新疆油田中拐凸起探井钻井提速增效技术.pdf
第 4 3 卷 第 2期 2 0 1 5年 3月 石 油 钻 探 技 术 PE TROLEUM DRI L LI NG TE CHNI QUES Vo 1 . 4 3 No . 2 M a r ., 2 Ol5 . . 钻井完井 d o i 1 0 . 1 l 9 1 1 / s y z t j s . 2 0 1 5 0 2 0 0 3 新疆油 田中拐 凸起探 井钻 井提速增效 技术 刘志良 , 支东明 , 黄 鸿 ,南 鑫 1 . 中国石油西部钻探工程有 限公 司钻井工程技术研究院, 新疆克拉玛依 8 3 4 0 0 0 ; 2 . 中国石油新疆油 田分公司勘探公 司 , 新疆克拉 玛依 8 3 4 0 0 0 ; 3 . 中国石油西部钻探工程有限公 司工程技术与市场处 , 新疆乌鲁木齐 8 3 0 0 1 1 摘要 为解 决新疆油 田中拐 凸起探 井机械钻速慢 、 钻 井周期 长等问题 , 对 完钻 井的钻 井、 录井 、 测井和试 油等 资料进行分析 , 提出了探井钻井提速增效技术。应用完钻井的测井资料, 开展 了岩石力学特性研究并优选钻头; 提 高了钻井液中抑制剂、 包被剂和沥青质材料的含量, 并添加 了随钻堵漏剂和胶凝剂, 提高了钻井液的抑制性、 封堵 防塌性和防漏能力; 根据地层承压能力和井壁稳定情况, 确定了完井开次。中拐凸起 7口探井由三开井身结构优 化为二开井身结构 , 平均机械钻速提 高了 4 8 . O 7 , 月平均进尺提 高了 4 O . 6 9 , 累计 降低钻井成本 1 9 5 6万元 。探 井钻井提速增效技术为新疆油田中拐凸起 高效勘探开发奠定了基础, 也为类似区块的钻井施工提供了技术参考。 关键词 中拐凸起 探井 井身结构 机械钻速 新疆油田 中图分类号 TE 2 4 2 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 1 0 8 9 0 2 0 1 5 0 2 0 0 1 4 0 5 Te c hn i qu e f o r I mp r o v i ng ROP a nd Be ne f i t i n Zh o ng g u a i Up l i f t Ar e a o f X i n j i a n g Oi l f i e l d Li u Zhi l i a ng ,Zhi Do ng m i n g 2,Hu a ng Ho n g 2,Na n Xi n。 1 . Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Dr i l l i n g E n g i n e e r i n g a n d T e c h n o l o g y, C NP C Xi b u Dr i l l i n g E n g i n e e r i n g C o mp a n y L i mi t e d, Ka r a ma y , X i a n g , 8 3 4 0 0 0 , C h i n a ; 2 .E x p l o r a t i o n Di v i s i o n o f Xi n j i a n g O i l f i e l d Co mpan y, Pe t r o Chi n a, K a r a may, X i an g, 83 4 0 00, Chi n a; 3 . En gi ne e r i ng Te c h no l o gy an d M ar ke t De v e l o p me n t De p a r t me n t , C NP C Xi b u Dr i l l i n g E n g i n e e r i n g C o mp a n y L i mi t e d, Ka r a ma y , X n j i a n g , 8 3 0 0 1 1 。 