新场气田长水平段水平井钻井技术.pdf

第 3 5卷 第 1 期 2 0 1 3 年 1月 石 油 钻 采 工 艺 OI L DRI LLI NG PR0DUCT1 0N TECHNOLOGY V0 l _ 3 5 No ．1 J a n ．2 01 3 文章编号1 0 0 07 3 9 3 2 0 1 3 0 1 0 0 1 00 4 新场气 田长水平段水平井钻 井技术 胥 豪 唐洪 林 张晓 明 胜利石 油管理局钻 井工艺研 究院 ， 山东东营2 5 7 0 1 7 引用格式胥 豪， 唐洪林 ， 张晓明 ． 新场气田长水平段水平井钻井技术[ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 1 3 ， 3 5 1 1 0 1 3 ． 摘要为提高川西新场气田开发效果， 在新场构造北翼部署了一个 3口井长水平段水平井井组。在油藏地质特征分析的 基础上 ， 将以往三开井身结构优化为二开； 针对水平井裸眼段长、 水平段长、 位移大的特点， 通过采用井眼轨迹控制、 摩阻扭矩 监测技术以及优选钻井液体系等措施， 并配合高效 P DC钻头， 安全高效地完成了钻井施工， 为川西地 区中深长水平段水平井钻 探积 累了宝贵的经验。 关键词 水平井 ；长水平段 ；井眼轨迹控制 ；摩阻扭矩监测；钻头 中图分 类号 T E 2 4 3 文献标识码 A Lo ng l a t e r a l s e c t i o n ho r i z o n t a l we l l d r i l l i n g t e c hn o l o g y i n Xi nc ha ng Ga s fi e l d X U H a o ， T A NG H o n g l in ， Z H A N G X i a 0 mi n g R e s e a r c h I n s t i t u t e o fDr i l l i n g T e c h n o l o g y ， S h e n g l i P e t r o l e u m A d mi n i s t r a t i o n B u r e a u ， Do n g y i n g 2 5 7 0 1 7 ， C h i n a Ab s t r a c t T o i mp r o v e t h e d e v e l o p me n t e f f e c t o f Xi n c h a n g g a s fi e l d i n we s t e r n S i c h u a n ， a l o n g l a t e r a l s e c t i o n h o r i z o n t a l we l l p a t t e m o f t h r e e we l l s wa s d e p l o y e d i n t h e n o r t h e r n o f Xi n c h a n g s t r u c t u r e ． Ba s e d o n t h e a n a l y s i s o n r e s e r v o i r g e o l o g y c h a r a c t e r i s t i c s ， t h e we l l s t r u c t u r e s we r e o p t i mi z e d t o t wo t r i p s f r o m t h r e e t r i p s ． Th e s e we l l s h a v e t h e c h a r a c t e ri s t i c s o f l o n g o p e n h o l e ， l o n g l