充气钻井提高钻井速度试验研究.pdf

充气钻井提高钻井速度试验研究 施连群, 赵德云, 陆凤德 大庆石油管理局钻探集团钻井工程技术研究院, 黑龙江 大庆 163413 摘 要 针对充气钻井的特点, 研究了充气钻井的机理, 在试验中应用不同气液比钻井和常规钻井交 替进行。确定了不同气液比提高钻井速度图; 分析了充气对井底压力和当量密度的影响规律。 关键词 欠平衡钻井; 充气钻井; 提高钻井速度 中图分类号 TE242 6 文献标识码 B 文章编号 1004 5716 2008 07 0077 03 大庆油田由于深层地层硬, 可钻性极值高, 钻井速 度慢。使用常规优选参数、 优选钻头等方法提高钻井速 度有限。而岩石硬度高, 井壁稳定, 适合气体充气钻井, 因此应用气体、 充气钻井提高钻井速度是重要的方式, 纯气体钻井提高钻井速度效果最好, 但对地层要求较 高, 工艺复杂, 设备庞大, 本文重点考虑应用充气钻井提 高钻井速度。 1 充气钻井提高钻井速度机理 L. W. 库珀等人用印第安纳石灰岩试验的压差对 钻速的影响进行研究, 图 1 为压差与钻速的关系曲线。 从曲线可以看出压差对钻速的影响极大。充气钻井能 够提高钻井速度也是因为充气后井底液柱压力降低, 减 少了压实效应, 从而提高了钻井速度。 图 1 压差对钻速影响关系曲线 2 充气钻井的主要设备和工艺流程 充气钻井是在欠平衡钻井设备基础上 如旋转防喷 器, 液气分离器, 节流管汇等 , 增加气体设备。如果在 非产层可用充空气, 在产层可充氮气或柴油机尾气。 3 充气钻井提高钻井速度试验 3. 1 不同气体排量提高钻井速度试验 在升深 2- 17 井和徐深 21 井开展了充气钻井提高 钻井速度试验。为了对比充气钻井和常规钻井的钻速 变化规律, 采取充气钻井和常规钻井交替进行的方式; 为增加对比的科学性, 采取同层位对比; 为消除地层岩 性偶然性引起的不正常数据, 采取分段大平均的方式。 其中层位以地质录井为准。试验数据见表 1、 表 2。 表1 升深2- 17井登娄库组充气钻井速度与常规钻井速度对比 方式 开始 井深 m 结束 井深 m 进 尺 m 钻 时 min/ m 时 间 min 钻 速 m/ h 层位 注气 量 m3/ h 平均 气液 比 常规 2533 2539617. 28103. 683. 4722 登四12 1 充气 2539 2569 3012. 82384. 64. 6802 登四 120012 1 常规 2569 2592 23204603登四12 1 充气 2592 2621 29226382. 7273 登四 120012 1 常规 2621 2647 2630. 1632. 11. 9934 登四12 1 充气 2647 2659 1229. 1349. 22. 0619 登四80012 1 充气 2659 2663430. 8123. 21. 9481 登三80015 1 常规 2663 2684 2139. 6831. 61. 5152 登三15 1 常规 2684 2720 36269362. 3077 登三15 1 充气 2720 2754 3421. 8741. 22. 7523 登三 160015 1 常规 2754 2762833. 1264. 81. 8127 登三15 1 充气 2762 2771922. 6203. 42. 6549 登三 160015 1 充气 2771 2789 1826. 58478. 442. 2573 登二 160020 1 常规 2789 2795653. 2319. 21. 1278 登二20 1 充气 2795 2820 2528. 47102. 1127 登二 160020 1 常规 2820 2825542. 