 0 2 1 摘要 J Z 2 5 1 S油田水平井在钻进过程中， 随着水平段长度增长会发生井漏问题， 为此应用了控制压力钻井 技术 ， 控 制井底循环压 力低 于地 层漏失压力来解决该 问题 。首 先根 据地 层 漏失压 力、 井底循环 压力和单 位 井段 环 空压 力损 失， 计算 井斜 角 9 O 。 时的安全钻进水平段 长度 ， 如果该水平段长度不符合 开发要 求 ， 则再根据 油气层厚度 、 油水界面、 产层以上井段循环压力以及单位井段环空压力损失， 计算安全钻进的最大井段长度和最大井斜 角。 J Z 2 5 1 S油J Z 2 5 1 S _ A1 7 井水平段 井斜 角为 9 O 。 时， 安全钻进水平段长度只有 9 6 5 ． o o m， 通过计算得知 ， 如果产层 井段并斜角不大于 8 6 ． 6 7 。 便可以增加产层段长度， 从而提高单井产量。实钻表明， 该井控制产层并段井斜角不大 于 8 6 ． 6 7 。 ， 使 产层 井段 长度达到 1 0 6 8 ． O 0 m， 且 未出现 井漏。表 明该 方法 能有效解 决 j Z 2 5 1 s油田水平 井段钻进 过程 中， 随水平段增 长发 生漏失的问题。 关键词 控制压力钻 井 水 平井 环 空压力 井斜 角 j z 2 5 1 S油田 中图分 类号 TE 2 4 9 ； TE 2 4 3 。 。 ． 1 文献标识 码 A 文章编号 1 0 0 1 0 8 9 0 2 0 1 3 0 2 0 1 1 9 0 4 M a n a g e d Pr e s s u r e Dr i l l i n g Te c h n i q u e f o r Ho r i z o n t a l W e l l s i n J Z2 5 I S Oi l f i e l d L i J u n w e i ， C a o S h i j i n g ， S o n g L i n s o n g ，F u J i a n mi n 。 ， W u Gu a n g 。 1 ． CN C Se r v i c e s Li mi t e d， Be i j i n g， 1 0 1 1 4 9， C h i n a； 2 ． CN0 C n 口 i n Br a n c h， n i n， 3 0 0 4 5 2， C h i n a 3 ． C h u a n q i n g Dr i l l i n g ＆Pr o du c t i o n En gi n e e r i n g Re s e a r c h I n s t i t u t e． C h u a n q i n g Dr i l l i n g En gi n e e r i n g Co ． Lt d． ， CNPC， 7 1 0 0 2 1， C i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o d e a l wi t h t h e l o s s o f c i r c u l a t i o n c a u s e d b y e x t e n s i o n o f h o r i z o n t a l s e c t i o n， M a n a g e d p r e s s u r e d r i l l i n g wa s a p p l i e d t o k e e p d o wn h o l e c i r c u l a t i n g p r e s s u r e u n d e r l e a k ～ o f f p r e s s u r e d u r i n g d r i l l i n g ． Al l o wa b l e l e n g t h o f h o r i z o n t a 1 h o l e s e c t i o n wi t h 9 0 。