垂直钻井系统在吐哈盆地山前高陡构造的应用.pdf

石油天然气学报 江汉 石油学院学报 2 0 l 1 年 1 0 月笫 3 3 卷第 ／ 期 J o u r n a l o f Oi l a n d Ga s T e c h n o l o g y J ． J f I c t ． 2 0 1 1 V o 1 ． 3 3 N ． 1 0 垂直钻 井 系统在 吐哈盆地 山前 高陡构 造的应 用 张建 平 西部钻探工程公司 吐哈钻井公司， 新疆鄯善8 3 8 2 0 2 肖 华 ，石丽娟 ，曾贵蓉 吐哈油田分公司工程技术 研究院， 新疆鄯善8 3 8 2 0 2 [ 摘要]针对 吐咯 l1 J 前高陡构造 的井斜规律 ，通过优化垂 直钻 井系统应 用井段 ，在 高陡构 造 带柯 l 9 1 1持 筹 _ 口蚌 分 驯 试 瞳 应 用 了 国 产 S VI 和 斯 伦 贝 谢 P WE R V 两种 垂 直钻 井 系统 。 通 过 现 场 应 用 证 了 垂 鱼 钻 井乐统可有效控制井 目质量 ，同时可大幅度地提 高钻 井速度 ；在高 陡构造 地 层钻进 中，可 以有 效地 解 决 防 钭 和 强 化 钻 斗 参 数 打 快 之 间 的 矛 盾 。 [ 关键词]垂 直钻 斗； L l J 前掏造 ；计斜控制 ；机械钻进 [ 中圈分类号] P E 2 4 2 [ 文献标 识码]A [ 文章编号] t O 0 0～9 7 5 2 2 【 1 1 1 0 0 l 5 8 O Z 1 吐哈盆地山前高陡构造钻井难点及垂直钻井井段的优选 1 ． 1 吐哈 油 田山前构 造 带钻 井 难点 1 吐 哈盆 地 山前高 陡构 造地 层倾 角 大 ，钻井 过程 中易 沿着 地 层 法 面方 向 发生 井斜 ，前 期钻 探 探 井 开发 井 管采 墩 J 多种 防斜钻 井方 式 ，井 斜也 仍然 难 以控制 。 2 于井斜非常难以控制 ，前期钻探过程 中为确保井身质量而被迫采用钟摆钻具组合轻 吊打 方 式钻” ，严 重制约 钻井速度 的加快 。机械钻速普遍偏低 ，机械钻速基本低于 4 m／ h 。 3 西山窑组中下部至八道湾组顶部煤 系地层 ，煤线交替出现 ，胶结疏松 ，且 大段煤层问夹杂炭质 岩 ．易 发 L 片 壁坍塌 ，实钻 过程 中经 常 发生 钻 事 故 。 1 ． 2垂 直钻 井 应用 井段 优选 针 刈 ‘ ⋯前高 陡构 造存 在 的种 种钻 井难 点 ，考虑到 井 身质量 控制 和煤 系地 层 安全 钻 井等 问题 ，选取 r 煤 J 地 5 o O ～3 0 0 0 m井段作为垂直钻井应用井段 ，这对于 F部煤系地层安全钻片 、减少或处理井下复 杂情 况 及提 高上 部 地层钻 井 速度 都 是极 其有 利 的 。 2 吐“ fri l l 前高陡构造垂直钻井系统选择 前 ，闯 际上 成熟 的垂 直钻 井 系统郁 采 用 的是机 电液 一体 化 的高新 技 术 ，主要 有 3种 ，分 别 为斯 伦 谢 公 训的 P O WER V 系统 、贝 克休 斯公 司 的 Ve r t i Tr a k系统 和 德 国智 能 钻井 公 司 S ma r t Dr i l l i n g的 Z B E系统 。 罔内发 展 的是机 械式 自动 垂 直钻 井 系统 ，主 要 有胜 利 钻 井 院研 制 的 S VD垂 直钻 井 系 统 、 西 部钻 探研 制 的 C Z垂直 钻 井 系统 等等 。I WE R - V 垂 直 钻 井 系 统 是 一 套 全 自动 化旋 转 导 向垂 直 钻 蚌 _ J 具 “． 钻进 过 程 巾会 自动追 踪 井 斜 变 化 ， 自动 设 定 和 调 整 具 侧 向 力，使 井 眼 轨迹 快速 返 回垂 直 状 念 ；f S VD垂 钻 井系统 是 一 套机 械式 自动垂 直钻 井 系统 ，在 钻进 时其 机械 结构 自动感庸 并控 制 蚪斜 。 