新负压钻井技术的应用.pdf

、 寸 ， 国外钻井技术 钴甘 、 冲珑 3 3 弓 一 ； ’ 千 新 负 压 钻 井 技 术 的 应 用 蹦 Mc Gr g o r M 已 j B 引 言 Ap a c h e 加拿大有 限公 司成功 地将新 兴 的 负压钻井 UBD盘油管 C T钻井 技术相 结合 ，用来 钻水 平井 段 ，以提 高天然 气 储层 的开发与生 产 能力 。与采 用过 平衡钻 井 技术 完井的垂直 井 和水 平井 的产 量 比较 ，采 用负 压钻井 技 术完 成的两 口井 的产量 都有 极大 的 提高。产量 的增 加和采 收率 的提 高导 致 了可 观 的经济效益 。 U B D 和 C T 的优 点 在钻井过程 中 ，保持 负 压条 件可 以让 气 体持 续地进 入井 内，以 防止 泥浆 浸入 而损 害 油气层 。这种方 法 不再 采用 复 杂的钻井 泥 浆 系统 ，不但免除 了随后采 取韵 补求增 产措施 ， 而且提高 了井 的生产 能力。另外 ，UBD还会 提 高钻速 RO P ，延长钻头 寿命 ，并防止循 环液 漏失 和 卡钻 ，不具 有高 压作业 时 的不 安 全 因素 。 在全面开发 U BD技 术的过程 中，Ap a c h e 发现 盘管钻井 特 别适台 于负压作 业 。 因为盘 管是 连续的 ，不 再需 要 连接 ，钻井 队成 员 只 在使 用底 部 钻具 组台 时 才到场 ；而且 ，因为 没有 接头 ，避免 了管 线连 接 处引起 的液 体 压 力波 动 ，使循环压力保持平稳 。 通过盘 管可 以下 人 电缆 测量 工具 ，测 出 实时 数据 ，包括 方 位 ，环形 空 间压 力 以及 射线 等测量 结果 ， 以此 来加 强控 制 ，使井 的 白 洁 元译 朱 德 一校 轨迹保持 在 气藏之 内 ，并 能保 持连续 的 负压 条件 。钻 井过程 中还 可 以进行 实 时测量 ，完 成 产量测试 和气藏的评价 。 C T钻井 有 其 自身 的缺 点 ，例 如 ，盘 管 的弯 曲和 卡 阻 ，所钻井 的水 平段 长度 受到 限 制 ，存在 着井径 和马达功率受 限止 问题 。 实 例 j 3 W5 M 井 于 1 9 9 7年 5月完钻 ，目标 地层 为含有致 密石 灰岩和 多孔 白云岩 的 白云岩 化 浅 海 碳 酸 盐 层 。气 藏 厚 度 2 0 f t ，孔 隙 度 达 2 f 】 ％ ；天然气 中 H2 S含 量达 0． 5 ％。 该气藏 于 1 9 6 7年开始生产 ，初 始压 力为 3 4 0 0 p s i 开始时采用 过平衡 钻 井技术 钻垂直 井 ，随后采 用液 体压 裂。 白 l 9 9 0年开始 ，承 包商们使用 3维 地震 勘探 ，钻水 平井来 开发 其余 的气藏 。气层压 力 目前为 2 4 0 0 p s i 。 1 ． UB D技术的采用 Ap a c h e公司 以前钻 的水平 井 ，都 用过平 衡钻井技术 钻水 平段 ，虽然其 效 果 比垂 直井 有所改进 ，但是 改进不 大。随后 对受损 害的 水平井采取增产措施 ，但 收效甚微 。 Ap a c h e认 为 ，在 El k t o n可 以 采 用 水 平 U BD技术 。相信 在负压下 钻水 平井更 能提高 产气能力。这是一种快而经济 的选择 。 2 ． 钻 井程序与设备 采用常规钻机来钻垂直井段和造斜井段 。 5 套 管下 到 E l k t o n d顶部 之下 7 f t 。井斜 角 9 0 。 。中间套 管下 到 8 0 4 8 f t 真 垂井 深 8 2 2 5 f t 维普资讯 国外钻井技术 第 1 5卷2 ,0 0 0 年第 2 期 测 量井 深 见 图 1 图 1 3 W 5 M 井 的 井 身 剖 面 采 用 中 曲 率 半 径 ，造 斜 率 为 1 8 。 ／ 3 0 m， 以减 少产生岩屑 床 。