62131. 4085 登二20 1 充气 2825 2845 2031. 86361. 8868 登二 160020 1 常规 2845 2853850. 35402. 81. 1917 登二20 1 充气 2853 2864 1135. 9394. 91. 6713 登二 160020 1 登四段 2533 2659m 常规钻井进尺 55m, 纯钻进 时间 1346min, 钻速 2. 45m/ h, 钻进参数为钻压 200kN, 转速 65r/ min。充 气 钻 井 进尺 71m, 纯 钻 进 时 间 77 2008 年第 7期 西部探矿工程 1371min, 钻速 3. 1m/ h, 钻进参数为钻压 180kN, 转速 60r/ min, 充气量为 800 1200m3/ h。充气钻井比常规 钻井钻速提高 26. 6 。 表 2 徐深 21 井充气钻速统计分析 气液比 钻进井段 m 进尺总长 m 机械钻速 m/h 与邻井钻速 提高 46 12918 292134. 16108 56 12921 292215. 55177. 5 65 1 2922 2958 2981 3001 565. 02151 50 12958 2981232. 7537. 5 平均4. 04102 注 邻井相同井段的机械钻速为 2m/ h。 登三段 2659 2771m 常规钻井进尺 65m, 纯钻进 时间 2032min, 钻速 1. 91m/ h, 钻进参数为钻压 180kN, 转速 65r/ min。充 气钻 井 进 尺 47m, 纯 钻 进时 间 1067min, 钻速 2. 64m/ h, 钻进参数为钻压 180kN, 转速 65r/ min, 充气量为 1600m 3/ h。充气钻井比常规钻井提 高钻速 37 。 登二段 2771 2864m 常规钻井进尺 19m, 纯钻进 时间 935min, 钻速 1. 22m/ h, 钻进参数为钻压 180kN, 转速 65r/ min。充 气 钻 井 进尺 74m, 纯 钻 进 时 间 2219min, 钻速 2m/ h, 钻进参数为钻压 180kN, 转速 65r/ min, 充气量为 1600m3/ h 1800 m 3/ h。充气钻井 比常规钻井提高钻速 64 。 3. 2 不同气液比提高钻井统计分析 统计分析结果见图 2。 图 2 不同气液比提高钻速图 3. 3 不同充气量对井地压力和当量密度的影响 图 3 是升深 2- 17 井充气钻井和常规钻井交替进 行时, 井底压力温度测试接头所记录的温度压力值, 可 以很清楚看到, 充气后井底压力有明显的降低。 图 3 不同工况井底压力温度变化图 根据充气量的记录和井底压力的记录, 统计分析不 同井深的井底压力和当量密度变化, 结果见表 3。 4 充气钻井提高钻井速度结论 1 充气提高钻速明显, 气液比越大井底压力 降低越多, 提高钻速越明显, 最多可提高钻速 1 倍 以上。 2 由于大庆油田深层比较坚硬, 适合用充气钻井 提高钻井速度。具有广阔的前景。 表 3不同充气量对井地压力和当量密度的影响 充气量 m3/h 井底压力降低 值 MPa 当量密度降低值 g/ cm3 井深 2000m 井深 2500m 井深 3000m 50020. 10. 080. 067 85030. 150. 120. 1 125050. 250. 20. 167 160060. 30. 240. 2 180070. 350. 280. 23 78 西部探矿工程 2008 年第 7 期 马尼图勘探区钻探效率分析 王卫民 河北省煤田物测地质队, 河北 邢台 054000 摘 要 通过对玛尼图勘探区已施工钻孔的施工工艺和钻进效率的分析, 找出造成钻机施工成本过 高、 经济效益低下的因素, 从技术管理角度提出相应的解决办法, 对后续的钻探施工、 改进施工工艺、 提高钻进效率、 增加经济效益有一定的现实意义. 