大港小集油田钻井提速提效问题探讨.pdf

第 3 2卷 增刊 2 0 1 0年 1 1月 石 油 钻 采 工 艺 0I L DRI LLI NG PR0DUCTI ON TECHN0L OGY Vo 1 ． 3 2 S u p． NO V ．2 01 0 文章编号 1 0 0 0 7 3 9 3 2 0 1 0 S O 一0 0 6 6 0 3 大港 小集油 田钻 井提速提效 问题 探讨 赵 虹 张永忠 泰建民 罗 沽 于 琛 孙亚珍 渤海钻探 工程技术研 究院 大港分院钻井 中心 ， 天津大港3 0 0 2 8 0 摘要大港小集油田目的层埋藏深、 井身结构复杂， 沙河街地层含有泥岩和油页岩， 易坍塌掉块， 该地区孔一段存在大段石 膏层， 实钻中易发生各种事故复杂， 钻头选型不合理， 严重影响了钻井周期， 钻井液体系选择不合理， 引发了事故复杂较多等突 出问题， 针对存在的问题， 通过简化井身结构、 进行地层可钻性分析、 优选个性化 P DC钻头， 优选钻井液体系等措施 ， 在现场施 工过程 中取得 了较好的效果， 节约成本 3 8 6 ． 5万元， 缩短钻井周期 1 4 ． 4 5 ％～ 1 9 ． 0 2 ％， 提 高机械钻速 9 ． 8 2 ％～ 1 5 ． 3 3 ％。 关键词 大港小集油田 ；石膏层 ；钻井速度 ；个性化 P D C钻头 中图分类号 T E 2 4 2 文献标识码 A S t u d y o n i mp r o v e me n t o f d r i l l i n g r a t e a n d e ffic i e n c y i n Xi a o j i o i l fi e l d Z H A O H 0 n g ， Z H A N G Y o n g z h o n g ， T A I J i a n mi n ， L U O J i e ， Y U C h e n ， S U N Y a z h e n Dr i l l i n g C e n t e r o f B o h a i S e a Dr i l l i n g E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y R e s e a r c h I n s t i t u t e ⋯一 Da g a n g B r a n c h ， Da g a n g 3 0 0 2 8 0 ， C h i n a Ab s t r a c t Xi a o j i e o i l fi e l d i n D a g a n g r e g i o n p r e s e n t s s u c h f e a t u r e s a s d e e p b u r i a l o f i n t e n d e d z o n e a n d c o mp l e x h o l e g e o me t r y ． A n d wi t h i n s o me i n t e r v a l s ， c l a y s t o n e ， o i l s h a l e o r g y p r o c k s c a t t e r s a b o u t ， c a u s i n g v a ryi n g i n c i d e n t s i n d r i l l i n g j o b s ． I n a d d i t i o n ， i n c o n s i s t e n t s e l e c t i o n o f b i t t y p e a n d d r i l l i n g fl u i d s y s t e m i n fl u e n c e s n e g a t i v e l y d r i l l i n g c y c l e a n d g e n e r a l l y r e s u l t s i n c o mp l e x i n c i d e n t s ． Ai mi n g a t s u c h p r o b l e ms ， h o l