充气钻井技术在子洲_米脂气田的应用.pdf

V ol. 29 N o.l Jan.2010 石油化工应 用 P E T R O C H E M IC A L IN D U ST R YA P P U C A T I O N 第29 卷第 1期 20 10 年 l 月 充气钻井技术在子洲一 米脂气田的应用 刘鹏, 马鹏飞,王喜娟 中国石油长庆油田分公司第二采气厂,陕西偷林 7 1 90 0 0 摘要 提高机械钻速 缩短钻井周期是节约钻井工程投资成本的一个重要手段 在子洲一 米脂气田的产能建设过程 中,刘家沟组的裂缝性地层漏失已经成为制约该区块开发速度的瓶颈 针时该区块内刘家沟组地层采用常规堵漏易钻 进失返 的特点 20 0 8年在该区块的钻井开发过程中,对漏失严重的井,使用充气钻井抢钻刘家沟组的欠平衡钻井技 术,在提高机械钻速 缩短钻井周期的同时,也节约了开发成本 主要对充气钻井 技术在子洲一 米脂气田的应用情况做 了简介, 同时对实施效果及投资成本方面进行了简单的评估 关键词充气钻井;欠平衡钻井;钻井液;子洲一 米脂气田;漏失 中图分类号几242. 6文献标识码B文章编号1673一 5285201001一 X 61一 05 A P Plication of aerated d rillin g tech n ology in zizh ou 一 m izh i gasf i eld LIU Peng, M A Peng f e i, W ANG Xi juan Ga s 而 du c ti on P l a n t2 o f P e t r o C h i na C h a n g q i 鳍 01 丛el d C O 呷朋少 , Yuli n Sha n xi,719000, C h ina A bstract A er a ted dr i lling 15 a kind of undet h alaneed dr i lling m eans that the density of eyel e mud 15l ess t han l 沙 m , . I t1 5 i m por tantt o f a sten the dr il li ng speed and shor ten t he dr i lling per i od f o r saving investm ent of w ell dr i lling pr o eess. T her e15 a huge eir c ulation 1055 i n l iu j i a即 u For m at i on w hi eh has eonst raint ed t he devel opm ent ofthe zi zhou一 m i zhi gasf iel d. A ttem pting use the aerated drilling should be a good m ethd to solve the pr o blem . In the year of 200 8 aer a ted dr i lling teehnolo群 15 w idly used in this bloek. A ppliea t ion in som e w ells ,it indieate that aer a ted dr i lling ean r e duee f o r mation dam age , inerease dr i lling speed and be suitable f o r lowpr e ssure , low P er meability as w ell as easily leaking reser v oir. K ey w ords aer a ted dr i lling undet h alaneed dr i lling ;drilling f lu id sam ple