提高川东北及普光气田钻井速度配套技术.pdf
2 0 钻 采 工 艺 DRI L L I NG & PRODUC T I ON T EC HNOL OGY 2 0 0 8 年 1 1 月 NO V .2 【 x 】8 提高川东北及普光气 田钻井速度配套技术 张克勤 , 侯树 刚 中石化中原石油勘探局钻井工程技术研 究院 张克勤等.提高川东北及普光气田钻井速度配套技术. 钻采工艺, 2 0 0 8 , 3 1 6 2 0 2 3 摘要川东北及普光气田面临喷、 漏、 塌、 卡、 斜、 硬、 毒等七种“ 世界级” 钻井难题。如何实现安全、 优质、 高 效、 快速钻井从而加快川东北及普光气田勘探开发进程是钻井工程面I临的一个难题。试验、 推广应用了气体钻井、 垂直钻井、 复合钻井等新技术新工艺, 并不断在实践中完善总结, 形成了一套适合普光气田及川东北地质特点的钻 井综合配套技术, 大幅度的加快了1 1 1 东北勘探及普光气田开发步伐 , 实现 了预期的 目标。普光气田开发井钻井周 期由探井阶段的约 1 0个月降到约 7个月, 缩短了3 1 . 8 2 %, 机械钻速由探井阶段的1 . 7 0 m / h 提高到3 . 2 6 m / h , 提高 了9 1 . 7 6 %。气体钻井、 复合钻井已经成为提速川东北及普光气田勘探开发的核心技术, 值得进一步推广应用。 关键词 普光气田; 气体钻井;垂直钻井;复合钻井 中图分类号 T E 2 4 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 6 7 6 8 X 2 0 0 8 0 6 0 0 2 0一 o 4 作为中石化资源战略接替探区, 南方海相在多 年的勘探中取得了重大突破, 位于川东北的普光气 田是四川盆地 目前已发现的最大天然气 田, 普光气 田的开发已经纳入国家重大科技工程建设项 目 川气 东送。但 是 , 普 光气 田具 有 高含 H S 、 中含 C O , 、 埋藏深 、 地表条件复杂等特点, 对钻井施工提 出非常高的要求。如何实现安全、 优质、 高效、 快速 钻井从而加快普光气 田开发进程是钻井工程面临的 一 个现实的难题 。 通过两年多的研究 、 探索与实践 , 试验、 推广应 用了气体钻井、 垂直钻井、 复合钻井等新技术新工 艺 , 并不断在实践中完善总结 , 目前已经形成了一套 适合普光气田及川东北地质特点的钻井综合配套技 术 , 大幅度加快了川东北勘探及普光气 田开发步伐 , 实现了预期的提速 目标。 一 、问题的提出 1 . 川东北钻井面临的难题 川东北地区天然气储层埋藏深、 高温、 高压、 高 含硫 , 钻井面临的主要技术难题是 陆相地层可钻性 差 ; 高陡构造地层倾角大、 防斜打快难度大 ; 地层岩 性变化大、 压力系统复杂 , 防塌、 防漏、 堵漏难度大 ; 高含硫气井的井控难度大、 风险大; 固井条件复杂、 施工难度 大, 质量难 以保证等, 总体概况为喷、 漏、 塌 、 卡、 斜 、 硬、 毒等七种“ 世界级” 钻井难题。 2 . 普光气 田探井钻井液钻井情况 统计分析表 明, 普光 已完钻的探井平均钻井周 期约 1 O个月, 全井平均机械钻速 1 . 7 m / h 。而按照 要求 , 开发井的钻井周期平均要控制在 6~8 个月以 内, 且部署的开发井很多是大斜度的定 向井或水平 井, 井深增加, 采用的是非常规井身结构, 使得开发 井钻井施工难度更大。显然依靠常规的钻井技术远 不能满足普光气 田快速开发的需要 表 1 。 表 1 普光气田已完钻探井的基本情况统计 完钻井深 钻井周期 机械钻速 钻头用量 井号 m d m/ h 只 P 5 3 53 22 5. 7 3 2. 3 1 78 P 61 1 0 421 . 