川西首口水平深井钻井难点与技术措施-.pdf

2 01 0正 第4 卷 第5 期 天 然 气 技 术 Na t u r a l Ga s T e c h n o l o g y Vo 1 ． 4． N O ． 5 0e t ． 2 01 0 d o i 1 0 ． 3 9 6 9／ j ． i s s n ． 1 6 7 3 9 0 3 5 ． 2 0 1 0 ． 0 5 ． 0 1 8 川西首口水平深井钻井难点与技术措施 李霜 王顺云 汪加亮 廖传宝 1 ． 中国石化西南油气分公司工程监督中心，四川德阳6 1 8 0 0 0 ； 2 ． 中国石化石油工程西南公司重庆钻井分公司，重庆4 0 0 0 4 2 摘要 通过对川西首口水平深井X 2 1 1 H井的分析 ，介绍了该区块钻水平并存在直井段防斜难度大、斜井 段及水平段钻井液携砂困难、地层可钻性差及井控风险大等难点。针对上述难点，从井眼轨迹控制技术、钻具组 合 的选择 、钻 井液性能优化及配套快速 钻井技 术等方面介 绍了该 井所采 用的主要钻井技术。认为直井段 的防斜 打 直、良好的井眼轨迹以及钻井液优 良的携砂护壁性是钻水平井成败的关键。 关键词 四川西水平并钻井技术井暇轨迹钻井液快速钻井 中图分类号 T E 2 4 3 ．2 文献标识码 A 文章 编号 1 6 7 3 9 0 3 5 2 0 1 0 0 5 0 0 5 4 0 4 O 1 - - 2 j 7 7 8 m m 套管至井口。 川西坳陷属典型 的低渗致密碎屑岩气藏 ，以往 施工的直井 自然产能普遍偏低 ，需要经过后期储层 改造才能获得工业气流。中国石化从 2 0 0 6 年开始在 川西地 区中 、浅层进行了水平井 的先导试验 ，其产 能较同层位直井改造后的产能提高了 2 ～2 ． 2 倍 ，其 稳产能力也优 于压裂后的直井。在前期水平井先导 试验成功的经验基础上 ，为加大川西深层难动用储 量的开发 ，中国石化西南油气分公 司在川西坳陷新 场构造带五郎泉高点部署了X 2 1 1 H井 ，该井是该地 区以上三叠统须家河组须 四段为主要 目的层所钻的 首 口水平深井。 X 2 1 1 H井完钻井深为 4 9 3 6 ． 3 0 m，钻井周期为 1 9 9 ． 3 5 d 。第一次开钻使用 6 6 0 ． 4 m m钻头钻至井深 1 9 0 m，下 入 f 2 j 5 0 8 m m套 管 ；第 二 次 开 钻 使 用 I 2 j 4 0 6 ． 4 m m钻头钻至井深 1 9 4 5 m，下人 3 3 9 ． 7 mm 套管 ；第三 次开钻 使用 【 2 j 3 1 1 ． 2 m m钻 头钻至井 深 4 2 2 7 m，下人2 j 2 4 4 ．5 m m套管；第四次开钻使用 2 1 5 ． 9 mm钻头钻至井深 4 9 3 6 ． 3 0 m，在 3 3 9 1 ． 4 5 ～ 4 9 3 6 ． 3 0 m井段下入f 2 j 1 3 9 ．7 m m尾管 筛管后回接 1 施工难点 1 直井段防斜打直难度大，水平井对于直井段 井 身质量要 求 十分严格 ，一旦井 斜或井底 位移超 标 ，就会对 以后造斜段和水平段 的井眼轨迹控制造 成困难。该 区域上部地层蓬莱镇组 、遂宁组地层造 斜能力强 ，易发生井斜 u 。 2 水平井定向造斜井眼轨迹控制 困难 ，在 中靶 的同时保证井 眼轨迹平滑 ，为后续测井 、下套管创 造良好的井眼条件。 3 地层可钻性差 ，千佛崖组 、白田坝组及须家 河组地层研磨性、非均质性极强，设计须四段水平 段砂体属于含砾砂岩 、砾岩地层 ，可钻性差 ，机械 钻速慢 。 4 须 四段地层压力高 ，易垮塌 ，设计钻井液密 度为 1 ． 