川东北地区超深井优快钻井技术-.pdf

201 1拄 第5 卷 第2 期 天 然 气 技 术 与 经 济 Na t u r a l Ga s T e c h n o l o g y a n d Ec o n o my Vo 1 ． 5， No． 2 Ap r ． 201 1 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／j ． i s s n ． 2 0 9 51 1 3 2 ． 2 0 1 1 ． 0 2 ． 0 1 1 川东北地 区超深 井优快钻井 技术 刘伟 李丽 1 ． 中国石化西南油气分公司工程技术研究院，四川德阳6 1 8 0 0 0；2 ． 中国石油大学 北京 ，北京1 0 2 2 4 9 摘要 针对钻井速度慢、井身质量难以保证、钻井成本高等问题 ，统筹考虑多压力剖面和钻井复杂情况， 开展四开制井身结构试验，在此基础上以优快钻井为目标 ，对欠平衡、垂直、复合以及旋转导向钻井等关键技术 进行研 究，优选优配各层段钻 井工 艺，形成 以垂直与欠平衡 钻井为核 心的陆相地层 防斜打 快钻 井技 术和 以复合与 旋转导向钻井配合高效钻头的海相地层安全钻井配套技术。现场试验表明，优快钻井方案在钻井提速、井身质量 控制和降本增效 方面效果显著。 关键词优快钻井深井水平井钻井技术 中图分类号T E 2 2 文献标识码B 文章编号2 0 9 5 1 1 3 2 2 0 1 1 0 2 0 0 3 8 0 3 O 引言 川东北河坝 区块是中国石化的重点勘探 开发领 域 。HB 1 与 H B 2 井在飞仙关组测试获 2 0 01 0 m ／d 以上的高产天然气流 ，显示 出该 区域巨大的勘探开 发前景。由于该地区具有高温 、高压 、高陡 、高密 度及含H s 、易漏等特点，钻井过程中存在钻井周期 长 、机械钻速慢 、复杂情况多等难题 。为 了缩短 钻井周期 ，加快勘探开发进程 ，中国石化西南油气 分公司开展 了陆相快速钻井和海相安全钻井技术研 究与应用实践 ，通过近几年的攻关 ，形成 了河坝区 块优快钻井技术体系 ，实现了钻井整体提速 ，达到 了高效开发的 目的。 1 制约优快钻井影响因素分析 优快钻井即是指在现有技术条件下 ，优选优配 各种钻井技术 ，最终达 到满足地质钻井需要 ，最大 限度降本增效的钻井配套技术 。制约河坝地 区优快 钻井的主要影响因素有 以下几个方面。 1 陆相地层倾角大，水层位置和水量难以准确 预测。河坝构造地层倾 角总体较大 ，普遍处在 2 。 ～ 2 0 o 之间，地表露头地层倾角最大可达3 0 。 ～4 8 。 。由 于构造位置的不同 ，地层倾 角存在一定差异 ，表现 为构造 高部位地层倾角相对较大 ，构造低部位地层 倾角相对较小 。据气体钻井 、录井及测试情况 ，该 区块须家河组及以上地层普遍含水 ，水层位置及水 量大小难 以准确预测 。地层倾角大和地层出水是制 约陆相地层快速钻井的关键 因素。 2 自上而下存在多压力系统 ，主要 目的层为异 常高压 ，海相地层含 H s 。嘉二段和飞三段为异常高 压带 ，地压梯度为 2 ． 2～2 ． 3 8 MP a ／1 0 0 m。高密度 条件下 ，钻井液性能难 以维护 ，螺杆寿命受限 ，高 密度钻井液所形成的 “ 压持效应 ”严重制约 了钻井 提速 。雷 口坡组深 地层 含 H S ，最 高含硫 0 ． 6 5％， H S 的存在制约了欠平衡钻井的实施 ，只能依靠常规 钻井或复合钻井，钻井提速不明显。 