zizhou一 m izhi gasf ield ;eir c ulation 105 充气钻井始 于上世 纪 5 0年代 ,自 1953 年在美 国 U t a h 州用充气钻井技术完成 了第一 口井开始 , 充气 钻井在世界范围内已得到广泛应用 , 199 8年 , 美国应 用欠平衡充气钻井的井次为 4 10 0口, 加拿大 1 500 口 ,在 20 0 5 年用 充 气 钻井 的油 井 已 占 3 0 以上 1 20 0 0 口 我国 自20 世纪 6 0年代在 四川首次 尝试使用充气钻井技术以来 ,各大油田每年均有不同 井次的尝试 充气钻井就是指钻井时将一定量的可压缩气体通 过充气设备, 注人液相钻井液中作为循环介质的钻井 工艺 通常注人气体主要是空气和氮气,此外还有二氧 化碳 天然气和柴油机尾气 ,但这些使用的较少 收稿日 期2 X 9一 1 0 一 0 8 作者简介刘鹏, 男,20 0 6 年毕业于西安石油大学石油工程专业,现工作于长庆油田第二采气厂采气工艺研究所 石油化工应用2 0 1 0 年第 29 卷 1充气钻井技术的特点 1.1优点 l可以满足地层压力系数 l的低压目的层的欠 平衡钻井; 2充气钻井液密度调节范围较大, 适应性强,当 量密度在 0 . 5一 0 . 9 岁cm 3 之间; 3最大程度的降低井底压差,减少对地层的损害; 4充气钻井的钻井液可以利用常规钻井液充气, 成本较低; 5能够提高机械钻速,缩短钻井周期 1. 2缺点 1不适用于高压高产地层 ; 2存在井筒稳定问题 易受物理和化学作用影 响,低固相含量聚合物基浆体系造壁性较差存在井筒 坍塌的危险; 3钻杆内为多相流动 ,如果环空内有地层流体进 人,则控制相对困难 1. 3充气钻井适用地层 1岩性较为坚硬地层 ; 杆注入,其工艺流程见图 1 来 自增压设备的压缩空气 , 与来 自泥浆泵的泥 浆在立管三通处混合 ,通过立管进人钻具内形成均 匀充气钻井液, 再经由钻头到井筒环空再到井 口返 出, 出口充气钻井液密度约为 0. 5一 0. 9 9/ c m 3 钻井 液以聚合物水基泥浆为主, 现场发泡剂加注比例为 6 000 mL / h 形成的充气钻井液泡沫直径约为 0. 1- 1. 0 mm 它具有密度小 井内液柱压力小,形成泡沫群 体结构等特点 增增压设备备 泥泥浆泵泵泵立管 管管脚 纳 纳 泥泥浆雄雄 雄环空 空 振振办 啼啼 啼一 泥湘日 口 像 绪绪 溶洞 裂缝性地层 ; 低压地产地层 1. 4充气钻井的注入方式l 2 ] 从流体性质看, 充气钻井属于不稳定气液两相流 体 按充气方式分为地面注人法立管注人法和强化 充气法寄生管 同心管法 连续油管注人法等 1. 4.1立管钻杆注入法直接通过钻杆将气体注人 井下 1. 4 . 2寄生管注入法将一根下端接有注气短节的油 管下在套管外面, 并在固井时将其封固在环空中 钻进 时, 钻井液通过钻杆流到井底, 同时通过寄生管将气 体泵到井下的环空中与钻井液混合, 以达到欠平衡钻 井条件 1. 4 . 3同心管注入法事先将一根直径小于表层套 管的管柱下 到表层套管 内 ,钻进 时 ,通过两层套管 间 的环空将气 体注人到井下 以降低钻井液液柱对地层 的压力 1. 4 . 4连续油管注入法通过连续油管将气体注人 到井下 ,使之穿过钻头从连续油管与井壁之间的环空 返出 1. 5充气钻井的工艺流程 子洲一 米脂气 田充气钻井注人的气体为压缩空气 , 所用的钻井液为聚合物水基泥浆 , 注人方式为立管钻 图 1充气钻井简易流程图 1.6充气钻井的地面配套设备 充气钻井过程中的空气动力主要由空气压缩机提 供,子洲一 米脂充气钻井过程中使用的是美国寿力公司 的900XH H 1150XH 系列空气压缩机 该机型是寿力 公司根据市场需求开发的高端建机类产品, 广泛应用 于石油 水 电及煤矿等领域 2充气钻井技术在子洲一 米脂气田使用 情况 2.1刘家沟组地层情况及堵漏工艺简介 2.1.1刘家沟组漏失地层特点刘家沟组属于裂缝发 育,其底部存在天然裂缝, 既有垂直裂缝 ,又有水平裂 缝 ,但主要 以垂直裂缝为主 ,垂直 裂缝极为发育 ,宽度 一般为 0 . 