9 5 g ／e m ，高密度钻井液性能维护 困难 。尤 其是水平段的携砂性能 、防塌性及润滑性是保证该 井顺利钻进的关键 。 5 目的层高压油气显示活跃，裂缝气多且可预 测性差 。设计水平段长 ，可能钻遇的裂缝多 ，易造 收稿 日期 2 0 1 0 0 3 1 9 修订 日期 2 0 1 0 0 7 0 6 作者简介 李霜 1 9 8 1 一 ，硕士 ，助理 T程师 ，从事钻井监督 I 作 54 ／ N a t u r M G a s T e e h n o l o 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第2 3 期 天然气技术 钻井工程 2 0 1 0 正 成恶性井漏 ，井控风险大。 2 水平井钻井技术 针对上述难点 ，该井主要采取 了以下的钻井技 术措施 [ 2 1 1 直井段 防斜打直。该井段采用塔式钻具或钟 摆钻具组合，制定合理的钻井参数进行防斜打直。 2 井眼轨迹控制技术。定向造斜使用单弯螺杆 造斜 ，MwD 无 线随钻井眼轨迹监测仪 随钻监测 ， 采用滑动钻进及旋转钻进相结合 的方式进行定 向施 工 。 3 高效快速的钻井技术。总结邻井经验优选钻 头及采用液体欠平衡技术提高机械钻速，缩短建井 周期。 4 高密度钻井液性能保障。在实钻过程中合理 使用钻井液密度 ，提高钻井液的携砂 、防塌及润滑 性 ，做好复杂情况的预防和处理。 3 现场应用情况 3 ． 1 直井段的防斜打直 1 第一次开钻直井段在施工过程中，要求设备 安装 时 “ 三点一线 ”轴线 的偏差小 于 1 0 mm，采用 防斜能力较强的塔式钻具组合 ，选 择合适 的钻压 吊 打防斜，确保第一次开钻直井段打直。 2 第二次开钻及第三次开钻直井段钻遇蓬莱镇 组及遂宁组地层 ，地层造斜能力强 ，采用塔式或钟 摆钻具组合 ，采用P D C 钻头 聚晶金刚石复合片钻 头 低钻压高转速有效地控制井身质量，使用单、多 点跟踪监测 ，发现井斜增加过快 ，及时调整钻井参 数防斜打直。 3 ． 2 定向造斜及水平段轨迹控制 井身剖面选用 “ 直 一 增 一 增 一 增 一 平”的 连增复合型剖面 图 1 ，钻进过程 中采用 MWD随钻 监测 ，采用滑动钻进及旋转钻进相结合 的方式 调整 井眼轨迹 。 1 第一增斜段 3 4 0 0 ．0 0 ～ 3 5 1 5 ．8 8 m 采用 1 ． 5 。 螺 杆 常 规 定 向钻 具 组 合 滑 动钻 进 至井 深 3 5 1 5 ．8 8 m ，井斜角为 1 9 ．O 5 。 ，造斜率为 1 5 ．6 7 。 ／ 1 0 0 m，井斜增加快，全角变化率大，垂深小于设计 垂深 。 0 5 0 0 1 O 0 0 目 1 5 0 0 殛 1 }} }1 2 0 0 0 2 5 0 0 3 O 0 o 3 5 0 0 5 0 0 1 0 0 0 l 5 0 0 水 平位 移／ m 图 1 X 2 1 1 H井垂直投影图 钻具组合为 Z j 3 l 1 ． 2 mm钻头 5 L Z 2 1 6 1 ． 5 。 螺 杆 回压凡 尔 MWD短节 2 0 3 mm无磁 钻铤 1 根 2 0 3 mm钻铤 3 根 6 3 14 1 0 接头 1 7 8 rai n 钻铤 3 根 4 l l 5 2 0 接头 2 j 1 3 9 ． 7 mm加重钻杆 4 5 根 1 3 9 ． 7m m钻杆。 2 第二增斜段 3 5 1 5 ． 8 8 ～3 7 7 5 ． 9 0 m 该段为 降低造斜率 ，采用滑动钻进和旋转钻进相结合的方 式造斜 ，具体措施 为每钻进一根单根 ，其中6 m采用 旋转钻进 ，3 m采用滑动钻进 。钻至井深 3 5 6 0 ．