关键词 煤田勘探; 钻探效率; 钻探工艺; 玛尼图勘探区 中图分类号 P634 5 文献标识码 B 文章编号 1004 5716 2008 07 0079 02 内蒙古玛尼图勘探区施工钻孔 31个, 累计完成钻探 工程量 9927. 63m, 最深的钻孔深度为 551. 3m。首次在 该区施工地层情况不是很清楚, 在钻进工艺措施选择不 是很恰当, 开始钻进效率明显偏低, 事故发生率增大, 使 得钻探成本过高, 工期延长。针对施工中的这种情况, 从 钻探设备、 钻头钻具、 钻井液应用及钻探技术参数等方面 分析, 综合考虑地层情况, 改进施工工艺,提高钻进效率。 1 玛尼图勘探区的地层特征 第四系 Q 中细砂, 中粗砂, 少量含砾粗砂。上第 三系 N 砂砾岩, 砾岩, 含砾中粗砂岩。白垩系下统巴彦 花组 K1b 砾岩, 砂砾岩, 砂岩夹泥岩; 砾岩分选性差, 粒 径大小不一,成分以石英斑岩, 流纹斑岩及花岗岩为主。 上侏罗统 J3 砂岩, 砂砾岩为主夹粉砂岩, 岩石破 碎且坚硬砂岩中节理发育, 地层倾角 30左右。侏罗系 中下统阿来坦合力群 为本区的含煤地层, 主要是抗风 化的砾岩及砂砾岩地层倾角 30 多度。 2 主要设备情况和钻具组合 玛尼图勘探区投入施工的钻机共 14 台, 2 种型号, 各型号钻机的使用效果有明显的不同。 1 SY- 4 钻机是液压钻机, 开孔可以加上钻压, 转速也较高, 较适合使用复合片 PDC 钻头和金刚石钻 头, 针对玛尼图的地层情况, 开孔钻进效率较高。 2 TXB- 1000 型钻机是较陈旧的设备, 维修保 养的时间较多, 开孔加不上钻压, 影响钻进效率。 3 玛尼图勘探区使用的钻头类型主要有筒状、 肋 骨合金钻头, 聚晶金刚石复合片和孕镶金刚石钻头, 各 钻机根据地层变化以肋骨合金钻头和 PDC 钻头为主, 砾岩、 砂砾岩研磨性强的地层使用 PDC 或金刚石钻头, 合金钻头现场焊制, 多采用 T 108、 T 110 四方柱硬质合 金, 但合金的钻进效率较低。 4 钻具组合 114 取芯钻头 89 岩芯管 63. 5钻铤 50 钻杆 主动钻杆。岩层取芯用筒状 钻头和肋骨钻头, 采取岩石力学等试样的层段, 采用筒 状钻头, 煤层取芯使用单动双管取煤器。 2 影响钻进效率的因素分析 2. 1 地层因素 以砂砾岩为主夹泥岩, 软硬互层杂乱且地层较破 碎, 砂岩硬度 6 7 级, 使用硬质合金钻头钻进, 一只钻 头下井, 进尺不到 1m, 钻头的合金就被磨得平了, 不完 整的地层在钻进过程中使钻具跳动严重, 疲劳受损加 剧, 钻杆断裂事故经常发生。 2. 2 钻具组合和钻头因素 本区施工的钻机在钻具组合上明显的不足是使 用的钻铤数量较少, 钻具重量较轻, 钻铤的重量达不 到钻压的要求, 增加钻压就把钻杆的重量加上, 钻具 在孔内弯曲严重, 易造成孔斜。钻具重量轻, 不能压 住钻具, 不能克服地层传给钻头的上反力, 钻头不能 在孔内较平稳的工作, 钻具振动严重, 使钻头的使用 寿命减少, 钻杆和岩芯管的丝扣时常发生断裂, 造成 孔内事故。 3 充气钻井和气体钻井配合是大庆油田提高钻井 速度重要途径。 参考文献 [ 1] SPE 18215, Zavareh, F. Hill, A. D and Podio, A Flow Re gimes in vertical and Inclined Oil/ water Flow in Pipes. [ 2] 陈家琅. 石油气液两相流[ M] . 石油工业出版社, 1989. 79 2008 年第 7期 西部探矿工程