a t e r a l s e c t i o n ， a n d l a r g e d i s p l a c e me n t ． T hro u g h ma k i n g t h e h o l e t r a j e c t o r y c o n t r o l me a s u r e s ， mo n i t o ri n g d r a g a n d t o r q u e ， a n d o p t i mi z i n g d r i l l i n g fl u i d ， t h e d r i l l i n g e ffic i e n c y o f t h e p a t t e rn we l l s h a s b e e n g r e a t l y i mp r o v e d ， c o o p e r a t e d wi t h P DC b i t d u r i n g d r i l l i n g ， wh i c h p r o v i d e d p r e c i o u s e x p e r i e n c e s f o r d ril l i n g l o n g l a t e r a l - s e c t i o n h o r i z o n t a l we l l s i n mi d d e p t h f o r ma t i o n i n we s t e rn S i c h u a n． Ke y wo r d s h o ri z o n 1 w e l l ； l o n g l a t e r a l s e c t i o n ； w e l l tr a j e c t o r y c o n t r o l ； fr i c t i o n a n d t o r q u e mo n i t o ri n g ； b i t 新沙 2 1 ． 2 7 H、 新沙 2 1 2 8 H、 新沙 2 1 2 9 H井组是 部署在川西坳陷新场构造北翼的一个长水平段开发 水平井组 。目的层上沙溪庙组 ， 埋深 2 1 0 0 ～ 2 3 0 0 m， 储层岩石以中一细粒长石岩屑砂岩及岩屑长石砂岩 为主， 部分井段夹有少量 薄层棕红色泥岩 、 泥质粉砂 岩及粉砂质泥岩。储层孔隙度平均为 9 ％， 为中低孔 隙度储层， 储层渗透率平均为 0 ． 1 3 mD， 属典型的致 密气 藏 ， 采用常规方式开发效果不佳。随着长水平 段水平井和大型加砂压裂技术的应用， 其经济效益 和工业效益得到显著提升。 1 井身结构和井眼轨道设计 新场气 田以往水平井多采用三开井身结构设 计 ， 二开采用 O3 1 1 ． 2 mm钻头钻进 ， 02 4 4 ． 5 mm 技 术套管下至 A靶点；三开采用 0 2 1 5 ．9 mm钻头钻 至完钻井 深。采用此种设计 方式有利于减 少裸眼 段长度， 从而降低摩阻和扭矩， 达到降低钻井施工 难度的 目的。但是 由于二开钻头尺寸较大 ， 机械钻 速普遍较低 ， 再加上 中完作业 ， 施工周期普遍较长。 二开井身结构水平井在相 同的完钻井 眼尺寸条 件下 ， 上部井眼尺寸缩小 ， 可大大提高机械钻速 ， 同 时还减少了中完作业时间， 并且节省了一定的套管 和固井费用， 具有明显优势。由于沙溪庙组以上地 层压力梯度 自上而下逐渐增加， 属于正常压力体系， 基本不存在工程必封点 ⋯， 因此井组 3口井均采用 了二开井身结构设计， 具体设计数据见表 1 。 基金项目国家 科技重大专项 “ 低渗油气田高效开发钻井技术” 编号2 0 0 8 Z X 0 5 0 2 2 。 作者简介胥豪， 1 9 8 2年生。 