松辽盆地深井钻井技术难点与对策.pdf

第 3 9巷 第 4期 2 O 1 ]年 7月 石 油 钻 探 技 术 P ETR L EUM I RI L I 1 G TE H NI QUES Vo1 ．3 9 NO． 4 J u 1 ．， 2 0 1 1 现场 交流 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 1 ． 0 4 ． 0 2 6 松辽盆地深井钻井技术难点与对策 陈安 明 ， 张进双 ， 白彬珍 ， 陈天成 1 ．中国石化华东石油局钻井工程公 司， 江苏镇 江 2 1 2 0 0 3 ； 2 ．中国石化石油工程技术研 究院， 北京 1 0 0 1 0 1 摘 要 东北松辽 盆地 长岭 断陷天然气资源丰富 ， 火山岩发育 ， 分布 范围广， 具有 巨大的 油气藏勘探 开发潜 力。 该地 区地 质条件复杂 ， 井壁稳定 问题 突出， 深部 地层 研磨 性强 ， 可钻 性差 ， 机械 钻速慢 ， 钻 井周期 长， 储层 流体 富含 二氧 化碳 。为加快该地 区的钻探进程 ， 解决制约钻 井提速 的技 术难题 ， 分析 了前期探 井钻 完井资料 ， 明确 了钻 井过 程 出现的主要 井下故 障。通过钻 井地 质环境 因素分析 ， 系统 分析 了该地 区的地层压 力体 系、 地 层岩石 可钻性和 地 层岩 石力学参数 ， 为钻 井工程设计 、 钻 头选型和个性化设计 、 现 场施 工提供 了科学 的参 考依据 。通过 采取优化 井身 结构 、 分层优选 高效钻 头、 应用保护储层钻 井液 、 试验应 用钻 井新技 术等技 术措 施 ， 该地 区深 井机械 钻速 得到 了大 幅度提 高 ， 达 到 了优质 、 快速 、 高效成井的 目的 。 关键 词 深井钻 井 火山岩 松 辽盆地 井 身结构 防止地层损 害 中图分类号 TE 2 4 5 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 0 8 9 0 2 0 1 1 0 4 ～ 0 1 1 9 0 4 Th e Dr i l l i ng Pr o b l e m a nd Co u nt e r me a s u r e s o f De e p W e l l s i n S o n g l i a o Ba s i n Ch e n Anmi n g ， Zha n g J i ns h ua ng ， Ba i Bi nz h e n ， Ch e n Ti a nc h e n g 1 ．Dr i l l i n g En g i n e e r i n g C o mpa n y， S i n o p e c Ea s t Ch i n a Pe t r o l e u m Bu r e a u， Zh e n j i a n g， J i a n gs u， 2 1 2 0 0 3， C h i n a； 2 ．Si n o pe c Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Pe t r o l e u m En gi n e e r i n g， Be i j i n g， 1 0 0 1 0 1 ， Ch i n a Abs t r a c tThe Cha ng l i ng f a u l t de pr e s s i on， l o c a t e d a t S on gl i a o Ba s i n i n Nor t he a s t Chi na wi t h r i c h v o l c a n i c r o c k s d i s t r i b u t e d wi d e l y。 h a s a b u n d a n t n a t u r a l g a s s o u r c e 。 