e g e o me t ry s i mp l i fi c a t i o n ， f o r m a t i o n d r i l l a b i l i t y a n a l y s i s a n d o p t i mi z a t i o n o f i n d i v i d u a l i z e d P DC b i t a s we l l a s d r i l l i n g flu i d s y s t e m a r e i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r ． I n fi e l d c o n d u c t ， o p e r a t i o n c o s t i s d e c r e a s e d b y RM B 3 ， 8 6 5 ， 2 5 3 ． 5 6 ， d r i l l i n g c y c l e i s c u t b y 1 4． 45 t o 1 9． 0 2 p e r c e nt a ge p oi nt a n d r a t e ofpe ne t r a t e i s r a i s e d b y 9． 8 2 t o l 5．33 pe r c e n t ． Ke y wo r d s Xi a o j i o i l fi e l d i n D a g a n g r e g i o n ； g y p r o c k s t r a t u m； d r i l l i n g r a t e ； i n d i v i d u a l i z e d P D C b i t 通过对大港小集油 田 2 0 0 8年完钻的 2 5口井数 据进行统计 ， 平均完钻井深 3 3 6 3 ． 8 8 m， 平均机械钻 速为 1 4 ． 2 2 m／ h ， 平均钻井周期为 2 4 ． 8 4 d 。事故共损 失时间 8 9 0 ． 2 h ， 占钻井 总时间的 4 ． 7 7 ％。因此减少 事故复杂率 ， 并形成适 合小集油 川综合配套 的钻井 技术 ， 对提高该油 区的钻井速度尤为重要。 1 大港小集油田影响钻井速度的难点分析 1 ． 1 目的层深 ， 井身结构复杂 小集地区井一般 目的层为孔一段， 垂深 3 2 0 0 m 以上， 一些井斜深达 3 7 0 0 m左右。该地区完钻的井 均为三开井身结构 ， 影响 _『 钻井速度和钻井周期 。 1 ． 2 地层 岩性 复杂 小集地 区沙河街地层含有泥岩和油页岩 ， 易坍 塌掉块 ， 孔一段含有 大段石膏层易发生石膏侵 ， 因此 施T 中极易发生各种复杂事故， 制约了钻井速度的 提高。 1 ． 3 钻 具组 合不 合理 该地区孔～段顶部存在石膏层， 实钻过程中发 生井斜 、 方 位变化 ， 使用 的钟摆钻具无法进行纠斜 ， 需频繁起下钻进行处理 ， 延长了钻井周期 。 1 ． 4 钻井液体 系选择不合理 孔 一 段 存 在 石 膏 层 ， 这 些 地 区 石 膏 层 厚 度 1 0 0 ～ 2 0 0 m不等 ， 而所采用 的钻 井液体系全部是淡 作者简介 赵虹， 1 9 7 1 年生。1 9 9 0 年毕业于天津市大港石油学校钻井工程专业， 2 0 0 8 年长江大学石油工程专业毕业， 同年在华东石油学 院石 油工程专业就读本科。 电话 0 2 2 2 5 9 2 5 3 2 0 ， 】 3 8 2 1 0 1 0 3 1 4， E ma i l Z h a o Ho n g 7 1 0 2 1 5 1 6 3 ． c o rn。 赵虹等 大港小集油田钻井提速提效问题探讨 6 7 水钻井液 ， 抗钙 能力差 ， 穿完石膏层后 ， 由于钙离子 污染， 使钻井液失水增大， 滤饼虚厚， 在上部地层容 易形成虚滤饼 ， 而且钻完石膏层后就进入 目的层 ， 很 快就完钻 ， 上部地层形成 的虚滤饼不能很好地清除， 在下钻或下套管过程 中， 虚滤饼 的存在极易造成 事 故 的发生 ， 影响了钻井速度 。 1 ． 