i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o i mp r o v e ROP a n d e c o n o mi c b e n e f i t i n Z h o n g g u a i u p l i f t b l o c k,a n e w t e c h n i q u e wa s wo r k e d o u t b y a n a l y z i n g t h e d a t a o f d r i l l i n g,mu d l o g g i n g ,l o g g i n g a n d we l l t e s t i n g e t c .f r o m o f f s e t we l l s .Ac c o r d i n g t o t h e l o g g i n g d a t a f r o m o f f s e t we l l s ,r o c k me c h a n i c s h a s b e e n s t u d i e d a n d d r i l l i n g b i t h a s b e e n o p t i mi z e d .Co n t e n t o f i n h i b i t o r ,c a p s u l i n g a g e n t a n d a s p h a l t ma t e r i a l s wa s i n c r e a s e d i n d r i l l i n g f l u i d s , a n d L CM a n d g e l l i n g a g e n t we r e a l s o a d d e d t o r a i s e t h e c a p a b i l i t y o f i n h i b i t i o n,a n t i c a v i n g a n d c u r i n g l o s s e s .B a s e d o n t h e f o r ma t i o n f r a c t u r i n g p r e s s u r e a n d t h e we l l b o r e s t a b i l i t y ,t h e we l l p r o f i l e a n d c a s i n g p r o g r a m c a n b e d e t e r mi n e d .Ca s i n g p r o g r a m o f 7 e x p l o r a t i o n we l l s wa s c h a n g e d f r o m t h r e e p h a s e s i n t o t wo p h a s e s ,t h e a v e r a g e ROP wa s i n c r e a s e d b y 4 8 . 0 7 ,a n d a v e r a g e mo n t h l y d r i l l i n g f o o t a g e wa s i n c r e a s e d b y 4 0 .6 9 ,dr i l l i n g c os t wa s s a v e d up t o RM B 1 9 .5 6 m i l l i o n. Appl i c a t i o n of t he t e c hn i qu e f o r i m p r ov i n g ROP h a s 1 a i d a f o u n d a t i o n f o r h i g h e f f i c i e n t l y e x p l o r a t i o n a n d d e v e l o p me n t i n Z h o i n g g u a i u p l i f t b l o c k,a n d p r o v i d e d a g o o d t e c h n i c a l r e f e r e n c e f o r e x p l o r a t i o n i n o t h e r s i mi l a r o i l f i e l d s . K e y w o r d s Z h o n g g u a i u p l i f t ; e x p l o r a t o r y we l l ; c a s i n g p r o g r a m; p e n e t r a t i o n r a t e ; X i i a n g Oi l f i e l d 中拐凸起处于新疆 油 田玛湖 凹陷、 沙湾凹陷和 盆 1井西凹陷等三大生油 凹陷的油气运移指 向区, 是准噶尔盆地西北缘重要 的油气聚集带之一 。前期 探井钻井过程 中井下故障频发, 为保证 中拐凸起 地 质 目标的实现 , 采用 了三开井身结 构, 但机械钻 速 慢 、 周期长 , 制约了勘探开发步伐 。 