川东南兴隆区块钻井技术.pdf

第2 4 卷第1 期 2 0 1 4 年 3 月 江 汉 石 油 科 技 J I AN GHAN P E T ROI EUM S CI E NCE AND T EC HNO【 GY Vo 1 ． 2 4 No ． 1 Ma r ． 2 0 1 4 川东南兴隆区块钻 井技术 李 新年 ，蒋 洪亮 中 国石 化 石油机 械 装备 重 点实验 室 、江 汉 石 油管 理 局石 油机 械研 究 院，湖 北武 汉 4 3 0 2 3 3 摘要 兴隆区块是 江汉油田近期开发 的新区块 ，该地 区地质情 况复杂、含气层 多。已钻井存在井身结 构复杂，周期长，配套技术不完善 ，易发生垮塌 、卡钻、井漏等复杂情况。通过分析 ，结合相似地 区已钻井 取得的经验，推荐了一套适合兴隆区块的井身结构设计方案，采用了多种钻井方式，其中空气钻井、泡沫钻 井、泥浆钻井、复合钻井方式为该 区块的主要钻井方式。并在钻头选型、钻井液等方面为兴隆 区块的优快钻 井提 出了建议和方案。 关键词钻井技术；井身结构；区块 兴隆区块是江汉 油田在川东南地区勘探的新 区 块 ，实钻井少 。该区块的地质构造 、岩石可钻性 、 地层压力等资料还不详实。在兴隆区块分别在陆相 地层、海相地层见到各类油气显示，部分已钻井已 获得很好的工业油气流。但在该 区块 的钻井存在钻 井周期较长 ，地层垮塌 、卡钻 严重 ，机械钻速低 、 易出现井下复杂情况。已钻井显示兴隆区块地层致 密、可钻性差、地层压力高、气层繁密、常含硫化 氢 。兴隆1 井 、兴隆1 0 1 井钻井经历了大安寨一 马鞍 山 段 陆相高压油气层溢流 、嘉陵江组盐膏层溶解 、长 兴组含硅灰 岩和吴家坪组含燧石团块硅质岩可钻性 差等一系列技术难点 。通过分析兴隆区块的钻井难 点 、钻井技术的应用情况，并结合与兴隆区块相似 地层的钻井经验，研究适应兴隆区块的优快钻井的 技术和方案。 1 地质特征 四川油气 田经历 了4 O 多年勘探开发 ，主产油气 层 为二叠系 、三叠系 ，但是通过勘探思路创新 、装 备投入、 优化勘探部署， 立体勘探取得显著成效 ； 勘探南方分公司通过加强老资料复查解释和区域沉 积相研究，认为川东南兴隆区块长兴组发育高能礁 滩相带，成藏条件优越，具有与元坝气 田类似的成 藏特征，其层位；4 0 0 0 6 0 0 0 m 之间，属于深井。 根据已钻井和周边地区井 的情况来看 ，川东南 兴隆区块的陆相地层砂 、泥岩互层频繁 ；钻井所遇 的凉高 山组 、东岳庙组 、须家河组 、嘉陵江组 、飞 仙关组、为含气层；长兴组为气层；梁山组为煤层 气。沙溪庙组地层易出水；下沙溪庙组 、大安寨组 含裂缝气层 ，易造成剥蚀掉块 和垮塌 ；雷 口坡组下 部 、嘉陵江组 ，含有岩膏岩层 ，溶蚀后造成井径扩 大 ，自然造斜能力强 ；嘉 陵江组 、飞仙关组气层发 育 良好 ，含膏岩层易塌 ，形成大肚子井眼。须家河 组有煤层 ，易垮塌 、易漏；在嘉陵江组的五段至二 段含有盐膏岩，注意防卡钻、防止钻井液被污染 。 2 钻井难点 川东南地区属南方海相复杂勘探区， 兴隆区块 地层古老、结构复杂 、地层变化大、岩性多变、层 位预测不准 。钻遇的陆相地层坚硬、研磨性极高 ， 机械钻速极低、蹩跳严重 ，钻头和钻具磨损严重 ， 钻头失效陕；同时井身结构复杂、大井眼井段长； 地层倾角大，常规防斜钻具只能采用钻压控制，限 制了机械钻速；地层压力复杂、压力系数高，井控 第一作者简介李新年 ，男 ，1 9 9 8 年毕业于江汉石油 学院石油工程专业，2 0 1 0 年进修于长江大学 ，攻读机械工程 硕士学位，工程师，现在江汉石油机械研究院主要从事石油 工程技术和石油装备研究工作。 