5 钻头选型不合理 该地 区钻头使用 的种类较多 ， 但 没有针对地层 的可钻性和地层类别进行合理地选择钻头 ， 有 的井 频繁地起下钻换钻头 ， 这样就直接影响了钻井速度 和钻井周期。 2 提速的主要技术措施 1 开展地层压力预测研究与应用 ， 采用灵活 的 井身结构 ， 提高钻井速度 。通过对 小集地区 3个断 块地层压力的预测 ， 该区块地层压力 系统 比较稳定 ， 压力 系数 一般在 1 ． 0左右 ， 钻井液 密度在 1 ． 2 8 ～ 1 ． 3 2 g ／ c m 即可平衡地层 压力。为确保钻下部地层 时较 高密度钻井液产生的液柱压力不会压裂上一层套管 鞋处薄弱的裸露地层 ， 井 内钻井液液柱压力 和地层 压力之间的压差 ， 不会产生压差卡套管事故 ， 需将井 身结构由三开井身结构优化为为二开井身结构。由 于小集地区油藏较深 ， 而且地层岩性 比较复杂 ， 沙河 街有易塌 的大段泥岩和页岩 ， 孑 L 一段有易缩颈 的石 膏层 ， 存在不确定 因素 ， 因此二开 的井身结构要 留有 余地。井身结构优化结果见表 1 。 表 1 二开井身结构数据 对于直井或深定 向普通开发井采用浅表层 的二 开井身结构 ， 预留一层套管 ， 以备发生异常时采取补 救措施 。对 于浅定 向或五段制较复杂剖面井 ， 采用 打 3 0 m导管 ， 表层封过第 1 个造斜段 的井身结构 ， 以降低二开井的施 工难度 。同时考虑安全 因素 ， 采 用预留一层套管的井身结构 ， 见表 2 。 表2 二开井身结构数据 该地 区对于大斜度井 、 高造斜率定 向井 ， 探井或 评价井 ， 为了确保施工安全 ， 采用三开井 身结构 ， 见 表 3 。 表 3 三开井身结构数据 2 优化钻具组合 ， 采用 了马达 MWD完成定 向 、 稳斜 、 降斜井段 ， 提高 了钻速。定 向造斜至完钻 采用 P D C钻头 马达 MWD进行钻进 ， 同时在钻 具组合方面 ， 尽量简化钻具组合 ， 少下钻铤 。在定向 时活动钻具 ， 防止卡钻 ， 有石膏层 的层位 ， 方位容 易 漂移 ， 施工中加密 MWD测斜 ， 保证井下安全的同时 尽量缩短时间。造斜完成后直接采用马达追加完稳 斜井段 ， 节约了时间 ， 确保中靶 。 3 进行岩石 可钻性分析， 优选高效钻头 ， 提高 钻井速度。通过岩石可钻性研 究得 出， 该地 区明化 镇 、 馆陶组地层类别分别为二 、 三级软地层和 四级软 地层 ， 2 0 0 8 年 明化镇组底部 、 馆陶组地层主要使用了 H A T 1 2 7和 GY 5 1 7 钻头 ， 平均机械钻速为 1 1 ． 8 0 m／ h 。 2 0 0 9年针对该地层特点 ， 优选 了 K M一 2 4 3ⅡL新 型 钻头， 该型号钻头适合软至中等硬度地层使用， 并且 具有螺旋保径设计作用 ；灵活多变水力结构；高稳 定性布齿方案 ；高抗 冲击刀翼 、 攻 击性 更强 的切削 齿角度等特点 。 小集 地 区完 钻层 位 均在 孔一 段 ， 通过 对该 地 层进行 可钻性研 究得 出， 地 层类别 为 6级 中地层 。 2 0 0 8年 该 段 使 用 了 T 5 5 4 5 S H、 K M2 2 6 、 MD9 5 3 5 、 S KH 4 3 7等多种型号的 P DC钻头 ， 种 类较 多， 对该地层 的钻 头选型没有 针对性。 2 0 0 9年针对该地层 的特点 ， 优选 了 T 5 5 4 5 S H钻头 ， 该型号钻头适合 软至 中等硬度地层钻进 ， 并且具有 非对称螺旋刀翼及螺旋保径设计 ， 可增加钻头T作 的稳定性 ；具有复合保径低扭矩设计 ， 可提高钻进 效率 。还具有井底流场模拟 C F D 水力平衡设计， 有利于钻头清洗冷却和排屑；适用于砂岩 、 泥岩 、 石 膏地层。 4 优化钻井液体系。针对小集地 区的地层特 点 ， 优选 了钻井液体系。该地 区馆 陶组及 以上地层 普遍松软， 钻进时容易出现缩径和钻头 、 扶正器泥包 现象， 起下钻时有阻卡发生。上部地层优化使用了 低粘切的聚合物钻井液体 系 ， 具有较好的抑制性 ， 对 钻屑有包被作用 ， 并具有较强的稳定作用 ， 该体系较 6 8 石油钻采工艺 2 0 1 0年 1 1月 第 3 2卷 增刊 好地提高明化镇组和馆陶组的钻井速度。 