i n c l i n a t i o n wa s c a l c u l a t e d b a s e d O i l 1 e a k - o f f p r e s s u r e ， d o wn h o l e c i r c u l a t i n g p r e s s u r e a n d a n n u l a r p r e s s u r e l O S S i n e a c h me t e r o f h o l e ． I f a b o v e l e n g t h c a n’ t me e t t h e r e q u i r e me n t s o f d e v e l o p me n t ， t h e l o n g e s t h o r i z o n t a l l e n g t h a n d i n c l i n a t i o n a n g l e a r e c a l c u l a t e d f o r s a f e d r i l l i n g a c c o r d i n g t o t h e t h i c k n e s s o f p a y z o n e ， d e p t h o f o i l - wa t e r c o n t a c t， c i r c u l a t i n g p r e s s u r e a b o v e p a y z o n e ， a n d a n n u l a r p r e s s u r e l O S S f o r e a c h me t e r o f h o l e ．I t wa s p r e d i c t e d t h a t h o r i z o n t a l we l I l e n g t h f o r s a f e t y d r i l l i n g wa s o n l y 9 6 5 m f o r We 1 1 J Z 2 5 1 S 一 1 7 i n J Z 2 5 1 S Oi l f i e l d ． To e n h a n c e t h e we l l y i e l d ， i t wa s e s t i ma t e d t h a t l e n g t h o f h o l e c o u l d b e e x t e n d e d i n p a y z o n e wi t h l e s s t h a n 8 6 ． 6 7 。 i n c l i n a t i o n ． Ac t u a l l y wi t h t h e we l l i n c l i n a t i o n c o n t r o l l e d u n d e r 8 6 ． 6 7 。 ， t h e we l ll e n g t h i n p a y z o n e r e a c h e d t o 1 0 6 8 m wi t h o u t f l u i d l O S S ． I t s h o we d t h a t t h e me t h o d c o u l d e f f e c t i v e l y p r e v e n t t h e l O S S o f c i r c u l a t i o n c a u s e d b v e x - t e n s i o n o f h o r i z o n t a l s e c t i o n wh i l e d r i l l i n g ． Ke y wo r d s ma n a g e d p r e s s u r e d r i l l i n g， h o r i z o n t a l we l l ， a n n u l u s p r e s s u r e ， d e v i a t i o n a n g l e ， J Z 2 5 1 S Oi l f i e l d J Z 2 5 一 l S油 田位于渤海辽东湾海域 ， 属 于古潜 山油藏 ， 埋深 1 7 0 0 ． O 0 ～2 2 0 0 ． 0 0 m， 地层压力系数 为 1 ． O 0 ， 地层 漏失压力系数约为 1 ． 0 5 ， 钻井液安全 密度窗口很窄。为扩大与油藏的接触面积、 提高单 收稿 日期 2 0 1 卜O 卜2 4 ； 改回 日期 2 0 1 3 0 2 2 5 。 作者简介 李军伟 1 9 7 6 ， 男， 陕西 西安人 ， 2 0 0 2年 毕业 于 中 国地 质大学 北京 石 油工程 专业， 主要从事钻 井方 面的工作 。 联 系方式 0 2 2 6 6 9 1 9 2 5 1 ， 1 wc o s 1 ． c o r n ． C y l 。 石 油 钻 探 技 术 井产量 ， 该油田采用水平井进行开发 。在水平井钻 井过程中， 由于钻 井液安全 密度窗 口窄 ， 易发生漏 失。控制压力钻井能精确控制整个井眼环空的压力 分布， 通过调整钻井循环介质的密度和流变性 、 井 口 压力 、 钻速等使环空压力处于很小的波动范围内 ， 适 用于钻井 液安全 密度窗 口窄的地层l 1 。