伊朗特低压、高含硫老油气田的钻完井技术.pdf

第 2 9 卷第9 期 天然气工业 伊 朗特低压 、 高含硫老 油气 田的钻 完井技术 * 汪绪 刚 程存志。 王 印玺。 刘 予溪 郐 学智 李俊 波 1 ． 中国石油勘探开发研 究院廊坊分院 2 ． 中国科学 院渗 流流体力学研究所 3 ． 中国石油天然气勘探 开发公司 汪绪剐等． 伊 朗特低压 、 高含硫老油 气田的钻 完井技术． 天 然气工业 ， 2 0 0 9 ， 2 9 9 5 7 5 9 ． 摘 要 伊 朗 M 特低压老 油气田是高含硫化氢 裂缝 性碳 酸盐岩 油气 田， 经过半个 多世纪 的开 采， 油气层压力 梯度下 降至 0 ． 3 5 MP a ／ 1 O 0 m， 已成为废弃老 油气田。为实现该老 油气 田的二次 开发 ， 针对其 所 面临 的特低压 、 高 含硫钻 完井技术难 点， 研 究并形成 了适 合于该 区的钻完 井及试 油配套技术 ， 主要包括 井身结构 优化 、 井眼轨迹优 化 设计 与控制 、 可循环微泡 沫钻 井液体系、 超低 密度 高强度水泥浆体 系、 含硫化氢 井的 安全 钻井 、 电潜 泵试油 等技术 。 应用这 些技 术成 功地 完成 3口直井和 7口水平 井的钻 井任务 ， 试 油并获得高产 ， 取得 了显著 的经济效益。 关键词 伊 朗 压力 水平井 微泡 沫钻 井液 超低 密度水 泥浆 电潜泵 硫化氢 D0I 1 0 ． 3 7 8 7 ／ J ． i s s n ． 1 0 0 0 0 9 7 6 ． 2 0 0 9 ． 0 9 ． 0 1 5 1 伊 朗 M 特低 压 老油 气 田钻 完 井和 试油面临 的技术难题 1 ． 1 伊 朗 M 特低 压老 油气 田概 况 伊 朗 M 特 低 压 老 油 气 田位 于 扎 格 罗 斯 山前 褶 皱带 ， 其构 造 为不 对称 的狭 长 状背 斜 ， 盖 层 为 中新 统 N， G 层 的石 膏 、 盐岩 地层 ， 储 层 为渐 新 统～ 中新统 的 A层 裂缝 性 石灰 岩 。地层 存在 3 套 差别 较 大 的压 力 系 统 表 1 ， 原 油含 硫化 氢 为 2 ． 7 8 ， 天 然气 含 硫 化 氢 为 1 O ～1 6 。该油 气 田是 中东第 一个 商 业油 气 田， 于 1 9 0 8年开始钻探 ， 1 9 l 1 年正式投产 ， 绝大多 数 生产 井 是 在 2 O世 纪 2 O ～3 O年 代 钻井 完成 的 ， 经 过 5 0多年 的一 次性 衰竭 式 开采 ， 产 层 压 力 和单 井 产 量 大 幅度下 降 ， 2 O世 纪 6 O年 代 停 止 了开 发 生 产 ， 已 成 为废弃 油 气 田 。 表 1 伊朗 M 特低压老油气 田地层压 力梯度 表 1 ． 2特低压 、 高含 硫油 气藏 钻 井及 试 油 的主 要 技 术 难 题 为 了有 效 地 二 次 开发 伊 朗 特 低 压 高 含硫 M 特 低压老油气 田， 通过钻直井 的方式确定 油、 气界面 、 油、 水界面 ， 取得 了地层物性资料 和产 能； 通过钻水 平井的方式开发 ， 实现大幅度提高单井产量的 目的。 特 低 压 油气 藏钻 水 平 井 的 主要技 术 难 题 有 在 特 低压 地层 钻井 和 固井 ， 容 易 产 生严 重 漏 失 ， 并 对储 层造 成 污染 I 】 。 ； 盐 膏 层 段 的 定 向造 斜 施 工 难 度 大 ； 使用泡沫钻井液钻水平井 ， MWD信号传输微弱 ， 不 利 于井 身 轨 迹 的 控 制 ； 储 层 硫 化 氢 含 量 高 ， 给 钻 井 、 取心 和完 井 等作业 带 来极 大 的安 全 隐 患 ， 同 时对 设备和材料提出了特殊的要求 ] 。 特 低 压 水 平 井 采 用 电潜 泵 试 油 ， 其 主要 技 术 难 题 有 在 特低 压油 气藏 试 油作 业 中 ， 可能 出现严 重 漏 失 ， 难 以建立 起 循 环 ； 储 层 硫 化 氢 含 量 高 ， 给 试 油 作 业带来 了极大 的安全 隐患 ； 在 水平井中下入 电潜泵 的作业难度较大 。 2 微泡沫钻完井及 电潜泵试油配套技术 为了解 决特低 压油气 藏 钻完 井及 试 油技术 难题 ， 研究并应用了以下 6项配套工艺技术 井身结构优化 *本文 为中国石油天然气集团公 司海外科 技攻关项 目“ 复 杂地 质条 件下钻 完井 工程关 键技术 研究 ” 编号 0 6 B 6 0 4 0 1 的 部分研究成果 。 作者简 介 汪绪刚 ， 1 9 6 5年生 ， 高级 工程师 ， 中科 院博士研究生 ； 现任廊坊分 院海外工程技术研 究所所长 ， 主要 从事海外 钻 采 工程技术 优化设计和科研工作 。地址 0 6 5 0 0 7 河北省廊坊 市万庄 4 4号信箱 。电话 0 1 0 6 9 2 1 3 2 6 3 。E ma i l wa n g x u g a n g c n p c i n t ． c o rn 57 天然气工业 2 0 0 9 年 9 月 设计 、 井眼轨 迹 优化 设 计 与控 制 技术 、 可 循环 微 泡沫 钻井液技术 、 超 低密 度 水 泥浆 固井 技 术 、 高含 硫 化氢 井安全钻井工艺配套技术、 电潜泵试油工艺技术。 2 ． I 井 身结构优 化设 计 根据地 层存 在 3 套 差异 较 大 的压力 系统 和储 层 硫化氢含量高的实际情况， 结合已钻井的实钻资料 和地 层分层 数据 ， 在建 立地层 压 力 体 系 的基 础上 ， 对 直井 和水平 井 的井身结 构进 行 了优化设 计 。 直井井身结构 为 3层 套管 5 0 8 mm 导管 3 3 9 ． 7 I T I IT I 表 层套 管 x 8 0 I T I 2 4 4 ． 5 mm 技 术套 管 8 5 5 m 1 7 7 ． 8 mm 尾 管 9 2 0 r n 1 5 5 ． 6 ml T l 钻 头 1 2 2 2 m 裸眼 完井 。 水平 井井 身结构 为 2 层 套 管 3 3 9 ． 7 mm 导 管 2 4 4 ． 5 mm 技术套 管 I 5 0 m I 7 7 ． 8 mm 套 管 1 0 0 5 m 1 5 5 ． 6 mm 钻头 1 4 9 7 I T I 裸 眼完 井 ， 这种 井身 结构 安全合 理 ， 而且 钻 井周 期 较 短 、 成 本 较低 。 由于水 平 井 钻 井 可 以避 开 气 顶 ， 其 井 身结 构 可 以简化 直 井 中封 气 顶 的 一层 尾 管 ， 套 管 由直井 的 3层减 为 2 层 。 2 ． 2 水平井井眼轨迹优化设计与轨迹控制技术 为 了满 足 地 质设 计 、 电潜 泵 试 油 和采 油 的技术 要 求 ， 水 平 井 剖 面 设 计 为 直 井一 增 斜一 稳 斜～ 增 斜 一水平 等 5段 制 。