5一 1.5 m m 刘家沟组属 中生届下部 ,厚度一般 为 220320 m ,浅灰色 灰紫色 中粒长石砂岩夹 暗棕 紫红色泥岩,在下部其泥质及岩块含量高,颜色陈旧, 以灰为主 该段地层发育较好 ,有大段裂缝 ,裂缝一般 在刘家沟 中下部约 8 0m ,也有个别区块裂缝贯穿整个 刘家沟组 通过该区块的榆 5 9刘家沟组岩芯实物可以 看 出裂缝发育明显 第 1期刘鹏等充气钻井技术在子洲一 米脂气田的应用 2.1.2堵漏工艺措施二开以后在进入刘家沟组地层漏失损失 之前 ,当漏失量较小或基本以渗漏为主时漏失量20 m 3 / h 或出现钻进失返现象, 一般用长纤维加大平均钻井周期 3 3 . 3 d, 建井周期 4 3 . Z d, 机械钻速 颗粒的堵漏剂配制406 0时 堵漏泥浆 ,积压静止堵漏6. 6 9m/ h , 刘家沟段单井平均漏失量 3 60 9耐,其中 或挤水泥堵漏 进入刘家沟组后采用欠平衡充气钻井的 r o口直井二开后平均钻井周期为 2 8 . l d 常规堵 技术快速钻穿漏层, 然后注人水泥封堵漏层尽量减少漏统计见表 l 表 120 0 8 年子洲一 米脂气田漏失井统计表 序号井号井型 钻 井周期 / d 建井周期 / d 机械钻速 /n以 h 漏失量 /m 3 损失时间 /d 堵漏次数 常规堵漏挤水泥 4 3 3 0 5 9 2 6 4 9 2 5 4 6 3 7 1 n U 气O 八 了O , 4 井井直直洲 30一 29 洲 29一 28 25.75 24.08 35 名3 5.6 67 34 . 0 4 洲 15 一 2 1 定向井 3 1.0 439.29 1 5 18 4 552 4 725 3 2 0 4 6 3 5 0 0 5 0 0 6 3 0 3 3 0 洲 23一18直井 32.754 6.08 洲 2 1一 20 定向井 29.67 l8 l4 0 1 矛, J , j 勺 一j 井井直直 洲 39 一 25 洲 42 一 25 洲 24一 22直井 洲 8一 14直井 洲 16一 1 6直井 洲 1卜巧直井 洲 13一 16直井 58 18 . 5 4 0. 4 2 39 38 56 39 4 9 7 1.5 30.5 3 7 12 5 054 2 X 5 0 8 7 7 巧 3 1 3 4 8 5 . 7 3 3 1反6 . 反丘 1 0 6 . 6 . 6 . 0 6 门 , , 注此表不含使用充气钻井井次 2 . 2 . 2使 用充气钻 井技 术 时效与常规堵漏井次相 比,20 0 8 年使用充气钻井 1 6 井次, 其中米脂境内 4 口, 其余全在子洲, 平均钻井周期 30. 6 d, 建井周期 39 . 9 d ,机械钻速为 7 . 2 71 司I , 平均单井刘家沟组漏失 量 1 56 7砰 ,其中的 1 1口直井二开后平均钻井周期为 23. 7 d,使用充气钻井技术实例见表 3 2 . 3泥浆材料节约分析 比起 常规堵漏 钻井 , 充气钻 井使用 的钻 井液 以 聚合物 水基泥浆 为主 , 钻进过 程 中只要 基浆密 度满 足在 0 .6一 0.9 9/em , , 粘 度 3o m 几 S, 失 水 30 m L , 根据现场需要控制好合理的气液 比, 就能满足正常 钻进 , 因此可以减少堵漏材料以及其他泥浆配料的 损耗 现 对 近期完 钻 井洲 2 4 一 1 9与洲 2 2 一 2 0在刘 家沟组泥浆材 料做一详 细对 比 洲 2 4 一1 9 井使 用充 气钻 井技术 打穿刘家 沟漏层 ,洲 22一 2 0井 采用 常规 堵漏 方法钻进 石油化工应用2 0 1 0年第29 卷 表 2充气钻并现场应用时效表 漏失情况 序 号井号井型钻井周期/ d 全井机械 钻速 