3 岩石致密、可钻性差 ，钻头选型难优化 。海 相岩心及露 头牙轮钻 头可钻性级 值集 中在 5 ～6之 间 ，部分达 9以上 ；P D C钻头可钻性级值在 5～8 之 间，部分可达 9 ，海相地层可钻性级值高于陆相 ，整 体表现为中硬 一 硬地层。实钻资料证实自流井组 底部普遍发育一套砾岩 ，厚度为 1 5～4 4 m，给钻头 选型、施工参数优化增加了难度。 4 易出现塌 、漏 、涌 、卡等复杂情况。在厚度 收稿 日期 2 0 1 0 0 8 0 9 修 订 日期 2 0 1 1 0 2 2 8 本文系中国石化油田部项目 “ 通南巴地区钻井完井测试及酸化配套技术研究” 编号G1 1 0 0 0 7 2 S 一 0 1 7 7 的部分成果。 作者简介刘伟 t 9 8 1 一 ，工程师 ，从事钻完井工程设计工作。E ma i l l i u w 1 9 9 9 1 6 3 ． c o m 38 ／ N a t u r a l G a s T e c h n o l o g y a n d E c o n o m y 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总 第 2 6 期 天然气技术与经济 钻井工程 为3 5 0 0 m左右的陆相地层 ，泥页岩厚度 占地层厚度 5 0％左右 ，井壁失稳 、卡钻时有发生 。沙溪庙组 和 自流井组易发生渗透性漏失 ，须家河组 、嘉陵江组 和飞仙关组易发生裂缝性漏失 ，海相储层 的高压含 硫特征 决定 了钻井方式 为过平 衡或 近平衡 常规钻 井 ，在高密度条件下只能采取随钻堵漏。完钻的6口 井复杂情况处理时间占钻井周期的2 0％ 左右。 综上所述 ，要实现河坝地 区优快钻井 ，应重点 解决陆相地层 防斜打快 、海相地层安全钻井和井 眼 轨迹控制 3 - 方面的问题 。 2 井身结构优化技术 在理论情况下 ，以飞仙关组为主要 目的层 的深 井建立井 口后 ，采用二开制井身结构 即可完成钻井 施 工 ，而实际操作起来将存在很 大弊端 12 - 3 ] 为此 ， 中国石化西南油气分公司以安全钻井和优快钻井为 目标进行井身结构设计 ，见表 l 。 该井身结构的主要特点是① 将嘉陵江组和飞 表 1 井身结构优化方案表 仙关组 在一个井眼内揭示 ，采用四开制完钻 ，节约 钻井成本 ；② 完钻井 眼尺寸为 2 j 2 4 1 ． 3 m m，可以实 现快速钻井 ，且 留有余地 ；③ 油层套管采用 1 7 7 ． 8 m m套管 ，满 足 8 8 ． 9 ～ 2 j 1 0 1 ． 6 m m油 管 的顺 利下 人 ，以及 日产气量 1 5 0 1 0 m 的需要 ；④ 根据地层 出水情况调整技术套管下深 ，尽量采用欠平衡钻井 提速 ；⑤ 避免大斜度井段油层套管磨损 ；⑥ 全井使 用大尺寸钻杆 ，施工过程 中不需要更换小尺寸钻杆。 3 优快钻井关键技术 3 ． 1 陆相地层防斜打快钻井技术 垂直钻井技术和欠平衡钻井技术是当今世界上 解决高陡构造钻井难题的两大核心技术 13 ]。 1 垂直钻井技术。该技术 的显著特点是高钻压 条件下井 斜得 到 良好控 制 。陆相地 层 的上 沙溪庙 组 、下沙溪庙组 、千佛崖组 、 自流井组 、须家河组 地层均适合垂直钻井技术 。由于进 口工具租赁 费用 较高 ，若地层倾 角较大 ，出水 量大于 1 0 m ／h ，气 体钻井应用受限，推荐采用国产垂直钻井系统。