主 要 考 虑 因素 如 下 为 了保 证 电潜泵 的正 常下入 ， 在盐 膏层 上部 开 始 造斜 ， 第 一 造 斜段的造斜率应小于 6 。 ／ 3 0 m， 增斜井段的造斜率要 考虑 1 7 7 ． 8 i T i m 套 管 的允 许 曲率 和钻 具 的造 斜 能 力； 为保证一定沉没度 ， 电潜泵工作井段选在尽量靠 近油 气层 的斜直段 ； E P 点至 L P 点 的增 斜率 为 1 O ～ 1 3 。 ／ 3 0 m， 以保 证 测 井 仪 器 的 下 入 ； 水 平 段 长 度 为 4 5 0 m左右， 裸眼完井 ； 井眼轨迹优化设计要尽量降 低施 工难度 和风 险 。水 平 井 使 用 微 泡 沫 钻 井 液 ， 随 钻测量的信号传输 困难 ， 井 眼轨迹控制难度大。将 微泡 沫 的浓 度控 制在 8 ～1 O 范 围 内、 加 足量 胶液 保持泡沫钻井液体系稳定 、 优化泵压和排量使钻进 时下 部钻具 总压 耗大 于 2 ． 5 MP a等 措施 ， 提 高 了脉 冲信 号传 输 效 率 ， 确 保 MWD采 集 到 的 井 下数 据 有 效地 传至地 面 ， 从 而实 现井 眼轨迹 的有 效控制 。 2 ． 3可循 环微泡 沫钻 井液体 系 钻井液 主要解 决 的技术 难题 是 上部 盐 层 安全 钻 井和 下部储 层 低 压 漏 失 。 因此 ， 必 须 合 理 设 计 全 井 的钻井 液体 系 。可循环 微泡 沫钻 井 液 中存 在 大量 微 气泡 ， 具有 较低 的静 液 柱 压 力 和高 黏 度 特性 的气 泡 的附加粘连 力等 特点 ， 具有 较强 的携液 能 力 ； 在裂 缝 和孔 隙通 道 中流 动 阻 力大 ， 可 以缓 解 或 阻 止漏 失 的 58 发 生 ， 达 到 保 护 油 气 层 和 实 现 安 全 钻 井 的 技 术 要 求 。 通过室内实验 ， 确定水平井的钻井液体系为 第 二次开钻采用饱和盐水钻井液体系 ， 第三次开钻采 用可循环泡沫钻井液体系， 以及加入 L C M 随钻堵漏 钻井 液 表 2 。 表 2水平井分段的钻井液体 系表 可循环 微泡 沫钻井 液配 方 3 膨 润 土 0 ． 2 烧 碱 0 ． 6 纯 碱 5 S MP 一 2 3 ％ S MC 0 ．8 PAC I V 重 晶 石 0 ． 0 8 D ME 0 ． 0 8 泡 沫 。 实验表 明 ， 泡沫钻 井液 能够 实 现 可循 环 性 ， 消 泡 时 间与 半 衰期 的长 短 无 关 ， 再 次 起 泡 时发 泡 剂 加量 基本 与加入 消 泡剂 的量相 同。该体 系还 具有 一 定 的 抗盐 和抗 油能力 。 2 ． 4低 密度高 强度水 泥 浆 固井技术 研 究 并 应 用 了低 密 度 高 强 度水 泥 浆 技 术 ， 筛 选 了增强剂 、 降失水剂 、 分散剂、 调凝剂等 ， 室内进行了 低密度高强度水泥浆配方研究 。试验证 明稠化、 失 水 、 强度 等性能 均满 足现 场施工 要 求 ， 密度 为 1 ． 2 g ／ c m。 水泥石 的强 度大 于 I 4 MP a 。 水平井 1 7 7 ． 8 mm套 管 固井技 术措 施 采用 饱 和 盐水 的水泥 浆体 系 ， 防止盐 膏 层 污染 水 泥浆 ； 优 化 扶正器组合 ， 尽量使套管居中； 优化井 眼轨迹 ， 尽量 降低该段 的造斜率 ； 采用双凝水泥浆体 系， 领浆为低 密 度水 泥浆 ， 尾 浆 为常规 抗盐 水泥 浆 。 