塔河油田长裸眼井快速钻井技术.pdf

第 3 1卷 Vo 1 ． 31 第 6期 No ． 6 钻 采 工 艺 D RI L L I N G＆P R 0 D U C T I O N T E C HN O L O G Y l 3 3 塔河油田长裸眼井快速钻井技术 吕家学 华北石 油局 西部 工程公 司生产技术部 吕家学．塔河油田长裸眼井快速钻井技术． 钻采工艺 ， 2 0 0 8 ， 3 1 6 1 3 31 3 5 摘要利用“ 微钻头钻速法” 、 “ D C指数预测岩层可钻性法” 及“ 测井资料计算岩石可钻性法” ， 通过地层分 析软件测定了塔河油田4 、 6 等区块的地层可钻性级值与井深关系的变化规律， 根据地层可钻性级值确定 了钻头 选型的最优方案， 根据地层压力系数确定了长裸眼井各阶段的钻井液密度， 根据地层特性对一开 4 4 ． 5井眼采用 普通聚合物体系； 二开 0 2 4 1 ． 3井眼， 上部 4 6 0 0 m以前采用低固相强包被不分散聚合物体 系， 下部地层采用多元醇 聚磺防塔钻井液； 三开奥陶系地层采用低固相聚磺钻井液， 同时对于奥陶系地层存在涌、 漏并存的井实施欠平衡压 力钻 井技术 。对 于井眼稳定 ， 通过优 选钻 井液体 系， 优化钻 井液 配方 ， 采 用优质 大分子聚 合物 包被 剂 ， 加 强钻 井液 的包被和抑制性能； 采用大、 中、 小分子聚合物复配， 配合适量润滑剂， 改善滤饼质量， 调整、 优化钻井液流型， 从而 解决上部地层的阻卡问题。文章从钻头选型、 钻具组合、 钻进参数优选、 钻井液体 系及安全技术措施等方面介绍了 该项快速钻 井技术。 关键词长裸眼；机械钻速；P D C钻头；钻具组合；钻井参数；塔河油田 中图分类号 T E 2 4 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 6 7 6 8 X 2 0 0 8 0 60 1 3 3 0 3 一 、地质构造及分层特征 塔河油田位于塔里木盆地沙雅隆起阿克库勒凸起西南 部， 目的层主要为中生代三叠系， 古生代石炭系、 奥陶系地 层 ， 根据目前已有的资料显示 ， 在上述地层中对于康村组以 上地层其成岩性较差， 砂岩地层胶结疏松， 容易垮塌及缩径， 吉迪克组泥岩地层富含石膏， 苏维依一白垩系地层砂岩层孔 隙度较发育， 地层压力偏低， 易引起压差卡钻 ， 三叠、 石炭系 地层压力偏高， 泥岩易吸水膨胀、 剥落掉块， 奥陶系地层较稳 定， 属溶、 缝、 洞型油气藏， 地层压力较低 ， 容易发生漏失。 二、 长裸眼井快速施工工艺特点 1 ． 长裸眼井井身结构特点 通常塔河油田勘探、 开发井中采用四开、 三级结构 ， 即 一 开用 4 5钻头钻进， 下 0 3 4 0表层套管 ； 二开用0 3 1 1钻头 钻进， 下 0 2 4 4套管； 三开用 0 2 1 6钻头钻进， 下 0 1 7 8套管； 四 开采用 0 1 4 9钻头钻进， 裸眼或 0 1 2 7套管完井。这种类型的 井施工周期一般较长 ， 开发井平均在 9 0 d以上， 探井周期在 1 1 0 d以上。为 了缩短钻井周期， 经过充分论证 ， 将二开 0 3 1 1 和三开 0 2 1 6井眼合在一起， 采用 0 2 4 4或 2 4 1 钻头一 次钻开， 减少一层套管， 同时将 0 3 1 1 井眼改为 0 2 4 1 钻头后 上中部地层机械钻速大幅度提高， 而对于下部井眼来说 ， 加 大了 0 1 7 8套管与井眼的环空间隙， 相应提高了固井质量， 减 少了固井事故的发生。两年来的长裸眼钻井施工实践证明， 长裸眼井在钻井周期、 机械效率、 成本节约等方面都有大幅 度的进步， 目前长裸眼井的钻井周期最短在 5 0 d左右 ， 平均 在6 0 d范围， 而常规开发井据统计最短为7 9 d 。 2 ． 长裸眼快速钻井技术难点 长裸眼井钻遇地层较多， 地层岩性变化、 压力变化较大， 自上而下增加， 石炭系达到最高 1 ． 2 31 ． 2 4 g ／ e m ， 地层破 裂压力从 1 ． 8 3～2 ． 0 3 g ／ e m ， 长裸眼施工时虽然不会压漏 地层， 但是对中上部地层而言容易形成压差卡钻。 