0 0 i n 时，根据随钻测斜数据分析全角变化率仍然高于设 计值。采取旋转钻进 3 根单根 ，根据测斜数据显示 ， 本段旋转钻进的增斜率较符合井眼轨迹的要求。其 后采用旋转 、滑动钻进方式钻至井深 3 7 7 5 ． 9 0 m，期 间在造斜率偏高或者方位漂离时采用滑动钻进进行 调整 。 钻具组合 2 j 3 l 1 ．2 m m钻头 5 L Z 2 1 6 1 ． 5 。 螺杆 回压凡尔 MWD短节 2 0 3 mm无磁钻铤 1 根 【 z j 2 0 3 mm钻铤 3 根 6 3 1 4 1 0 接头 1 7 8 mm无磁 钻铤 1 根 1 7 8 mm钻铤 2 根 4 1 1 5 2 0 接头 1 3 9 ． 7 mm加重钻杆 4 5 根 1 3 9 ． 7 mm钻杆 。 3 第三增斜段 3 7 7 5 ． 9 0 m～4 2 2 7 ． 0 0 m 井底 井斜角已达5 2 。 ，为保证井下安全，调整钻具组合为 倒装钻具组合 。该井段依然采用滑动钻进和旋转钻 进交替使用的方式 ，且以旋转钻进为主。为保证旋 转钻进时能达到相应的造斜率 ，使用了本体 自带 3 0 0 mm扶正器单弯螺杆。由于地层变化导致靶点垂 深变化，通过控制造斜率钻进，进行井眼轨迹调整 天然气技术 ／ 55 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第4 卷 李霜，等川西首口水平深井钻井难点与技术措施 第5 期 以压低垂深，确保达到地质目标。 钻 具 组 合 3 l 1 ． 2 m m钻 头 5 L Z 2 1 61 ． 5 。 1 ． 2 5 。 螺杆 回压凡 尔 MWD座挂短 节 2 0 3 mm无磁钻铤 1 根 6 3 1 5 2 0 接头 1 3 9 ． 7 m m加重 钻杆 1 根 2 j 1 3 9 ． 7 m m钻杆 7 5 根 2 j 1 3 9 ． 7 m m加 重钻杆 6 0 根 【 2 j 1 3 9 ． 7 mm钻杆。 4 水平段 42 2 7 ． 0 0～4 2 8 4 ． 6 O 4 9 3 6 ． 3 0m 根 据地质要求 ，A靶点垂深为 3 8 4 4 ． O 0 m，降斜钻至井 深 4 2 8 4 ． 6 0 m，井斜 角为 8 5 ． 7 1 。 顺利通 过 A靶点靶 窗。 通过 A靶点后 ，根据地质要求以垂深 3 8 4 3 ． 0 0 m 为B靶点垂深进行定 向钻进施工 。钻进 中仍然采用 滑动钻进和旋转钻进交替使用的方式 ，在钻具组合 中加入扶正器 ，采取稳斜复合钻进 以确保水平段在 规定的靶体中运行 。同时加强钻井液的净化与润滑 性能 ，根据井下情况及时做好短程起下钻 ，从 而有 效地解决 了水平井的岩屑床和携岩问题 。钻至井深 4 9 0 6 ． 0 4 m通过 B 靶点。 钻 具 组 合 2 1 5 ． 9 m m 钻 头 5 L Z 1 6 5 1 ． 2 5 。 螺杆 回压凡尔 MWD短节 2 1 0 mm扶正 器 1 2 7 m m无磁承压钻杆 1 根 f 2 j 1 2 7 mm钻杆 3 1 根 旁通阀 【 2 j 1 2 7 m m钻杆 6 0 根 2 j 1 2 7 m m加重 钻杆6 0 根 1 2 7 mm钻杆。 3 ． 3 高效快速钻井 1 第二次开钻 4 0 6 ． 4 m m井眼使用 P D C 钻头配 合螺杆复合钻进 ，累计进尺 为 8 8 0 ． 2 0 m，纯钻 时间 为 1 8 1 ． 8 3 h ，平均机械钻速为4 ． 8 4 m／h 。 2 第三次开钻2 j 3 l 1 ． 2 m m井眼使用贝克休斯 HC D 5 0 5 Z X P D C钻头 ，该钻头一次性进 尺为 8 8 1 ． 