2 0 0 4 年毕业于西南石油大学石油工程专业， 现主要从事特殊工艺井技术服务和钻井工艺研究工作， 工程师。 电话 0 5 4 6 8 7 9 7 4 0 2 。E - ma i l x u h a o s wp i y a h o o ． c o m． e n 。 胥 豪等 新场气田长水平段水平井钻 井技 术 新 沙 2 1 2 7 H 新 沙 2 1 2 8 H 新沙 2 1 ． 2 9 H 03l 1 ． 1 5 mmx 5 0 0 m O31 1 ． 1 5 mm 5 0 0 m 3 I 1 ． 1 5 m m 5 9 2 m 2 1 5 ．9 mm x 3 3 8 7 m 2 1 5 ． 9 mm x 3 2 0 6 m 21 5 ． 9 mm x 3 l 31 m 02 4 4 ． 5 mm 4 9 8 m 02 4 4 ． 5 mm 4 9 8 m O2 4 4 ． 5 mm x 5 9 0 m O1 3 9 ． 7 mm x 3 3 8 5 m O1 3 9 ． 7 mm x 3 2 0 4 m O 1 3 9 ． 7 mm x 3 1 2 9 m 为了增大气层裸露面积， 配合大型加砂压裂技 术提高单井产量 ， 新沙 2 1 井组 3口水平井均设计为 长水平段水平井， 采用 “ 增一稳一增” 剖面类型， 轨 道设计时加入一个 2 0 ～ 3 0 m左右的稳斜段， 一方面 有利于避免造斜率异常， 给井眼轨迹控制提供便利， 另一方面也有利于 目的层垂深 出现较大误差 时， 可 以及时进行轨迹调整。3口井 的井眼轨道优化设计 见表 2 ， 水平投影见 图 1 。 表 2 新沙 2 l 井组井眼轨道设计 墨 图 1 新 沙 2 1 井组 3口水平 井水平投影 2 施工难点 1 侏罗系蓬莱镇组 、 遂宁组地层 以棕褐色泥岩 、 泥质粉砂岩为主 ， 夹杂部分长石 、 石英 、 钙质 ， 地层抗 压强度大、 可钻性差， 钻头进尺低， 起下钻频繁 ， 在 高密度、 高摩阻、 高扭矩情况下易导致井下复杂或事 故的发生。 2 井身结构设计独特 ， 二开裸眼段摩阻扭矩极 大， 使得井眼轨迹控制困难 ， 水平段后期容易出现滑 动钻进时效低 ， 甚至于无法再进行滑动钻进 。 3 钻井液性能要求高。井组所钻地层压力梯度 为 1 ． 4 0 1 ． 7 5 MP a ／ l 0 0 m， 由于水平段长 ， 泄流面积大 ， 因此给予 O ． 1 5 g ／ c m 安全密度 附加值 ， 造斜段及水平 段钻井液密度多在 1 ．6 0 ～ 1 ．9 0 g ／ c m ， 部分邻井钻遇发 育较好的地层， 钻井液密度甚至高达 2 ．1 0 g ／ c m。高 密度下钻井液润滑防卡、 降摩减扭、 防漏堵漏、 稳定 井壁的难度大， 另外还容易导致信号传递困难， 降低 钻井效率 。 4 井身质量要求高。新沙 2 l 井组共部署 3口 水平井 ， 井间距 4 ． 0 0 m， 因此直井段防斜打直非常重 要 ；另外本井组水平段靶 框要求上下 2 ． 0 0 m， 左右 1 5 ． 0 0 m， 长水平段后期轨迹控制困难。 5 井眼清洁困难 。随着水平段的延伸 ， 携岩越 来越困难， 容易在井眼低边形成岩屑床；井眼环空 小， 若砂体疏松， 钻时较快， 岩屑不能及时带离井底 时还容易造成卡钻事故。 3 关键技术 3 ． 1 直井段防碰技术 井眼轨迹防碰是丛式 井组施工 的重 中之重 ， 直 井打直是丛式井防碰的最佳方式。采用 O 2 1 5 ． 9 m m 钻头 02 0 3 mm钻铤 O 2 1 4 mm扶正器 1 7 7 ． 8 mm 钻 铤 O1 6 5 ． 1 mm钻铤 的塔式 加钟摆钻具组合 ， 以 4 O ～ 8 0 k N的钻压 和 8 0 ～ 1 1 0 r ／ mi n的转速进行钻进 ， 重点井段加密测斜 ， 并及时预测井 眼间距 。