四川超深定向井龙岗8井钻井技术实践.pdf

6 钻 采 工 艺 DRI L L I NG ＆ PR0DUCT I ON TEC HNOL OGY 2 0 0 9年 3月 Ma r c h 2 o o 9 四川超 深定 向井龙 岗 8井钻 井技术 实践 张德军 ， 白 瑕 ， 郭世侯 ， 张铎 ， 邹 强 ， 李 锋 1川庆钻探工程公 司钻采院定向井技 术服务公 司2川庆钻探公 司川东钻探公司 张德军等．四川超深定 向井龙 岗 8井钻井技术实践． 钻采工艺 ， 2 0 0 9 ， 3 2 2 6 8 摘要 龙 岗8井是 四川 油气田 目前成功钻探的一 口最深预探 定向 井， 完钻 井深达 7 0 2 2 m。该井存在 多套压 力体 系， 上部 小气层 多， 主要 气层埋藏深 、 高温、 高压 、 碳酸 盐地层 坚硬 难 以穿越 ； 压力 窗 口窄、 气窜严 重、 易引起 大 井漏导致无法完井； 固井时封固段长， 井底温度高， 上下温差大， 低 密度水泥浆防窜能力低， 易发生超缓凝， 固井质 量 不能保证 。该井从提 高钻井速度 、 安 全优质 施 工等方 面做 了大量 工作 。使 用 了气体钻 井、 平衡钻 井、 三 强钻 井 液、 超深井井眼轨迹控制、 超深井固井、 连续油管测井等多项工艺技术， 文章对该井钻井技术进行了分析总结。 关键词 气体钻井 ； 超深定向 井； 连 续油管测 井；钻井技 术 ；固井技术 中图分类号 T E 2 4 3 T E 2 4 5 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 6 7 6 8 X 2 0 0 9 0 20 0 0 6 0 3 龙岗 8井是龙 岗构造 的一 口评价井 ， 原设计井 型为直井 ， 其井位构造处于二、 三叠系礁 、 滩预测有 利区西段 ， 属预探井 ， 其钻探 目的层是 飞仙关组 、 长 兴组。原设计靶 区 钻至 目的层长兴组顶 6 5 8 0 I T I ， 水平位移 0～5 0 0 m， 方位不 限。后 甲方 更改靶区 要求钻至 目的层长兴组顶 6 5 8 0 m， 水平位移 6 0 0～ 8 0 0 m， 方位控制在 0 。～ 6 0 。 。当钻进至井深 5 0 0 0 m， 继续采用常规钻井方式无法实现设计地质 目标 时， 甲方进一步更改设计 将直井更改为定 向井 ， 要 求采用定 向钻井及井眼轨迹控制技术准确实现设计 地质 目标 。 一 、主要钻 井技术难点 1 全井 气层／ 含气层 、 低压漏失层 分布较广 ， 出现同一裸眼段气浸／ 涌 、 漏并存 ， 处理难度较大。 2 该井造斜点深达 5 0 0 0 m， 地层造斜能力偏 低 ， 滑动钻进困难 ， 对造斜工具的选择和使用难度较 大 ； 另外， 由于井底温度较高 ， 容易造成仪器的损坏 ， 从而增加定 向难度 。 3 5 2 0 0 m以下稳斜段采用 0 2 1 3双扶正器转 盘驱动， 特别是在石膏层段钻进 ， 扭矩较大 8 0 k N 钻压下扭矩最大达 2 5 0 0 0～2 6 0 0 0 N m， 而在嘉三 以上层段 ， 以 1 2 0 k N钻 压钻进扭矩值 仅 1 6 0 0 0 1 8 0 0 0 N m ， 容易导致钻具事故和卡钻。 4 该井稳斜段长达近 2 0 0 0 m， 设计地质 目标 靶区垂深达 6 5 8 0 m 龙 岗构造上最深靶区 ， 人靶 前的井眼轨迹控制和监测难度较大 。 5 该井钻 遇嘉 四大段 石膏 ， 在密度较低 ≤ 1 ． 5 0 g ,／ c m 的情况下缩径严重 ， 容易造成井下复杂 甚至卡钻。 6 该井在多个层位或井段钻遇盐岩 ， 钻井液 污染严重 ， 处理难 度大 ， 容易 导致 井下复杂甚至事 故 。 7 该井属高含硫井 ， 邻井资料显示该构造多 个层段 H s含量高达 4 0 g ／ a m ， 防止井下钻具发生 氢脆、 避免地面空气污染难度较大。 8 在 6 9 6 5 ． 0 0～ 6 9 7 1 ． 