i t h a s a p r o mi s i n g p o t e n t i a 1 o f o i I g a s e x p l or a t i on ． But t he g e o l o gi c a l c o nd i t i on i s ve r y c o mpl e x， i nc l ud i ng u ns t a bl e w e l l bo r e ， hi gh f or ma t i o n a b r a s i o n， po o r r oc k d r i l l a bi l i t y， s l ow ROP， l on g d r i l l i n g p e r i o d a n d e x c e s s i v e CO2 i n t h e r e s e r v i or ．I n or d e r t o s pe e d u p t he e x pl o r i ng pr o c e s s a nd r e s o l ve t he d r i l l i ng p r ob l e m s whi c h r e s t r i c t t he d r i l l i ng r a t e o f pe ne t r a t i on， t h i s pa p e r a na l y s e d t he e a r l y d r i l l i ng a n d c o mpl e t i on da t a a n d ma ke s do wnh o l e c o m p l e xi t i e s kno wn c l e a r l y． Th r o ug h t he c ompr e h e ns i v e r e s e a r c h o f t he dr i l l i n g ge ol o g i c a l e n vi r onme nt ， t he f or ma t i o n p r e s s ur e s y s t e m ， t he r oc k d r i l l a bi l i t y a n d t he s t r a t um me c ha n i c s pr o f i l e， t he s c i e nt i f i c f o un da t i o n f or d e s i gn i ng we l l s， s e l e c t i n g t h e b i t t y p e s ， o p e r a t i n g a t l o c a t i o n h a s b e e n l a i d ． Th e p a p e r p r e s e n t s s o me t e c h n i c a l me a s u r e s t o o pt i m i z e c a s i n g pr o gr a m ， c h oo s e h i g h e f f i c i e nc y bi t s， c o ns e r v e t he r es e r vi or wi t h d r i l l i ng f l ui d s， t e s t a nd pr o mot e t he ne w d r i l l i ng t e c hno l o gi e s ． By a d o pt i n g t he s e me a s u r e s ， t he we l l s c a n b e d r i l l e d wi t h hi g h q u a l i t y， hi g h r a t e of p e ne t r a t i o n a nd h i gh e f f i c i e n c y i n t hi s a r e a ． Ke y wo r d s d e e p we l l dr i l l i n g； v o l c a n i c r o c k s； S on gl i a o Ba s i n； c a s i n g pr o g r a m ； f o r m a t i on da m a ge p r e v e n t i o n 2 0 0 6年 ， 腰深 1井 在营城组火 山岩进行 了裸 眼测试 ， 获得 2 0 ． 5 1 0 m。 ／ d的产气量 ， 取得 了长 岭断 陷腰 英 台深 层 火 山岩 勘 探 的重 大 突 破。