井组 3 口井直井段井斜大多小于 1 ．7 0 。 ， 而区块邻井直井段 井斜 多在 3 ～ 5 。 ， 防斜效果 良好 。造斜点相互错开是 丛式井防碰的主要措施之一 ， 新沙 2 1 ． 2 7 H、 2 8 H、 2 9 H井实际造斜点分别为 1 8 4 4 ． 0 0 m、 l 8 8 0 ． 0 0 m、 1 9 0 0 ． 0 0 m， 定向初始尽快使各井迅速分离， 最终取 得了防碰的成功。 3 ． 2 斜井段及水平段井眼轨迹控制 长水平段水平井与一 般的水平井不 同， 减少摩 阻 、 扭矩是最关键的问题。实钻过程 中应尽量控制好 造斜率， 避免因造斜率过高使得摩阻扭矩增大， 增加 后期施工难度 J。在水平段应通过钻具组合和钻井 参数的调整达到稳斜效果， 避免过多调整井眼轨迹， 1 2 石油钻采工艺2 0 1 3 年 1月 第 3 5卷 第 1 期 从而提高钻井效率。根据井眼特点和轨迹控制需要， 新沙 2 1 井组先后采用了单弯动力钻具 MWD和小 角度单弯动力钻具 欠尺寸扶正器的单弯双稳钻具 结构， 前者主要用于增斜段， 后者主要用于水平段。 1 曾 斜段。增斜段采用 O2 1 5 ． 9 mm钻头 O1 7 2 mm 1 ． 5 o 单弯钻具 MWD的钻具组合 ， 采用复合钻 进与滑动钻进交替进行， 实钻轨迹满足设计， 且轨迹 圆滑。新沙 2 1 ． 2 7 H、 新沙 2 1 ． 2 8 H、 新沙 2 1 ． 2 9 H井增 斜段最高造 斜率分别 为 2 7 ． 1 7 。／ 1 0 0 I l l 、 2 6 ． 8 3 。／ 1 0 0 1 T I 、 2 7 ． 3 7 。／ 1 0 0 1 T I ， 取得 了良好的控制效果。 2 冰 平段 。水平段采用 0 2 1 5 ． 9 m m钻头 O1 7 2 mm 1 ． 2 5 。 单弯钻具 O 2 1 2 mm欠尺寸扶正器 MWD 的单弯双稳钻具组合， 由于 O 1 7 2 m m动力钻具 自 带 外径 2 1 2 m m扶正块， 复合钻进时其效果类似于强增 斜钻具。为了降低其增斜力， 在动力钻具后接一个 欠尺寸扶正器 ， 形成单弯双稳钻具组合 ， 结合 区块邻 井使用经验， 优选扶正块 2 0 ～ 3 0 c m的 O 2 1 2 m m扶 正器 ， 避免扶 正块过长增大摩阻和扭矩 。通过调整 钻井参数进行井眼轨迹控制， 根据钻具组合控制效 果和P D C钻头特性， 采用合理钻压配合高转盘转速 1 1 0 ～ 1 2 0 r ／ mi n 进行钻进 ， 一方面有利于提高机械钻 速 ， 另一方面也可提高携岩效果。现场施工时 6 0 k N 钻压井斜基本稳定， 钻压 4 0 k N井斜微降， 钻压 8 0 k N井斜微增 ， 水平段井斜基本趋 于稳 定 见图 2 ， 配合间断滑动钻进控制井斜， 新沙 2 1 2 7 H、 2 8 H、 2 9 H 井水平段滑动进尺 占整个水平段长度的比值分别为 5 ． 2 ％、 3 ． 9 ％、 5 ． 7 ％， 取得了非常好的效果 。 一 富 0 宝 已 一 褂 锹 碡 欺 水平段长度／ m 图 2 新沙 2 1井组 3口水平 井水平段 井斜 变化率 3 ． 3 水力振荡器的应用 水力振荡器可通过水力的作用产生沿钻具组 合或者钻杆轴线方向上的振动， 利用振动将静态摩 阻转变为动态摩阻， 从而大大减小钻进过程中的摩 阻。水力振荡器的优势在于降低钻进时的摩阻和扭 矩， 使得钻压更容易传递， 工具面更加容易控制， 从 而提高钻进时的机械效率；另一方面水力振荡器产 生轴向高频振动， 对钻头形成类似于冲击钻井的效 果 ， 也有利 于提 高机械 钻速。在新沙 2 1 2 8 H井 对 A n d e r g a u g e 公司生产的水力振荡器进行 了应用。 