f j d ,T f J 十 哈 山前 高陡构 造钻 井 主要选 择 S VD和 P WE R V 两种垂 直钻 井 系统 。 通过 前期 大 量 的测研 论证 ，因地 制宜 选井 选段 ，选择 了 S VD一 2 l 6垂 直钻 井 系统 ，同时引 进 r 8 i n 干 l 2 i n闶种 不 同尺 寸的 P WE R V 垂 直钻 井 T具 ，分 别 进行 r现 场 应 用 。其 中 在丰 Ⅱ I l 9 1 1 应 用 r S VI 2 1 6垂 直钻 井 系统 ，在 柯 2 卜5井 应用 了 8 i n P WE R V 垂直 钻井 工具 ，在柯 2 8井 和恰 4井应 月 j [ 收稿 日期] 2 0 l 1 0 6 ] 4 [ 作者 简介] 张建平 1 9 6 2 ，男 ，l 9 8 8年黄河职工大学毕业 ，工程师 ，现主要从事钻具 、钻井工具 及井控 设备技术 管理 工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 3卷第 1 0期 张建平等 垂 直钻 井系统在吐哈盆地山 前高陡构 造的应用 了 1 2 i n P OWE R V 垂 直钻井 _T具 。 2 ． 1 S V D垂 直钻 井 系统在 柯 1 9 - 1 1井的应 用 柯 1 9 1 ] 井是 S VD垂直钻井系统在吐哈盆地试验的第 l口井 ，位于吐哈盆地北部山前高陡构造柯 1 9断块。该井为开发井 ，2层井身结构 ，二开为 8 i n井 眼。S VD系统下入后至井深 1 1 3 0 ． 9 8 m 遇阻， 井斜 4 ． 5 。 ；进 行划 眼 ，钻 至井 深 1 1 6 9 ． 6 2 m，井斜 3 ． 9 。 ；而 后变 换钻 进参 数 ，钻 至井深 1 2 2 7 m 时 ，井 斜 增 至 5 。 。 由于井斜 增 大原 因 ，停止 试验 。 2 ． 2 P OWE R V垂直 钻 井 系统 在柯 2 1 - 5井的应 用 柯 2 1 5 井 是采 用 P WE R V 垂直 钻井 系统 在 吐哈 油 田试 验 的第 l口井 ，位 于 吐 哈盆 地 北部 山前 带 巴喀构 造柯 2 ] _ 断块 。该 井为 开发 井 ，2层井 身结 构 ，二开 为 8 i n井 眼 。由于柯 2 1 5 井 离 北 断层 较 近 ， 井 深 3 0 0 0 m 前 设计 最 大井斜 不 超过 4 。 ，最大水 平 位移 不得 超过 8 0 m。 柯 2 1 5 井 自井深 8 2 6 r n开 始试 验 P OWE R - V 系统 ，钻 至井 深 2 7 6 5 m 试 验 结 束 ，累计 进 行 6趟 钻 ， 分别使用了 3只 P D C和 3只牙轮钻头。P OWE R V系统累计应用进尺 1 9 3 9 m，总纯钻时间 3 3 3 h ，平均 机 械钻 速 5 ． 8 2 m／ h 。通过 应用 验证 了 P OWE R V 垂 直 钻 井 技术 对 吐哈 北部 山前 构 造地 层 具 有非 常强 的 适应 性 。 其 钻具 组合 为 8 i n钻 头 8 i n P OWE R V 具 6 i n浮 阀接 头 6 i n无 磁 钻 铤 MWD 8 i n扶正 器 6 i n减震 器 - [- 6 i n螺 旋 钻 铤 l 6根 6 i n随钻 震 击 器 6 i n螺 旋 钻 铤 2根 5 i n斜 坡 加重 钻杆 1 8根 5 i n钻杆 。 2 ． 3 P OWE R V垂 直钻 井 系统在 柯 2 8井的应 用 柯 2 8井是 北部 山前 构 造带 阿克 塔 什构 造上 的 1口探 井 ，采用 3层井 身 结构 ，二 开 为 】 2 i n井 眼 。 P O WE R V 系 统应 用 井 段 确 定 为 该 井 二 开 全 井 段 。