2 ． 5含 硫化 氢 井的安全 钻 井工艺 技术 实 现安全 钻井 首先 要认 真 贯彻 落 实有 关 井 控 的 规 定和操 作规 程 ， 做 好一 级 和二 级井 控 ， 控 制 好钻 井 液 密度 实现 正 压 钻 井 ， 把 硫化 氢 控 制 在 井 筒 或产 层 内， 防止对人员、 设备和环境造成伤害； 其次是用碱式 碳酸锌对侵入钻井液中的硫化氢进行处理 ， 用烧碱中 和硫化氢 ， 用 缓蚀剂减缓硫 化氢对金属腐蚀 速率 。 A 井从 井 深 8 4 5 m 采 用 6 的 随钻 堵漏 钻井 液 实施 第 三 次 开 钻 ， 在 8 5 7 ． 5 m 进 人 中新 统 A 气 层 。 返 出 的 钻 屑具 有 强 烈硫 化 氢 的 气 味 ， 由于 应用 的 随 钻堵漏钻井液 中加入 了 0 ． 2 的硫化 氢清 除剂和 第2 9 卷第9 期 天然气工业 0 ． 3 9 ／ 6 的缓蚀 剂 ， 保持 钻 井 液 的 p H 值 在 1 1以上 ， 硫 化 氢 被 及 时 中和 与 沉 淀 ， 现 场 控 制 效 果 十 分 理 想 。 同时现场聘请 了国际专业化硫化氢 防护服务 队伍 ， 配 备 了齐全 的硫 化氢 的监 测 和应 急装 备 。 2 ． 6电潜 泵试 油技 术 针对伊 朗 M 特低压高含硫老 油气 田的特征及 钻 完井 情 况 ， 优 化 了 电潜 泵 试 油 设 计 。电 潜 泵 泵 型 QY B 一 1 3 0 ， 排 量 为 5 0 0 1 2 3 ．。 ／ d ， 扬 程 为 9 5 0 m， 最 佳 频 率 为 4 6 ～5 O Hz ， 长度 为 8 ． 7 8 1 3 q 。水 平 井管 柱结 构 扶正器 传感器 电机保护器吸入 口气体处 理器 电潜泵 单 流 阀 泄 油 阀 8 8 ． 9 mI r l 油管 。 3 特低 压 、 高 含硫 废 弃老 油 气 田二次 开发实现 了高产 3 ． 1 特 低压 、 高 含硫 油气 藏 微泡 沫 钻 完 井 配套 技 术 取得 成 功 特 低 压 、 高含 硫 油 气 藏 钻 完 井 配 套 技 术 现 场 成 功地 应 用 了 1 O口井 ， 其 中直井 3口 、 水 平 井 7口， 钻 完井成功率为 1 0 0 。钻井速度全面提高 ， 单井钻井 周期 缩短 4 ． 3 ～ 6 8 ． 4 表 3 。钻 井 成 本 大 幅 度 降低 ， 单 井投 资节 约 2 2 ～7 3 ％ 。 表 3 5口井钻 完井速度对 比表 嚣冀； 井号 一 0 A l u B C 一 G 。 鬟 井j 型 l l 爱 直井 直井 j井深瓣 。 1 1 9 0 1 0 8 4 钻井周期 d 5 0 4 2 4 缩短天数 d 。 1 1 ． 0。 。 5 _ 6 缩短比例≮ 1 9 ． 3 1 3 ． 直井 9 86 2 8 ．5 t 9 ． 5 6 8 ． 誊 水平井0水平井 1 3 0 5 1 3 0 6 4 色 2 3 1 ． 5 1． 8 I 3 ． 5 4 。 3 2 9 3 ． 2 特低 压 、 高含 硫油 气藏 电潜泵试 油 实现 了 高产 4口井采用 电潜泵试油投产技术获得高产 。A 直井试 油 获得 原 油 产量 为 6 3 ． 