笔者在技术可行性分析论证 的基 础上 , 尝试将 探井优化为二开井身结构 , 在钻井工程 、 钻井液等技 术措施 的强力保障下 , 7口深 约 3 5 0 0 m 的探井 均 安全 、 顺利 、 快速完井 , 取得 了良好的经济效益 。 收稿 日期 2 0 1 4 0 4 0 3 ; 改回 日期 2 0 1 5 0 2 0 3 。 作者简介 刘志 良 1 9 7 8 , 男 , 河 南新野人 , 2 0 0 2年 毕业 于大 庆石 油学院精N4 g a 专业 , 高级工程 师, 现主要从事钻井液研究和现 场 管理工作 。 联 系方式 0 9 9 0 6 8 8 9 2 9 5 , l u c k y b o y 0 2 1 2 6 . c o rn。 第 4 3卷 第 2 期 刘志良等. 新疆 油田中拐 凸起探 井钻井提速增效技术 1 地质特点及钻井技术难点 2 钻井提速增效技术 中拐凸起探井从上到下钻遇吐谷鲁群 K t g 、 西山窑组 J x 、 三工河组 J s 、 八道湾组 J 1 b 、 白 碱滩组 T 。 b 、 克拉玛依组 Tz k 、 百 口泉组 T b 、 上乌尔禾组 P 。 w 、 佳木河组 P j 和石炭系 C 等 地 层 。 白垩系吐谷鲁群地层 中, 上部为灰色 、 灰褐色泥 岩和砂质泥岩 , 易水化膨胀 、 缩径 ; 侏罗系西 山窑组 、 三工河组地层 软、 硬 泥岩交互 , 易 出现 周期性 的缩 径 、 坍塌 , 钻井过程中阻卡、 划眼频繁 , 严重时会发生 卡钻 一 。 侏罗系八道湾组砂砾岩发育 ; 二叠系、 石炭系大 段硬脆性泥岩裂缝及微裂缝发育较好 , 裂缝类型为 斜交缝、 直劈缝及网状缝 , 连通性好; 白垩系与侏罗 系 、 侏罗系与三叠系、 三叠系与二叠系地层均为不整 合接触 , 交界 面地 层 破碎_ 3 ] 。近 年完 钻 的 X X6 、 XX 7 、 XX 9等 井在 不 同层 位 出现 多 次 漏失 , 其 中 XX 6井分别在侏罗系八道湾组、 二叠系佳木河组及 石炭系发生 3次漏失 , 复杂情况处理时间长达 8 5 h 。 石炭系地层以安山岩 、 安山质角砾岩为主 , 受燕 山运动影响 , 断层 、 裂缝裂隙发育 , 形成破碎带 , 粘聚 力部分丧失 , 地层 强度 、 井壁 围岩强度 降低 。X X5 井钻进至石炭系地层时发生垮塌 , 复杂情况处理 时 间长达 3 6 9 h , 采取各种措施均无法划眼到底 , 被迫 提前完钻 。 中拐凸起整体钻井速度慢 , 钻井周期长。近年 来施工的 5口井 , 平均机械钻速 4 . 5 4 m/ h , 平均钻 井周期 9 6 . 2 7 d , 平均钻井进尺 1 2 5 8 . 9 9 m。 2 . 1 井身结构优化 2 . 1 . 1 井身结构优化可行性分析 通过 区域资料 分析 , 使 用 地层 压力 分析 系统 Ve r s i o n 3 . O 软件 , 选择 F a n经验公式法进行 中拐 凸起地层三压力预测 见 图 1 , 中拐 凸起 已钻井 实测孔隙压力如表 1 所示。 深度/ 地 抗压强度/ 泊松比 弹性模量/ 层 I P a G P a 三压力剖面 ’- - 60 0 ● 主 叁 8 0 0 _ ⋯ 一{ 一 事 享 毒 Kztg 耋 ‘ l 耋 1 0 0 0 ● 1 20 0 _ 1 40 0 _ } 1 6 0 0 _ ’ } ’ 。盒⋯ 1 8 0 0 - 一 2 0 0 0 j 毒 2 2 0 0 毒 2 4 00 2 6 00 2 8 00 . 妻 3 000 参 手 3 2 0 0 著 3 4 0 0 葛 ‘ _ 3 6 0 0 .;争 { 图 1 中拐凸起 地层三压力剖面 №1 T h r e e f o r ma t i o n p r e s s u r e c u r v e s i n z z m , u a i U p l i f t 表 1 已钻井实测子 L 隙压力 Ta b l e 1 Ac t ua l me a s ur e d f o r mat i o n p o r e p r e s s u r e i n o f f s e t we l l s 石 油 钻 探 技 术 已钻井实测孔隙压力及使用钻井液密度对 比表 明, 石炭系地层表现为高压低渗 的特征 。钻至下乌 尔禾组底部 , 钻井液 中加入桥接堵漏材料 , 裸眼井段 采取少量 、 多次的方式进行憋挤 , 提高上部低压地层 承压能力 , 在钻井液体系配套的情况下 , 可以采用二 开井身结构 , 加快勘探开发进程 。 2 . 1 . 2 井身结构优化方案 探井具有诸多不确定性 , 为了保证钻井安全 , 一 开井段 采用 4 4 4 . 