6 7 1 . 29 78 P 6 1 2 2 3 6 1 . 0 7 1 . 5 6 8 O P 6 0 90 29 6. 5 0 1. 68 5 6 P 5 51 O 20 9. 1 8 1. 91 5 2 P 5 93 6 31 6. 8 O 1 . 6 7 5 9 P 5 9 3 0 2 7 4 . 0 0 1 . 5 6 6 4 P 6 3 8 9 2 6 2 . 0 0 1 . 7 7 5 5 P 6 1 6 3 3 2 8 . 6 6 1 . 5 7 5 9 平均 5 9 5 6 2 9 9 . 5 1 1 . 7 0 6 5 收稿 日期2 0 0 80 6 2 0 ;修回日期 2 0 0 81 01 1 基金项目中石化“ 十条龙” 项目之专题“ 提高普光气田开发井钻井速度技术研究” 资助, 编号 P 0 6 0 6 5 。 作者简介张克勤 1 9 5 9一 , 高级工程师, 1 9 8 3 年毕业于西南石油大学钻井工程专业, 现任中原石油勘探局钻井工程技术研究院副院长, 主要从事钻井工程技术研究 。地址 4 5 7 0 0 1 河南濮 阳, 电话 0 3 9 3 4 8 9 9 2 1 8 , Em a i l h o u s h u g a n g s i n a . c o m 第 3 1 卷第 6期 V0 1 . 3 1 No . 6 钻 采 工 艺 D R I L L I N G&P R 0 D U C T I O N T E C HN 0 L 0 G Y 21 二、 提速钻井配套核心技术 、 1 . 气体钻 井技术 川东北地 区陆相地层钻进速度低 , 主要原 因是 地层硬度高、 研磨性强, 可钻性差。地层倾角大、 软 硬交错、 可钻性差别大, 蹩跳严重, 钻头寿命降低, 井 斜控制困难 , 控制钻压影响机械钻速 。 气体钻井技术推广应用, 大幅度加快了上部陆 相地层的钻井速度 。施工 中, 采用光钻杆塔式钻具 组合, 钻压 1 0 2 0 k N 、 转速2 0~ 3 0 r / m in时, 空气 锤和空气锤钻头配合使用机械钻速最高; 钻压 2 0~ 8 0 k N、转 速 4 O ~6 0 r / m i n 时 , 采 用 江 汉 产 H J T 5 3 7 G K牙轮钻头配合塔式钻具组合使用机械钻 速较 高 。 1 . 1推广应用取得 突破 自2 0 0 5年 l 2月老君 1 井第一口井推广应用气 体钻井以来 , 到 2 0 0 7年 1 0月 , 已在川东北地 区 6 4 口井上实施气体钻井, 总进尺 1 4 3 5 9 6 m, 平均机械 钻速 7 . 4 7 m / h 。该项技术 的应用 , 较大幅度地提高 了陆相地层 4 4 . 5 、 3 1 4 . 1 大井眼的钻井速度 , 缩 短了陆相地层的施工周期。上部高陡构造地层钻进 时井斜难以控制、 钻井漏失等问题亦得到了有效抑 制, 气体钻井技术在川东北地区的应用取得了显著 成效。其中 普光气田2 0 0 6年试验应用 1 0口空气钻井, 完 成总进尺 2 5 4 3 2 m, 平均机械钻速 9 . 1 m / h 。 2 0 0 7年 1 1 0月 , 普光气 田开发井共应用气体 钻井 1 9口, 累计钻井进尺 5 1 8 0 2 . 2 4 13 “ 1 , 平均机械钻 速 7 . 9 1 m/ h 。 2 0 0 6年南方分公司共应用气体钻井 1 3口, 累 计钻井进尺 1 6 8 7 0 m, 占2 0 0 6年总进尺 的 1 9 . 2 8 % , 平均机械钻速 7 . 0 6 m / h 。2 0 0 7年南方分公司共应 用气体钻井 2 2口, 累计钻井进尺 4 9 4 9 1 . 7 5 1 1 “ 1 , 平均 机械钻速 5 . 