新沙 2 1 2 8 H井定向段共采用 2 趟钻完成， 钻头 性能一致， 地层岩性相近。第 1 趟钻未使用水力振 荡器， 第 2 趟钻使用， 根据对比效果， 采用水力振荡 器时定向钻进机械钻速提高 4 5 ． 1 6 ％， 复合钻进机械 钻速提高 3 0 ． 0 0 ％， 取得了非常显著的效果。但是由 于该工具存在约 3 MP a 的压差， 现场受设备能力限 制 ， 施工排量较低 ， 为 了满足携岩需要 ， 确保井下安 全 ， 未继续使用。 3 ． 4 摩阻扭矩跟踪分析控制 长水平段水平井摩阻扭矩是最 突出的问题 ， 随 着位移增加， 摩阻和扭矩相应增加， 如何对实钻摩阻 扭矩水平进行监测和评估 ， 以采取相应的技术措施， 从 而达到安全快速 钻进的 目的是施工 的重点 J 。 由于新沙 2 1 - 2 7 H是 3口井水平段最长 、 位移最大的 一 口， 因此重点对新沙 2 1 2 7 H井进行了摩阻扭矩计 算和分析。利用 We l lp l a n软件对上提下放摩阻以及 扭矩值进行跟踪， 并通过数据反算摩阻因数， 从而指 导现场施工， 摩阻扭矩曲线见图 3 。 井深， m 图3 新沙 2 1 ． 2 7 H井斜井段摩 阻扭矩曲线 从 图 3可看 出， 井深 2 5 0 0 m 以后摩阻呈现较快 增加趋势， 实钻扭矩与理论计算扭矩出现较大背离， 根据计算摩阻因数达到 0 ．4 ～ 0 ．5 ， 定向钻进比较困难。 因此现场调整钻井液性能， 增加润滑剂含量， 确保摩 阻扭矩不再继续增加 ；钻进到 3 0 9 0 1 T I 后进行短起 下钻作业 ， 畅通井眼 ， 并加大钻井液排量 ， 确保携岩 ， 摩阻和扭矩水平得到改善。 3 ． 5 钻头优选 P DC钻头具有在井下工作时间长 、 进尺高 、 起下 钻次数少、 可以大幅降低钻井综合成本等优点。根 据该区块地层特点， 结合 P D C钻头适用性分析， 优 选短保径5 刀翼 P D C钻头， 定向钻进时工具面稳定、 造斜能力强， 复合钻进时切削能力强、 扭矩小、 钻速 快 。新沙 2 1 2 7 H、 新沙 2 1 ． 2 8 H、 新沙 2 1 2 9 H井二开 斜井段均采用保瑞特 A B S 1 6 0 5 F 钻头， 平均钻速分 别为4 ． 0 9 r n ／ h 、 4 ． 1 2 m ／ h 、 3 ．2 1 m ／ h ， 表明该类型钻头 能够适应川西地 区长水平段水平井钻进 ， 有利 于提 胥豪等新场气田长水平段水平井钻井技术 l 3 高机械钻速， 缩短钻井周期。 3 ． 6 钻井液体 系 新沙 2 1 井组 3口水平井钻井液体系基本一致， 二开均采用正电胶聚磺钻井液体系， 直井段遂宁组 地层 确保钻井液 具有较强 的润滑性 和抑制 防塌 能 力， 进入斜井段后逐步加入足量润滑剂增强钻井液 的润滑防卡性能。基本配方为 上部基浆 2 ％ 4 ％ 磺化酚醛树脂 2 ％ 4 ％无铬磺化褐煤 1 ％～ 2 ％磺 化丹 宁 3 ％ 4 ％ 沥青类 防塌剂 3 ％～ 5 ％ 液体润滑 剂 1 ％～ 2 ％ 极 压 润 滑 剂 0 ． 1 ％～ 0 ． 2 ％ 乳 化 剂 ；进 入水平 段后钻井 液配方 为 上 部基浆 4 ％～ 6 ％ 液 体润 滑剂 1 ％ ～ 2 ％ 聚合醇 1 ％ ～ 2 ％极 压润 滑剂 0 ． 1 ％ ～ 0 ．2 ％乳化剂， 确保钻井液具备很强的抑制 性 、 封堵性， 并加强维护， 确保钻井液性能稳定。水 平 段钻井 液性能 密度 1 ． 8 9 ～ 1 ． 9 5 g ／ c m ， 漏斗 黏度 4 9 - 5 2 S ， 失水 3 mL， 滤饼厚度 0 ． 5 mm， p H值 9 ， 含沙 量 0 ． 2 ％， 塑性黏度 3 2 m P a S ， 动切力 1 4 ． 