柴达木盆地台南气田优快钻井技术.pdf

第 3 2卷 第 3期 2 0 1 0年 5月 石 油 钻 采 工 艺 0I L DRI LLI NG PRODUCTI ON TECHNOLOGY V0 1 ． 3 2 No． 3 Ma v 201 0 文章编号1 0 0 07 3 9 3 2 0 1 0 0 3 0 1 0 30 4 柴 达木盆 地 台南气 田优快 钻 井技术 石 李 保 耿 东士 于 文 华 段保 平 陶 冶 中国石油勘探 开发研究院工程技术研 究所 ， 北京1 0 0 0 8 3 摘要台南气田储气层埋藏浅， 气层 多且薄， 成岩性差， 结构疏松 ， 钻井过程中经常出现严重的卡、 塌、 漏、 喷等钻井复杂事 故。通过分析研究， 形成了包括井身结构优化设计、 防漏堵漏技术、 盐水聚合物钻井液体 系优选、 钻井工艺措施优化、 固井技术 等 5项台南气田优快钻井综合配套技术， 钻井速度大幅提 高。与 2 0 0 7年相比， 2 0 0 8年直井平均完井周期缩短 了4 0 ．4 3 ％， 水平 井平均 完井周期 缩短 了 4 5 ． 5 l ％， 节约钻 井成本 1 2 3 7 6 ． 3 5万元 ， 满足 了台南气田优 快钻 井需要 。 关键词台南气田；优快钻井 ； 盐水钻井液；固井 ；防漏 中图分类号 T E 2 4 2 文献标识码 B S y s t e ma t i c o p t i mi z e d d r i l l i n g t e c h n o l o g i e s i n T a i n a n g a s fi e l d ， Qa i d a m Ba s i n S H I L i b a 0 ， G E NG D o n g s h i ， Y U We n h u a ， D U A N B a 0 p i n g ， T A O Y e De p a r t me n t o f W e l l C o n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g ， R e s e a r c h I n s t i t u t e o f P e t r o l e u m E x p l o r a t i o n＆De v e l o p me n t ， B e ij i n g 1 0 0 0 8 3 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e r e a r e a g r e a t n u mb e r o f g a s b e a r i n g r e s e r v o i r s a r e b u r i e d s h a l l o wl y i n T a i n a n g a s fie l d ． T h e y a r e mo s t l y t h i n a n d h a v e p o o r d i a g e n e t i c g r a d e a n d l o o s e s t r u c t u r e ． Ac c i d e n t s l i k e s t i c k i n g ， c o l l a p s e ， l e a k ， a n d b l o wo u t o f t e n O c c u r d u r i n g d r i l l i n g ． T h r o u g h a n a l y s i s ， fi v e s y s t e ma t i c o p t i mi z e d d r i l l i n g t e c h n o l o g i e s a r e d e v e l o p e d ， i ． e ． o p t i ma l d e s i g n o f c a s i n g p r o g r a m， l e a k r e s i s t a n c e a n d p l u g g i n g t