8 0 m / h 。 1 . 2气体钻井速度指标不断刷新 进尺较多的井是普光 1 2井和元坝 3井。普光 l 2井气体钻井井段 4 5 . O 2~ 3 6 7 4 . 6 8 m, 累计钻井 进尺 3 6 2 9 . 6 6 m, 平均机械钻速 4 . 1 9 m / h 。元坝 3 井气体钻井井段 2 0 5 . 5 9~ 3 5 2 1 . 2 4 m, 累计钻井进 尺 3 2 9 4 . 0 0 m, 平均机械钻速 9 . 7 2 m / h 。 平均机械钻速较高的井是元坝 2井 , 3 1 1 . 2井 眼井段 1 5 0 5 . 0 0~3 1 4 7 . 5 9 m, 累计 钻 井 进 尺 l 6 4 2 . 5 9 m, 平均机械钻速 1 4 . 5 6 m/ h 。 1 . 3空气锤钻井技术得到进一步推广应用 在钻压 1 O~ 2 0 k N、 转速 2 0~ 3 0 r / mi n时 , 空气 锤和空气锤钻头配合使用机械钻速最高。普光气田 开发井, 气体钻井共使用各类空气锤钻头 6 6只, 累 计进尺 2 9 8 7 3 . 9 1 m, 占气体钻井总进尺的5 7 . 6 7 % , 纯钻 2 6 2 5 . 2 6 h , 占纯钻用时 的4 0 . 0 8 % , 平均机械 钻速为 1 1 . 3 8 m / h , 是其它钻头 P D C和牙轮钻头 平均机械钻速的 2倍多, 单只钻头最高进尺1 4 0 9 m。 南 方分公 司也大规模推广应用空气锤钻井技 术 , 同样取得 了很好 的效果 。2 0 0 7年在 1 2口井上 使用了空气锤钻进, 累计进尺 8 1 0 2 . 2 I n , 平均机械 钻速达 8 . 2 6 m / h 是钻井液钻速的 5 . 5倍 , 在防斜 打快方面发挥 了重要作用。老君 2井在 8 2 2 . 3 2~ 2 7 6 6 . 8 2 m及 2 8 1 3 . 2 3 4 0 3 m井段使用了空气锤 钻进 , 累计进尺 2 5 3 4 . 3 m, 平均机械钻 速达 9 . 1 7 m / h 是钻井液钻速的6 . 1 倍 。全井段井斜控制在 1 。 以内。 1 . 4氮气钻井试验获得成功 2 0 0 7年, 在普光地区使用氮气钻井 5口, 南方 公司使用 7口, 总进尺 4 2 2 5 . 6 6 m, 平均机械钻速 4 . 3 2 m / h 。该项技术的应用, 较大幅度地提高了陆 相 自流井 、 须家河地层的钻井速度 , 特别是在研磨性 强 、 可钻性极差的须家河地层提速效果非常明显 , 缩 短了陆相地层 的施工周期 。 1 . 5雾化钻井试验获得成功 在普光气 田开发井 中, P 2 0 1 2 、 P 1 0 4 2 、 P 3 0 3 2 、 P 1 0 2 3和 P 1 0 21井、 以及 回注 1井等六 口 井的表层作业成功地利用雾化钻进, 有效避免井漏 的发生 , 大大提高钻井速度 , 缩短钻井周期。其 中, 中原油田自主完成了 P 1 0 21 井 、 回注 1井的雾化 钻井试验, 效果良好。 1 . 6泡沫钻井试验获得成功, 效果明显 为了解决上部地层出水给气体钻井提速带来的 影响 , 在对空气泡沫作用 机理及实验充分论证研究 基础之上, 制定出切实可行的空气泡沫钻井方案 , 通 过实施取得了良好 的效果 , 机械钻 速得到大幅度提 升 , 克服 了地层出水带来 的不利影响, 解决 了川东北 地区上部地层气体钻井出水难题。 2 0 0 7年川东北共应用泡沫钻井 9井次 , 累计进 尺 6 9 1 7 . 8 1 m, 平均机 械钻速 3 . 7 4 m / h 。如分 1 井 , 0 4 4 4 . 5井 眼因地层 出水 导致空气钻井无 法实 施 , 转化为泡沫钻进 , 累计进尺 8 3 5 . 