大庆海拉尔油田钻井提速难点与对策.pdf

第 4 0巷第 5 期 2 O l 2年 9月 石 油 钻 探 技 术 I ETR I EUM DRI I I I N ； - TECHNI QUES Vo 1 ． 4 0 No ． 5 S e p ．， 2 O 1 2 ． _ 钻井完井 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 0 8 9 0 ． 2 0 1 2 ． 0 5 ． 0 1 3 大庆海拉尔油 田钻 井提速难点与对 策 李杉，云海涛 中国石油大庆油 田有限责任公司采油工程研究院 ， 黑龙 江大庆 1 6 3 4 5 3 摘要 大庆海拉 尔油田地层倾角大、 断层多、 研磨性强、 可钻性差， 存在钻井速度低、 防斜打快矛盾突出、 钻井 周期 长等 问题 ， 严重影响 了海拉 尔油 田勘探开发进程 。为了提 高海拉 尔油田钻 井速度 ， 缩短钻 井周期 ， 针 对海拉 尔 地 区的地质特征 ， 开展 了提速 配套技 术攻 关。通过 统计海拉 尔油 田 已钻 井资料和 分析地层 的特殊 地质特征 ， 找 出 了影响该油田钻井速度提高的主要 因素， 在井身结构优化设计、 优选钻头、 强化钻进参数、 采用复合钻井技术、 应用 垂直钻 井工具等方面进行 了深入分析和研 究， 制定 了合理 的技 术措 施 ， 并进行 了现场试 验 ， 钻井速 度提 高 2 6 以 上 ， 钻井周期缩短 2 3 以上 。这表 明海拉 尔油田钻 井提速 配套工 艺技 术对 于该 油田的 高效开发具有 重要意 义 ， 但 还 需加 强高效钻头和高性能动力钻具的研制与 引进 ， 以及钻井新技 术的应用 ， 以进一 步提 高钻 井速度 。 关键词 钻井速度 机械钻速 井身结构 海拉尔油田 中图分 类号 T E 2 4 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 0 8 9 0 2 0 1 2 0 5 0 0 5 9 0 4 Di f f i c u l t i e s a n d M e a s u r e s f o r I mp r o v i ng ROP i n Ha i l a r Oi l f i e l d o f Da q i ng Li Sh a n， Yu n Ha i t a o Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Oi l Pr o d u c t i o n E n g i n e e r i n g， Da q i n g Oi l f i e l d C o ． L t d ． ， P e t r o C h i n a ， Da q i n g， He i l o n g J i a n g， 1 6 3 4 5 3， C h i n a Ab s t r a c t Du e t o h i g h d i p a n g l e ， r i c h f a u l t s ， h i g h a b r a s i v e a n d p o o r d r i t t a b i l i t y o f f o r ma t i o n， p r o b l e ms s u c h a s l o w ROP， c o n f l i c t b e t we e n d e v i a t i o n p r e v e n t i o n a n d f a s t d r i l l i n g， a n d l o n g d r i l l i n g c y c l e o c c u r r e d d u r i n g d r i l l i n g i n Ha i l a r Oi l f i e l d o f Da q i n g ， h i n d e r i n g t h e p r o g r e s s o f e x p l o r a t i o n a n d d e v e l o p me n t ． To r a i s e ROP a n d s h o r t e n d r i l l i n g c y c l e ， i n v i e w o f g e o