JX2超深井优快钻井技术.pdf

2 0 1 6 年第 3 期 中州煤炭 第2 4 3 期 J X 2超深 井优快钻 井技 术 黄友 亮 ， 马 李锋 ， 薛 飞 1 ． 长 江 大 学 石 油 工 程 学 院 ， 湖 北 武 汉4 3 01 0 0；2 ． 油 气钻 采 工 程 湖 北省 重点 实验 室 ， 湖 北 武 汉4 3 0 1 0 0； 3 ． 吉林油田乾安采油厂 ， 吉林 松原 1 3 1 4 0 0 ； 4 ． 中石化华北石油工程有 限公 司西部分公 司， 河南 郑州4 0 0 0 5 6 摘 要 J X 2井地层倾 角大 ， 地质情况复杂 ， 易发 生井漏 、 卡钻 、 井壁 失稳等 井底复杂 情况 ， 井斜控 制难度 大， 机 械 钻速 低 ， 钻 井成本增加。针对上述难 点， 上部地层采用空气钻井 ， 孕镶金 刚石 涡轮复合钻 井技 术， 下部燧 石 团块灰岩硬地层采用贝克休斯 MX D S 5 0 D X钻 头， 在保证井身质量 的基 础上大幅提 升 了钻进速度 ， 节 约 了 钻进成本 ， 形成 了一套适合川东北地 区超 深井优快钻进 工艺。 关键词 超深井； 空气钻 井； 孕镶 金刚石； M X D S 5 0 D X钻 头 中图分类号 T E 2 4 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 3 0 5 0 6 2 0 1 6 0 3 0 1 1 8～ O 3 Op t i mi z e d Dr i l l i n g T e c h n o l o g y o f J X2 Ul t r a De e p S h a f t Hua n g Yo u l i a n g 一， Ma L i f e n g ， Xue Fe i 1 ． C o l l e g e o f P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g i n Y a n g t z e U n i v e r s i t y ， W u h a n 4 3 0 1 0 0 ， C h i n a ； 2 ． T h e K e y L a b o r a t o r y o f O i l a n d G a s D r i l l i n g En g i n e e r i n g H u b e i Pr o v i n c e ， Wu h a n 4 3 0 1 0 0 ， C h i n a；3 ． Qi a n a n Oi l P r o d u c t i o n Pl a n t o fJ i l i n Oi lfie l d， S o n g y u a n 1 3】 4 0 0， C h i n a 4 ． T h e We s t B r a n c h of No r t h C h i n a P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g C o ．， S i n o p e c ， Zh e n g z h o u 4 0 0 0 5 6， C h i n a J X 2井 区块 受 到 多期 构 造 运 动 的影 响 ， 为 比较 典 型 的南 方海 相 复杂 勘 探 区。地 层 倾 角 大 、 自然造 斜力 强 ， 易井斜 ， 地层 复 杂 、 破 碎性强 ， 钻 井施 工过 程 中易 发生斜 、 漏 、 塌 、 卡 等 复 杂情 况 增 加 了钻 探 开 发 难度 ， 导致该区块钻进速度低 ， 钻井周期长。各种新 技术新工艺的应用 ， 提高了钻进速度 ， 降低了钻进成 本 ， 形成 了一 套有 利 于 川东 北 地 区 优快 钻 进 的技 术 体 系 ， 为该 区块后续 其他 井 的钻进 提供 了指 导 。 l 钻 井施 工难点分析 1 地层倾 角 大严 重影 响优 快钻 井 。从 J X 2井 收稿 日期 2 叭5一l 2 0 6 基金项 目国 家 自然 科 学 基 金 5 1 2 7 4 0 4 7 ； 国家 重 大 科 技 专 项 2 01 1 ZX 05 0 2 4 - 0 0 3- 0 4 作者简介 黄友亮 1 9 9 1 一 ， 男 ， 湖北武汉人 ， 在读硕士研究生 ， 现从 事 岩 石 力 学 研 究 工 作 。 