第1 期 李新 年 等 川 东南 兴隆 区块钻 井技 术 ‘ ’ 风险大， 影响钻井提速。 2 ． 1 井身结构缺陷 1 套管层数少，不能满足封隔多套压力体系 的要求。 2 钻遇地层多，情况复杂 下套管前提承压 困难 ，技术套管下人井段长 ，下套管过程中井 口泥 浆失返 ，固井水泥浆漏失 ，影 响了固井质量 ；压力 体系复杂，且常伴有出水出气的情况，易卡钻，井 控风险较大。凉高山组、珍珠冲组、须家河组地层 含油气水层，易造成卡钻。 3 技术套管下入深，要求钻机负荷足够大。 4下部井眼尺寸小，不利于优质 、安全钻井 和 加 深 要 求 。 已 钻 井 目 的 层 采 用 尺 寸 为 中 1 6 5 ． 1 m m的小钻头以及 1 4 6 ． 1 m m的套管 ，环空间隙 太小 ，且井斜较大 ，对下套管 、固井等完井作业施 工有一定影响。 2 ． 2 钻井方式配套技术不完善 由于兴 隆 区块地层 致密 、可 钳 l生差 ，气层繁 密、地层压力高、井深，常规钻井效率普遍偏低。 多家石油公 司在川东相 似地 区尝试 了多种钻井 方 式，例如空气钻、泡沫钻、充气钻、螺杆 P D C 复合 钻等 ； 虽有不同程度的提高了钻进速度，但还存在 着一些问题，如气体钻井方式也存在着井壁失稳、 地层出水、出气等 普光2 0 3 1 井采用空气钻，在 2 5 1 1 ．7 1 m，地层出气后又出水造成井塌卡钻；兴隆 l 井一开采用空气钻发生卡钻1 次 ，井下复杂 1 次 ，在 气液转换后发生井漏。 2 ． 3 机械钻速低 钻头使用寿命短、单钻头进尺低，井深、井眼 尺寸大且井段长 ，是兴隆区块钻井的一大特点。由 于大尺寸钻头的破岩量大、现有钻具组合造成的钻 头机械破岩能量不足 、井底水力能量不足以及钻井 液的清岩、携岩能力差等因素 ， 使得大尺寸井眼段 机械钻逮陧。 3 钻井技术 3 ． 1 井身结构 目前兴隆区块钻井中普遍采用的常规A P I 套管 尺 寸 系列 有 8 种 ，即 5 0 8 ． 0 m m、中3 3 9 ． 7 m m、 2 73 ． 1 ram、 2 4 4．5 mm 、 1 9 3 ． 7 mm 、 1 7 7． 8 mm 、 1 3 9 ． 7 mm、中1 2 7 ．0 mm。通过调研 ，以生产开发为 中 心 ，结合普光 、川东北地区生产开发井的井身结构 和套管设计 ，推荐一套适合兴隆区块的井身结构设 计方案 ，见表1 。 本井身结构的各套管程序的选择为各开次钻进 安全相对留有余地，以保证完成钻探 目的。表层套 管应封隔上部不稳定 ，易漏、易坍塌地层。一开 目 的是封隔地表水 、松散粘土流砂、砂砾层。以封 隔 浅层水为原则确定中完深度 表层下深7 0 0 m 右 ， 如果井底附近可能有或已经发现有水层 ，应适当加 深进行封 隔 。二开 至2 4 1 0 m 左右 ，封 自流井组东 岳庙段及以上低承压 、易垮塌地层及油气水层 ，为 下一开次顺利施工创造条件。三开目的层为飞仙关 组 、长兴组气层。 3 ． 2 钻井方式 兴隆区块钻井方式可采用多种钻井方式，其中 空气钻井 、泡沫钻井 、泥浆钻井 、复合钻井方式为 该区块的主要钻井方式。 1 导管和一开建议采用空气钻井或充气泡沫 钻进。 表1 兴隆区块 的井身结构设计方案 5 6 江 汉 石 油 科 技 第2 4 卷 2 二开时上部陆相地层采用空气钻井陕 速钻 穿 。 3 三开、四开建议采用复合钻井技术 ；须家 河组 、雷 口坡组、嘉 陵江组上部采用空气钻井 ，如 果 出现地层 出水或油 气层出油时应及时转化成泥浆 使用复合钻井技术。