充气 钻井段 全 井总漏失/ m 3充气段 漏失量/耐 l洲 33一 26直井 2洲 33一 25直井 3洲 26一 28直井 4洲 33一 27直井 5洲 15一 20直 井 6洲 17一 23定 向井 7洲 28一 23直井 8洲 28一 25定向井 9洲 25一 25定向井 10洲 34一 27直井 11洲 27一 28直 井 12洲 18一 17定 向井 13洲 28一 28直井 1 4米 4Ow eIS直井 15洲 29一 27直井 16洲 27一 24定向井 31 83 24 42 34 3 75 2 32 1 29 3 1.03 25 3 29.4 75.7 30 . 5 36 1923一194 8 1626一20 10 1582一1895 1653一1805 1885一 2 X 5 190 4一 20 X 1631一1845 1620 一1902 1606一1946 1762一 2050 1603一1886 石 千峰 5 439 刘家沟 8 926 180 2 35 5 刘家沟 3 9 X 刘家沟 6 6 401 5 10 7 0 0 6 7 0 8 0 06 3 3 刘 家沟 3 030 石千峰 4 725 刘家沟 2 4 7 4 刘家沟 3 24 0 刘家沟 7 205 刘家沟 4147 4150 1 926 刘 家沟 4 6 X 1970一 2 167 刘 家沟 6 70 2 980 3 150 9 2 47 5湖 6 5 1 8 6 6 7 5 4 5 . 2 1 7 2 2 7 9 5 6 9 9 7 9 54 1742 一1983 1720 一 20 5 5 1639一184 1 1572一19 13 刘家沟 4 7801 420 口 芍 口. 厂了n 4 , 24 3 5. 58 80 刘家沟 5 8 X 2 670 o o 5 0 6 -刘家沟 刘 家沟 4130 4 9 53 9 7 5 2 8 2 1 7 ,z 勺 万,了. 气j 2 . 3.1洲 X X 一 19 现场使 用情况洲 X X 一 1 9 井 设计 井深 2 62 4m ,井别开发井 ,井型直井 地理位置陕西省子洲县 地面海拔 1 03 0m 目的层位 山 尹段 洲 X X 一 1 9由长城探一公 司 3290 7队承钻 ,该井在 20 0 9 年 2 月 2 5日使用充气钻进 ,到 2 月 2 6日钻穿刘 家沟组 1 5 1 85 3m , 钻井进 尺 25 7m , 刘家沟组充 气钻进平均机械钻速为 9 . s lm 小, 钻穿刘家沟组泥浆 材料明细具体见表 3 表 3洲 XX 一 1 9 井刘家沟组泥 桨材料 明细表单位 t 计一7 8 汉, 一 n U U 巧一4 4, 1 o n 巧一 4 2 5 5 3 一 0 6 0 0 0卜\ 尸期 材料\ \ C M C 勺一 . 0 0 PA C 一14 1 白土 纯碱 烧碱 2 . 3 . 2洲 Y Y 一 20 现场堵漏情 况洲 Y Y 一 2 0井 设计 井深 2 4 5 1 m ,井别开发井 ,井型定向井 井底位移16 5 . 9 2m 地理位置陕西省子洲县 地面海拔 8 8 5 m 目的层位 山 , 段 洲 Y Y ZO 由长城钻探二公 司 32883 队承钻 ,实际 造斜点为 1 750 m ,设计为钻穿刘家沟漏层后造斜 ,刘 家沟井段为 1 328一 1 658 m ,钻井进尺 33O m ,平均机 械钻速 5. 3 n口 1 12 月 1 9日 2 0日该井进人刘家沟上 部漏失不大 ,所以现场决定使用常规堵漏钻进 ,但到 2 月21 日以后刘家沟组下部漏失量增大,其堵漏材料明 细见表 3 2 . 3 . 