1 1 8 已完 井 的邻井 九龙 1井 、 新黑 池 1井 、 J Xl 井 实 钻 数 据 分析可 知 上部 陆相 地 层 气 体 钻 进 平均 机 械 钻 速 不 高 、 井 斜变 化大 、 井 斜 控 制 手段 有 限 、 井斜 控 制 难 度 极大 。 2 可 能 出 现 的井 下 漏 失 或 恶 性 漏 失 的 概 率 大 。J X l井是 在 雷 口坡 组 遭 遇 恶 性井 漏 ， 先 后 经 过 1 5次 大型 堵漏 施工 才满 足正 常 作业 要 求 ； 断 层 上盘 嘉 陵江嘉 四一 五段 到嘉 二 段 遭 遇裂 缝 性 漏失 ， 共漏 失 2 6次 ； 在茅臼组根据设计要求提密度过程中发生 井 漏 ， 被 迫 执 行 多 次 承压 堵 漏作 业 。J X 2井 施 工 因 井身结构制约同一裸眼段 ， 将遭遇不 同压力体系 ， 被 迫 提 承压 的可能 性 极 高 ， 发 生 井下 漏 失 甚 至 恶 性 漏 失 的概 率极 大 。 3 气体 钻 ， 雾 化 钻 将 受 到 制 约 。通 南 巴探 区 气体 钻井 总体 机械 钻 速 不 高 ， 上 沙 溪庙 以上 地 层 空 气钻 遭遇 出水 多发地 层 ， 易引 发井 下垮 塌事 故 ， 且 整 ㈣ 印 _蚕 e t V h 一 _墨 l量 删 洲 _亘 ～ 一 ．三 一 _薹㈣ 一 一 一 ～ 一 一 n ． ～ 一 一 ～ ～ 一 一 一 删 呈1 一 一 ～ 一 一 ～ ．一 一 一 ～ ～ _若 扎 m d 啪 蓦 _堇 州 d X m 三 脚 h 蛐 ．一 m ． M 删 咖 一 ～ 一 一 一 ～ 一 一 一 一 ～ ～ 一 啦 一 一 一 ～ ～ ～ 一 一 ～ ∞ 山 ～ ～ ～ 一 一 一 ～ 2 0 1 6年第 3期 黄友亮 ， 等 J X 2超深井优快钻井技术 总第 2 4 3期 体地层倾角较大 ， 地层 自然造斜率高 ， 气体钻井斜控 制难 度极 大 ， 井身 质 量不 能得 到有 效 保证 。 4 山前 带 地 层 破 碎 ， 易 发 生 卡 钻 。在 通 南 巴 地 区山前 带施 工 中 ， 因地 层 破 碎 特 性 引 发 的 井 下故 障较多 ， 由井下垮塌或井壁失稳掉块引发的卡钻时 有发生 ， 而一旦发生由井壁稳定性引发的井下故障， 处 理难 度 极大 。 5 膏 盐层 对钻 井 的影 响 。通 南 巴探 区 海相 膏 盐层比较发育 ， 盐膏层蠕动导致 了井壁失稳、 卡钻 、 固井后挤毁套管等复杂的井下故障。 6 沙 溪 庙 一 须 家 河 地 层 岩 性 一 般 为 砂 岩 、 泥 岩 和页 岩 ， 软硬 交 错 ， 可 钻 性 极 差 ， 砂 岩地 层 特 别 是 须家河地层的石英砂岩 ， 研磨性强 ， 易造成钻头过早 磨损 。 7 砂 泥岩 互层 地 层 不稳 定 ， 易垮 塌 ， 甚 至 引发 复杂 故 障 。 2 J X 2井钻 井工艺 1 空气钻井技术 。气体 钻井技术 自 2 0 0 5年 底 首次 在 老君 1 井 使 用 后 ， 已 经 成 为探 区 内 陆相 控 制井 斜 和 提 速 的 重 要 手 段 1 - 2 ] 。J X 2井 一 开 井 眼 直 径 为 4 4 4 ． 5 mm， 采 用 气 体 钻 井 从 1 1 5 ． 0 0 m 钻 进 至 井深 1 0 1 8 ． 6 3 m， 纯钻时 间 2 6 2 ． 0 0 h ， 进 尺 9 0 3 ． 6 3 m， 平 均 机 械 钻速 为 3 ． 4 5 m ／ h 。然 后采 用 泥 浆 钻 至 井 深 1 1 3 0 ． 0 0 m 完 钻 ， 用 时 7 d ， 泥 浆 钻 井 进 尺 1 1 1 ． 3 7 m， 平均 机 械 钻 速 1 ． 1 9 m ／ h 。2种 钻 井 工 艺 机械钻速对 比如图 1所示 ， 可见气体钻井提速约为 泥浆钻井 2 ． 9倍 ， 至少缩短钻井周期 3 3 d 。 