3 0 m，钻穿上 、下沙溪庙组、千佛崖组 、白田坝组进入 须五段 ，平均机械钻速为 2 ． 5 0 m／ h 。各项指标均创 川西地区同尺寸井眼同井段最高纪录。 3 在井段1 9 7 0 ．0 ～ 3 1 4 0 ．9 m实施液体欠平衡钻 井 ，在保证井 内井壁稳定 和安全的前提下 ，最大限 度地降低钻井液密度 ，提高机械钻速 。液体欠平衡 钻 井施 工进 尺为 1 1 7 0 ． 9 m，平 均机 械钻 速为 2 ． 0 9 m ／h。 4 在水平段优选江钻 MD系列马达专用钻头 ， 由于对该类型钻头在保径部分进行 了强化处理 ，从 而有效地降低了钻头因外径磨损严重而出现钻头事 故 的风险。MD系列钻头累计入井5只，平均进尺为 7 3 ． 5 0 m，平均纯钻时间为 2 5 ． 9 0 h ，平均钻速为 2 ． 8 4 m／h ，钻头 出井轴承密封 良好 ，成功实现了在提高 钻速、纯钻时效的同时，降低了钻头事故风险。 3 ． 4 高密度钻井液性能维护 进入主要 目的层须 四段 ，地层压力高 ，实钻钻 井液密度为 1 ． 8 5 g ／c m’ ，钻井液性能见表 1 。 1 提高井壁稳定性 ，减小 由于掉块 引起 的阻 卡 。通过加入 WD N 一 7 与 R H一 2 2 0 等润滑剂 ，同时不 定量地加人L F 一 2 、F D 一 2 等抑制封堵材料来增强井浆 的防塌护壁性能 H 。 2 加强钻井液的润滑 I生，减小起下钻摩阻 ，混 入 1 2 ％～1 5 ％的原油形成水包油两性离子聚磺钻井液 体 系，同时加入 0 ． 4 ％～0 ． 6 ％的乳化剂 S P 一 8 0 确保井 浆具有较好的造壁性和润滑性，降低摩擦阻力，防 止泥饼粘附卡钻。 3 充分保护油气层。一是严格控制钻井液滤失 量 ，失水量小于等于3 m L，高温高压 1 1 5 c 【 失水量 小于等于 9 mL ，有效地减少 了滤液对地层 的渗透 ； 二是随钻加入 L F 一 2 、F D 一 2 、F R D 一 1 防漏剂对油气层 实施防漏保护。 4 较好的流变性能提高携砂能力，从而防止沉 砂卡钻等复杂情况 的发生 。通过加入 S MT 磺 化褐 煤 、S MC 磺化丹宁 混合胶液来改善流变性 ，提高 钻井液在近井壁的低流速悬浮携砂能力 ，在保证低 粘 的前提下尽量提高切力 ，特别是较高 的初切力 ， 表 1 X 2 1 1 H井钻井液性能表 56 ／ N a t u r a l G a s T e e h n o l o 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第2 3 期 天然气技术 钻井工程 竺 墅 ． 水 平 段 的 携 砂 能 力 ， 从 而 能 4应 用 效 果 分 析 有 效 防 止 沉 积 层 的 形 成 。 ⋯⋯⋯⋯⋯～ 3 ． 5 复杂情况的预防及处理 该井水平段钻遇裂缝多 ，易形成井漏 。现场采 取 “ 防漏为主，专项堵漏为辅”的原则，在钻进过 程中使用 2 0 0 I x m～1 m m的防漏配方 ，利用刚性 、软 性 、不规则各 型复合防漏材料对 1 mm以下裂缝 、孔 洞进行有效地封堵 ，防止井漏 。 该井在钻至井深 4 3 3 4 ． 3 0 m时发生失返性漏失 ， 采用 高酸溶 、高返排堵漏技术配置堵漏浆关井挤堵 以提 高地层承压 能力 ，一次性堵漏成功 ，同时有效 地保护了储层。 1 直井段采用塔式钻具组合 ，在实钻过程中进 行单 、多点测斜 ，发现井斜增加过快 ，从而及 时调 整钻井参数 防斜打直 。造斜前测多点显示直井段在 3 3 8 3 ． 5 5 m处井斜 角为 0 ． 