5 0 m, 钻井时间 1 4 d未出现井塌等复杂情况, 机械钻速 3 . 7 5 m / h , 机械钻速较钻井液钻井提高近 3 倍 , 创造了川东北 探区使用泡沫钻井的最新纪录。 2 . 垂直钻井技术 自动垂直钻井技术是当今国际钻井界的一项高 2 2 钻 采 工 艺 DRI L UNG & PR0DUC 1 1 0N T EC HNOL 0GY 2 0 0 8 年 1 1 月 NO V .2 o o 8 新技术 , 其不但在高陡构造地区解放了钻压, 提高了 机械钻速 , 而且由于钻出的井眼规则, 减少了下部井 段复杂事故的发生 , 具有很好的应用前景 。垂直钻 井技术的配套应用 , 为川东北陆相地层 防斜打快探 索出一条新途径 。 2 0 0 7年川东北探区共有 5口井 8井次应用了 垂直钻井技术 其中一次为试验 , 均取得显著 的效 果。累计使用垂直钻井技术 2 9 5 8 . 1 2 m, 累计纯钻 时间 1 3 2 7 . 6 7 h , 平均机械钻速 2 . 2 3 m / h , 比川东北 地区钻井液钻平均机械钻速 1 . 4 5 m/ h 2 0 0 5年年报 统计数字 提 高了 5 4 %。通过深 入研究 和现场试 验, 提出了川东北现场垂直钻井技术方案。 2 . 1自动垂直钻 井 系统 的确 定 P O WE RV工具 中机械部分 P a d的制作材料 硬度偏低 , 对于硬地层 , 极易磨损 , 起不到降斜 的作 用, 且由于工具本身不能 自动向地面传输数据 , 因此 一 旦 P O WE R V不工作 , 地面无法及 时了解 , 易造 成井下复杂情况发生, P O WE RV工具没有涉及减 震技术 , 使用 P O WE RV后 , 释放了钻压 , 扭矩进一 步增大 , 可能会导致钻具事故。而 V e r t i T r a c k的 滑动导向钻井模式减少了振动及套管磨损, 钻具事 故也显著减少, 综合考虑川东北地 区可钻性低等 因 素, 推荐使用 V e r t i T r a c k自动垂直钻井系统 。 2 . 2施 工 井段 的确定 由于气体和泡沫钻井的局限性 , 如钻遇气层 、 出 水量大的地层等 , 影响了气体或泡沫钻井 的应用实 施。在普光 、 元坝 、 老君、 大湾部分地 区以外 的许多 地区大部没有打完预定设计井深 , 限制了该技术在 川东北地区的推广应用。考虑到在井径相同的井段 频繁使用不同的钻井技术极易造成井下复杂情况的 发生 , 建议在河坝 、 清溪、 普光周边地区的上沙溪庙 组、 下沙溪庙组、 千佛崖组 、 自流井组 、 须家河组应用 自动垂直钻井技术。 2 . 3钻 头的选择 考虑 V e r t i T r a c k高钻压、 高转速等特点 , 为了 防止掉齿 、 断齿现象的发生 , 不宜选用牙齿较长的钻 头, 优先推荐 H J T 5 3 7 G K钻头。为了更好地配合垂 直钻井系统的使用 , 减少起下钻次数 , 建议加快适合 川东北地区陆相地层的 P D C钻头的开发。 2 . 4推荐钻具组合 3 1 4 . 1 牙轮钻头 1 3 2 4 1 . 3 V e r t i T r a k工具 0 2 4 1 . 3浮阀 13 2 4 1 . 3滤 网接头 13 2 9 3 . 8扶正器 0 2 2 8 . 6减震器 13 2 2 8 . 6钻铤 6根 13 2 0 3 . 2钻 铤 X 3根 13 1 7 7 . 8钻铤 X 9根 13 1 3 9 . 7加重钻杆 1 2根 13 1 3 9 . 7钻杆。 钻井参数 钻头推荐使用江汉产 H J T 5 3 7 G K宽 齿钻头, 钻压 1 2 0~2 8 0 k N, 钻 头转速 8 0~1 8 5 r / mi n , 排量 4 5~ 5 0 L / s 。 