l o g i c f e a t u r e a n a l y s i s i n Ha i l a r Oi l f i e l d， i mp r o v i n g ROP ma t c h i n g t e c h n i q u e s wa s s t u d i e d ． Th e ma i n f a c t o r s b l o c k i n g t h e i mp r o v e me n t o f ROP we r e d e t e r mi n e d t h r o u g h h i s t o r i c a l we l l s s t a t i s t i c s a n d g e o l o g i c f e a t u r e a n a l y s i s i n Ha i l a r Oi l f i e l d ． I n - d e p t h a n a l y s i s a n d s t u d y o f c a s i n g p r o g r a m o p t i mi z a t i o n d e s i g n， we l l s i t e t e s t o f s e l e c t e d d r i l l b i t s ， d r i l l i n g p a r a me t e r o p t i mi z a t i o n， c o rn p o u n d d r i l l i n g t e c h n o l o g y ， a n d v e r t i c a l d r i l l i n g t e c h n i q u e s h a d b e e n c o n d u c t e d t o f i n d o u t p r o p e r t e c h n i q u e me a s u r e s f o r t h e p r o b l e m me n t i o n e d a b o v e ． Fi e l d t e s t o f t h e s e me a s u r e s s h o we d t h e ROP r o s e b y mo r e t h a n 2 6 p e r c e n t ， d r i l l i n g c y c l e s h o r t e n e d b y mo r e t h a n 2 3 p e r c e n t ． Op i n i o n s a n d s u g g e s t i o n s a r e g i v e n f o r t h e f u t u r e we l I d r i l l i n g i n Ha i l a r Oi l f i l e d ． Ke y wo r d s p e n e t r a t i o n r a t e ； c a s i n g p r o g r a m ； Ha i l a r Oi l f i e l d 海拉尔油田是大庆油 田外 围开发的重点区块 ， 经过多年实践 ， 已形成了一套适合海拉尔地区的钻 井工艺技术 ， 但由于该地区地层倾角较大 ， 大磨拐河 组至南 1段地层多含砾石、 砾岩层 ， 下部以高含凝灰 质火 山岩为主， 研磨性强 ， 可钻性差l_ 1 ] ， 存 在钻头使 用效果差 、 井身 质 量控 制 困难 、 钻井 速 度 低 等 问 题 。海拉 尔 油 田已钻 的 4 0口井 平均 井 深 2 2 3 0 m， 平均机械钻速 5 ． 1 O m／ h ， 与地质条件相 近的大 庆长垣西部相 比降低 了 5 0 。采用常规的塔式钻 收稿 日期 2 3 1 1 1 2 - 2 O ； 改回 日期 2 0 1 2 - 0 8 一 l 2 。 作者简介 李杉 1 9 6 0 ， 男， 黑龙 江桦 南人 ， l 9 8 1 年 毕业 于大 庆石油学院钻 井工程 专业 。 高级工程 9 十， 采油 工程研 究院 副总工程 师， 现主要从事钻 井设计及科研 工作。 联 系方式 0 4 5 1 5 9 6 2 2 3 0 ， l i s h a n l p e t r o c h i n a ． C O II 1 ． c n 。 