此 后 ， 腰深 1 0 1井和 腰深 1 0 2井分 别在 营成 组 获得 1 4 ． 4 2 1 0 和 7 ． 9 9 1 0 m。 ／ d的天然气产量 ， 展 收 稿 日期 2 0 1 1 一 O 5 2 5 ； 改 回 日期 2 0 1 l - 0 7 一 O 1 。 作者简介 陈安 明 1 9 7 1 一 ， 山 东沂水人 ， 男， 1 9 9 4年毕 业于石 油大学 华 东 石油工程专业， 副经理 兼叙利 亚项 目部经理 ， 高级工程 师 ， 主要从事钻 井工程方面的科研 与管理 工作 。 联系方式 1 3 6 0 5 2 8 0 3 8 l ， c h e n a n m2 0 0 9 1 6 3 ． c m。 石 油 钻 探 技 术 现 了良好 的勘探开发前景 。长岭地 区在早 白垩世 断陷盆地形成期 发育 的深部 地层 ， 自下 而上 主要 包 括 火 石 岭 组 、 沙 河 子 组 、 营城 组 和 登 娄 库 组 ， 地 质条件复杂 ， 钻井过程 中地 层漏失、 井壁失 稳等情 况 多发 ， 同 时 深 部 地 层 钻 速 低 、 钻 井 周 期 长 建 井 周 期 大 多 为 7 ～ 8个 月 口 ] ， 严 重 制 约 了该 地 区 的 勘 探 开 发 进 度 ， 直 接 影 响 到 中 国石 化 在 东 北 地 区 的油气勘探 部署 和油气 战略 的实现 。为 此 ， 迫切 需要探索适合该地 区深部地层 的钻井 提速配套技 术 ， 为今后该地 区快速钻井提供技术保障。 1 深部地层主要钻井技术难点分析 1 深部地 层 岩石可 钻 性差 。泉 头 组 、 登 娄 库组 和营城组地层岩性致密 、 硬度大、 研磨性强、 可钻性 差_ 2 ； 平均单井使用钻头 4 0只左右 ， 营城组 以深地 层单只牙轮钻头进尺一般仅为 4 0 ～5 0 m。前期完 钻的 1 O口深井 ， 平均完钻井深 4 4 4 7 ． 7 2 m， 平均机 械钻速 1 ． 9 8 m／ h ， 平均钻井周期 1 8 5 ． 4 0 d 。 2 地层 易 漏 失 。青 山 口组 地 层 下 部 易 发 生 渗 透性漏失 ； 营城组地层火山岩裂隙发育 ， 易发生裂缝 性 漏失 漏速 2 0 ～3 0 m。 ／ h l 2 ] 。 3 井壁稳定性差 。登娄库组地层泥岩水敏性 强 ， 井壁 易 吸水膨 胀 、 失稳坍 塌_ 2 ] 。 4 勘探发现与储层保 护困难。火 山岩气藏岩 性 复杂 ， 储 集 空 间 类 型 多 样 ， 火 山岩 岩 性 识 别 、 岩 相划分 、 储层流体解 释等 方面难度 比较大 ； 营城组 火山岩 、 凝灰 岩 和角砾岩 等裂缝性 地层 储层保 护 困难 。 2 钻井地 质环境 因素分析 通过处理分析地质取心室内试验数据和完钻井 资料 、 测录井资料， 开展区域性钻井地质环境因素描 述研 究 ， 确 定岩 石力 学特性 参 数 ， 建 立地 层压力 和 可 钻性剖面 ， 可以为井身结构优化、 钻头选型提供科学 理论 支持 。 2 ． 1 岩石 可钻 性 室 内试 验 对腰 深 1 0 1井 、 腰 深 2 0 2井 和新 深 l井 的 青 山 口组 、 泉头 组 、 营城 组 、 沙 河 子 组 和 火石 岭 组 地 层 的 岩 心进行 了 岩 石 可 钻 性 和 抗 压 强 度 试 验 。结 果 表 明， 深部地层可钻性级值高， 营城组以深地层岩石可 钻性 级值 超 过 1 O级 、 三 轴 抗 压 强 度 超 过 3 0 0 MP a 见 表 1 。 表 1 长岭地区深部 地层岩石 可钻 性试 验数 据 Ta bl e 1 Th e r oc k d r i l l a b i l i t y t e s t da t a o f d e e p f o r ma t i o n i n Ch an g l i ng Ar e a 腰深 1 o l井 泉一段 营城组 1 1 6 ． O 2 1 2 O ． 1 8 l 2 4 ．1 2 2 5 4 ． 81 2 3 2 ． 5 9 24 5 ．3 5 1 8 0 0 ． O 0 1 8 0 0 ． O 0 6 ． 91 7 ． 