0 0 m段钻遇长兴高压 层 ， 钻井液密度由 1 ． 3 7／ 1 ． 7 0 g ／ c m ， 但 因井底压 差过大 ， 在井深 7 0 2 2 m完钻后连续出现两次卡钻 ， 且处理难度大。 二 、 主要技术措施 1 ． 气体钻井技术 为了尽可能提高机械钻速和避免井下燃爆现 象 ， 在上部沙溪庙 、 凉高山层段采用空气钻井 ， 而在 天然气含量相对较高的须家河层段采用氮气钻井 ， 大大缩短 钻井 周期 ， 减少 钻井成 本。该 井用 一只 0 4 4 A ．． ． 5空气锤钻至井深 1 0 0 0 i n 。纯钻9 0 1 0 ， 进 尺 9 4 0 I n ， 平均机械钻速 1 0 ． 4 2 m ／ h ， 创国内 O 4 4 4 ． 5 井眼空气锤 钻进井深最深记 录； 以空气 为介质 ， 用 收稿 日期 2 0 0 81 1 2 l ‘ 作者简介 张德军 1 9 7 3一 ， 工程 师 ， 1 9 9 8年 毕 业 于石 油 大学 华 东 石 油 工程 专 业 ， 现 从事 定 向 井技 术 管理 和 服 务工 作 。地址 6 1 8 3 0 0 四川广汉钻采院定 向井技术服务公司 ， 电话 0 8 3 8 5 1 5 1 3 9 4， Ema i l z a i p r q 1 6 3 ． c o rn 第 3 2卷第 2期 V0 1 ． 3 2 No ． 2 钻 采 工 艺 DRI I j UNG PR ODUC TI ON T ECHNOL OGY 7 0 3 1 1 ． 2牙轮 钻 头从 井 深 2 3 8 1 ． 3 8 m 钻 至井 深 3 5 5 3 ． 3 0 m， 实现了龙岗构造空气钻井最深记录。 2 ． 平衡钻井技术 在须 四 ～ 雷四近 4 0 0 m含气／ 气层段， 在充分总 结该构造钻井的成功经验与失败教训 的基础上 ， 严 格控制钻井液密度， 坚持采用平衡钻进 ， 提高机械钻 速。该井须 四 一雷 四设 计地层压 力梯度 1 ． 2 5 g ／ c m ， 设计采用钻井液密度 p 1 ． 3 O～ 4 0 g ／ e m ， 而在实 钻过程中， 采用密度 p 1 ． 2 5～1 ． 2 6 g ／ e m 钻井液， 实 现了在一定程度气侵条件下的平衡钻进 ， 机械钻速 提高近 2 0 ％。 3 ． 优选钻头类型 该井在 4 6 0 5 ． 3 m 以下井段采用 P D C钻头钻 进 ， 最初选用两只国产川 克 P D C钻头， 第一只钻头 钻进井段 4 6 0 5 ． 3～ 4 6 4 8 ． 9 0 m， 纯钻 3 9 2 5 ， 进尺 4 3 ． 6 0 m， 平均机械钻速 1 ． 1 m ／ h ， 出井钻头完好率 4 0 ％。第二只钻头钻进井段 4 648 ． 9 0～ 4 6 5 5 ． 4 0 m， 纯钻 8 1 0 ， 进尺 6 ． 5 0 n l ， 平均机械钻速 0 ． 8 m ／ h ， 出 井钻头完好率 3 0 ％。后改用进 口的贝克休斯生产 的 HC M 5 0 6 Z X钻头， 单只钻头钻进井段 4 6 5 5 ． 4 0～ 5 0 0 0 m， 纯钻 6 0 0 0， 进尺 3 4 4 ． 6 0 m， 平均机械钻 速 5 ． 7 4 m ／ h ， 出井钻 头完好率 9 5 ％ 。在 5 0 0 0～ 6 3 3 8 m继续使用该类型钻头， 大大提高机械钻速。 4 ． 优选钻井参数 1 0 2 1 5 ． 9直井段采用大钟摆钻具组合 ， 实现 高钻压 P D C钻头钻压 1 0 0～1 2 0 k N 条件下 的控制 井斜钻井 ， 在机械钻速达到大大提高的情况下 ， 保证 了井斜成功控制在 1 。 左右。 2 为了防止钻具事故 ， 避免扭矩过大， 一方面 适当降低钻压以减少转盘负荷， 另一方面尽可能地 提高转盘转数 9 01 0 0 r ／ m i n 。 以达到扩大井径和 有效破除虚厚滤饼的作用 ， 确保安全钻井。 3 采用大排量循 环、 钻进 ， 有效清洁井底 ， 进 一 步冲刷井壁， 破除虚厚滤饼 。 