P OWE R V 系 统 于 井 深 5 3 7 m 开 始 ，钻 进 至 井 深 2 4 2 5 m结束 ，累计进行 4 趟钻 ，钻进总进尺 1 8 8 8 m，总纯钻时间 2 1 6 ． 5 8 h ，平均机械钻速 8 ． 7 1 m／ h 。通 过应 用 ，达 到 了煤 前地层 的最佳 提速 效果 。 钻 具组 合 1 2 i n钻 头 1 2 i n P WER V 工 具 8 i n浮 阀接 头 8 i n无 磁 钻铤 MwD 1 2 i n扶正器 9 i n减震器9 i n钻铤6根十8 i n钻铤l 2根6 i n螺旋钻铤 3根5 i n钻杆。 2 ． 4 P OWE R - V垂 直钻 井 系统在 恰 4井 的应 用 恰 4井是北部山前构造带恰 勒坎构 造上 的 1口探井 ，采 用 3层 井身 结构 ，二 开为 1 2 i n井 眼。 P OWE R V系统应用井 段确定 为该井 二 开全井 段。P OWE R V 系 统在井 深 5 5 3 m 开始 ，钻进 至 井深 2 3 4 0 m结束 ，累计进行 4趟钻 ，钻进总进尺 1 7 8 7 m，总纯钻时间 3 0 0 ． 3 4 h ，平均机械钻速 5 ． 9 5 m／ h 。通 过应用 ，进一步验证 了 P O WE R V垂直钻井系统在 山前高陡构造 的良好井身质量控制与较大幅度 的提 速效 果 。 钻具 组合 1 2 i n钻头 十1 2 i n P OWE R V 工具 8 i n浮 阀接 头 8 i n无 磁 钻铤 MWD 1 2 i n扶 正器 9 i n减震 器 9 i n钻 铤 6根 8 i n钻 铤 1 2根 6 i n螺旋 钻铤 3根 5 i n钻杆 。 3 应用垂直钻井系统后井身质量与提速情况对 比分析 3 ． 1 井 身质 量对 比分 析 、 S VD垂 直 钻井 系统 由于钻具 组合 、钻井设 备 能力 与垂 直钻 井工 具 匹配 性不 好 而 没有 取 得好 的效 果 ， 但 对机 械 式垂 直钻 井工 具 的改进 和 发展 奠定 了基 础 。 P OWE R V垂直钻井系统在高陡构造 3口井煤上地层应用 ，井身质量控制良好 。柯 2 1 5井应用井 段 除 2 0 0 0 2 2 5 6 m 因 P O WER V 工 具 出 现 叶 轮 卡 死 问 题 井 斜 增 大 外 ，其 他 段 井 身 质 量 井 斜 均 小 于 0 ． 4 5 。 ；柯 2 8井应 用井 段 井斜 均小 于 0 ． 2 7 。 ，恰 4井 应用 井段 井斜 均小 于 0 ． 2 8 。 图 1 、2 。 从 图 l 、2可 以明 显看 出，2 0 0 9年 以前 所钻 井 井身 质量 非常 差 ，垂 直钻 井 应 用井 段 同 比 ，前 期 钻 井 钻 至井 深 2 5 0 0 m 时尽 管采 取多 种 防斜 方 式 ，井 斜 是 逐 渐 增 至 1 O ～ 1 8 。 ，井 身 质 量 难 以控 制 ；2 0 1 0年 所 钻 2口邻 井 采用 了 MWD低 速 螺杆 井身 质量 控制 手段 ，井 身 质量得 到 了有 效控 制 ，但 与 P OWE R V 相 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 江汉 石油学院学报 2 0 年 l 0月 比还 是仃 一 定 的差 距 ；可 以 明 看 I叶 I I ’ wE R V 直 钻片 在 控 制 井 身 质 量 力面 的优 势 。 3 ． 2钻 井提 速情 况对 比分 析 通过 P WE R V垂 苴钻井 系统 的 幢川 1．3 l I l蚪煤 _ I 地 层 提 速 效 果 非 常 叫 。