3 . 高效 P D C钻头 螺杆复合钻井技术 实践证明, 复合钻井技术是提高川东北地区机 械钻速的有效方法。高效 P D C钻头 螺杆复合钻 井技术的配套应用 , 使得深部海相钻井提速取得好 的效果。自2 0 0 6年 1 1月以来 , 川东北地 区海相地 层复合钻井共使用螺杆 1 1 1根, 平均单根螺杆钻进 进尺 2 5 1 . 0 4 I n , 单根 螺杆 一 次入 井纯 钻 进 时 间 8 7 . 5 1 h ; 使用 P D C钻头9 7只, 平均单只 P D C钻头 钻进进尺 2 8 7 . 2 7 1 T I , 单只 P D C钻头入井纯钻进时间 1 0 0 . 1 4 2 h 。各 工 区 海 相 地 层 复 合 钻 井 进 尺 2 7 8 6 5 . 1 IT I , 复合钻井时间 9 7 1 3 . 6 7 h , 平均机械钻 速 2 . 8 7 m / h , 有效提高了海相地层非 目的层机械钻 速。 3 . 1推广应用情况 1 普光及普光外 围探井。以大湾 3为例 , 大 湾 3井在 4 3 0 5~ 4 5 8 9 . 2 I n以及 4 5 8 9 . 2~ 4 7 3 9 . 4 m分别进行了同类型钻头带 1 。 单弯螺杆复合钻进 以及与转盘的常规钻进的比较。 大湾 3井与相同工况的邻井大湾 2井嘉陵江组 P D C钻头的机械钻速 2 . 3 4 m / h相比提高 7 1 . 3 7 % , 与大湾 2井的嘉陵江组的牙轮钻头的平均机械钻速 0 . 7 2 m / h 相比提高4 5 6 . 9 4 %, 使用效果很好。大湾 3井在 4 3 0 5~ 4 5 8 9 . 2 i n的复合钻进井段 , 机械钻 速为 4 . 0 1 m / h , 与本井 4 5 8 9 . 2~ 4 7 3 9 . 4 I n的常规 钻进井段 的机械钻速 1 . 1 6 m / h 相 比, 机械钻速提高 2 43 % 。 2 普光开发井。以 P 3 0 22井为例, 为了便 于和 P 3 0 2 3井进行对 比, 取 P 3 0 2 2井 4 9 4 6 . 9 4 ~ 5 2 9 6 . 1 9 1T I 的复合钻进指标和 P 3 0 23井相似井 深 4 9 2 7 . 3 4~ 5 3 3 2 . 0 7 m进行分析说明。 P 3 0 2 2井与相同工况的同一平台井 P 3 0 23 井飞仙关组 P D C钻头的机械钻速 7 . 2 6 m / h相比提 高 1 2 % , 与 P 3 0 2 3井的飞仙关组牙轮钻头的平均 机械钻速 1 . 5 1 m/ h相比提高 4 3 7 . 8 %, 使用效果很 好。P 3 0 2 2井在 4 9 4 6 . 9 4~ 5 2 9 6 . 1 9 m的复合钻 进井段 , 机械钻速为 8 . 1 2 m/ h , 与本井 5 7 5 0~ 5 7 7 0 I l l 的常规钻进井段的机械钻速 0 . 7 0 m / h相比, 机械 钻速提高 1 0 . 6倍 。 3 元坝及通南巴地 区。河坝 2井在 3 5 8 1 . 7 8 ~ 4 0 7 1 . 6 1 i n采用螺杆 P D C复合钻进 , 与河坝 1 井相近井段 3 7 5 3 . 4 0 3 8 5 6 . 2 7 I n 采用牙轮钻头的 常规钻进工艺相 比, 机械钻速提高 4 2 8 %。河坝 2 第 3 1 卷第6期 V0 1 . 3 1 No . 6 钻 采 工 艺 D R I L L I N G& P R O DU C T I O N T E C HN O L O G Y 2 3 井采用复合钻进与该井相邻井段同类型钻头 转盘 的常规钻进工艺相 比, 机械钻速提高 1 1 4 %。 