9 3 1 0 ． O 0 新深 1井 营城组 2 ． 2测井解 释地 层 力学特 性 通过处理分析测井资料 ， 可以建立 区域岩石力 学参数变化曲线 。腰深 2 井测井资料处理分析结果 表 明 见 图 1 进入 泉头 组 地层 之后 ， 岩石 的抗压 强 度 和 内摩擦 角上 升很 快 ； 登 娄库 组 、 营城组 和沙 河子 组 地层 的抗 压强 度 1 O 0 ～2 2 5 MP a ， 硬夹 层 达 到 2 5 0 MP a ； 泉头组 以下地层 摩擦 角 4 2 。 左右 ， 个别 超过 4 5 。 ； 石英含量 高、 地层研磨 性较强 ； 随着深度 的增 加 ， 岩石强 度逐渐增 大 ， 营城组地层强 度变化 剧烈 ； 沙 河子组地层泥质含量高， 岩石抗压强度大， 内摩擦角 变 化平缓 。腰深 2井 测井 井径 曲线 表 明 见 图 1 ， 部 分 井段 失稳 垮塌 ， 扩径 明显 。 2 ． 3 地层 孔 隙压 力体 系 分析邻井实钻和测井资料可知 ， 长岭地区地层 孔 隙压力为常压体系 ， 层间压力变化平缓 ， 登娄库组 及 以上地层压力系数小于 1 ． 0 ， 营城组火成岩储层 压 力 系数 1 ． 1 0 ～ 1 ． 1 7 。表 2为 前 期 完 钻 井 营城 组 储层的地层孔隙压力测试数据 。 第 3 9卷第 期 陈安明等． 松 辽盆地 深井钻井技术难点与对 策 图 1 腰深 2井测井资料岩石 力学分 析 Fi g ．1 Th e r o c k m e c h a ni c a l a na l y s i s o f W e l l Ya o s h e n 2 u s i ng l o gg i ng d a t a 表 2长 岭断陷火山岩营城组地层孑 L 隙压 力测试数 据 Ta bl e 2 Th e po r e pr e s s ur e t e s t i ng d a t a of Yi ng c h e ng v o l c a ni c r o c k s i n Cha ng l i n g Fa u l t 3 钻井提速对策 3 ． 1 井身结 构优 化设 计 井身 结构 设计 对 钻井 速度 影 响很 大 3 ] 。长 岭 地 区前 期钻 探采 用 常 规套 管程 序 ≠ 3 3 9 ． 7 mm 表 层 套 管封 隔 明水组 不 稳 定 易垮 层 段 ； 4 2 4 4 ． 5 mm 技 术 套 管封至登娄库组地层底部 ， 为下部 目的层段实行欠 平 衡 钻 进 提 供 井 筒 条 件 ； 三 开 钻 达 目的 层 后 下 人 1 3 9 ． 7 mm 尾管 完井 。 由于表 层 和 二 开大 尺 寸 井 眼井 段 较 长 ， 地 层 破 碎 需 较高 破岩 能 量 ， 腰 深 9井 对井 身 结 构 进 行 了改 进 一 开采 用 4 3 4 6 ． 1 mm 钻头 开孔 ， 下人 4 2 ％． 1 mm 封 隔 ； 二 开 4 2 4 1 ． 3 mm 井 眼 中 完 下 入 4 1 9 3 ． 7 mm 技术套管 ； 三开 采用 1 6 5 ． 1 mm 钻 头钻 至完钻 井 深 。随着 对 地 质 构 造 和 目的 层 特 征认 识 的不 断 加 深 ， 在 井壁 稳定 和储 层 保护 技术 的支 持下 ， 开 发井 可 以探 索优 化表 层套 管 下 深 ， 二 开 技 术 套 管 封 至 泉 头 组 地 层 顶 部 ， 三 开 以 4 2 1 5 ． 9 mm 钻 头 完 钻 ， 下 入 声 1 3 9 ． 7 mm 尾管 完井 。 3 ． 2钻头 选型 钻 头 选 型 应 充 分 注 重 完 钻 井 基 础 资 料 分 析 ， 在钻头使用效果统计 、 地层岩性分析 、 测录井资料 综合分析的基础上 ， 建立不 同地层剖面 、 不 同开次 的标 准 化 钻 头选 型 模 板 。长 岭 地 区 嫩 江 组一 登 娄 库 组 地 层 ， 提 高 P D C 钻 头 切 削 齿 的 抗 研 磨 能 力 和抗 冲击强度 ， 推广应 用复合钻井技术 ； 营城组及 以深 地 层选 择 高 效 牙 轮 钻 头 ， 优 选 高 强 度 、 抗 研 磨 碳 化 物 镶 齿 ， 采 用 长 寿 命 金 属 密 封 和 金 刚 石 保 径 结 构 。 