石 油 钻 探 技 术 具 、 钟摆钻具和满 眼钻具 等 防斜钻 具组合 难 以满 足井身 质量 的要求_ 2 ] ， 统计海 拉尔 油 田 2 1口井 的钻井情况 ， 其 中 2 O口井进行 了纠斜 ， 共 纠斜 4 7 井次 ， 严重影响了该 油 田钻井速度 的提高 。因此 ， 深入分析海拉 尔油 田钻 井施工 中存在 的 问题 ， 找 到解决问题的途径 ， 对 于提高该油 田的钻井速度 ， 加快该油 田的勘探开发步伐意义重大。 I 影 响机械钻速的主要 因素 1 大磨拐河组至南 1段地层 多含砾石 、 砾岩 层 ， P E C钻头使用 受 限， 下部地 层研磨 性强 ， 钻头 磨损严重 ， 南屯组以下地层 的可钻性级值达到 7级， 抗剪强度达到 6 0 MP a ， 硬度达到 4 0 0 0 MP a L 。 2 地层倾角大 ， 防斜打快矛盾突 出。海拉尔油 田地层倾 角多为 8 。 ～2 0 。 ， 个别层段地层倾 角达到 3 O 。 以上 见表 1 。大磨拐河组和南屯 组地层岩性 变化大， 存在不等厚互层 ， 且地层可钻性相差悬殊 ， 软硬交错 ， 变化频繁， 钻进时易引起井斜 。同时， 海 拉尔油 田地质构造复杂 ， 断层多 ， 在断层的破碎带钻 进时 ， 由于破碎带岩石疏松， 钻头工作状态不稳定 ， 也容易导致井斜 。 3 钻井参数及井身结构有待优化。多年来 ， 海 拉尔油 田全 井段 钻 压 1 2 0 ～ 1 6 0 k N， 转 速 1 1 7 ～ 1 3 5 r ／ mi n ， 机械能量没有得到充 分发挥， 破岩效率 低 。井身结构一直是三层套管结构 ， 考虑地层压力 剖面及管柱强度 ， 有进一步优化 的空间。 4 钻井方式单一。海拉尔油 田钻井一直采用 转盘驱动钻井方式 ， 而大庆徐深气田成功应用井 下 动力钻具表明， 复合钻井技术可大幅度提高钻速 ， 缩 短钻进周期 。 5 钻具组合防斜能力差 。为满足井身质量 要 求 ， 海拉尔油 田采 用 了钟 摆钻具 、 满 眼钻具 、 偏 重 钻具 、 偏轴防斜钻 具等钻 具组合 ， 但都无法有效控 制井斜 ， 被迫起钻换弯螺杆钻具 纠斜 ， 影 响了机 械 钻速的提高 。 表 1 部分井地层倾角及完钻测井井斜数据 Ta bl e 1 Th e p a r t d a t a o f a ng l e o f b e dd i n g a nd i nc l i na t i o n 2 主要技术对策及效果 套管用量 ， 提高钻井速度 ， 节约钢材和水泥 ， 减少岩 屑排放。 2 ． 1 井身结构优化 2 2 钻头优选试验 在保证钻井施工安全和质量 ， 及满足勘探 开发 要求的情况下 ， 充分利用 已钻井数据， 并根据地层压 力预测 ， 对井身结构进行优化l 6 ] 。一是减少套管层 次 分析地层压力和地层坍塌压力， 将套管层次由三 层套管改为二 层套管 ， 即表 层生产套管 ， 减 少 了 声 3 3 9 ． 7 mm套管。二是减少表层或技术套管的下人 深度 在保证井控要求和不发生井壁坍塌的情况下， 减小 部 分 井 的表 层 或技 术 套 管 下 深 ， 平 均减 小 4 0 m。三是优化 表层套 管外径、 钢级 按 区块进行 外径、 钢 级 的优 化设 计 ， 表 层套 管外 径 由原 来 的 声 3 3 9 ． 7 mm优化为 j 5 2 4 4 ． 5 mm或 2 7 3 ． 1 mm， 钢级 由原来 的 J 5 5优化为 H4 0 。通过优化， 可减少表层 根据海拉尔油 田岩石可钻性剖面及构造倾角特 征， 进行钻头优选试验 ， 在希 4 7 ～ 6 5 井等 6口井使用 四翼 P D C钻头和五翼 P D C钻头 。在南 1段以上地 层使用四翼 P D C钻头有利于快速钻进 ， 单只钻头进 尺可达 2 0 0 0 m以上 ， 平均机械钻速 3 0 ． 5 1 m／ h ， 在 高陡地层防斜较差 ； 五翼 P D C钻头刀翼受力均匀 ， 有 利于高陡地层防斜。优选后， P D C钻头进尺增加 3 1 ． 5 9 ／ 6 ， 机械钻速提高 5 3 ． 2 。在贝 4 9 5 5井等 5口 井上试验了 l 2 种牙轮钻头， 进尺增加 1 1 ． 7 ， 机械钻 速提高 1 5 ． 8 。机械钻速分层对比提高效果见表 2 。 