川西须二深井三开钻井技术及先导试验.pdf

第 37 卷 第 2 期 2015 年 3 月 石 油 钻 采 工 艺 OIL DRILLING 2. Research Institute of Engineering Technology of Southwest Oil the rock is tight, and is characterized by high temperature, high pressure and gas pool containing water. The previous two rounds of optimization led to a 4th spud section wellbore configuration; the average well depth was 5 354.60 m, and drilling cycle was over 252.20 d. So it is of great difficulty to develop the gas pool using conventional drilling technology, hence greatly affecting the process of reserve growth in West Sichuan work area. For this purpose and based on the previous analysis of drilling difficulties, this paper optimized the design of 3rd spud section configuration according to fine understanding of geology and the available drilling technologies in the work area, using the wellbore pressure balance theory and combining the previous practice in drilling of Xu-2 deep well, and provided fast drilling technology and ed a 3rd spud section drilling program for Xu-2 deep well in West Sichuan; the paper also directed and completed drilling design and pilot test for XS1 Well, and compared with previous 4th spud section drilling of the same structure, the drilling cycle was shortened by 68 d, and drilling cost was reduced by over 6 million Yuan. Up to now, the technology has been used in the drilling of Xu-2 exploration well LX1 and marine appraisal well PZ1-1H, providing technical reference for effective development of tight gas pools in the work area in West Sichuan. Key words West Sichuan; continental facies; Xu-2 deep well; third spud section structure; pilot test 川西新场须二气藏是国内第 1 个致密碎屑岩气 藏， 探明储量达 1 211108 m3， 须二段目的层埋深超 过 4 500 m， 由于高温、 高压、 岩性致密， 且气藏含水 等特点， 有效开发难度较大。截至目前， 以须二为目 的层完钻井 20 余口， 从 2006 年以来经过两轮优化， 形成了四开制井身结构， 采用 165.1 mm 钻头完钻， 下入 139.7 mm 尾管。根据 20082011 年完钻井 分析， 平均完钻井深 5 354.6 m， 钻井周期 252.2 d， 平 基金项目国家科技重大专项课题“低渗气藏复杂地层高效钻井关键技术” （编号2011ZX05022-005） 资助。 作者简介 何龙， 1970 年生。1993 年毕业于成都理工大学钻探工程专业获学士学位， 现从事钻井工程技术管理工作， 高级工程师。电话 18583378936。E-mailhelongcqdc.biz。 17何 龙等川西须二深井三开钻井技术及先导试验 均机械钻速 2.39 m/h， 与半年完钻一口须二 5 000 m 深井相比其钻井周期偏长， 钻井成本较高， 有必要结 合井位部署要求， 对前期四开钻井技术进行优化， 降 低钻井成本， 推进川西须二气藏勘探开发进程［1-4］。 