5 ． 简化钻具结构 0 2 1 5 ． 9井眼段尽量简化钻具结构 ， 钻铤数量减 少至 2柱， 重量不够用加重钻杆代替。为了满足井 眼轨迹控制需求 ， 0 1 4 9 ． 2井眼段采用欠尺寸双扶正 器 0 1 4 4 进行稳斜钻进 ， 用加 重钻杆全部代替钻 铤， 以达到简化钻具和降摩减扭作用 。 6 ． 钻井液维护和处理措施 1 强化固控， 降低无用固相， 严格控制井浆膨 润土含量在 2 0 ％ ～ 2 5 ％； 严格控制井浆高温高压滤 失量、 摩擦系数 矾 2 嘉四层段 大段石膏钻井， 增强钻井液抗污 染性能、 提高盐膏层的塑性蠕动抑制能力 ， 防止石膏 缩经卡钻 ； 钻井液密度 1 ． 6 8～ 1 ． 7 0 g ／ c m ， 黏度控制 在 5 0 s左右 ， 膨润 土控制在 2 0 ％左 右， 切 力2 8 P a ， ≤0 ． 1 ， 控制 p H值 1 0以上， 进行钙化预处理 ， 钻井液性能稳定 ， 防止盐膏层分散 、 溶解 、 缩经 ， 满足 高温高压性能要求 ， 流动性能好 ， 防压差卡钻。 3 在飞三 一至长兴 目的层钻进 ， 加入适量 降滤失剂以严格控制滤失量， 同时加入储层保护剂， 防止对储层造成污染伤害。 7 ． 井眼轨迹及井身质量控制技术 1 第二次开钻 5 51 0 0 0 m， 采用空气钻井配 合空气锤方式进行， 实钻 中为了避免空气锤直接进 行砂岩地层钻进 ， 在井段 1 0 0 0～1 0 0 3 n l 更换为牙 轮钻头继续钻进 ， 同时加入 0 4 0 6单扶正器形成钟 摆钻具组合控制井斜钻进。 第三次开钻 ， 气体钻井期 间， 结合空气锤 ， 优选 钻井参数 ， 在发挥气体钻井钻速快的同时尽量控制 井斜 ， 每钻进 2 0 0～ 3 0 0 n l 测斜一次 ， 采用单点测斜 仪 ， 绞车送人， 根据实测数据对钻具组合以及钻井参 数进行合理调整 ， 无特殊情况 如井斜增长过快 采 用设计的塔式钻具组合带空气锤钻进 ， 出现井斜增 长过快后加入稳定器采用钟摆钻具组合钻进 。 2 气体钻井期间加强注意观察返出岩 屑， 判 明井下情况， 出现井壁垮塌及时转换 为常规钻井液 钻进 ； 钻井液钻进时 ， 应维护好钻井液性能 ， 提高钻 井液的防塌能力与抗膏盐污染能力 ， 控制失水， 一般 不在易塌井段 、 套管鞋位置循环处理钻井液 ， 控制好 起下钻速度及启泵速度， 防止 因波动压力过大造成 井壁失稳而垮塌 ， 确保井径扩大率不超标。 3 四、 五开井段 ， 采用钟摆钻具组合钻进 ， 在 钻具中加入 2只稳定器。 4 定向造斜前 采用双扶正器通井， 确保井眼 畅通 ， 井壁稳固、 井底干净。 5 定向结束后采用单、 双扶正器通井 ， 确保井 眼畅通 。稳斜段采用特制短棱双扶正器井眼轨迹进 行控制 ， 很好地起到减阻降摩作用。 6 严密注意漏层 、 易跨塌层段可能出现的复 杂情况 ， 并在扶正器 、 钻头起下至该层段时精心操 作 ， 避免诱发井下复杂或事故。 7 作业过程 中连续对井下的摩 阻、 扭矩进行 监测 ， 出现异常或摩阻、 扭矩过大时， 及时或加密短 程起下钻 ， 清理岩屑床 ， 破除虚厚滤饼。 8 由于 0 1 7 7 ． 8套管固井封隔上部雷 四气层 失败 ， 目的层钻进过程中， 一方面要做到井内近平衡 钻井 ， 防止发生井涌甚至井喷， 另一方面要避免发生 8 钻 采 工 艺 DRI LL I NG ＆ PR0DUCT 1 0N I CHNOL OGY 2 0 0 9年 3月 Ma r c h 2 0 o 9 井漏和压差卡钻 ， 尽量维持较低钻井液密度。采用 每次起钻 ， 将钻具起至套管鞋内 ， 循环加重钻井液密 度至 1 ． 4 8 g ／ c m ， 而下钻至管鞋附近时， 循环降低钻 井液密度至 1 ． 3 8 g ／ c m 后 ， 再继续裸 眼段下钻 到底 并进行地层钻进或其它作业 ， 并严格控制下钻速度 ， 防止诱发井漏。 