通过钻头优选 ， 简化了钻头序列 南 2段 以上地层采 用 , 2 2 0 mm 四刀翼 P D C钻头 ， 南 2 段至南 1段地层 第 1 巷第 j 期 李 杉等． 大庆海拉 尔油田钻井提速难点与对 策 ‘6 ‘ 采用 2 1 5 ． 9 mm五刀翼 P T 钻头， 南 1 段 以下地层 采用 , 2 1 5 ． 9 m m S MD和 } { J T型牙轮钻头。 表 2 海拉尔油 田优选钻 头分层提 速效 果统计 Ta bl e 2 I mpr o v i ng ROP i n di f f e r e nt f o r ma t i o ns by op t i mi z i n g b i t i n Ha i l a r Oi l fie l d 器螺杆钻铤钻杆” 的钻具组合 ， 该钻具组合具 有稳斜效果较好 、 起下钻遇阻卡少 的优点。现场施 工中上部井段尽可能采用大排量循环 ， 以保证高钻 速下的携砂效果和井眼清洁； 进入大 2段易斜井段 后 ， 井斜角小时采用复合钻进 ， 井斜角大时采用滑动 纠斜 钻进 ； 进入 南 2段后 ， 采 用 塔式 钻具 组 合 和 S MD系列钻头， 钻压加 大到 1 0 0 ～1 2 0 k N， 在控制 井斜的同时， 保证 了较高的钻速 。复合钻井试验 累 计进尺 1 1 5 0 2 ． 1 3 m， 平均机械钻速 1 1 ． 2 3 m／ h ； 开 发井二开全面推广复合钻井技术 ， 平均机械钻速达 到 了 1 9 ． 2 5 m／ h 。 2 ． 3 强化钻进参数 2 ． 5 应用垂直钻井工具 为了进一步提高钻速 ， 在优化井身结构和优选 钻头的同时 ， 分别在上部地层和下部地层 开展 了强 化钻进参数试验 。钻进上部地层 时， 将转盘转速 由 原来的 1 1 7 ～1 3 5 r ／ mi n提高到 1 7 5 ～2 O 5 r ／ mi n ， 钻 压由原来 的 1 2 0 ～1 4 0 k N提高到 1 6 0 ～1 8 0 k N， 通 过强化钻进参数机械钻速提高 3 5 。 O 4 。钻进下部 地层时， 钻压由原来的 1 6 0 k N提高到 2 2 0 k N， 机械 钻速提高了 4 2 ． 7 8 。 2 ． 4 采用复合钻井技术 转盘钻井方式受转盘转速限制， 钻速提高受到 一 定限制。通过开展复合钻井技术试验 ， 探索 出提 高南屯组及以下地层钻井速度的有效手段。复合钻 井与转盘钻井相 比， 主要 区别在于转速的不 同。当 钻压一定 、 转盘转速相 同时， 复合钻井时下部有动力 钻具 ， 转速增加 ， 钻速得到提高 。 海拉尔油田先后试验了 3 套钻具组合进行复合 钻井。通过分析现场数据 ， 确定“ 钻头双螺旋稳定 近年来 ， 国内外各大石油公 司都研究开发了垂 直钻井技术， 在高陡构造 、 大倾角地层等易斜地层钻 进时 ， 能有效解决防斜和加大钻压之间的矛盾 ， 大幅 度提高钻井速度 ， 在充分强化钻压的情况下可以保 证井斜角控制在 1 。 以内I 9 。 。其 中， 自动垂直钻井 系统带有井下闭环控制系统 ， 可实现井下主动纠斜 、 保持井眼垂直 ， 其特点是 1 解放钻压， 有利 于提高 钻井速度 ； 2 全旋转钻进 ， 保证井 眼光滑 ； 3 可人工 调侧向力 ， 实现主动防斜 ； 4 减少套管磨损和后续井 段的摩阻。 海拉尔油 田地层倾 角大， 井斜 控制十分 困难。 施工中普遍采用降压 吊打防斜 ， 严重影响了钻井速 度 ， 采用常规 的塔式钻具组合 、 钟摆钻具组合、 满眼 钻具组合等防斜钻具组合难 以满足井身质量 的要 求。为此 ， 5口井应用 了 Ve r t i Tr a k垂直钻井系统 ， 应用效果见表 3 。从表 3可以看出， Ve r t i Tr a k垂直 钻井系统具有良好的降斜能力， 在作业井段都能够 将井斜控制在设计要求范围内。 表 3 V e r t i T r a k垂直钻井 工具应用效 果统计 Ta b l e 3 The da t a o f a ppl i c at i o n o f Ve r t i Tr a k v e r t i c a l dr i l l i n g t o o l 同样 ， Ve r t i Tr a k垂 直钻井系统在提高机 械钻 速方面表现 良好 。