采用井筒压力平衡理论［5-7］， 结合前期须二深井 钻探实践优化设计三开结构， 并配套了优快钻井技 术， 形成了川西须二深井三开钻井技术方案， 指导完 成了须二探井 XS1 井钻井设计和先导试验， 同比须 二四开完钻井节约了钻井周期， 降低了钻井成本， 为 川西工区致密气藏有效开发提供了技术借鉴。 1 工程技术难点 川西须二气藏纵向多压力系统分布、 地质条件 复杂导致深井开发面临诸多困难， 在现有技术条 件下主要存在以下工程技术难点［4］。 1.1 纵向发育多套气层， 井身结构优化难度大 川西工区地质条件复杂， 纵向上存在多压力系 统， 总体表现为异常高压， 从上至下钻遇蓬莱镇组、 遂宁组、 沙溪庙组和须家河组等气层， 地压梯度从 1.0 ↑ 1.80 ↑ 2.00 ↓ 1.60 MPa/100 m， 高低压同存， 兼顾完井要求下提速井身结构优化难度大。 1.2 岩石致密可钻性差， 机械钻速低， 钻井周期长 川西地区地层岩性以砂泥岩为主， 为低渗致 密超致密气藏， 深部须四段以下地层岩石可钻性 级值 68， 属中硬硬地层， 可钻性差， 在高密度钻井 液条件下机械钻速和单只钻头进尺都不理想， 井深 3 000 m 以下机械钻速 0.81.0 m/h、 单只钻头进尺 80100 m， 尤其须二段单只钻头寿命 30 h， 钻速 0.7 m/h。2000 年以后须家河组完钻 16 口深井平均钻井 周期达 330 d， 平均机械钻速为 1.5 m/h， 而须家河组 以下钻井周期长达 240 d， 约占全井周期 2/33/4。 1.3 地层裂缝发育易井漏， 增加非钻进作业时间 深层井漏多与裂缝发育相伴生， 裂缝发育非均 质性， 使地层中井漏出现情况复杂多变。须五到须 二段地层均有不同程度裂缝性井漏发生， 其中须四 及须二段发生裂缝性漏失频率最高， 须五、 须三段相 对次之， 裂缝以高角度缝为主， 裂缝宽度可达 5 mm， 钻井过程中防漏堵漏难度大， 易发生裂缝性漏失， 堵 漏作业时间长， 增加了非钻进作业时间。 2 井身结构优化设计 按照井身结构设计原则， 根据地质精细认识和 工区现有钻井工艺， 采用井筒内压力平衡理论和结 合川西须二深井钻井实践［2-3］， 优化必封点设置、 优 配钻头 / 套管尺寸如下。 2.1 必封点设置 （1） 理论必封点。根据川西新场须二深井最新地 层三压力剖面特征和工程设计系数， 采用 Landmark 软件井身结构设计模块， 在满足井筒内压力平衡条 件下， 计算必封点设置， 在井口预埋导管后， 理论上 设置 2 个必封点第 1 必封点（井深 400 m） ， 封 隔上部水层、 不稳定易漏、 易坍塌地层， 安装井口装 置， 为钻开下部高压气层提供井控支持；第 2 必封 点设置在须二顶部， 实现须二专层专打目的。 （2） 工程必封点。鉴于川西工区上部以蓬莱镇、 沙溪庙钻井资料多， 其地层压力和井下复杂（如井 塌、 井漏及井涌等） 较清楚， 根据须二前期四开完钻 井、 一开 / 二开实钻情况， 在满足井控要求和兼顾钻 井降本原则下， 可对理论必封点进行调整如下第 1 必封点从理论井深 400 m 加深至蓬莱镇中下部 地层（1 500 m） ， 第 2 必封点仍按理论必封点要 求设置在须二顶部。 2.2 井身结构优化方案 根据必封点设置要求， 在满足生产套管直径不 小于 139.7 mm 下， 采用由内向外 / 自下而上设计 方法， 基于套管和井眼尺寸配合要求下， 对川西须二 井身结构优化设计见表 1。 表 1 井身结构优化设计 开钻 程序 钻头程序套管程序 备注井眼直径 / mm 完钻深度 / m 直径 / mm 下入井段 / m 导管444.580339.7078 导管， 封地表水 和上部漏层 一 开 316.51 502273.101 500 表层套管， 封蓬 莱镇中下部地层 二 开 241.34 502193.704 500 油层套管， 封须 三段以上地层 三 开 165.14 975139.7 4 350 4 973 按地质要求完 钻， 下尾管固井 3 优快钻井配套技术 3.1 复合钻井技术 （1） 螺杆 高效 PDC 复合钻井技术。针对岩石 致密可钻性差， 机械钻速低等难题， 2007 年以来多轮 攻关形成了螺杆 高效 PDC 复合钻井技术， 多口完 钻井上部沙溪庙组以浅大尺寸井眼采用复合钻井技 术取得突破， 平均机械钻速达 11.37 m/h， 其中 XC7 井 316.5 mm 井眼机械钻速达 21.17 m/h， 刷新了新 场地区复合钻井最高纪录， 该项技术已成为上部地 层提速配套技术。 （2） 涡轮 孕镶金刚石钻头［8］。针对须家河组 地层石英含量高、 研磨性强、 可钻性差特点， 为减少 起下钻次数、 提高机械钻速， 在 2009 年新场 8 井 石油钻采工艺 2015 年 3 月（第 37 卷） 第 2 期18 涡轮钻井试验上推广多井次， 仅 2010 年总进尺达 1 048.78 m， 平均机械钻速 1.97 m/h， 同比 2009 年新 场 8 井平均机械钻速提高了 21.60， 其中 501 井、 丫 3 井采用涡轮钻井技术， 须二段机械钻速均突破 2 m/h， 分别达 2.01 m/h 和 2.15 m/h， 实现了须二段机 械钻速实质性飞跃。 