5 9 m。 ／ d ； 3口井水 平 井试 油获 原油 产量 均超 过 6 4 0 1 i 3 。 ／ d ， 是 直 井 的 1 O倍 以上 表 4 。 表 4 电潜泵试 油参 数与产量表 k llZ 2 p ／ F E H A 2 9 0 2．3 o | 1 ．5 3 6 4 3．8 8 7 4 0．8 6 6 7 0 ； 9 l 6 3。 59 4 结论 1 在伊朗特低压 、 高含硫 老油气 田成功地应用 了微 泡 沫 钻 完 井 技 术 和 电潜 泵 试 油 配 套技 术 ， 取 得 了丰 硕 的成 果 ， 主 要 包 括 建 立 了地 层 3压 力 剖 面 ， 优 化 了 直井 和水 平 井 的井 身 结 构 ； 采 用 了可 循 环 微 泡沫钻井液体 系， 在伊 朗特低压 、 高含硫的储层首次 安全 钻 成水 平井 。 2 可循 环 微 泡 沫 钻井 液对 于 M 油气 田异 常 低 压碳 酸盐岩油层具有 良好 的防漏效果 ， 有效地提高 了钻 井速度和钻井 成功率 ， 有利于保 护油气层和提 高单 井 产量 。 3 通过 调 节 可 循 环 微 泡 沫 钻 井 液 性 能 、 优 化 泵 压和排量参数 ， 有效地解决 了定 向过程 的 MWD的 信号传输 问题 ， 为相似特低压油气藏情况下水平井 钻井提供了宝贵经验。 4 利用 抗 盐双 密度 水 泥浆 成 功 地解 决 了盐 膏层 段 的 固井 问 题 。采 用 1 ． 1 8 ～ 1 ． 2 2 g ／ c m。的超 低 密 度高强度水泥浆体系 ， 成功地解决 了特低压的裂缝 性油气藏的尾管悬挂固井难题 。 5 采用 微 泡沫 钻 井 技 术 成 功 钻完 3口直 井 和 7 口水 平 井 ， 3口水 平 井 电潜 泵试 油 取得 了高 产 ， 为伊 朗低压 、 高含硫 废弃老油 气 田二 次开发 ， 实现年产 1 2 5 1 0 t 的 目标提供了钻采工程技术保障。 参 考 文 献 [ 1 ]赵福 ， 王平全 ， 李旭． 微泡沫钻井液 Ap h r o n最新进展[ J ] ． 钻 采工艺 ， 2 0 0 8 ， 3 1 1 1 2 3 1 2 4 ． [ 2 ]王德坤， 申威 ， 刘J I J 生 ， 等． 伊朗 TAB NAK区块的钻井与 固井技 术E J ] ． 天然气工业 ， 2 0 0 7 ， 2 7 3 6 3 6 5 ． [ 3 ]申威． 空气／ 泡沫钻井技术在伊 朗 l 9 2项 目的应 用[ J ] ． 钻 采工 艺 ， 2 8 4 3 1 ～ 3 4 ． E 4 ]匡立新 ， 李涛 ， 张艳梅 ， 等． 负脉 冲 MWD的原理及其在 可 泡 沫钻 井液 中的应用 E J ] ． 石油天然气学 报 ， 2 0 0 8 ， 3 0 1 362 26 3． [ 5 ]曾时田． 高含硫 气 田钻井 、 完井 主要难点及对策 [ J - I ． 天 然 气 工 业 ， 2 0 0 8 ， 2 8 4 5 2 5 5 ． E 6 ]王 霞 ， 钟水清 ， 马发 明， 等． 含硫气井 钻井 过程 中的腐蚀 因 素 与防护研究E J ] ． 天然气 工业 ， 2 0 0 6 ， 2 6 9 8 0 8 4 ． 收稿 日期 2 0 0 9 0 6 1 9 编辑钟水清 5 9 _ 一 。 蜘 j 弘 1 i 9 v 跨 “ 加 。 加 ∞ ∞ ∞。 ∞ 誓