腰 深 2 0 1 井 、 腰深 2 0 2井 、 腰深 3井 、 腰深 4井 、 腰 深 5井 和 腰 深 6井 等 引 进 B a k e r Hu g h e s公 司 HC D 5 0 6 Z X型 和 HC 4 O 7 Z X 型 P D C钻头 ， 钻头 平 均 进 尺 4 1 8 m， 机械 钻速 提高 3 O 9 ／ 6 ～ 5 0 ； 腰深 7 井 采 用 “ P D C钻 头 螺杆 十转 盘” 的双 驱 复合 钻 进 技 术 ， 2 3 2 4 ． 2 2 ～2 7 6 4 ． 1 5 m 井段平均机 械钻速 2 ． 3 8 m ／ h ， 与 常规钻井相 比， 在 防斜 、 提 高 机械 钻 速方 面 效果 明 显 ； 腰 深 3 井 、 腰 深 5井 和腰 深 2 0 1 井 在 营城组 以深 地层使用 MXI 一 DS 5 5 D X型钻头 ， 平均进 尺 1 2 7 m， 平 均机 械钻 速 1 ． 6 0 m／ h 。 3 ． 3 高效辅 助破 岩 工具提 高钻 速 十屋 3 0井 3 2 3 4 ～3 3 5 2 m 井 段 在应 用 牙 轮钻 头 钻进 过程 中 ， 应 用 了 液 动 冲击 器 ， 进 尺 1 1 8 m， 纯 钻时间 8 1 h ， 平均机械钻速 1 ． 4 6 m／ h ， 与上部井段 相 比机 械钻 速提 高 4 4 。 扭转 冲击器在川 东北 元坝地 区进行 了初步应 用 ， 取 得 了 良好 效果 元坝 1 O井在 3 2 3 3 ． 3 O ～3 5 0 3 ． 8 2 m 井 段 平 均 机 械 钻 速 3 ． 2 1 m／ h ， 机 械 钻 速 提 高 石 油 钻 探 技 术 6 9 ． 8 4 _ 4 ] ， 可以在 青 山 口一登 娄库 组地 层 尝试 应用扭转 冲击器 。 3 ． 4 保 护储 层钻 井液 技术 非渗透材料和抑制 防塌悬乳 钻井 液技术 相结 合 ， 可提高储层保护效果和井壁稳定能力。在腰深 1井通过使用屏蔽暂堵技术 、 非渗透材料和聚合醇 钻井液体系， 试气表皮系数 0 ． 9 8 ， 基本 未对储层 造 成污 染 。抑制 防塌悬 乳 钻井液 以新 型乳 化石 蜡为 主 剂 ， 高分子聚合物 D S 一 3 0 1 、 高效防塌抑制剂 D S 一 3 0 2 作为分散连续相 ， 具有封堵性强、 润滑防塌作用好的 特点 ， 结合其他封堵材料， 可有效提高泥饼质量， 有 利 于 防塌 、 防卡和保 护 油气层 。 3 ． 5气 体／ 泡 沫钻 井技 术试 验 气体 钻井 井底 压力 低 、 压 持效 应小 ， 有 利于岩 石 应力释放 ， 能够最大限度地提高机械钻速， 同时在控 制井斜 、 解决井下故障 井漏 、 水敏性坍塌 等方面的 作用显著。对腰深 1井、 腰深 2井和腰深 3井进行 了气体钻井可行性分析 ， 理论计算的气体钻井坍塌 压力O ， 无塑性残余区 ， 可 以实施气体钻井 。利用 测井资料 ， 同时对 3口井进行 了地层 流体判断 、 水 层物性解释 和出水量 分析 。测井 解释 结果 表 明 腰深 1井 嫩江组 、 青 山 口组 和泉头组 地层 分布 有 多 个 水 层 ， 但 出水 量 不 大 小 于 1 2 i n 。 ／ h ； 腰 深 2 井泉头组地 层存在 少量 出水层段 ； 腰 深 3井泉 头 组及以下地层 出水量 很小 。综合 分析对 比可知 ， 可在 2 5 0 0 ～3 5 0 0 I n井 段 泉二段～登 娄库组地 层 实施气体钻井 ， 钻井过程 中如地层 出水则 及时 转换为泡沫钻井 液 ， 预计气 体钻井 可节 约钻井 时 间 1 0 5 1 h 约 4 4 d 。 2 0 0 7年 ， 松 辽盆 地深 层火 山岩地 层 实 施气 体 钻 井 1 1 井 次 ， 机械钻 速 提高 效 果 明显 。2 0 0 8年 以来 ， 在 徐家 围子 气 田古 深 2井 、 古 龙 1井 、 双 深 1井 、 达 深 9井 、 徐深 3 1 井 和 莺 深 2井 等进 行 推 广 应 用 ， 部 分井空气 、 氮气钻井技术指标统计见表 3 。 