通 过 分 井段 统 汁 ，进 行 机 械 钻 速对 比，在使 用 P OWE R V垂 直钻 井 技术 后 ，柯 2 1 一 井应 用井 段 同 比邻 井 机械 钻 速 提 高 幅 度 为 7 4 ． 3 ，卡 n 『2 8 片 砬用 1J } 段 同 比邻 井 机 械 钻 速提 高 幅 度 为 l 4 7 ． 7 ，恰 4井 应 用 井 段 同 比 一 。 蕤 鞭 一／ 2OO9年邻井3井 图 1柯 2 l 一 5井 、柯 2 8井 与 邻 井 井斜 数 据 对 比 图 邻 井机械 钻 速提 高 幅度 为 1 2 8 ． 2 7 。在 钻井 周 期 方 面 ，对 前 期所 钻 井 按 煤 上 、煤 系 、煤 下 地 层 分 段 统 汁 ． 圳 蚌煤 地层 钻 井周 期平 均 呵缩短 l 5 d左 有 ，提速 效 果 明 。 4 垂直钻井系统应用效果分析 4 ． 1 S V 1 垂直 钻 井系统 s Vi 钻 井 系统优 点 是 ，采用 机 械结 构 控制 ，无 电 子装 置 ，适 应 范 广 ，钻 片成 本 低 ；同时 旋 转 推 靠 导 向钻井 方 式 ，有 利 于提 高 井 身 质 量 和 钻井效 率 ，f 且 整套 具 强 度 不 低 于 钻 具 的 没 汁强度 。缺 点 是 ， 目前 仍 处 1 二 } l_l 验 阶 段 ，需 要 继续 改进 ，提 高 现 场 的适 川 性 4 ． 2 P OWE R - V 垂直钻 井 系统 I WE R V 垂直 钻 井 系 统 的 优 势 是 ① 自动化 的主 动 防 斜 和 纠斜 ，简 便 高效 ，纠斜 能 力 比钟摆 钻 具 大 几 十 一 。 蕤 辕 8 o o 1 2 0 o 1 6 0 0 2 0 0 0 2 4 0 0 2 8 0 0 井深／ m 图 2恰 4井与邻 井井斜数据对 比图 倍 ；② 仅 机械钻 速 高 ，而且 能达 到缩 短 建井 周期 、大 幅度 地 降低 钻 井 成 本 的 目的 ；④ _I 】 I 以放 开 钻 ． 强化 钻井 参 数 ，尤 其 对钻 压敏 感 的地层 ，更 可 以体 现 出它 的优越 性 ；④ 钻井 眼井 径规 则 ，蚌 眼平 滑 ． 时 该系统 所有 部 件都 随着 钻具 一起 旋转 ，可 以有效 降低 卡 钻风 险 ；⑤ 由于井 径 规则 ，有 利于 F步 下套 管 作 业 ， 蚪 时水 泥用 量减 少 2 5 ～ 3 O ，还 可 以减小 下 套管 的风 险 。 不足是 ① P WE R V T具 中的机 械部 分 P AD 的制作 材 料 的硬 度 等级 耐 研 磨性 较 低 ，对 于硬 地 } 搜易磨损 ，～ ． 磨损 加剧 ，就 起 不 到降斜 的作 用 ，反 而成 为 增斜 钻 具 ， 所 以应 用 耐磨 较 好 的材 料 P AI ． 才 能发挥 更 好 的作用 ；②在 山 前构 造 钻 进 时 地层 复 杂 ，扭 矩 较 大 ，在 使 用 P OWE R V I r 具 后 ，扭 矩 会 进 一 步增 大 ，限制 _ r钻进 参数 ，也可 能会 导致 钻 具事 故 ，所 以在钻 具 减震方 面应 继续 加 强 。 [ 参 考 文献 ] l 赵金海 ，宋全塔 ．圈外典型的旋转导向钻井系统 [ J ]．国外油 田 程 ，2 0 0 2 ，1 8 3 3 ～3 6 ． 刘振 易明新 ，魏广建 ，等 ． P o we r V 垂直 导向钻井 技术在普光 7井的应用 E l i．天然气 1 业 ，2 0 0 7 ． 2 7 { 2 2 ～2 5 3 j刘磊 ．刘志坤 ．垂直钻井系统在塔里木油 田应用效果及对 比分析 [ J ]．西安 石油大学学报 I1 然科学 版 ．2 0 0 7 ， 2 2 1 2 ～ [ 编辑] 苏开 科 8 6 q 2 nv 8 6 4 2 O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m