因此 ， 该 油 田在水平井 中应用了控制压力钻井技术 。为防止 钻进过程中发生漏失 ， 其关键在 于控制井底循环压 力低于地层漏失压力 。为此 ， 笔者通过计算安全钻 进水平段长度和安全钻进最大井斜角 ， 以控制井底 循环压力不高于地层漏失压力 。 1 钻井技术难点 1 ． 1 钻井液安全密度窗口窄 根据已钻井 D S T资料分析 ， J Z 2 5 1 S油 田古潜 山油藏压力系数约为 1 ． 0 0 ， 属正常压力系统 。从其 压力剖面 见图 1 看 ， 钻井液安全密度窗 口较宽 ， 但 在实钻过程中出现了非常严重的漏失。经过对多 口 井的实际漏失情况进行对 比和计算 ， 认 为漏失压力 系数为 1 ． O 5 ， 钻井液安全密度窗 口很窄。该油 田储 层段地层坍塌压力小于地层压力 ， 井壁较为稳定 ， 利 于应用控制压力钻井技术。 图 1 J Z 2 5 1 S - 3井压力剖面 F i g ． 1 P r e s s u r e s p r o f i l e i n We l l J Z 2 5 1 S - 3 1 ． 2 钻井液密度制约 为配合控制压力钻 井 ， J Z 2 5 1 S油 田应用 了水 包油钻井液。考虑到海上作业安全要求高 ， 采用低 毒性 、 闪点高的 白油降低钻井液密度 。随着钻井 液 中白油含量升高 ， 钻井液越来越易燃 ， 严重威胁钻井 安全 ， 因此控制 白油含量不 高于 4 6 ， 钻井液 密度 下限为 0 ． 9 3 k g ／ L 。这样钻井液的静液柱压力与地 层漏失压力的当量密度差仅为 0 ． 1 2 k g ／ L， 大大 限 制了压力控制范围。 1 ． 3 产层埋藏深 J Z 2 5 1 S油 田太古界古 潜 山层埋藏较深 ， 产层 以上井段较长， 上部井段沿程压力损失较大 。经计 算 ， 产层 以上井段沿程压 力损失系数约为 0 ． 0 8 ， 按 照钻井液密度 0 ． 9 3 k g ／ L计算 ， 实际钻井液安全密 度窗 口仅为 0 ． 0 4 。 1 ． 4 水 平 井段 易漏 失 水平井段钻进过程中， 随着水平段的增长， 由于 同一垂深的地层漏失压力一定 ， 井底循环压力会逐 步接近 地 层漏 失 压 力 ， 最终 发 生 漏 失 见 图 2 。 J Z 2 5 1 S油田已钻水平井的水平段钻进过程 中已经 出现过该现象。如J Z 2 5 一 卜3 0 h井由于严重漏失而提 前完钻 ； J Z 2 5 一 卜2 5 h井最大漏失速度超过 4 0 ／ h ， 累计漏失钻井液超过 8 0 0 m。 。 吕 僧 图 2 水平 井钻进作 业环 空压 力剖面 F i g ． 2 An n u l a r p r e s s u r e p r o f i l e wh i l e d r i l l i n g h o r i z o nt a l we l l 2 技术措施 J Z 2 5 - 1 S油 田水平段钻进过程 中， 井底循环压 力会随着水平段的增长而增大。为防止井底循环压 力 随水平段增长接近或大于地层漏 失压力 ， 应首先 计算井斜角为 9 O 。 时的安全钻进 水平段 长度 ， 如果 计算 出的安全钻进水平段长度不符合开发要求 ， 就 要根据油层情况调整水平段 的垂深和产层井段的井 斜角。 2 ． 1 安全钻进最大水平段长度 井斜角为 9 0 。 时的安全钻进水平段长度计算公 式为 第4 1 卷第 2期 李军伟等． J Z 2 5 1 S油田水平井控制压力钻井技术 L 一 9 8 1 0 p L _| 4 一户 ／ p 1 式 中 L为最大水平段 长度 ， m； P L为地层漏失压力 当量钻井液密度 ， k g ／ L； HA为 A 点的垂深 ， m； A点 为水平井段的起 点； P c c 为 A 点的循环压力 ， P a ； 为裸眼井段单位长度环空压力损失 ， P a ／ m。 2 ． 2 安全钻进最大井斜角 当开发要求水平段长度大于井斜角为 9 O 。 时的 安全钻进水平段长度 时， 为防止井底循环压力大于 地层漏失压力 ， 就要根据油层情况调整水平段的垂 深和实施井段的井斜角。最大实施井段的长度为 x E 9 8 I O p L HA A h 一户 。 一9 8 1 0 p m A h ] ／ P 2 安全钻进最大井斜角为 0 1 8 0 a r c c o s A h ／ X ／ 兀 3 式 中 X 为 最大实施 井段 长度 ， m； P I为钻 井液 密 度 ， k g ／ L； A h为允许 的垂深增量 ， m； 0为安全钻 进 时的最大井斜角 ，o 。 