三、 施工过程 中出现 的主要 问题 1 本井采用空气钻进至 3 5 5 3 ． 3 m 凉高山 时地层坍塌卡钻 ， 导致该 井侧钻 。主要原因 沙溪 庙 、 凉高山地层结构疏松 ， 在采用气体钻井方式钻进 过程 中， 井壁失稳 ， 导致地层坍塌埋死钻具卡钻。 2 该井在悬挂 1 7 7 ． 8套管进行 固井过程 中， 由于 1 7 7 ． 8喇叭口附近及以下 4 0 0 m左右段或缺 失水泥塞或水泥胶结疏松 ， 未能成功封隔雷 四高压 气层 ， 给后续 0 1 4 9 ． 2小井眼地 层钻进带来 了严重 的安全隐患 ， 使钻井液密度 由 1 ． 3 7／ 1 ． 7 0 g ／ c m ， 因井底压差过大 ， 在井深 7 0 2 2 m完钻后连续 出现 两次卡钻 ， 且处理难度大。 四、 结论与建议 1 空气钻井若钻遇气层时 ， 应及时转换流体 介质 ， 可改用氮气钻井 ， 避免出现井下燃爆导致钻具 事故 ； 若地层 出水 ， 则应根据实钻情况转换 为充气 、 泡沫方式钻进， 必要时转换为常规钻井液方式钻进。 2 多种钻井技术的应用为龙 岗 8井 的成功钻 探提供必要的保障。气体钻井技术成为了该井乃至 该构造上广泛采用的一项基本的快速钻井技术 。 3 充分认识地层特性并采取相应技术措施是 避免井下复杂、 事故 的前提条件。进 口随钻仪器 为 实现超深定向井的随钻跟踪监测提供了保 障， 从而 实现了井 眼轨迹的平滑和准确中靶。广泛采用进 口 H C M5 0 6 Z X和 H C 5 0 6 Z X钻头 ， 能够大大提高机械钻 速， 缩短钻井周期 ， 节约钻井成本。 4 龙 岗构 造高难度 固井技术 有待进 一步完 善 。 参考文献 [ 1 ] 郭世侯 ， 等． 新 技术 在广 安构 造水 平井 开 发 中的应 用 [ J ] ． 钻采工艺 ， 2 0 0 8 ， 1 1 4 ． [ 2 ] 贾锁宏． 鄂北 优快钻井技术 研究与 应用 [ J ] ． 石 油钻探 技术 ， 2 0 0 6 ， 4 3 8 ． 编辑 黄晓川 上接第5 页 技术 ， 完善各种特殊打捞工具 的配套。 根据井眼尺寸备齐各种事故处理工具 ， 有问题 能够 快速有效处理 ， 避免拖延时间使问题复杂 、 加重。 7 在现场 ， 每天由钻井监督组织召开例会 ， 督 促各项工作的落实 ， 各施工方充分发扬 团结协作精 神 ， 依靠精细管理 ， 信息共享的科学手段 ， 才能实现 安全快速的钻井 。 六、 结论及认识 1 复合钻进改善井眼清洗能力 ， 井眼光滑 、 卡 钻事故少以及传递钻压效率高， 提高机械钻速 ， 缩短 钻井液对油层的侵泡时间和钻井周期 ， 减小油层的 污染和钻井投资。 2 水平井施工钻具管理非常重要 。应加强钻 具检查和探伤 ， 选择新度系数大 、 强度高的钻具 ， 这 样才能有效的避免井下事故的发生。 3 井眼轨迹 的优化设计与精确控制 ， 低 摩阻 无固相钻井液的应用 ， 有效的降低 了水平段及分支 井段 的摩阻 、 扭矩 ， 实现了安全钻井。 4 潜山特殊岩性硬度高、 机械钻速低 ， 钻头选 型受限制。突出问题是钻头保径能力要加强 。 5 工程与地质应加强合作 ， 工程 能够实现地 质意图， 地质及时的预测和提示 给工程 以指导。钻 水平段时 ， 必须有经验丰富的地质工程师把关 ， 确保 油层钻遇率。 6 进一步完善了水平分支井综合配套 钻井技 术。在这几口井的施工中， 综合运用 了井眼轨迹控 制 、 井眼净化、 井壁稳定及润滑 、 复合井眼、 扭矩及摩 阻分析等多项研究成果 。 参考文献 [ 1 ] 张松杰．T K 9 0 8 D H双分支水平井钻井技术[ c] ． 钻井 承包商论文集． 北京 石油工业出版社， 2 0 0 7 ． [ 2 ] 王志勇． 鱼骨型分支水平井在克拉玛依油田的应用 [ c] ． 钻井承包 商论文集． 北京 石油工业 出版社， 2 07． [ 3 ] 蒋希文． 钻井事故与复杂问题 [ M] ． 北京 石油工业 出 版社 ， 2 0 0 2 ． 编辑 黄晓川