e c h n o l o g y , s e l e c t i o n o f s a l t ／ p o l y me r d r i l l i n g fl u i d s y s t e ms ， o p t i m i z a t i o n o f d r i l l i n g t e c h n o l o g i e s ， c e me n t i n g t e c h n o l o g i e s ． S o d r i l l i n g s p e e d i s i n c r e a s e r e ma r k a b l y ． Th e a v e r a g e p e r i o d o f v e r t i c a l we l l c o mp l e t i o n i n 2 0 0 8 wa s s h o r t e n e d b y 4 0 ． 4 3 ％ a s c o mp a r e d wi t h t h a t o f 2 0 0 7 ， wh i l e t h e a v e r a g e p e r i o d o f h o r i z o n t a l we l l c o mp l e t i o n wa s s h o rte d b y 4 5 ． 5 1 ％ ， a n d 1 2 3 ． 7 6 3 5 m i l l i o n y u a n o fd r i l l i n g c o s t wa s s a v e d ． T h e s y s t e ma t i c t e c h n o l g i e s me e t t h e r e q u i r e me n t o f o p t i mi z e d d r i l l i n g i n T a i n a n g a s fi e l d ． Ke y wo r d s T a i n a n g a s fi e l d ； o p t i mi z e d d r i l l i n g ； s a l t wa t e r d r i l l i n g fl u i d ； c e me n t i n g ； l e a k r e s i s t a n c e 台南构造是青海省柴达木盆地东部 湖坳 陷区 第 四系湖相生气 区中央 凹陷带 内的一个三级构造 ， 位于柴达木盆地东部。台南气 田钻井存在严重的卡 、 塌 、 漏 、 喷等钻井复杂事故 ， 青海油 田曾针对这些 问 题进行了研究 ， 但效果不理想 。1 9 8 7 2 0 0 7年 ， 台南 气 田累计钻井 5 8口， 平均井深 1 7 8 6 m， 平均完井周 期 4 4 d 。为进一步提高钻井速度 ， 加快 台南气 田产 能建设 ， 2 0 0 8年 ， 在前期研究 的基 础上 ， 开展 了新一 轮台南气 田优快钻井技术研究。 1 地质特点与施工难点分析 An a l y s i s o f g e o l o g i c c h a r a c t e r i s t i c s a n d 0 p- e r a t i o n d i f fi c u l t i e s 气 田自上而下钻遇地层为第四系的盐桥组 Q ～ 达布逊组 Q ～察尔汗组 Q ～涩北组 Q 和 上第三系的狮子沟组 N2 3 ， 主力生气层组 为涩北组 中上 段 ， 埋 深 8 3 4 ． 2 ～ 1 7 3 8 ． 2／ lq ， 地 层 压 力 1 0 ． 1 2 0 ． 4 MP a ， 单层厚度 3 ～ 6 1T I ， 高部位台南 5 井有效累积厚 作者简介 石李保， 1 9 7 6 年生。1 9 9 9 年毕业于石油大学 华东 石油工程 系， 长期从事石油钻 井现场技术支持 与科研工作。电话 0 1 0 8 3 5 93 08 8 。 1 0 4 石油钻采工艺 2 0 1 0年 5月 第 3 2卷 第 3期 度 1 9 0 ． 1 m。