2 ． 3 压力控制措施 为保障井底循环压力始终低于漏失压力 ， 还可 采取以下措施 1 在保证井下安全的前提下 ， 尽可能 降低钻井液密度 ； 2 严格控制井斜角 ， 严禁超过安全 钻进最大井斜角； 3 尽量保持钻速恒定 ， 避免环空岩 屑过多造成环空压力激增 ； 4 保持排量恒定 ， 并尽可 能保持钻井液流变性能稳定 ， 确保井底循环压力 随 钻进井段的延长稳定增长。 3 现场应用 J Z 2 5 1 S油 田的多数水平井 在井斜角为 9 0 。 且 水平段长度超过安全钻进水平段长度后都 出现 了漏 失 ， 并且随着水平段增长漏失愈加严重 。除少数井 钻井液密度偏高出现漏失外 ， 多数井在安全钻进水 平段长度范围内或井斜角小于安全钻进时的最大井 斜角情况下钻进未 出现漏失 。笔者现 以 J Z 2 5 1 S A1 7 h井为例介 绍控 压钻 井技 术在 该油 田的应用 情况。 已钻井统计分析表明， J Z 2 5 1 S油 田古潜山油层 1 5 ． 9 r n r n 井 眼环空单位长度压力损耗 7 0 0 P a ／ m。 依据靶 点设 计 ， A 点 垂 深 l 7 2 3 ． 0 0 m， 循 环 压力 1 7 ． 0 7 MP a ， 地层漏失压力 1 7 ． 7 4 MP a ， 则 自A 点起 井斜角 9 0 。 时的安全钻进水平段长为 9 6 5 ． 0 0 iT I 。该 井古潜山油层厚度超过 1 0 0 m， 油水界面 以上储层 4 结论及建议 1 对于压力窗 口窄的储层 ， 井底循环压力随水 平段增长可能发生漏失， 因此应根据地层漏失压力 和井底循环压力确定安全钻进最大水平段长度。 2 对 于压力窗 口窄 、 油层厚度大 ， 水平段垂深 调整范围大的水平井 ， 通过调整水平段垂深和油层 井段 的井斜角 ， 可延长油层井段 的长度 ， 有助于扩大 油井与油层的接触面积 ， 提高单井产量。 参考文献 Re f e r e n c e s E l i 刘超， 周玉海． 吴红玲． 等． 控制压力钻井技术在衡 6 井的应用 _ J ] ． 石油钻采工艺， 2 0 0 9 ， 3 1 9 3 4 3 7 ． 一 一 一 一 瞄 一 一 一 一 一 ～ 一 一 I垂 一 一 ～ ～ ～ 一 一 一 ～ ～ ～ ～ ～ 一 ～ 一 加 最 为 钻 斜 压 过 。 一 l。 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 酗 ～ 一 一 一 一 一 ～ 一 一 一 一 ～ 一 ～ 一 ～ 一 一 ～ ～ 石 油 钻 探 技 术 Li u Ch a o， Z h ou Yu h a i ， W u Ho n g l i ng， e t a 1 ． Ap p l i c a t i o n o f MPD t e c h n o lo g y t o He n g 6 We l l [ J ] ．Oi l Dr i l l i n g P r o d u c t i o n Te c h n o l o gy ， 2 0 0 9， 31 3 3 4 3 7 ． E s ] N a u d u r i S ， Me d l e y G H， S c h u b e r t J J ． MP D b e y o n d n a r r o w p r e s s u r e wi n d o ws [ R ] ． I AD C ／ S P E 1 2 2 2 7 6 ， 2 0 0 9 ． [ 3 ] 向雪琳， 朱丽华 ， 单素华， 等． 国外控制压力钻井工艺技术[ J ] ． 钻采工艺 ， 2 0 0 9 ， 3 2 1 2 7 3 0 ． Xi a n g Xn e l i n， Z hu Li hu a ， S h a n Su h u a， e t a 1 ． Fo r e i g n ma n a g e d p r e s s u r e d r i l l i n g t e c b n o l o g y [ J ] ． D r i l l i n g P r o d u c t io n T e c h n o l o g y， 2 0 0 9， 3 2 1 2 7 3 0 ． E 4 ] 严新新， 陈永明， 燕修良． MP D技术及其在钻井中的应用[ J ] ． 