3 . 2复合钻井螺杆钻具指标分析 在川东北 0 2 4 1 . 3井 眼的海相地层 目前主要采 用三种尺寸螺杆 0 1 7 2 、 01 8 5和 0 1 9 7的直螺杆或 弯螺杆。0 1 7 2螺杆进尺数 占到复合钻井总进尺的 4 8 % , 纯钻进时间占到 4 4 . 6 7 % , 机械钻速高于平均 钻速的9 . 4 %。0 1 8 5螺杆进尺数占到复合钻井总 进尺的 3 2 % , 纯钻进时问占到 3 2 . 3 9 %。0 1 9 7螺杆 进尺数 占到复合钻井总进尺的 2 0 % , 纯钻进时间 占 到 2 2 . 9 5 %。实 践 表 明, 普 光 构 造 上 百 施 特 产 M1 3 7 5系列 P D C钻头和 0 1 7 2螺杆使用效果较好 。 三、 提速钻井配套技术效果分析 通过气体钻井 、 复合钻井 、 垂直钻井等配套钻井 新技术的应用, 加快了川东北勘探及普光气田开发 步伐, 提速效果明显, 实现了预期的目标。普光气田 开 发 井 钻井 周 期 由探 井 阶段 的 2 9 9 . 5 1 d降 到 2 0 4 . 1 9 d , 缩短了 3 1 . 8 2 % ; 机械钻 速 由探井 阶段 的 1 . 7 0 ro M h 提高到 3 . 2 6 m / h , 提高了 9 1 . 7 6 %; 钻头 用量 由6 5只减少到 3 3只, 减少 了 4 9 . 2 3 %。在这 1 1口井中, P 3 0 1 4 、 P 2 0 21 、 P 1 0 23这 3口井平 均钻井周期为 1 1 4 . 4 1 d , 平均机械钻速为 5 . 0 m / h , 平均钻头用量 2 3只, 经济效益十分显著 表 2 。 四、 结论及建议 1 气体钻井、 垂直钻井、 复合钻井等配套钻井 新技术的应用, 大幅度提 高了川东北及普光气 田钻 井速度 , 形成 了适应川东北探区地质特点的钻井技 术核心配套体系。 2 气体钻井技术推广应用, 大幅度加快了川 东北及普光气 田上部陆相地层 的钻井速度 , 成为钻 井提速的核心技术手段。 表2 普光气田已完钻部分开发井数据统计 完钻井深 钻井周期 机械钻速 钻头用量 井号 m d m / h 只 P 55 26 l 8 3. 2 9 2. 5 2 4 2 P 6 O 9 l 3 2 4. 5 4 2 . 1 4 5 4 P 6 2 5 0 2 9 7. 8 1 1 . 8 1 4 2 P 5 8 1 6 2 6 4 . 0 4 3 . 2 1 3 3 P 5 8 8 9 1 7 5 . 5 3 . 5 2 3 8 P 6 1 3 8 2 7 4 . 3 3 2. 2 4 2 7 P 5 4 4 0 2 2 3 . 5 6 2. 2 3 3 1 P 5 8 o 5 1 5 9 . 7 9 3 . 2 2 3 1 P 5 7 9 5 1 1 0 . 5 4 . 7 l 2 3 P x 5 4 8 4 l 0 8 . 3 3 4 . 7 7 2 O P 6 1 5 0 1 2 4 . 4 1 5 . 5 2 2 5 平 均 5 8 5 3 2 0 4 . 1 9 3 . 2 6 3 3 3 垂直钻井技术 的配套应用 , 为陆相地层 防 斜打快探索出一条新途径。 4 高效 P D C钻头 螺杆复合钻井技术的配套 应用, 使得深部海相钻井提速取得很好的效果, 成为 海相钻井提速的主要技术手段 。 参考文献 [ 1 ] 魏武, 许期聪, 等. 气体钻井在七北 1 0 1 井的应用与研 究[ J ] . 天然气工业, 2 0 0 5 , 2 5 9 4 8 5 O . 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