气 田划分为 5 个气层组， 2 1 个单元 ， 5 4 个气层。构造高部位在 1 2 6 2 ～ 1 2 8 6 m存 在漏层 ， 本 组地层岩性 以灰色、 深灰色泥岩为主 ， 粉砂岩 、 泥质 粉砂岩次之 ， 呈频繁问互的不等厚互层 ， 夹有细砂岩 和钙质泥岩 ， 偶见 以石英 、 长石为核心的鲕粒砂岩。 钻井过程中存在的主要问题有 1 泥岩吸水膨胀缩径 ， 遇阻及卡钻频繁。气 田 地层 以泥岩为主 ， 成岩性差 ， 地层疏松 ， 地层水化分 散强烈 ， 造浆严重 ， 岩屑黏附力强 ， 井眼易形成 “ 假 滤饼 ” 、 “ 假缩径 ” 。钻井过程 中， 几乎每 口井都出现 程度不 同的起钻遇卡 、 下钻遇阻情况。电测遇阻十 分严重 ， 完井电测遇阻率达到 5 4 ％。 2 气层 段长 ， 井 控压 力大。台南气 田自井深 1 2 1 m开始出现气测异常， 综合解释最浅的气层位于 3 9 7 ． 6 m， 主力气层分布在 8 3 0 ～ 1 7 4 0 m井段 ， 平均气 层厚度 4 ． 2 m， 气水间互 ， 关系较为复杂。截至 2 0 0 7 年 ， 台南共钻井 5 8口， 4口井钻井过程 中发生井喷 其 中 3口井报废 ， 台 H 6 ． 1 、 台 6 ． 7井表层套管 固井 ， 候 凝过程 中套管外窜出气 、 水 ， 导致报废。 3 井 漏 问 题 突 出。 台南 地 区 钻 井 过 程 中， 5 8口井 有 2 3口井发 生 过 井漏 ， 漏 失 集 中于井 深 1 2 6 2 ～ 1 2 8 6 m泥质灰岩 裂缝 段。2 0 0 7年 1 0口井井 漏失返 ， 4口井 采用 注水泥堵 漏 ， 堵 漏损 失时 间达 2 9． 9 d。 4 固井困难 ， 固井质量难以保证。台南地区为 盐渍岩土强烈发育地区， 地层易溶盐含量普遍较高。 水泥浆在候凝 的初期密度接近于水 的密度 ， 造成液 柱压力下 降；候凝期 间大量失水 ， 溶解地层盐从而 在水泥环与地层 问形成微空隙， 使地层流体侵入井 筒 ， 从而造成 固井质量难 以保证 和井下不安全因素 的存在 ， 有多口井 因管外窜井喷导致报废 。2 0 0 7年 ， 台南气 田固井 3 9口， 对其 中 1 8口井固井声 幅测井 资料进行分析， 只有 2口井表层套管固井基本合格。 2 钻井技术对策 T e c hn o l o g i c a l s o l u t i o n s t o d r i l l i n g 2 ． 1 井身结构优化设计 Op t i ma l de s i g n o f c a s i n g pr o g r a m 对 台南地区地质特点及历年钻井情况进行分析 研究， 该气田地层属于正常压力体系， 优化简化井身 结构十分可行。 根据台南气 田地层压力数据， 首先对水平井井身 结构进行简化 ， 之后采取减小套管尺寸 、 调整套管下 深等方案对生产井井身结构进行合理优化 见表 1 o 表 1 台南气田水平井井身结构及套管程序 T a b l e 1 Ca s i n g p r o g r a m o f h o r i z o n t a l we l l s i n T a i n a n g a s fi e l d 注将原悬挂 01 7 7 ． 8 mm套管 01 3 9 ． 7 mm 筛管完井方式改为 O1 3 9 ． 7 mm套管 O1 3 9 ． 7 mm筛管完井方式。 在考 虑到 井控 安全 的前 提下 ， 对直 井井 身结 构进行了合理优化， 将原 0 1 7 7 ． 8 m m套管优化为 0 1 3 9 ． 7 m m套管， 增大了套管环空截面积， 相应的固 井水泥环厚度增大， 从而提高了固井质量 。 2 ． 2 盐水聚合物钻井液体 系 Sa l t ／ po l yme r dr fl Hn g fl ui d s y s t e ms 通过对台南地层水样、 岩心分析， 经过大量室内 试验优选 出适合台南气 田钻井的盐水聚合物钻井液 体系。 1 采用涩北 1 号 、 2号气 田污水配制的钻井液 配方 。 直井 3 ％～ 5 ％ 膨润土 0 ． 