长裸眼井施工裸眼段长， 揭开石炭系井 口控制能力差 ， 要求控制合理的钻井液密度及性能， 对钻井液工艺要求高。 奥陶系风化壳与上部地层属不同压力系统， 岩性及其特 征变化大， 易漏、 易喷， 要求卡准风化层。 地层岩性变化大， 上部地层疏松， 起下钻阻卡严重， 下部 地层容易剥落、 坍塌， 要求快速穿过。 地层可钻性变化， 有软变中硬、 硬地层， 砂、 泥岩交互变 化， 尤其三叠、 石炭系地层含砾石层 ， 要求钻头具有良好的适 应性。 3 ． 长裸眼快速钻井技术 3 ． 1合理选用钻具组合 一 开采用塔式钻具组合 4 4 ． 5钻头 2 4 1 ． 3钻铤 X 2 7 m0 2 0 3钻铤 X 1 0 8 m 1 7 7 ． 8 钻铤 X 2 7 m0 1 2 7钻 杆 。 二开采用加大一级钟摆或塔式钻具组合 0 2 4 4 ． 5或 0 2 4 1 ． 3钻 头 1 7 7 ． 8 钻 铤 1 8 m 4 1 ． 3扶 正器 收稿 日期 2 0 0 8 0 61 2 作者简介 吕家学 1 9 7 1 一 ， 主任工程师 ， 1 9 9 4年毕业于石油大学石油 工程 系钻井专业 ， 现在华北 石油局西部工程公 司生产技术部从事 生产技术管理工作 。地址 8 4 1 6 0 0 新疆轮 台县 团结路华北石油局西部工程公 司生产技术部 ， 电话 0 9 9 6- 4 6 9 7 0 8 4。 1 3 4 钻 采 工 艺 DRI L U NG ＆ P RODUCT I ON T ECHNOL OGY 2 0 0 8 年 1 1 月 NO V ．2 0 0 8 0 1 7 7 ． 8 钻铤 9 m0 2 4 1 ． 3扶正器 0 1 7 7 ． 8钻铤 2 7 m 0 1 5 9钻铤 1 3 5 m0 1 5 9随钻震击器 0 1 5 9 钻铤 1 8 m 0 1 2 7钻杆 钻遇砾石层起钻时甩掉扶正器 。 0 2 4 4 ． 5或 0 2 4 1 ． 3钻头 0 2 0 3 钻铤 2 7 m0 1 7 7 ． 8钻 铤 X 5 4 m0 1 5 9钻铤 1 3 5 m 0 1 5 9随钻震击器 0 1 5 9钻 铤 l 8 m0 1 2 7钻杆。 进入 2 0 0 3年来先后在 2 5口井中上部地层采用此类钻 具组合， 通过合理控制钻井参数， 对井斜的控制也取得 了良 好效果， 同时相对减少了起下钻卡钻的风险。 三开 1 4 9 mm井眼采用常规钻具组合 0 1 4 9 ． 2钻头 0 1 2 1 钻铤 2 1 6 m 0 8 8 ． 9 钻杆 0 1 2 7钻杆。 3 ． 2根据地层 可钻性研 究优选 P D C钻 头 利用“ 微钻头钻速法” 、 “ D C指数预测岩层可钻性法” 及 “ 测井资料计算岩石可钻性法” ， 通过地层分析软件测定了塔 河油田4 、 6 等区块的地层可钻性级值与井深关系的变化规 律， 根据地层可钻性级值确定了钻头选型的最优方案 见表 1 。通过与 P D C钻头生产厂家合作， 不断完善 P D C钻头使 用的地层条件、 井眼条件、 井底条件、 钻具组合及相关技术的 具体要求、 使用操作要领的基础上， 目前长裸眼井二开井段 0 2 4 1 ． 3 P D C钻头一次入井就能穿越多套地层， 由中软地层 发展到中硬、 硬地层。截止 目前单 只 0 2 4 1 ． 3 P D C钻头 F S 2 5 6 3 B G进尺最高记录超过 4 0 0 0 m， 纯钻时间达 3 7 0多小 时， 使用效果相当于 1 0只牙轮钻头。 3 ． 3 优化机械水力参数 3 ． 3 ． 1 优选机械参数 N 地层疏松， 一开井眼 4 4 ． 5钻头主要靠强化机械参 数来提高钻速， 井深 1 2 0 0 m以内， 以适当钻压、 高转速钻进， 二开井眼 0 2 4 1 ． 3 钻头在井深 4 2 0 0 m 以上地层 ， 牙轮钻头对 钻压及转速较为敏感， 以高钻压适当转速来提高机械钻速； 对 P D C钻头而言则以适当钻压高转速来提高机械钻速。