天然气勘探与开发 ， 2 0 0 7 ， 3 0 2 6 2 6 6 ． Ya n Xi nx i n， Ch e n Yo n g mi n g， Ya n Xi u l i a n g ． M PD a n d i t s a p p l i c a t i o n t O d r i l l i n g [ J ] ． Na t u r a l Ga s E x p l o r a t i o n D e v e l o p me n t ． 2 0 0 7， 3 0 2 6 2 6 6 ． [ 5 ] 周英操 ， 崔猛 ， 查永进． 控压钻井技术探讨 与展望 E J 2 ． 石油钻探 技术 ， 2 0 0 8 ， 3 6 4 卜4 ． Z h o u Yi n g c a o ， Cu i Me n g ， Z h a Y o n g j i n ． D i s c u s s i o n a n d p r o s p e c t o f m a n a g e d p r e s s u r e d r i l l i n g t e c h n o l o g y [ J ] ． P e t r o l e u m D r i l l in g Te c h ni q u e s ， 2 0 0 8， 3 6 4 1 4 ． [ 6 ] 王果， 樊洪海 ， 刘 刚， 等． 控制压 力钻井技 术应用研 究[ J ] ． 石 油 钻探技术 ， 2 0 0 9 ， 3 7 1 3 4 3 8 ． W a n g Gu o ， F a n Ho ng h a i ， Li u Ga n g， e t a 1 ．Ap p l i c a t i o n o f ma n a g e d p r e s s u r e d r i l l i n g t e c h n i q u e [ J ] ． Pe 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 9， 3 7 1 3 4 3 8 ． [ 7 ] 杨雄文 ， 周英操 ， 方世 良， 等． 国内窄窗 口钻井技 术应用对 策分 析与实践E J ] ． 石油矿场机械 ， 2 0 1 0 ， 3 9 8 7 - 1 1 ． Ya n g Xi o n g we n， Zh o u Yi n g c a o ，F a n g S h i l i a n g， e t a 1 ．S t r a t e g y a n a l y s i s o f n a r r o w w i n d o w d r i l l i n g t e c h n o l o g y a n d p r a c t i c e J ] ． Oi l Fi e l d Equ i p me nt ， 20 1 0， 3 9 8 7 - 1 1 ． E 8 ] Ar n o n e M， Vi e i r a P ． D r i l l i n g we l l s wi t h n a r r o w o p e r a t i n g win d o ws a p p l y i n g t he MPD c o n s t a n t b o t t o m h o l e p r e s s ur e t e c h no l o g y ho w muc h t h e t e mp e r a t u r e a n d p r e s s ur e a f f e c t s t h e o p _ e r a t i o n’ S d e s i g n [ R ] ． I AD C／ S P E 1 1 9 8 8 2 ， 2 0 0 9 ． [ 9 ] 张桂林． 土库曼斯坦亚苏尔哲别油田控压钻井技术[ J ] ． 石油钻 探技术 ， 2 0 1 0 ， 3 8 6 3 7 ～ 4 1 ． Zh a ng Gu i l i n ． Ap p l i c a t io n o f ma n a g e d p r e s s u r e d r i l l ing t e c hn o l ～ o g y i n A z o r s e Ar e a ， Tu r k me n i s t a n [ J ] ．P e t r o l e u m D r i l l i n g Te c hn i q u e s ， 2 0 1 0， 3 8 6 3 7 41 ． [ 1 O ] 孙凯， 梁海波， 李黔， 等． 控压钻井泥浆帽设计方法研究r J ] ． 