该地区孔一段顶部存在石膏层 ， 钻进中易出现钙 侵现象， 优选了有机磷酸盐材料来代替纯碱， 并配合 稀释剂维持钻井液性能稳定 ， 可有效预防石膏侵 ， 从 而保证井壁稳定 。为了防止出现各类事故复杂 ， 下部 地层优选 了抑制性钻井液体系。该体系抗盐污染能 力强。不但可用 于一般环境和地层条件下 的钻井施 工， 而且能够用于钻一些特殊岩性， 如石膏层 、 盐层 、 高矿化度盐水地层的施T ， 抑制性钻井液在此具有其 他体系无法替代的优势。 3 效果分析 1 通 过 对 钻 头 的优 化 ， 实现 了 KM2 4 3 ．ⅡL P DC钻头钻穿馆陶组一趟钻技术 ， 与2 0 0 8 年相 比， 优化 的 K M2 4 3 一ⅡL P DC钻头单 只进 尺达到 9 6 0 ． 6 m， 平均机械钻速达到 2 3 ． 8 3 m／ h ， 单只钻头进尺提高 2 7 0 ． 1 2 ％， 平均机械钻速提 高 1 0 1 ． 9 6 ％， 为单井 及该 地 区提速起到了积极的作用 ， 积累了经验。 2 2 0 0 9年小 l 0 2 0断块 比 2 0 0 8 年平均机械钻 速提高了 1 5 ．3 3 ％， 钻井周期降低了 1 9 ．0 2 ％； 2 0 0 9 年 官 1 6 1 断块 比 2 0 0 8年平均机械钻速提高 了 9 ． 8 2 ％， 钻井周期降低 了 1 4 ． 4 5 ％。2 0 0 9年小集地 区事故损 失时问减少了 6 5 3 ． 0 3 h 。 3 2 0 0 8年馆 陶组以下采用的是硅基 防塌钻井 液体系 ， 2 0 0 9年优化为抑制性钻井液体系， 该体系在 小集地区使用不但能满足安全施工 的需要 ， 减少事 故 的发生率 ， 而且大幅度地减低 了钻井成本 ， 平均单 井成本降低了 1 4 ． 0 9 ％。 2 0 0 9年与 2 0 0 8年实施 井对 比， 2 0 0 9年套管 总 体节约成本 3 8 6 ． 5万元 。 4 结论与建议 4 ． 1 结论 1 针对小集地 区完钻井分析和压力预测研究 ， 优化出适合于该地区的井身结构， 减少了中间套管 的下人深度 ， 节约了套管成本。 2 优化 了适合小集地 区的井眼轨迹 ， 除地质要 求与防碰需要外 ， 均优化为 i段制剖 面， 解决了五段 制剖面钻井周期长 ， 机械钻速慢的问题。2 0 0 9 年官 1 6 1 断块和小 1 0 2 0断块的指标与 2 0 0 8 年指标对 比， 提高了机械钻速， 缩短了钻井周期。 3 优化 了从 定 向到完 钻 采用 P DC钻头 马 达 MWD的钻具 组合方式 ， 2 0 0 9年官 1 6 1 断块 、 小 l 0 2 0断块 、 官 2 8断块指标与 2 0 0 8年指标对 比， 分 别提高了机械钻速。该组合 的应用对小集地 区提高 机械钻速起 了重要作用。 4 对小集地区进行岩石可钻性分析研究 ， 确立 了该地区的可钻性极值。 5 实现 了 K M2 4 3 一ⅡL个性化 P D C钻头钻穿 馆陶组一趟钻技术 ， 提高单只钻头进尺 ， 提高了平均 机械钻速 ， 为单井及该地区提速起到了积极 的作用 ， 积累了宝贵的经验。 6 完成 了钻井水力参数优化研究 ， 通过优化排 量与喷嘴组合来提高喷射钻井效果 ， 又根据现场实 施数据进行反演 ， 确定 了适合小集地区的水力参数。 7 优化了适合小集地区的钻井液体系， 减少了 事故复杂发生率 ， 提高电测成功率， 节约了单井成本。 4 ． 2建 议 1 建议今后进一步对小集地区官 2 8断块进行 充分细致 的研究 ， 形成适合该断块的综合配套技术 ， 达到提高钻速 ， 缩短钻井周期的 目的。 2 对该研究的优化内容建议在其他地区应用， 并针对其他地 区的地质特点进一步开展研究 ， 形成 具有各地区特点 的综合配套技术。 参考 文献 【 1 -1 高德利， 刘希圣， 徐秉业 ． 井眼轨迹控制 [ M]． 山东东 营石油大学 出版社 ， 1 9 9 4 ． 1 2 ． [ 2] 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