5 ％～ 1 ％B ． 2 2 1 ％～ 2 ％ C MS I ． 5 ％～ 2 ． 5 ％J S 一 6 9 1 ． 5 ％～ 3 ％RS ． 1 x l ％～ 2 ％ 广 谱钻井剂 2 ％～ 4 ％乳化沥青 1 5 ％K C l 重 晶石。 水 平 井 3 ％～ 5 ％ 膨 润 土 0 ． 5 ％～ 1 ％B ． 2 2 1 ％～ 2 ％CM S 1 ． 5 ％～ 2 ． 5 ％J S 一 6 9 1 ． 5 ％～ 3 ％RS l l ％～ 2 ％ 广 谱 钻 井 剂 2 ％～ 4 ％石 墨 润 滑 剂 2 ％～ 4 ％ 液 体 极 压润 滑剂 4 ％～ 6 ％ 乳化 沥青 或 5 ％～ 8 ％ 原油 1 5 ％KC l 重晶石。 2 采用高矿化度地表水 3 01 0 mg ／ L以上 石李保等 柴达木盆地 台南气田优快钻 井技术 1 0 5 配制的钻井液配方 。 直 井 3 t 5 ％ 膨 润 土 0 ． 5 ％～ 1 ％B一 2 2 l ％ 2 ％ C MS I ． 5 ％～ 2 ． 5 ％J S 一 6 9 1 ． 5 ％～ 3 ％R S 一 1 1 ％～ 2 ％广谱 钻井剂 2 ％ ％ 乳化沥青 重晶石 。 水 平 井 3 o／ 5 ％ 膨 润 土 0 ． 5 ％～ 1 ％B 一 2 2 1 ％～ 2％ CM SI ． 5 ％ ～2． 5 ％ J S一 6 9 1 ． 5 ％ ～3 ％ RS l 1 ％ ～2％ 广谱 钻井剂 2 ％ 4 ％石 墨润滑剂 2 ％ 4 ％ 液体极 压润滑剂 4 t 6 ％ 乳化沥青 或 5 ％～ 8 ％原油 重 晶石 。 2 ． 3 优化防漏堵漏技术 Opt i m i z a t i on of l e ak r e s i s t a nc e a nd pl u gg i ng t e c hn o l o g i e s 台南气 田井漏多集中在 1 2 6 2 ～ 1 2 8 6 m 的泥质灰 岩裂缝段 ， 针对该层位的漏失 ， 形成了一套防漏堵漏 技术 ， 使得该地区钻井井漏 问题得 到了很好 的控制 ， 取得 良好的经济效益 。 钻开漏层前 ， 配备 6 0 I n 3 随钻堵漏浆 配方 钻 井 液 2 ％F D一 1 3 ％F D一 2 5 ％F D一 3 ， 密度 1 ． 3 8 ～ 1 ． 4 4 g ／ c n l 3 ， 黏度 4 0 ～ 5 5 s ； 钻进至漏层 以上 1 0 m停钻， 大排量循 环 2周 以上洗井 ， 保证井 眼清 洁；循环结 束后 ， 短起钻至套管鞋处 ， 循环一周 ， 下钻至井底 ， 以 此修复缩径井段 ， 确保井眼通畅。 进入漏 层后 ， 及 时改用 随钻堵 漏浆进行 钻进 ； 严密监视 出 口钻井 液排量 ， 及时确定漏失情况 ；控 制机械钻速 ， 以防钻井液 中岩屑含量过高使 当量循 环钻井液密度增高 压漏地层 ；发生漏失 时， 停止使 用 固控设备 ， 确保钻井液中堵漏材料 的含量 ， 同时配 制高浓度堵漏钻井液 ；发生井漏失返 时， 停止钻进 ， 注入高浓度堵漏钻井液静止堵漏 ；漏层段提放钻具 严格控制速度 ， 防止压力激动造成漏失。 2 ． 4 优化钻井工艺 Op t i mi z a tio n o f d r i l l i n g t e c h n o l o g i es 台南气 田构造平缓 ， 地层倾角仅 1 ～ 3 。 ， 不存在井 斜问题 ， 第 四系地层弱成岩 ， 胶结疏松 ， 可钻性好 ， 采 用牙轮钻头 ， 平均机械钻速可达到 3 0 m／ h 。2 0 0 7年 ， 因顾虑快打后气侵和起钻遇阻问题 ， 采取 了控制机 械钻速不超过 1 5 m／ h和加密短起下钻预防缩径的措 施 ， 制约了机械钻速 的提高 。2 0 0 8 年 ， 对钻井工艺措 施进行 了优化。 1 胱 化钻具组合 。 采用简易扩眼器和螺旋钻铤 ， 预防缩径阻卡。 2 优化钻井参数。加大钻压 ， 放开钻速 ； O3 1 1 mm 以上井眼双泵钻进 ， 排量 5 0 - 4 5 0 L ／ s ， O 2 1 5 ． 