石 油钻探技术 ， 2 0 1 1 ， 3 9 1 3 6 ～ 3 9 ． S u n Ka i ， L i a n g Ha i b o ， L i Qi a n， e t a 1 ． Re s e a r c h mu d o n c a p d e s i g n o f ma n a g e d p r e s s u r e d r i l l i n g[ 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 1 1， 3 9 1 3 6 39 ． [ n] 李宗清， 燕修良， 陈永明， 等． 三参数自动控压钻井系统的研制 与试验 _ J ] ． 石油钻探技术 ， 2 0 1 2 ， 4 0 6 9 9 1 0 3 ． Li Zo n g q i n g， Ya n Xi u l i a n g， Ch e n Yo n g mi n g， e t a 1 ．De v e l o p me n t a n d t e s t o f t h r e e - pa r a me t e r a u t o ma t i c p r e s s ur e c o n t r o l d r i l l i n g s y s t e mL J ] ． P e t r o l e u m D r i l l i n g T e c h n i q u e s ， 2 0 1 2 ， 4 0 6 9 9 1 0 3 ． [ 1 2 ] 杨雄文 ， 周英操 ， 方世良， 等． 控压钻井分级智能控制系统设计 与室内试验口] ． 石油钻探技术 ， 2 0 1 1 ， 3 9 4 I 3 1 8 ． Ya ng Xi o n g we n， Z h ou Yi n gc a o， Fa n g S h i l i a n g，e t a 1 ．De s i g n a n d l a b or a t o r y t e s t o f h i e r a r c h i c a l i n t e l l i g e nt c o n t r o l s ys t e m f o r ma n a g e d p r e s s u r e d r i l l i n g[ J ] ． P e t r o l e u m D r i l l i n g Te c h n i q u e s ， 2 O 1 1， 3 9 4 1 3 - 1 8 ． 乖 矫 币 ． 不 J ， 譬 1 乔 ’ 1 不 { 1 ’ ． 币{ 1 不 矫 矫 铞 用于油藏 监测 的新型井眼瞬变电磁测量系统 采用水驱 、 蒸汽驱和化学驱驱油过程中常造成油藏流体组分的变化 ， 而现有的井间电磁测井技术虽然可 以测量注入流体引起 的井间电阻率变化 ， 但其测量范围限于井间区域。为此， B a c k e r Hu g h e s 公 司正在研发 一 种新型井 眼油藏监测技术_ 一 瞬变电磁测量系统 T E M 。该 系统可以测量不 同区域地层 的电阻率 ， 优 于 现有井间电磁技术采用的连续波测量方法 。 T E M 由发射线圈和接收线圈组成。测量时 ， 给发射线圈通足够长时间的直流 电 直至通 电造成的瞬态 效应消失 ， 产生静态一次磁场。然后 ， 突然关闭电流， 在地层中产生电动势脉冲， 脉冲的幅度 和持续时间由 发射 电流／ 一次磁场的变化率决定。电动势在地层 中产生涡流 ， 地层 电阻率使发射线 圈向外扩散 的涡流衰 减。接收线圈测量涡流在地层中扩散时产生的次生磁场 的衰减率 ， 次生磁场强度与涡流成正 比， 涡流是地层 电导率的函数。测量开始时， 涡流集中在发射线圈附近， 测量信号反映的是发射线圈附近地层的电阻率， 随 着时间的推移 ， 涡流逐步向地层深部扩散 ， 测量信号主要反映深部地层的电阻率 。由于 TE M 的接收器接收 测量地层信号时， 一次磁场已不存在 ， 因此测量结果不受影响。T E M 只需在一 口监测井中进行少量点 的测 量 ， 或者作为永久测量 系统置于生产井 中， 就可 以提供油藏 的 3 D图像 ， 且井眼附近 的空间分辨率较高。相 比之下， 井间电磁测井要在两 口井中进行 ， 至少需要测量 1 0 0 个点以上 ， 并且测量结果是井间的 2 D区域 。 依据注水油藏的真实模型， 3 轴瞬变发射器和接收器 的模拟结果显示 ， TE M 的探测深度可达 3 0 4 ． 8 I n 1 0 0 0 f t ， 并对注水前缘 比较灵敏 。因 T E M 可 以测量不 同区域地层的电阻率 ， 这对监测多层生产井中最后 阶段的水侵特别有效 。可以预计 ， TE M 可以作为井 眼永久传感器置于井 中。 [ 供稿 秦黎明]