为 了控制井身质量， 一般情况下， 牙轮钻头钻压在 1 8 0～2 2 0 k N， 转速 7 5～1 0 0 r ／ ra i n ； 对 D C钻头钻压在 6 0～8 0 k N， 转速 1 1 0～1 3 0 r ／ ra i n ， 下部地层以高钻压、 适当转速来提高机械钻 速， 同时要根据石炭系地层砾石层厚度、 分布情况来考虑是 否用牙轮钻头过渡问题 。 表 1 钻头选型的最优方案 钻头型号 地层组段 钻头尺寸 I A D C编码 推荐 Q N 2 K 4 4 4 ． 5 1 1 1 3 P 2 N2K、 N1 K 2 41 ． 3 1 11 3． 4151 N1 J 、 N1 S 2 4 1 ． 3 1 11 3． 4 15 1 F s 2 5 6 3 BG K2一E 2 41 ． 3 1 21 3． 415 2 ／Fs 2 5 65 Kl KP 2 41 ． 3 l 21 3． 415 2 J 、 T 2 4 1 ． 3 1 21 3． 4 35 3 F S 2 5 6 5 ／ C 2 41 ． 3 5153 FS 2 56 3 BG 0 2 4 1 ． 3 5 15 4 HJ 5 1 7 ／ F M2 5 4 3 3 ． 3 ． 2 优化水力参数 一 开 0 4 4 4 ． 5井眼地层松软， 可钻性好， 坚持双泵大排 量、 高泵压钻进， 提高水眼喷射速度， 有利于水力破岩及清洁 井底， 有效提高机械钻速； 二开 0 2 4 1 ． 3井眼上部井段采用双 泵钻进， 排量4 0～ 4 5 L ／ s 增大钻头水功率， 有利于清洁井眼， 冲刷井壁， 减少起下钻阻卡； 中下部井段采用适当排量 2 3～ 3 3 I Ms ， 有利于节省动力 ， 节约油耗， 井深 5 0 0 0 ff l 以内保持 高转速， 适当降低转速。 3 ． 4 优 选钻 井液体 系实施近平衡 压力钻 井技术 实现平衡压力钻井要解决地层压力和井眼稳定两大技 术问题。对于地层压力， 通过实钻资料、 D C指数检测地层压 力、 测井资料预测地层压力及中途测试等手段 ， 目前塔河油 田地层压力系数见表 2 。 表 2 塔河油 田地层压 力系数 孔隙压力 破裂压力 钻井液密度 地层代号 当量密度 当量密度 g ／ c m e m g ／ c m Q N 2 K 1 ． 0 7～1 ． O 9 1 ． 8 6～1 ． 9 6 1 ． 1 2～ 1 ． 2 8 N1 K 1 ． 1 0 1 ． 9 1～1 ． 9 6 1 ． 1 2～1 ． 1 5 N1 J 、 N1 S 1 ． 1 1～1 ． 1 7 1 ． 9 31 ． 9 7 1 ． 1 5～1 ． 2 0 K2一E 1 ．1 4～1 ．1 6 1 ． 98～2． 01 1 ． 2 0～1 ． 2 2 K1 KP T 1 ．1 4～1 ．1 7 2． 01～2． 0 3 1 ． 2 2 1 ． 2 6 C 1． 21～1 ． 2 4 2． O 2 1 ． 2 8～1 ． 3 O 0 1． 0 8～1 ．1 O 1 ． 6 5～1 ． 8 5 1 ． 1 O～1 ． 1 2 根据地层压力系数确定了长裸眼井各阶段的钻井液密 度 见表 2 ， 根据地层特性对一开 O 4 4 4 ． 5井眼采用普通聚 合物体系； 二开 0 2 4 1 ． 3井眼， 上部4 6 0 0 m以前采用低固相 强包被不分散聚合物体系， 下部地层采用多元醇聚磺防塌钻 井液； 三开奥陶系地层采用低固相聚磺钻井液， 同时对于奥 陶系地层存在涌、 漏并存的井实施欠平衡压力钻井技术。 对于井眼稳定， 通过优选钻井液体系， 优化钻井液配方， 采用优质大分子聚合物包被剂， 加强钻井液的包被和抑制性 能； 采用大、 中、 小分子聚合物复配， 配合适量润滑剂， 改善滤 饼质量， 调整、 优化钻井液流型， 从而解决上部地层的阻卡问 题。利用多元醇沥青质防塌剂等防塌材料复配， 通过合理调 整钻井液密度， 尽量减少压差， 实现近平衡压力钻进， 维持近 井壁带地层原始压力系统， 解决侏罗、 三叠、 石炭系硬脆性泥 岩的垮塌问题， 实现了井壁稳定的目的。 通过此项技术的实施， 在长裸眼井的施工中， 以往三叠、 石炭系井径扩大率较大现象得到了明显改善。并且减少了 钻井、 固井事故的发生， 提高了下 1 7 8 iT l m套管的固井质量。 三、 长裸眼钻井施工安全措施 一 开 0 4 4 4 ． 