3节约成本估算由表 3 与表 4 对 比可明显看出 使用充气钻井快速钻穿刘家沟组, 比常规堵漏钻井在 泥浆原料上有大幅度的节省,根据表 5 提供 目前泥浆 料市价 ,则可算出两 口井在刘家沟组堵漏材料单项上 的成本节约差额 下转第 7 2页 石油化工应 用20 1 0 年 第 29 卷 力敏感性,在地层压力下降情况下,储层渗透率下降, 油层导流能力下降,从而影响油井产量,因此建立必要 的压力驱替系统是储层进一步改造的基础条件, 对比 20 0 8 年以来措施井效果与压力关系来看, 压力保持水 平在lr o 以上,措施效果越好,措施有效期越长 3措施方式上来看 该井区措施改造 以 缝 内转 向压裂 长效清防垢十 酸化 效果明显,压裂可以促使次 裂缝在油层中延伸, 提高油层导流能力 , 扩大卸油面 积;长效清防垢酸化可以进一步疏通堵塞孔隙,缓解 油层结垢速度;常规酸化油井,措施前地层压力高,含 水低,措施后效果好 4认 识 1油层堵塞的原因一是注水和采油过程中的敏 感性损害,主要包括水敏 酸敏 应力敏感 ; 二是注人水 与地层水配伍性差,形成无机垢;三是温度变化引起沥 青沉降 蜡析出形成有机垢; 2与地层物性的关系 单井投产初期产量高 , 压力保持水平高lr o 以上,物性相对较好孔隙 度大 于 9 . 4 , 含油饱 和度大于 5 0 .1 , 措施效 果 比较明显 ; 参考文献 [1刘国旗, 赵爱武, 赵磊 ,等.河流相多层砂岩油藏剩余油描 述及挖潜技术 J .大庆石油地质与开发,20 0 1. [2]张凤奎.马岭油田剩余油分布规律及综合挖潜 J .石油勘 探与开发 , 1998 . 仁 31王道富. 鄂 尔多斯盆地低渗透油气田开发技术 M 3.北京 石 油工 业 出版 社 , 20 0 3. [4]韩大匡. 深度开发高含水油田提 高采收率问题的探讨汇 J ] . 石油勘探与 开发 , 1995,225 47一 55. 上接第64 页 表 4洲 YY 一 20 井刘家沟组堵漏材料明细表 日期 单位 t 合计 果从提高机械钻速, 缩短钻井周期整体节约成本来 算 ,则费用更为可观 533结 论 n , 一, 以卜一勺 , 工n 通过以上钻井时效与泥浆堵漏成本的计算可以得 出以下结论 1采用充气钻井技术 可以减少漏失段堵漏材料 的投资成本 , 仅刘家沟组泥浆材料一项 口井可节约近 30 万元 2使用充气钻井技术能提高漏层钻井机械钻速 每小时比常规堵漏钻井提高 0 . 5 8m 6 .6 9而h 提高到 7. 27 nl 月 1; 3对于全井段而言钻井周期可减 少 3 d 3 3 . 3 d 减少为 3o.6 d,如不考虑表层钻井周期影响 ,二开后 机械钻速可比常规堵 漏钻井减少 4 d 2 8 .l d 减少为 23. 7 d 4充气钻井技术投资少,设备少,工艺简单,成本 低易于推广 1 2 3 2 1 1 8 1 4 1. 2 l4 l 0 2 0 2 4 95 8 0 . 5 4 0 1 26 2 0 一 2 . 1 6, 1 0 n U - C M C PA C 一14 1 白土 堵漏剂 纯碱 烧碱 润滑剂 PA M 表 5泥浆配料市价 材 料 C M C 价 格产 元/ 吨 13 0 0 P A C 一14 1 白 土 堵漏剂 纯碱 烧碱 润滑剂 P A M 11 60 3 50 0 1 930 2 87 5 6o o 10 0 根据价格表计算可知, 洲 XX一 1 9 使用空气钻井 仅刘家沟组堵漏材料一项就能 比洲 Y Y 一 2 0节省投资 280 993 元 , 如 以此井为例按照 20 0 9 年计划钻井 2 1 口计算 ,则可节省投资 280 993x215 900 853 元 如 参考文献 仁 1 周英操, 刘永贵, 王广新.欠平衡井底压力采集系统的研制 与应用J ] . 石油钻采工艺,20 又. 26 2 2 8 一 3 1 . 仁 2 杨虎, 欠平衡压力钻井环空气量对井内各流动参数的影响 [J]. 石油钻探技术,2001,29l15一 16. [3 ]罗昭素, 郭永恒, 郎应虎, 曹丛颖.空气欠平衡钻井技术在徐 深 21 井的应用 J]. 石油钻采工艺,2006 ,255 5,25一 27.