选 择 5 套管 ，以减少 氮气的用量来获得负压条件。为了保证清洗 效果 ，仍然保持足够 的环空流速 钻水平井段 采用 的设 备 包括 盘 管 ，桅 杆 式井架装置 ，以及 由 v 形 门 ，天车 台和管 架 构成的底座 。配 有 2 C T 和 带有 液 压 装 置 的送钻控 制 室。泵 送 设 备包 括 一套 液 体 泵 ， 一 套 N，泵和一 只 N，储罐等装置 。 底部钻具组合 包 括容 积 式泥 浆 马达 ，导 向工具 ，压 力 接 头和 T射 线 测 量 工 具 C T 内部配有用于 7射 线测 量和操 作 压力 接头 的 电缆 ，另外 还 配有 两 根 1 ／ 4 i n钢 管 ，用 于 导 向工具 的液压操作 。 地面处理设 备包 括带 密封 组 件的 防喷器 组 ，可 以方便地 用来 完成 不压 井作 业 的钢 丝 和 3 0 f t 长 的防 喷管 ，一 只 5 0 0 b b l 带 有 节 流 管汇的测 试分 离器 ，数个 取样 器和 一套 天然 气火炬装 置 ，两 只 4 0 0 b b 1 立式柴 油罐 和一只 4 0 0 b b l 压井液 水 罐 。 柴油用作钻 井液 ，并 与氮 气 混合 以取 得 负压条件 。当气 体从井 孔 进入 地 层的量 增 加 时 ． 的注 入 量减 少。作 业 为封 闭循 环 式 ， 无放空池 ，可将对环境影 响降低 到最 小程 度 。 3． 增加天然气产量 水平井段从 8 2 2 5 f t 开始 ，用 了两只 钻头 钻完 。． 钻 井过 程 中，每 1 5 0 f t 进 行 一 次划 眼 起下钻 。在 8 6 9 4 f t起 出底 部钻 具组合 ，更换 马达和钻 头。此 井段 天 然气 流 量稳定 地增 加 到 5 0 0到 6 0 0万标准立方 英尺每 日。 第 二 只 钻 头 从 8 6 9 4 f t 钻 到 9 4 1 6 f t 此 时 因卷 筒上 的盘管 用 完而 钻井 结 束 ．负 压条 件 连续 保持 1 1 6 0 p s i 压 差 。在 整 个 井 段 内 ，天 然气 产量 连 续 增 加 。在 UB D 结 束 时 ，流 量 达到 2 2 0万标 准 立方 英 尺每 日。所 钻水 平井 段 总 长 3 6 3米 。 该 井于 1 9 9 7年 6月投产 。估 计压力 降为 5 8 0 p s i 时 ，初 始 开采 速 度 为 9 0 0万标 准 立 方 英 尺每 日 由于设 备 的 限制 ，井 的初期 产 量 被 减少到 6 5 0万标 准立 方英 尺每 日一年 后 累 积产 量达 2 0亿立方英 尺。 实 例 2 7 W6 M 井 于 1 9 9 8年 4月 完 钻 ， 目标 为 P a d d y地 层 ，其渗 透率 达 5 0 0毫 达 西 ，孔 隙 率为 2 7 ％；气藏厚 度 2 8 f t ；下 层为 4 0 f t 的活 跃含 水层 ；气 藏 压力 3 7 5 p s i 垂直 井 的产量 为 7 0 8 0万标准立方英 尺每 日。因为压裂到 含水层 而被水 浸 ，所 以未能 实施垂 直井 的增 产措 施 。 此井 的 目标 是使 未被 损坏 的 水平 井 段准 确地 穿过气 藏 ，以最大 限度 地提 高 产量 和减 少水锥 钻井程 序和 井 1 21 6相似 ，用常规 钻机将 5 中 间套管 下到 P a d a y地层 ，倾 角 为 9 0 。 ，下 人 深 度 为 2 3 1 6 f t平 均 深 度 1 8 2 1 f i 真垂 直井深 。 移走钻 机后 ，安 装 CT混合式 一桅 杆 式 井 架装 置。首 先 用 底部 钻 具组 合 钻 掉水 泥 ， 并将 N，加到 柴 油 中以形 成 负 压 条 件。然 后 从 2 1 3 0 f t 到 2 6 6 0 f t 平均井 深钻水 平井 段 每 1 5 0 f t 进行一 次划 眼起下钻 。 