5 P a ， 初切 5 P a ， 终切 l 2 P a ， 固相含量 3 4 ％， 膨润土含量 2 8 ． 6 g ／ L， 油含 5 ． 6 ％。在摩阻扭矩较大井段 和定 向钻进 困难 井段加入 C C 4 0 、 R H 2 2 0 、 R H1 0 2 等润滑材料， 进一步 提高钻井液润滑性能 ；在钻井液循环系统方面采用 四级净化系统， 并通过工程措施， 采取短起下钻、 大 幅度活动钻具、 大排量循环等措施， 确保携岩， 避免 岩屑床的形成和堆积。 4 实钻效果 通过采用以上措施 ， 新沙 2 1 井组 3口井均大幅 度缩 短了钻井周期 ， 完钻指标见表 3 。新沙 2 1 ． 2 7 H 井水平段气层钻遇率 9 9 ．2 3 ％， 新沙 2 1 2 8 H 、 2 9 H井 气层钻遇率 1 0 0 ％， 取得了良好的效果。 表 3 新沙 2 1 井组三口水平井完钻指标 --g - 设计水平段 长度 ／ 实钻水平段长度 ／水平段机械钻速 ／全井机械 钻速 ／设计周期 ／实钻周期 ／ 钻机 台月 ／ ’’ -- 1 m m m h m h d d m 3 0 d 一 5 结论与建议 1 选用合适 的钻具结构 和适当的钻井参数 ， 通 过旋转钻进配合滑动钻进的钻井方式 ， 能有效控制 井眼轨迹， 提高钻井速度。 2 通过摩阻、 扭矩预测技术， 对实钻摩阻因数进 行计算 ， 并通过调整钻井液性能 、 配合短起下钻工程 措施 ， 可以有效降低长水平段水平井摩阻扭矩水平。 3 N用诸如水力振荡器一类 的新技术 、 新工具 ， 有利于进一步提升钻井速度 ， 缩短钻井周期。 4 根据区块地质条件 ， 结合 P DC钻头适用性分 析 ， 优选具有切削能力强 、 扭矩小 、 钻速快 的 P DC钻 头， 对于提高长水平段水平井钻井效率具有积极的 作用。 参考文献 [ 1 ] 何汉平 ． 川西地 区新场气田储层伤害因素研究 [ J ] 石油钻采工 艺， 2 0 0 2 ， 2 4 2 4 9 ． 5 1 ． [ 2 ] 张生军， 谢润成， 贺鑫， 等 ． 川西地区复合钻井技术地层适 应性试验研究 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 0 8 ， 3 o 2 5 0 ． 5 2 ． [ 3 ] 冯光通， 马凤清， 曹向峰， 等 ． 高平 1 井井眼轨道与井身 结构设计 [ J ]． 石油钻探技术， 2 O l O ， 3 8 6 3 3 ． 3 6 ． [ 4 ] 刘晓艳 ， 施亚楠， 李培丽 ． 丛式井组总体防碰与钻井顺 序优化技术及应用 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 1 2 ， 3 42 9 ． 1 2． [ 5 ] 闫振来， 牛洪波， 唐志 军， 等 ． 低孔低渗 气田长水平 段 水平 井钻 井技 术 [ J ]． 特 种 油气 藏， 2 0 1 0 ， 1 7 2 1 0 5 ． 1 0 8 ． [ 6 ] 张林强 ． 大位移井摩阻扭矩计算模型[ J ] ． 断块油气田， 2 0 0 8 ． 1 5 2 8 8 ． 9 1 ． [ 7 ] 贺志刚， 付建红， 施太和， 等 ． 大位移井摩阻扭矩力学模 型 [ J ]． 天然气工业， 2 0 0 1 ， 2 1 5 5 2 ． 5 4 ． [ 8 ] 唐洪林， 唐志军， 闫振来， 等 ． 金平 1井浅层长水平段水 平井钻井技术 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 0 8 ， 3 O 6 1 1 1 5 ． 修 改稿收到 日期2 0 1 2 1 2 一 o 2 [ 编辑朱伟 ]