在降斜钻进过程中机械钻速要 比 普通动力钻具正常钻进 的机械钻速高 6 0 以上 ， 降 斜 、 提速效果明显 。未使用垂直系统机械钻速与使 用 Ve r t i Tr a k垂直钻井系统机械钻速对 比见表 4 。 2 ． 6 钻井提速效果 通过优化井身结构 、 优选钻头及钻井参数 、 采用 复合钻井 、 应用垂直钻井工具 ， 形成了一套海拉尔油 田钻井提速配套技术 ， 取得了较好的钻井提速效果 。 石 油 钻 探 技 术 2 0 1 2年 9月 表 4 _ r a bl e 4 海拉尔油田 V e r t i T r a k垂直钻井系统机械钻速对比 The c o nt r a s t o f dr i l l i ng s pe e d b e twe e n v e r t i c a l dr i l l - i ng a nd c o n v e nt i o na l dr i l l i ng 机械钻速大幅度提高 探井 、 评价井平均机械钻 速由原来 的 6 ． 9 7 m／ h提 高到 9 ． 3 1 m／ h ， 提 高 了 3 3 ． 5 7 ； 开发井平均机械钻速 由原来的 1 2 ． 7 9 m／ h 提高到 1 6 ． 1 2 m／ h ， 提高 了 2 6 ． O 4 。探井 、 评价井 建井周期 由原来的 4 4 ． 7 7 d缩短到 3 2 ． 8 O d ， 缩短了 2 6 ． 7 9 ， 开发井建井周期 由原来的 2 4 ． 5 5 d 缩短到 1 8 ． 9 0 d ， 缩短 了 2 3 ． O 1 ％。 3 结论及建议 1 经过分析大 庆海拉尔油 田已钻井 的地质特 征和工程施工， 得到了该地区钻井机械钻速低 、 钻井 周期长的主要影响因素 ， 为制定相应的提速措施奠 定 了基础。 2 在大庆海拉尔油 田综合应用优化井身结构、 优选钻头及钻井参数 、 复合钻井 、 垂直钻井等主要提 速技术及措施 ， 形成 了一套钻井提速配套工艺技术 ， 经现场验证提速效果较好。 3 海拉尔油 田的机械钻速还有提高的空间， 建 议研发适合海拉尔油 田的高效钻头与高性能动力钻 具 ， 同时开展涡轮钻井 、 旋冲钻井及欠平衡钻井等新 技术在该地区的应用研究 。 4 自动垂直钻井技术降斜、 提速效果较好 ， 但 成本较高 ， 需进一步开展 自动垂直钻井技术经济性 分析 ， 以充分发挥防斜 、 提速方面的优势 ， 同时应加 快 国产垂直钻井工具的研发和试验工作。 参考文献 Re f e F e nc e s [ 1 ] 刘希圣． 钻井工艺原理 上册[ M] ． 北京 石油工业出版社， l 9 8 8 ． L i u Xi s h e n g ． P r in c i p l e s o f d r i l l i n g t e c h n o l o g y p a r t I[ M] ． B e i j i n g P e t r o l e u m I n d u s t r y P r e s s ， 1 9 8 8 ． [ 2 ] 陈嘉玉． 提高海拉尔地区钻井速度技术 研究[ D] ． 大庆 大庆石 油学 院， 2 0 0 7 ． Ch e n J i a y u ． T e c h n o l o g y r e s e a r c h f o r i mp r o v i n g d r i l l i n g s p e e d i n Ha i l a e r O i l f i e l d [ D ] ． D a q i n g D a q in g P e t r o l e u m I n s t i t u t e ， 2 0 0 7 ． E s ] 钟卫， 赵怀德， 李建山． 提高川西地区中深井及深井钻井效率探 讨[ J ] ． 石油钻探技术 ， 2 0 0 4 ， 3 2 6 1 6 1 8 ． Zh o n g W e i ， Zh a o Hu a i d e ， Li J i a ns h a n ． Ho w t o i mp r o v e t h e e f f i c i e nc y whi l e d r i l l i n g mo d e r a t e - 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