通 过对 九 龙 1井 、 新 黑 池 l井 等邻 井 资 料 的分 析 ， 可 知通 南 巴地 区地 层倾 角 大 ， 自然 造 斜 率 高 ， 采 用气 体 钻井 易 发生 井 斜 ， 在 大 钻 压 的情 况 下 井 斜 也 会增加。提速的同时为 了严格控制井身质量 ， 在无 法使用空气锤的条件下通过加密测斜、 轻压吊打 、 调 整钻具组合等措施 ， 成 功将井斜 控制在 3 。 以内 图 2 ， 达到 了气体钻井防斜打快的目的。 2 孕 镶金 刚石 涡 轮 钻井 技 术 。涡轮 钻 具 由 涡轮节和支承节组成 ， 为全金属结构 ， 将 高压流 体的水力能转换成驱动钻头的机械能 ， 与常规 的螺 杆钻具相 比， 具有高转速 、 高寿命 、 耐高温、 耐高压 、 低振 动 等优 点 ， 孕镶 金 刚石 钻 头 的碎 岩 过 程 是 以微 切 削破 碎 和磨粒 磨 损为 主 的组合 H 。 该 区块珍珠冲段 与须 四段地层岩性胶结性好 ， 硅质 含 量 高 ， 地 层 硬 度 大 ， 研 磨 性 极 值 较 大 2 4 ． 9 1 5 7 ． 0 7 ， 可钻性 较 差 。孕 镶 金 刚 石 涡轮 钻 井 技 术 对 于硬 及极 硬地 层 的 提 速 效果 显 著 ， 可解 决 自流 井 组 下部 及须 家河 组井 段钻 头磨 损快 、 钻 速低 等问题 。 3 ． 5 3 ． 0 2． 5 2 ．0 1 ． 5 簧 1 ．0 0 ． 5 0 气体钻井 泥浆钻井 O 2 0 0 4 0 o 6 0 0 赚 { 8 o o l o 0 1 20 0 井斜／ 。 图 1 气 体与泥浆钻井机械 图 2 J x 2井气体钻井井 钻速对 比 斜 曲线 电测 J X 2井 采 用 涡轮 钻进 ， 共 下 钻 4趟 进 尺 ， 4 4 8 ． 0 9 m， 纯钻 时 间 2 2 4 ． 9 1 h ， 平 均 机 械钻 速 1 ． 9 9 m ／ h ， 钻 具组合为 西 3 1 1 ． 2 m m孕镶钻头 2 4 1 ． 3 mm、 1 。 弯 涡轮 7 3 1 X 6 3 0接 头 6 3 1 X 6 3 0浮 阀 2 o 3 ． 2 m m无 磁钻 铤 MWD悬 挂 短 节 十 2 0 3 ． 2 mm 钻 铤 2 0 3 ． 2 m m 柔 性 短 节 西 2 0 3 ． 2 m m 震 击 器 a 2 o 3 ． 2 m m钻 铤 6 3 15 2 0接 头 5 2 15 2 0旁 通 阀 1 3 9 ． 7 m m 钻 杆 。实 钻情 况 表 明珍 珠 冲 段 机 械 钻速为本井相同井段牙轮钻头 2倍 ， 须 四段机械钻 速为本 井 相 同井 段 牙轮钻 头 的 5 ． 2 9倍 ， 大大地 提 高 了钻 井速 度 ， 节约 了钻井 成 本 。 3 钻 头 优 选 。J X 2井 于井 深 6 5 9 0 m 处 进 入 吴家 坪地 层 ， 该 地 层 含 硅 质 团块 多 ， 地 层 研 磨 性 较 强 ， 前期使用的常规牙轮钻头寿命较短 ， 进尺较少 ； 为了提高钻进效率 ， 特使用贝克休斯牙轮钻头 2只 ， 型号 MX D S S O D X， 钻头使用情况对比见表 1 。 前期 该吴 家坪 地层 采用 国产 江汉 牙轮钻 头 纯钻 的时 间共 计 1 3 5 ． 1 7 h ， 进尺 共 计 9 8 ． 9 5 m， 平 均机 械 钻速 0 ． 7 3 m ／ h ； 平 均单 只 牙 轮 钻 头 纯 钻 时 间 为 2 2 ． 5 3 h ， 平均单只牙轮钻头进尺 1 6 ． 5 0 m， 且钻头出 井后 均磨 损较 为严 重 。 后期采用型号为 MX D S 5 0 D X的贝克休斯钻头 纯钻时间为 8 9 ． 5 h ， 为国产牙轮钻头寿命的 4倍 ； 进 尺 6 0 m， 为国产 牙轮钻 头的 3 ． 6 4倍 。序号为 8的 M X- D S 5 0 D X的贝克休斯钻头纯钻时间为 1 2 4 ． 1 7 h ， 为 国产 牙 轮钻 头 寿 命 的 6倍 ； 进 尺 7 6 m， 为 国产 牙 轮钻头的 5 ． 5 i 倍 。