表 3 松辽盆地气体钻 井技术指标统计 Ta bl e 3 Th e t e c hn o l o g y i nd e x o f g a s d r i l l i ng i n S o ng l i a o Ba s i n 4 结论 与建议 1 通过统计分析松辽盆地火 山岩气藏深井钻 完 井 资料 ， 明确 了钻井 技术 难点 ； 在 钻井工 程地 质环 境 因素分析的基础上 ， 提出了适用于松辽盆地火 山 岩气 藏 的钻 井提 速技 术措 施 。 2 松 辽盆 地长 岭 断 陷 上 部 易钻 地 层 选 用 P D C 钻头 ， 应用复合钻井技术效果比较好 ， 建议进一步推 广 ； 登娄库组下部地层优选高强度、 抗研磨牙轮钻头 提高单只钻头进尺和延长钻头工作寿命 ， 应用液动 冲击器 、 扭转冲击器等高效辅助破岩工具提高钻井 速 度 。 3 气体钻井井壁稳定和地层 出水分析研究表 明， 该地区具备气体钻井条件 ， 建议选取 1口井进行 气体钻井试验。泉头组和登娄库组地层为少量 出水 地层 ， 应提前做好转化为泡沫钻井的准备 。 参 考 文 献 [ 1 ] 杨 明合 ， 夏宏南 ， 蒋宏伟 ， 等． 火 山岩地 层优快钻 井技术 [ J ] ． 石 油钻探技术 ， 2 0 0 9 ， 3 7 6 4 4 4 7 ． Ya ng Mi n g h e ， Xi a Ho n g n a n， J i a n g Ho n g we i ， e t a 1 ．Op t i mi z e d d r i l l i n g t e c hn i q u e s t o inc r e a s e d r i l l i n g s p e e d i n v o l c a n i c f o r ma t i o n s [ J ] ． P e t r o l e u m Dr i l l i n g Te c h n i q u e s ， 2 0 0 9 ， 3 7 6 4 4 - 4 7 ． [ 2 3 李艳军 ， 张立功． 大庆油 田深层 气藏水平井 钻井技术 [ J ] ． 石油 钻探技术 ， 2 0 0 9 ， 3 7 5 4 7 5 1 ． L i Ya n j u n ， Z h a n g L i g o n g ．D e e p h o r i z o n t a l g a s we l l d r i l l i n g t e c h n o l o g y u s e d i n D a q i n g Oi l f i e l d[ J ] ．P e t r o l e u m D r i l l i n g Te c h n i q u e s ， 2 0 0 9， 3 7 5 4 7 51 ． [ 3 ] 冯 月江． 火成 岩油 藏钻 井完 井技 术探 讨 [ J ] ． 石 油钻 探技 术 ， 1 99 8， 2 6 4 4 0 4 1 ． F e n g Yu e j i a n g ． D r i l l i n g a n d c o mp l e t i o n t e c h n i q u e s i n i g n e o u s r o c k r e s e r v o i r s [ J ] ． P e t r o l e u m D r i l l i n g T e c h n i q u e s ， 1 9 9 8 ， 2 6 4 4 0 4 1 ． [ 4 ] 孙起昱 ， 张雨生 ， 李少海 ， 等． 钻头扭转 冲击器在元坝 1 0井的试 验 [ J ] ． 石 油钻探技术 ， 2 O 1 O ， 3 8 6 8 4 8 7 ． Su n Qi y u， Z ha n g Yu s he n g， Li S ha o h a i ， e t a 1 ．Ap p l i c a t i o n o f b i t t o r s io n a l i mp a c t g e n e r a t o r i n We l l Yu a n b a 1 0 [ J ] ． P e t r o l e u m Dr i l l i n g Te c h n i q u e s ， 2 0 1 0， 3 8 6 8 4 8 7 ．