其中嘉四段含有盐水层，易形 成 大肚子 ，造成沉砂 卡钻 ，建议 采用牙 轮常规钻 进 ；嘉一段 、飞三 、飞二段存 在破碎带 ，井壁稳定 性差 ， 建议以复合钻进为主，牙轮或P D C 常规钻井 为辅 ；飞一段 、长兴组岩石较硬 ，且硅质灰岩和燧 石 团块含量较高 ，不适合P D c 高转速钻进 ，建议采 用牙轮常规钻进。 3 ． 3 钻头 在陆相地层 ，尽量选用空气钻井 ，钻头宜选用 江 钻生产 的H J T 5 3 7 G K 和川石生产 的S K H 5 1 7 C G K。 对海相地层 ，由于井深 、地质复杂，并尽量减少起 下钻 ，提高钻头的单只进尺 ，可选用复合钻井 P D C 钻头的钻井方式 。 针对兴隆区块的地质条件 ，先期开眼宜采用牙 齿 较长而轴 承寿命相 对较短 的钻头 ，节约钻头成 本 ；一开钻固封至上沙溪庙组 。空气钻使用宽齿牙 轮钻头，宜选用强保径钻头，保证井眼尺寸； 嘉陵 江组井段，可使用空气钻 三牙轮钻头 ，以提高钻 速 ；在茅 口组气层 以上 ，建议尝试使用 防泥包 P D C 钻头，如果地层允许易采用P D C 螺杆复合钻 进 ，不仅机 械钻速 高 ，而且 可 以保证井 眼轨迹 光 滑 。 3 ． 4 钻井液体系 兴隆区块空气钻进遇易塌 、易出水 、出油地层 时 ，必须转换 为钻井液钻井，钻井液一般都采用聚 合物泥浆。泥浆方面主要从防漏、堵漏和空气钻井 完泥浆转换两个方面来进行考虑。表层 、一开钻井 适用泡沫钻 井 ，主要 是防地层 出水 ，减少建井周 期。二开建议使用空气钻井，但在易塌、易出水、 出油地层则采用钻井液钻井 ，钻井液选用井壁稳定 性好、能防漏堵漏的聚磺防塌钻井液体系。三开海 相硬地层， 施工应选用了聚磺非渗透钻井液体系。 在兴隆区块还可以使用钻井液方面的新技术 在防漏 、堵漏方面可采用微泡沫钻井液和微泡沫桥 浆钻井液 ，还可采用 “ 桥浆 M T C ”堵漏技术 ；在 空气钻井完泥浆转换方面可采用无渗透技术，还可 采用强抑制性聚磺防塌钻井液体系和 “ 三低”水基 钻井液。 4 现场应用情况 兴隆1 0 1 井是兴隆区块中川东弧形高陡褶皱带上 的一 口 评价井 ， 位于重庆市万州区梁平县福禄镇辣 坪村。全井钻井周期 1 8 8 ．4 d ；井深4 7 8 5 m；平均 机械钻速2 ．7 1 m ／ h ；完钻层位 二叠系吴家坪组 。 4 ． 1 应用效果比较好的钻井技术 兴隆1 0 1 井先后 采用了充气泡沫钻井 、空气钻 井 、空气锤钻井技术 、P D C 钻头 螺杆 复合 钻进技 术 、防漏防气窜水泥浆体系等多项新技术，收到了 良好的效果。兴隆1 0 1 井运用气体钻井方式在沙溪庙 组平均机械钻速为 1 4 ． 3 1 m ／ h ，凉高山组 为9 ． 9 5 m ／ h， 须家河组为5 ． 4 5 r r d a 。其 中空气锤钻井取得的提速效 果最为显著 ，井段 5 9 7 ．3～1 9 4 7 ． 3 7 m；地层为沙溪庙 组 、凉高山组 ；纯钻 时问为5 6 h ，平均机械钻速 为 表2 兴隆1 0 1 井与邻井 同层位消耗钻头数对 比 第1 5 ／ I 李新 年 等 川 东南兴 隆 区块钻 井技 术 5 7 2 4 ． 1 l m ／ h 。空气锤钻井也提高了钻头使用寿命，减 少了钻头消耗。与邻井同层位消耗的钻头数对比见 表2 ，在层位相 同、进尺基本相 同的情 况下 ，兴隆 1 0 1 井空气锤纯钻时间是相邻井兴隆1 井、福石1 井的 0 ．3 8 和0 ．3 1 ；消耗钻头数是它们的1 ／ 2 。 4 ． 