通 过扶正 器间距 、大小等 力学性 能分 析 ，宜采 用 2 2 8 ． 6 m m或 2 0 3 ． 2 m m钻铤 ，扶正器距垂钻工具为 35 m。 2 欠平衡钻井技术 。沙溪庙组 出水层段和水量 大小不确定 ，纯气体对地层出水 、出气较敏感 ，转 换过程易 出现井 壁垮塌情况 。优快方案推荐在上沙 溪庙组 1 5 0 0～2 2 0 0 m以上井段实施泡沫钻井 ，减少 出水后转换风险 ，第三次开钻井段继续试验 氮气钻 井 。河坝地区气体钻井 中使用塔式钻具组合钻直井 时 ，推荐选用大尺寸钻铤 ，即 4 4 4 ． 5 mm井 眼使用 2 7 9 ． 3 mm 2 j 2 2 8 ． 6 mm 2 0 3 ． 2 m m组 合 ； 3 1 4 ． 1 mm井 眼使 用 2 2 8 ． 6 mm 2 0 3 ． 2 mm 2 j 1 3 9 ． 7 mm加重钻杆。在纯气体介质条件下钻井 ，空 气锤具有更好的防斜作用 ，应优先考虑。 3 ． 2 海相地层安全快速钻井技术 海相地层具有高压 、高产 、含 H S 的特点 ，钻井 以安全和顺利 中靶为主。钻井方式主要采用高效钻 头 螺杆复合钻进。 1 复合钻井技术 。海相地层岩石致密 ，常规转 盘钻井机械钻速慢 ，钻井周期长 ，采用螺杆钻具复 合钻井是提速的首选 。根据螺杆特性分析和厂家资 料 ，从提高螺杆强度和保持较大 的造斜与通过能力 考虑 ， 3 1 4 ． 1 mm井眼优选 2 1 6 mm直螺杆 ，定向 井考虑造斜能力优选 1 9 7 m m单弯螺杆 。从通过能 力 、造斜能力等综合指标考虑 ，宜优选 2 1 6 m m单 弯螺杆 ， 2 4 1 _ 3 m m井眼优选 1 9 7 mm直螺杆 ，定 天然气技术与经济 ／ 39 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第5 卷 刘伟 ，等川东北地区超深井优快钻井技术 第2 期 向井优选 1 8 5姗 单弯螺杆 ，度数为0 ．5 o ＼ ～1 ．5 。 。 通 过调 整螺杆度数 或扶正器位置实现对轨迹控制 ， 螺杆优选结果见表 2 。 表2 河坝地区推荐螺杆选型方案表 井 型 号 豢 2 旋转导 向钻井技术 。旋转导 向钻井以旋转方 式钻进 ，可以 自动调节井斜和方位 ，尤其适合用于 大位移井的长稳斜段和水平井导向钻进 。H J 2 0 3 H井 采用贝壳公司的旋转导向系统，实现造斜段和水平 段钻井施工 ，平均机械钻速达到 2 ． 8 5 m／h 。实践表 明井眼曲率一般小于4 。 ／3 0 m，宜采用分段增斜 模式，造斜率遵循 “ 先小后大”原则；使用C a C 1 与 重晶石配合加重 以降低重 晶石用量 ，为防止脉 冲器 被堵 ，使用粒径小于 l mm的堵漏材料 ； 2 4 1 ． 3 mm 井眼多采用 2 j 1 3 9 ． 7 mm钻杆 降低循环压耗。 3 轨迹控制技 术 。飞仙关组井底循 环温度达 1 3 0 ℃，常规螺杆钻具和随钻测量仪器难 以满足施工 需要 。通过对 螺杆钻具 组合 和轨迹 测量控制工 具 MWD、旋转导 向系统 、L wD 的调研分析 ，优化 出 3 套适合于河坝区块定向钻井的螺杆钻具型号和配套 钻 具 组 合 ，形 成 了抗 温 l 6 5 ℃ ，抗 压 1 5 8 ． 6 MP a 2 3 0 0 0 p s i 的高温 高压无线 随钻测 量设备 配套技 术 。H B 1 1 D井和 H F 2 0 3 井采用抗 高温 MWD和电子 多点均成功实现定向井钻井施工。 