5 mm 钻 头 , 钻 进 5 0 0 r n , 下人 3 3 9 . 7 mm 套 管。二 开 井 段 采 用 复 合 井 眼, 用 3 1 1 . 1 mm 钻 头 钻 进 至 克 拉 玛 依 组 上部 , 换 用 2 1 5 . 9 mm钻头钻进至乌尔禾组底部 , 进行承压试 验 , 根据试验结果选择合适的方案 。 方案 1 如果地层 承压能力 能够满 足下部石炭 系地层安全钻进的要求 , 继续钻进至完钻井深, 下入 1 3 9 . 7 mm油层套管 见图 2 a 。 方案 2 如果上部地 层承压 能力难 以满足下部 地层安全钻进 的要求 , 则用 3 1 1 . 1 mm钻头扩眼至 乌尔禾组 底部 , 下入 2 4 4 . 5 mm 技 术套 管 , 再 用 ≠ 2 1 5 . 9 mm 钻 头进行 三开 钻进 , 下人 1 3 9 . 7 mm 油 层套管 见图 2 b 。 2 . 2 优选钻头 根据测井资料建立岩石力学参数计算模型 , 反 演分析岩石力学参数和钻头可钻性级值。通过分析 中拐地 区完钻井各层位钻头 的使用情况 , 结合地层 岩石岩性变化及力学特性 , 优选与地层相 匹配 的钻 头_ 6 咱 ] 。增加 P D C钻头进尺 占有率 , 根据地层砾石 的胶结强度 、 粒径大小 , 适当调整钻井参数 , 小钻压、 l l l IdO444.5 mm qdk X 500 m q ,3 3 9 .7 mm 表 层套 管 。 3 3 9 7 mm 表层套管 l l 3 1 l 1 m m 钻 头 T 2k2上 部 3 1 1 .1 m m钻头 P 2 W 底部 2 15 .9 m m 钻 头 完 钻 井 深 ’l I , , 24 4 5 m m 技 术 套 管 事 2 15 9 m m 钻 头 X 完 钻 井 深 a 方案1 b 方 案2 图 2 优化后 的 2种 井身结构 Fi g .2 Two t y p e s o f c as i n g pr og r a ms t hr o u g h op t i mi z a t i o n 低转速钻穿含砾地层, 减少起下钻次数 , 提高机械钻 速 , 解决影响钻井提速的瓶颈性难题l_ 9 。 X X1 3井共使用 6只钻头 , 其中牙轮钻头 2只, P D C钻头 3 只, 取心钻头 1 只, 使用情况见表 2 。其 中, 二 开井 段选用 3 1 1 . 1 mmD E S 1 9 0 4 U/ S 2 2 1钻 头 , 由井深 5 0 0 m钻至井深 2 9 0 0 IT I , 单 只钻头进尺 2 4 0 0 m, 成功钻穿八道湾组底部砾岩 , 机械钻速达 到了 1 4 . 9 5 m/ h , 创该 区块机械钻速新纪录。全井 P D C钻头进尺 占有率达到 了 8 5 . 1 7 , 平均机械钻 速达 8 . 1 8 m/ h , 钻机月进尺达 2 2 6 4 . 1 5 m, 全井钻 井周期仅 4 7 . 6 3 d 。 表 2 x x 1 3井钻头使用情况 Ta bl e 2 XX1 3 we l l bi t r e c o r ds 2 . 3 钻井液技术 井身结构优化后 , 裸眼段长达 3 0 0 0 m左右 , 对 钻井液性能及维护提出了更高的要求。根据地层黏 土矿物含量和理化特性, 制定了钻井液处理维护原 则 上部地层以抑制 、 包被、 封堵为主, 分散为辅 ; 下部 地层以适度分散为主 , 提高钻井液的屏蔽性能。 加入 的高分子聚合物 P MHA一 2 MAN1 0 4 , 可 第 4 3卷第 2 期 刘志良等. 新疆油田中拐凸起探井钻井提速增效技术 以在黏土表面形成连续 吸附水化层 , 并提高滤液黏 度 , 滞缓 水 分 子 向泥 岩 渗 透 1 。 1 ; 钻 井 液 中加 入 KC 1 、 C a O, 保持 K 质量浓度在 2 0 0 0 0 mg / L以上 , C a 计质量浓度在 4 0 0 mg / L左右 , 提高滤液化学抑 制性和调节钻井液水相活度 , 抑制岩屑水化膨胀和 分散 , 减少液相向岩层运移 , 稳定井壁 。 选用沥青 类 、 QC X 一 1 、 WC 一 1作 为封堵 剂 。沥 青质材料 在一定 温度 和压 差下发 生变 形 , 封堵 微 裂隙和孔 隙 , 在井壁形 成致密 的内泥饼 , 提 高对微 裂隙或破 碎地 层 的粘 结力 和井壁 地层 强度 ; 不 同 粒径的随钻堵漏 剂 、 Qc x一 1 、 WC 一 1协 同配合 形成 致密 的屏 蔽 环 , 实现近 井壁严 密 封堵 。