由于第一水平并段在气 层中的位置太高 产量太低 ，因而决定 再 次侧钻 。第 二水 平 井 段从 2 1 9 o f t 钻 至 2 4 6 0 f t 平均井 深 将 好 的生 产层射完孔 后 进行 了试采 ，获 得 5 0 0万 标 准 立方英尺每 日的稳 定 流量 ，回压 为 1 ． 9 MP a 。 两个水 平井段的总长度 为 8 0 0 f t 。 ‘ 下转第 3 7页 维普资讯 国外钻井技术 3 7 是椭 圆形 的 短 轴在 H ～ 方 向 ，接近标准 尺 寸 ；长轴在 地 层最 小 水 平主应 力 H m 方 向 ， 破裂 量超过 井 眼半 径 。在 初 始井 跟稳定 性分 析基础上 ，破 裂 角 0 估算 为 3 8 。 ，且 井 中 对应的破裂 量 相 当于井 眼半 径 大小 。这 与观 测 到的破裂 量结 果 相符 。在 较小 的缩 径井 眼 处 接 单 根 时 迂 阻 。 这 表 明 所 用 的 1 3 0 p p g钻 井液 与井 壁破 裂可能弓f 起 卡钻 时所 用 的钻井 液密 度接近 。这 也与初 始 假设 临界 状态 函数 公式相符 。观 测 到 的破裂 量 和缩径 井 段及 接 单 根迂阻位置 都与 用 QRA分 析 的结 果 相符 。 该分 析用密度 为 1 3 ． 0 p p g的 钻井 液 时成 功 几 率 无卡钻现象 达 到 9 5 ％。这同时 也表 明 应用临界状态 函数进 行分 析是 可行 的 。 ． I } 宙 { j蓦 图 3方位 角 1 7 0 。 ，6 5 大 斜 度井 的 OR A分 析 总之 ，确定性分 析表明在 H 方 向钻 斜井 要 求使 用的钻 井液 密度 比直 井低 。基 于 井眼 稳 定性分析 的定 量 风险分 析 ，综 台考 虑 由于 斜 井 中钻 屑运 移过程 更趋 复 杂 ，对井 壁 质量要 求较高 ，得 出 的结 果正好 相 反。对该 特殊情 况 ，斜 井要 求的钻井液密 度 比直井高。 结 论 本 论 文 得 出 的 主要 结 论 是 1 本文 提 出的 井眼稳 定 性分析 理 论提 供 丁将 经 典的 井眼稳 定性 建模与 通过 应用定 量 风 险 分 析 原 则 得 出 的 井 眼 不 稳 定 性 允许 限 量结合起来 的方法 。 2 该方 法将 由于井眼 不稳 定造成 操作 事故的风 险定 量 化 ．并提 出 一改 进 的理 论 来 选 择合 适 的与经 典确定性 分 析相吻 合 的钻 井 液 密 度 。 t 3 定量风 险分析方 法 通过 应用 响应 面 技术来评价井眼稳定性 ，避免 了过度模 拟 。 译 自 S P E／ I A I 5 2 8 6 4 上 接第 3 4页 1 0 4 ／ 1 1 6井 1 9 9 8年 4月投 产时初 始产 量为 3 7 0万 标 准 立 方 英 尺 每 日，估 计 压 降 2 0 ％。投产后头 8个 月的 累积 产量 为 8亿立 方 英 尺 。 结 论 在性质截 然不 同的 两个气 藏 中，两 口井 的设计 都 合 理 地 应 用 了 UB D技 术。如 果 没 有实时生产数据 ，1 2 1 6井也不可能碰到如 此 丰厚 的产 气 层 ；1 0 4 ／ 11 6也不 会 进 行 侧 钻 ，可能 会导致千井 1 21 6井证 明 ，负压 钻井 技术钻 水平 井 将加速 开采 ，具有 采 出面 积 达邻 近数英 亩 的 可能性 。现在 ，可 以用其 它现 有垂 直井 的钻 井 隔离装 置来 比较 评价这 种更 为 可取 的经 济 的开 采方 法 。 1 0 4 ／ 11 6侧钻第 二个 井 眼 还说 明，将 来应用这 种技 术 时 ，在钻 井计 划 中要 考虑 多 边侧钻 。而且 现有 的采用过 压钻 井技术 完 钻 的水平井 也可 以重新侧 钻 ，采用 负压 侧钻 来 提高 生产 能力。 译 自 w0 r 1 d O i l 。1 9 9 9 ． 5 维普资讯