4 现场应用效果分析 优快钻井方案应用于 3 井次 ，其中定 向井 2口， 水平井 1 口。在钻井提速 、井身质量控制以及降本增 效方面成效显著。 1 机械钻速大幅提高。优快钻井试验井 HF 2 0 3 井全井平均机械钻速为 2 ． 0 8 m／h ，H J 2 0 3 H井全井 平均机械钻速为 1 _ 9 3 1 T I ／h ，分别 比前期完钻井提高 4O ／ N a t u r a l G a s T e c h n o l o g y a n d E c o n o m y 7 3 ． 3 3％和6 0 ． 8 3 ％，平均提速 6 7 ． 0 8％。 2 井身质量得到 良好控制。采用优快钻井工艺 后 ，在 提高 钻速 的同时确 保 了直 井段 井身 质量 。 1 2 0 0 m以浅地层采用欠平衡钻井工艺 ，全角变化率 普遍 控制在 2 。 ／1 0 0 m以下 ，平均为 1 ． 1 8 ／1 0 0 m。 1 2 0 0 m之后由于地层出水 、转换钻井液类型、地层 垮塌等 ，全角变化率变化幅度稍大 ，但大部分井段 控制在 3 ． 0 。 ／1 0 0 m以下 ，平均为 1 ． 8 3 。 ／1 0 0 m。进 入斜井段后 ，施工的重点是加强井眼轨迹监控 ，以 顺利 中靶和减少全角变化率为主。H F 2 0 3 井采用常 规 MWD随钻测量工具和电子单 多 点测斜 ，通过调 整钻具组合和钻进参数控制井 眼轨迹 ，全角变化率 普遍控制在 5 。 ／1 0 0 m以下 。H J 2 0 3 H井采用贝克休 斯旋转导向系统 ，实时监测井眼轨迹 ，实现了A靶 纵 向偏差 0 ． 3 4 m，横向偏差 0 ． 0 4 m；B靶纵 向偏差 0 ． 0 6 m，横向偏差 1 ． 8 8 m的精确控制效果 。 3 获得 了显著 的经济效益 。优快钻井试验井平 均钻井周期为 3 0 9 d ，生产时间利用率为8 2 ． 0 2％。相 比前期实钻情况 ，钻井时间缩短4 0 8 ． 5 d ，缩短率为 1 3 2 ． 2 0％，非生产时间缩短近7 8 d 。钻井 日费、套管 费用 、钻头费用节约 3 3 0 0 万元 以上 。同时 ，在应对 复杂情况 、套管防磨等方面具有明显优越性。 5 结论 优快钻井配套技术经现场试验 ，满足 目前川东 北地区钻井的需要 ，可推广应用。针对飞三段和嘉 二段的深井设计四开制井身结构 ，有利于提高钻井 速度 、节约钻井成本 。陆相地层采用气体 ， 泡沫钻 井 或垂直钻 井在 防斜 打直 的 同时还 实现 了快 速钻 井 。建议川东北地区陆相地层首选欠平衡钻井 ，大 斜度定向井、水平井复杂井段宜采用旋转导向系统。 参考文献 [ 1 ]刘伟 ，李丽． 通南巴深井优快钻井技术[ J ] ． 石油矿场机 械 ，2 0 0 8 ，3 7 9 7 8 8 2 ． [ 2 ]吴建忠，李强，王波． 川东北复杂深井井身结构优化研究 [ J ] ． 天然气技术，2 0 0 9 ，3 1 5 1 5 3 ． [ 3 ]何龙． 川东北地 区优快钻井配套技术 [ J ] ． 钻采工艺 ， 2 0 0 8 ．3 1 4 2 3 2 6 ． [ 4 ]王希勇，蒋祖军，钟水清，等． 川东北钻井新工艺应用与 效果[ J ] ． 钻采工艺，2 0 0 8 ，3 1 1 1 2 5 1 2 7 ． 编辑 周娟 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m