9 n l l n 井眼单泵钻进 ， 排量 3 0 L ／ s 以上 ， 防止虚滤饼缩径 ； 转盘转速提高到 1 0 0 r ／ mi n以上 ， 加强对井壁的二次 修复。 3 水平井实施 “ 一趟钻 ” 措施 。采用螺杆钻具 MWD随钻测量 工具 ， 实施造斜一增斜一水平段采 用一趟钻完成 。 2 ． 5 优选固井水泥浆体 系 Op t i mi z a ti o n a n d s e l e c t i o n o f c e me n t s l u r r y s y s - t e m s 台南气 田地层疏松 ， 气层段长 ， 地层含盐量高。固 井过程中， 一是高密度 的水泥浆容易压漏地层， 造成 固井质量不合格 ， 二是水泥浆在候凝期间滤失水溶解 地层盐， 造成水泥石 与地层间形成空隙， 从而影响了 固井质量。根据实际情况 ， 对不同套管固井采取相应 技术措施 ， 取得 了很好的效果 ， 固井质量合格率 1 0 0 ％。 1 表层套管采用抗盐防窜防漏水泥浆体系 ， 配 方 1 ． 5 ％T W一 2 0 0 S 0 ． 6 ％S XY - 2 1 ． 5 ％KQ A 0 ． 1 ％ 2 0 0X。 2 技术套管采用双凝水泥浆体系， 0 1 5 0 m井段 配 方 1 ． 5 ％T W- 2 0 0 S 0 ． 6 ％S XY - 2 I ． 5 ％K Q A 0 ． 1 ％ T W- 2 0 0 X；1 5 0 m～设 计 井 深 配 方 1 ． 5 ％T W- 2 0 0 s 0 ． 6 ％S X Y - 2 1 ． 5 ％KQ - A 1 ． O ％M一 1 9 S 0 ． I ％T W- 2 0 0 X。 3 生 产 套 管 采 用 纤 维 膨 胀 水 泥 浆 体 系， 配 方 1 ． 8 ％M一 8 3 S 0 ． 5 ％S XY 2 ％F 一 2 7 A 3 ％F 一 1 7 A 0． 4％M 一 6l L0． 1 ％ TW - 20 0 X 。 3 取得的主要成果 Ma i n r e s u l t s 1 钻井速度大幅度提高。2 0 0 8年 台南气 田共 实施优快钻井 7 6口， 直井平均完井周期 l 7 ． 1 8 d ， 比 2 0 0 7年缩短了 4 0 ． 4 3 ％， 水平井平均完井周期 2 8 ． 2 d ， 比2 0 0 7年缩短了 4 5 ． 5 1 ％。 2 井壁缩径明显改善 ， 电测遇阻率大幅度减少。 电测一次成功率由原来 的 6 5 ． 8 ％提高到 8 0 ． 3 ％。 3 通过井身结构优化 ， 节约钻井成本 1 2 3 7 6 ． 3 5 万 元 。 4 防漏堵漏取得初步成效 。单井漏失率由 3 5 ％ 降低到 2 5 ％， 平均漏失量由 1 5 5 m 减少到 1 0 5 m 。 5 固井质量合格率达到 1 0 0 ％。 4 认识 与建议 Re c o g n i t i o n s a nd s u g g e s t i o m 1 台南气 田优快钻井配套技术 的成功应用 ， 为 1 0 6 石油钻采工艺2 0 1 0 年 5月 第3 2 卷 第 3 期 辽河沈阳采油厂引进直线电机无杆采油技术 截至 5月 1 9日， 辽河油田沈 阳采油厂前 2 7 4 1 井实施井下直线 电机 无杆采油技 术后 ， 已平稳 生产 l 1 d ， 累计产液 5 6 0 t ， 生产原油 1 2 ． 1 t 。 井下直线电机无杆采油技术是取 消传统抽 油机 的抽 油杆 ， 将直线电机下到柱塞泵下， 通过 电机推动 柱塞运动， 将原油举升至地面。相 比以往 内衬 油管 及注塑抽 油杆 防偏磨 的方法， 该技术能从根本上杜 绝油井偏磨现象的发生。 随着油田开发深入 ， 油井含水逐渐升高， 抽油机 井偏磨现象 日益严重 ， 严重影响油井产量。为此 ， 采 油厂科研人 员深入研 究偏磨机理 ， 引用井下直线电 机无杆采油技 术。这个厂将根据油 井偏磨 台账 ， 逐 步推广这项技术， 为 “ 保百万吨规模 、 建 高效采油厂” 工作 目标的顺利实现奠定了基础。 供稿李立