就使用情况来看 ， 第二只贝克休 斯 的 M X． D S 5 0 D X型 号 的牙 轮 钻 头相 当于 6只 国产 江汉牙 轮 钻头 ， 单 只钻头 可节 约起 下钻 次数 5趟 ， 根 1 1 9 ． 一 I 一 _ ． _ _ L ． ．． ．．， ．． H 2 0 1 6年第 3 期 中州煤炭 总第 2 4 3 期 注 地层岩性为燧石团块 灰岩、 深灰色灰岩 。 3 结 语 1 J X 2井地 层 倾 角 大 ， 地 质 情 况 复杂 ， 井 斜 变 化大 ， 在钻 进过 程 中要注 意严 格控 制井 身质量 ， 防止 井斜 ， 并制定好井斜发生后的处理措施。 2 气 体钻 井技 术在 很 大 程度 上 提 高 了上 部 地 层钻井速度， 但仍要合理利用好空气钻进技术 ， 确保 气 体钻进 的安 全进 行 。 3 “ 孕镶金 刚石钻头 涡轮钻 具 ” 复 合钻 井 技 术 在高研 磨性 坚硬 地 层 钻 井 提 速效 果 显 著 ， 利 用 该 工 艺在 J X 2井 自流 井组 下 部 及 须 家 河组 井 段 钻 进 ， 提 高 了钻进 速度 ， 节约 了钻 进成 本 。 4 在硅质含量较高 的燧石 团块灰 岩地层 ， 采 用贝克休斯的 MX D S 5 0 D X钻头能提 高钻进 速度 ， 减少 起下 钻更 换钻 头 次 数 ， 且 起 出 速 度 比国产 牙 轮 钻头高 ， 但是单只钻头费用较高 ， 建议加大国产钻头 的研 究力 度 ， 早 E t 生 产 出适 合 我 国地 层 的高 质 量 钻 头 。 参 考 文献 [ 1 ] 韩培． 空气 钻井技 术在元 坝 5井的应 用 [ J ] ． 西部探 矿 工程 ， 2 0 0 9 ， 3 1 1 0 6 6 -6 9 ． [ 2] 孙海芳 ， 韩烈祥 ， 张治发． 提高 四川深 井超深 井钻井 速度 的技 术途径 [ J ] ． 天然气工业 ， 2 0 0 7 ， 2 7 6 5 7 - 6 0 ． [ 3 ] 冯定． 国产 涡轮钻具结 构及性能 分析 [ J ] ． 石油机 械 ， 2 0 0 7， 3 5 1 5 9 -61 ． [ 4 ] 孙秀梅 ， 刘 建富． 坚硬打 滑地 层孕镶 金 刚石钻 头设 计与 选用 [ J ] ． 探矿工程 ， 2 0 0 9， 3 2 2 7 5 ． 7 8 ． 责任 编辑 秦 爱 新 上接 第 1 1 7页 量监督检验检疫总局． G B ／ T 1 2 8 9 7 -- 2 0 0 6 国家一、 二 等水准测 3 结语 [ 2 ] 陈俊勇， 张全德， 张鹏． 对中国高程控制网现代化工作的思考 l 市 管 线 控 量 中 ， 二 等 水 量 作 为 首 耄 ㈨北 级 高程 控制 网 ， 沿 测 区外 围 四环 ， 各 区分界 线 即 京 测绘出版社 ，2 0 0 5 ． 南北方向上的花园路一紫荆 山路、 东西方 向上的郑 [ 4 ] 曾 祥新， 邱蕾， 王泽民． 南宁市二等水准网的数据处理与精度 上路 一 建 设 路 一金 水 东 路 ， 布 设 成 4个 闭 合 环 。 分析⋯ ． 地理空间信息， 2 0 1 1 4 9 _ 1 2 ． 施 测 过程 中， 严 格 按 照 规 程 规 范 要 求 作业 ， 科 学 设 [ ] 宁 津生， 刘经南， 陈俊勇， 等_ 现代大地测量理论与技术[ M] 计 检 竺 ， 过 ， 水 网 数 据 面 应 顾 及 的 有 关 测 绘 理 与 精 度 分 析 及 对 已 有 项 目 成 果 点 进 行 比 较 ，认 为 通报 ，2 o 0 6 1 5 ． 7 _ 郑州 市二 等水 准 网成 果 在精度 上较 好地 满 足了规 范 [ 7 ] 梁 振英 ，董鸿 闻， 姬恒炼． 精密水准测量 的理论 和实践 [ M] ． 北 要求 ， 成果 可靠 ， 可 在 市 域 范 围作 为 三 、 四等 及 等 外 京 测绘出 版社， 2 0 0 4 ． 水准测量的基准 ， 为郑州市地下 管线普查及 “ 数 字 [ 8 ]刘晓 云， 张世娟， 程传录． 精密水准测量数据处理自 动化系统 郑州 ” 建设 提供 了可靠 的基础成 果 。 的 研究与 实现⋯ 测绘 通报, 2 0 1 3 。 6 7 -6 9 ． 责任 编 辑 秦 爱新 参考 文献