3.2 垂直钻井技术 新复合钻井在高效快速破岩同时， 井斜增加趋 势明显， 其中 XC7 井二开 427.481 104.87 m 井段 采用复合钻井， 机械钻速达 21.17 m/h， 但井斜从井 深 558.22 m 的 0.96 上升至 1 050 m 的 3.6 ， 后续 施工变换钻具组合， 采用吊打方式降斜限制了钻井 提速。2009 年以来， 在 XS1、 XAS1、 XC6 和 X209 等井应用 VTK 垂直钻井技术［9］， 其平均机械钻速 达 14.2 m/h， 同比常规钻井提高 45， 与复合钻井 相当， 其井斜均控制在 1 以内， 实现了优快钻井。 3.3 液体欠平衡钻井技术 通过开展欠压值、 钻井液密度设计和工艺流程 配套， 形成了须二深井三开（上沙须五段） 液体欠 平衡钻井技术方案［10］。2009 年推广应用 5 井次， 总 进尺 5 730.42 m， 同比 2008 年增加 17.23， 平均机 械钻速达 4.35 m/h， 同比 2008 年提高 17.25， 其中， XC25 井上沙 - 须四段采用液体欠平衡钻井工艺， 单 只钻头刷新川西液体欠平衡新纪录， 进尺 1 081.01 m， 平均机械钻速达 7.67 m/h， 成为川西地区深井上 部地层钻井提速成熟配套技术。 3.4 高效钻头选型技术 针对须三、 须二段地层研磨性强、 可钻性差特 点， 以提速和提效为目标， 兼顾进尺和使用寿命， 形 成了须四上部以浅地层 PDC 钻头为主、 须四中下部 以下地层以进口 PDC 和牙轮钻头结合的钻头选型 技术， 其中 X10 井须四和须三采用进口高效 PDC 钻 头， 机械钻速达 2.59 m/h 和 1.22 m/h；X501 井须四 段试验 MDSI616BPX 钻头， 进尺 436.61 m， 平均机 械钻速达 2.71 m/h；XS1 须三段试验 2 只 Q506FX 钻头， 总进尺 752 m， 纯钻时间 488.36 h， 机械钻速 1.54 m/h。同比须三井段平均机械钻速 0.8 m/h 提高 约 92.5。 4 先导试验 在前期须二气藏四开钻井技术攻关上， 结合 2013 年度川西工区勘探开发进度， 须二深井三开钻 井技术在 XS1 井进行先导试验， 该井采用三开井身 结构， 配合采用复合钻井、 高效 PDC 钻头选型等优 快钻井技术， 于 2014 年 1 月钻成了川西须二气藏首 口三开深井， 完钻井深 5 040 m， 钻井周期 191.23 d， 全井机械钻速 2.47 m/h， 与同构造前期须二完钻四 开深井相比， 钻至相同井深节约钻井周期 68 d， 按钻 机费用、 套管、 钻井液以及水泥浆等费用测算， 节约 钻井成本 600 万元以上。截至目前， 三开钻井技术 指导川西工区完钻了须二勘探井 LX1 井， 完钻井深 5 150 m， 并同期推广应用到了川西海相 PZ1-1H 井 直导眼钻井设计中。 5 结论 （1） 根据地质精细认识和钻井工艺技术， 采用井 筒压力平衡理论， 结合前期实践优化设计三开结构 并配套了优快钻井技术， 形成了川西须二深井三开 钻井技术方案。 （2）XS1 井先导试验表明， 采用三开结构满足 安全建井要求， 在钻井提速及降本增效等方面试验 效果良好， 已推广应用到须二探井 LX1、 海相评价井 PZ1-1H 井中。 参考文献 ［1］ 徐进 . 川西地区高压天然气深井钻井完井技术［J］. 石油钻探技术， 2005， 33 （5） 68-71. ［2］ 王希勇， 朱礼平， 李群生 . 川西新场气田深井钻井配套技 术及其应用［J］. 天然气工业， 2009， 29 （3） 65-67， 70. ［3］ 刘伟， 李丽， 潘登雷， 等 . 川西陆相深井钻井完井技术 ［J］. 天然气工业， 2008， 28 （8） 76-78. ［4］ 杨志彬， 张国东， 黄建林， 等 . 川西新场地区须家河组工 程地质特征及优快钻井对策研究 ［J］ . 石油天然气学报， 2008， 30 （6） 278-281. ［5］ 何金南 . 深井钻井技术问题及其系统分析［J］. 石油 钻采工艺， 2005， 27 （5） 1-7. ［6］ 郑新权， 汪海阁 . 中国石油钻井技术现状及需求［J］. 石油钻采工艺， 2003， 25 （2） 1-4. ［7］ 汪海阁， 郑新权 . 中石油深井钻井技术现状及面临的挑 战［J］. 石油钻采工艺， 2005， 27 （2） 4-8. ［8］ 冯定 . 涡轮钻具复合钻进技术［J］. 石油钻采工艺， 2007， 29 （3） 19-21， 31. ［9］ 王春生， 魏善国， 殷泽新 . 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