刚性 和可 变性 固相粒子的粒径 、 级配与地层相适 应 , 增 强造 壁和封堵能力 , 提 高地 层承压能力 , 降低漏失 发生 概率 1 5 - 1 6 ] 。 钻井液 中加入 3 9 / 6 随钻 堵 漏剂 , 其不 同级 配 的封堵颗粒 、 纤 维及 晶片有效 封堵 不 同性 质 的漏 失地层, 同时辅以 1 左右的胶凝剂, 降低钻井液 的 滤 失 性 , 阻 止 固 相 和 液 相 进 入 储 层 , 稳 定 井 壁 。 井身结构优 化后 , 同一裸 眼 中 同时存 在 高压 和低压 层 , 上 部 井 漏 与下 部 喷 塌 风 险 同时存 在 。 在钻 至下 乌 尔禾组 底 部 时 , 钻 井液 中加 入 4 ~ 6 中粗一细的桥接堵漏 材料 , 对 上部低压 地层进 行堵漏 , 提 高上部 低压地 层承 压能 力至 当量 密度 为 1 . 4 0 k g / L左右 , 满 足安全钻进要求 后 , 再钻开 高压层。 3 实施效果 2 0 1 2年中拐地区 XX 8井和 X X1 0井 的井身结 构优化尝试取得成功。2 0 1 3 年共钻 6口探井 , 其 中 5口井采用 了二开井身结构 , XX1 1 井采用三开井身 结构 。 2 0 1 2年 2口井 的井身结构优化后 , 钻井技术指 标 比三开井身结构井 以下记为三开井 有所提高 。 2 0 1 3年二开井身结构井 以下记 为二 开井 平均机 械钻速 比 2 0 1 2年三开井提高 4 8 . 0 7 , 月平均进尺 提高 4 0 . 6 9 ; 2 0 1 3年的二开井与三开井相比, 平均 机械钻速 提高 5 1 . 8 6 , 月 平均进 尺增 加 2 0 . 2 5 见 图 3 。 井身结构优化后 的 7口井共节 省 2 4 4 . 5 mm 技术套管 2 2 2 5 0 m, 节省费用 2 2 0 0万元 , 节约 固井 材料费用 1 5 9 . 3 0万元 , 节约钻井 中完时 间 9 1 d , 节 2 0 1 2 年 2 0 1 2 年 2 0 1 3 年 2 0 1 3 年 三开井 二开井 三开井 二开井 鲁 \ 嫩 亟’ 1斗 图 3 井身结构优 化前后平均机械钻速和月进尺对 比 F i g . 3 Co mp a r i s o n o f a v e r a g e ROP a n d mo n t h l y d r i l l i n g f o ot ag e be f o r e an d a f t e r c a s i ng p r o g r a m o p t i mi z a - t i o n 约费用 5 2 7 . 8 0万元 , 共 计降低钻井成本 1 9 5 6 . 2 8 万元 见表 3 , 降本增效明显 。 表 3 优化 井节约钻 井费用统计 结果 l h b l e 3 S tat i s t i c d a t a o f d r i l l i n g c o s t s a v i n g o f o p t i mi z e d w e l l s 。 节 约技术套 管 节约套管费 节约 固井材料 节约中完时间 ⋯ 长度 / m 用/ 万元 费用/ 万元 费用/ 万元 2 0 1 2年 前 , 三 开 井 的 平 均 复 杂 事 故 时 率 为 4 . 9 6 , 中拐凸起 区 2口试验井 的复杂事故时率下 降为 2 . 4 6 , 2 0 1 3年 5口探井优化井身结构后 的复 杂事故 时率为 0 , 达到 了在不下技术套管情况下安 全 、 快速 、 优 质钻进 的要求 。 4 结论与建议 1 井身结构优化设计方案能够满足中拐凸起 安全快速钻井的需求 , 优化后的钻井液配方有效提 高了机械钻速 , 提速增效效果显著 , 为该区今后高效 勘探开发奠定了基础 。 2 钻 头选型取得 了很好 的效果 , 从现场应 用 情况看 , 还可以进一步优选 ; 二开井段可以考虑尝试 2 4 1 . 3 mm 2 1 5 . 9 ml T l 复合井眼 , 进一步缩短钻 ∞ ∞∞ ∞ ∞ , 坝 0 7 6 5 4 3 2 1 0 一 .. q . 县\ 堪霉露 石 油 钻 探 技 术 2 O 1 5年 3月 井完井周期。 参考文献 Re f e r e n c e s [ 1 ] 王海涛, 张伟 , 王 国斌 , 等. 准噶尔盆地 环玛湖 凹陷钻井提速 技 术I j ] . 石油钻采工艺, 2 0 1 4 , 3 6 4 3 0 - 3 3 . 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