2 有待改善的钻井技术 兴 隆1 0 1 井在空气钻井过程 中发生 了断钻具事 故，根据断钻具时的钻具组合来看，没有携带减震 器。建议在兴隆区块空气钻施工 中，配上减震器 ， 减小钻具所受到的冲击力。 兴隆1 0 1 井空气钻完转化泥浆后井壁坍塌、井漏 等情况严重，可见在使用的传统泥浆工艺不适应兴 隆区块的钻井要求。 5 结束语 针对川东南兴隆区块的地质特性和钻井存在的 难题，结合新工艺新技术的使用情况，分别从井身 结构 、钻井方式 、钻头 、钻井液等方面提 出了各项 可实行的解决方案和新的思路。建议把兴隆区块作 为川东南地 区快速开发的支点 ，来展开研究 ，使研 究更加具有区域针对性。 目前兴隆区块 的已钻井多是陆相地层和上部海 相地层的钻井施工情况 ，下部海相地层还接触得太 少 。希望今后钻井会更多的揭示下部海相地层 的情 况 ，来充实现有的技术方案。 参 考文 献 [ 1 ] 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 ． [ 2 】 陈明， 窦玉玲， 李文飞， 等川 东北元坝区块井身结构优化 设计f J ] ． 天然气技术． 2 0 1 0 ， 3 6 3 ． [ 3 ] 侯树刚， 刘新义，杨玉坤． 气体钻井技术在川 I 东北地区的 [ J ] ． 石油钻探技术． 2 0 0 8 ， 3 6 3 ． I 4 1王希勇， 朱礼平， 胡大梁， 等． 复合钻井技术在川东北地区的 应用【 J J ． 天然气工业， 2 0 0 8 ， 2 8 1 1 ． [ 5 】 李佩武， 吴春国， 李祖奎等 ． 川东北地区地层特征研究与钻 头选型L 刀 ． 岩石力学与工程学报， 2 0 0 3 ， 2 2 1 ． 【 6 】 臧艳彬， 王瑞和， 张锐． 川东北地区钻井漏失及堵漏措施现 状分析 石油钻探技术． 2 0 1 1 , 3 9 2 ． 【 7 ] 孙长健， 张仁德， 漆林， 等．气体钻井转换钻井液保持井壁稳 定技术 ． 钻采工艺． 2 0 1 0 ， 3 3 2 ． 编辑 胡素梅 致密油藏 致密油藏成为全球非常规石油勘探开发的关注领域，主要源 自于威利斯顿盆地巴肯致密油开发的重大突 破。致密油藏不同于低渗透油藏，它 是伴随 “ 非常规油气”的概念而出现的。非常规油气是相对于常规油气 而而提 出。非常规油气主要指连续分布的油气，无明确圈闭与盖层界 限，流体分异差 ，无统一油气水界面和 压力系统，含油气饱和度差异大，油气水常多 相共存。由S P E 、A A P G、WP C 和S P E E 联合发布的 石油资源 管理 系统认为 连续性矿产和非常规 资源基本等 同。连续性油气藏一般 } 生 地质特征为 缺少明显的盖层和 圈闭；弥漫式富油或气；大范围分布；储层基质渗透率低；异常压力；与源岩距离 较近。 致密油是指以吸附或游离状态赋存于富有机质且渗透率极低的暗色灰岩、泥质粉砂岩和砂岩夹层系统中 的 自生 自储、连续分布的石油聚集。页岩 生成的油 气除部分排 出并运移至砂岩或碳酸盐岩等渗透性岩石 中形 成常规 油气藏外，大量 高达 总生烃量的5 0 ％r A 上 在 “ 原地”滞 留，以游离烃和吸附烃的形式赋存于纳米 级孔隙或微裂缝 中，形成可供商业开采的致密油 气 。 致密油藏属 于非常规油藏 ，而油气大面积连续分布是连续型致密油的标致性特征 ，因此 ，将储层面积作 为一项考虑因素。定义致密油藏孔隙度小于1 2 ％，空气渗透率在0 ． 0 0 1 0 ．0 5 ro d，含油面积大于1 1 0 k m。 资料来源于 石油钻采工艺2 0 1 2 ，N o ．2