8 9 。 ，井底位 移为 5 5 ． 7 2 m， 较好地保证了上部直井段的井身质量 ，为下步定向 造斜及水平段施工创造 了条件。 2 造斜段及水 平段施工全程采用 MWD随钻监 测 ，采用滑动钻进及旋转钻进相结合且 以旋转钻进 为主的方式 ，在调整靶点垂深 的情况下成功中靶 中 靶情况见表 2 ，同时保证 了井眼轨迹平滑 、完井测 井及下套管的顺利 。 表 2 X2 1 1 H井中靶情况表 A靶 点数据表 B 靶点数据表 测深 ／m 井斜角 ／ 。 方位角 ／ 。 垂深 ／m 闭合距 ／m 测深 ／m 井斜角 ／ 。 方位角 ／ 。 垂深 ／m 闭合距 ／m 4 2 8 4 ． 6 0 8 5 ． 7 6 3 01 ． 6 3 3 8 4 4 ． 0 2 7 0 6 ． 3 6 4 9 1 6 ． 0 5 8 9 ． 6 2 3 0 6 ． 7 2 3 8 4 1 ． 4 8 1 3 3 6 ． 1 2 A靶点中靶情况 B靶点中靶情况 纵距 0 ． 0 2m 纵距 1 ． 5 2m 横距1 6 ． 9 6m 横距 1 1 ． 6 4m 3 液体欠平衡技术及钻头优选有效地提高 了该 井的机械钻速 ，全井平均机械钻速为 2 ． 2 7 m／h ，纯 钻效率为 4 5 ． 4 9％，创造了川西地区须 四段水平井纪 录。 4 高密度水包油两性离子聚磺钻井液体系性能 优 良，有效地解决了水平段沉砂及脱压问题 ，裸 眼 段摩 阻仅为 1 5 0 k N，优于 同区定 向井。同时 ，良好 的钻井液性能降低了复杂事故风险。 5 结论与建议 1 X 2 1 1 H井完井系统测试天然气无阻流量为 2 1 8 1 0 4 m ／d ，经济效益显著 ，较 同区 的直 定 向 井产能大幅提升 ，为下步川西致密砂岩储层勘探开 发提供了新的思路 。 2 X 2 1 1 H井 完 钻井 底 水 平 位 移 为 1 3 5 6 ． 0 3 m，水平段长 7 0 9 ． 3 0 m，创造 了川西水平井最大水平 位移及最长水平段纪录。 3 该井在施 工过程中按设计使用 的 2 j 1 2 7 m m 钻杆 ，因钻具水眼偏小 、压耗高 ，致使施工排量无 法满足携砂要求 ，后改为 2 j 1 3 9 ． 7 mm钻杆后得以解 决 。建议水平深井大尺寸井眼的钻具设计在条件允 许的情 况下尽可能使用 1 3 9 ． 7 m m钻杆 ，以降低管 内循环压耗，提高施工排量。 4 探讨J i I 西须 四段水平井 由四开制的井身结构 变为三开制的可能性 ，以达到降本增效的 目的。 5 钻水平井是一项系统工程 ，对钻井工程 、定 向及钻井液服务等方面都有严格要求 ，需要各方密 切配合 ，通力合 作 ，才能保证水 平井钻进 的安全 、 优质 、快速。 参考文献 [ 1 ]陈岳军． 中江地区第一 口砂体气藏中曲率水平井钻井技术 [ J ] ． 西部探矿工程，2 0 0 7 7 7 5 7 6 ． [ 2 ]徐波． 水平井钻井技术在四川油田上的应用[ J ] _ 石油和化 工设备 ，2 0 0 9 8 3 1 3 2 ． [ 3 ]何龙，刘毅． T K 1 0 8 H中曲率水平井钻井技术E J ] ． 石油钻 采工艺 ，2 0 0 0 ，2 2 4 1 8 2 1 ． [ 4 ]王新学，周华安． 川渝东部气田复杂深井水平井钻井液工 艺技术[ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 7 2 4 1 0 4 1 0 6 ． 编辑卢栎羽 天然气技术／ 57 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m