5井眼采用“ 单打双通” 技术措施， 保证井眼 规则、 井眼清洁， 下套管一次到底； 加强测斜， 3 0 0 0 11 1 以内井 深每2 0 0～ 3 0 0 IT I 吊测一次， 及时发现问题， 确保井身质量； 井深4 6 0 0 m以上地层每钻进 2 0 0～3 0 0 n l 短起下一次， 及时 修整井壁， 确保井眼畅通， 中、 下部地层根据起下钻遇阻情况 第 3 1 卷 V0 J ． 3 1 第 6期 No ． 6 钻 采 工 艺 D R I L L I N G＆ P R O D UC T I O N T E C H N OL 0 G Y 1 3 5 可适当增加段长； 起下钻严格控制速度， 操作要平稳， 严格控 制遇阻吨位不超过 1 5 t ； 钻井液要求具有 良好的携岩能力、 强抑制性， 下部井眼要求具有较强的防塌性、 润滑性和抗温 性能； 加强钻具管理， 严把钻具关， 挑选高强度、 优质钻杆入 井 ， 按规定扭矩上扣 ， 安放钻杆滤网， 防止钻杆事故及堵水眼 事情发生； 使用 P D C钻头钻进时要确保井底干净无落物， 每 次钻头接触井底前先开泵， 低速、 慢转接触井底， 扭矩正常后 逐步增加转速与钻压 ， 做到平稳操作 ， 防止溜、 顿钻， 先期损 坏钻头； 加强地质预测， 卡准地层界线 ， 钻遇砾石层及时调整 参数以利钻头的合理使用， 同时卡准石炭系与奥陶系地层分 界线， 避免揭开风化壳； 加强地层压力监测 ， 及时调整钻井液 密度 ， 确保井眼稳定 ， 有效利用四级 固控， 确保性能良好； 及 时校正仪器、 仪表， 确保准确 ， 搞好设备维修与保养 ， 确保其 有效运行， 提高钻井时效 ， 缩短钻井周期。 四、 实施效 果 塔河油田自2 0 0 1年开始设计施工长裸眼井， 截止 目前 已累计施工2 0 0 余口 其中我公司已施工 4 0余 口 ， 通过配 合优选 P D C钻头， 优化钻井液体系及各项参数， 取得了良好 的应用效果， 已全面推广 见表 3 、 表 4 。 表 3 长裸眼井与常规井对比 钻井周期 平均机械钻速 完钻井深 井型 井号 d m ／ h m TK4 2 5 8 4． 7 8． 1 3 5 5 8 0 常规 T K 4 2 8 7 9 ． 0 6 7 ． 7 8 5 6 0 0 结构 T K 4 1 8 l 1 5 ． 3 3 5 ． 0 1 5 7 5 8 井 T K 4 2 2 1 o 5 ．8 8 7 ． O 3 5 6 6 2 TK31 0 1 01 ． 5 8 6． 8 8 5 60 0 T K 6 3 1 5 2 ． 1 1 0 ． 9 7 5 6 7 0 T K64 91 5 8 ． 5 5 1 0 ． 7 9 5 7 4 7 ． 9 1 长裸 T K 4 2 21 6 O ． 9 2 8 ． 3 6 5 4 7 0 ． 1 3 眼井 T K42 52 6 2 ． 2 1 8 ． 2 l 5 6 0 4 ． 6 8 T K4一l 81 7 5． 9 7 7 ． 7 0 5 5 8 6 表4 P D C钻头与牙轮钻头使用情况对比 井段 单只进尺 平均钻速 井号 钻头型号 使用地层 备注 m m r n ／ h H 4 3 7 ／ H 5 1 7 N 2 k～N 1 S 6 0 1 4 1 o o ． o o 8 7 9 ． 7 5 l 1 ． 6 1 4只 S 8 1 H J 5 1 7 K1 k pC l b 4 1 0 0～5 6 2 8 ． O 0 1 9 0 ． 5 0 2 ． 3 8只 HAT1 2 7 ／ H1 2 6 N 2 k～N1 S 5 0 0～3 9 0 0． 0 0 4 8 5 ． 7 0 l 6 ． 6 2 7只 TK4 28 H5 l 7 K1 k p～C 1 b 3 9 0 05 3 9 9 ． 0 0 2 1 4． 1 0 3 ． 5 2 7只 T K 6 3 71 H 5 1 7 C 1 k l 4 9 3 0 ． 9～ 5 0 3 1 ． 4 1 1 0 o ． 5 1 2 ． 3 4 1 只 T K 6 3 7 1 H 5 1 7 C 1 k l 5 1 6 5 ． 9 9～ 5 2 6 2 ． 2 1 9 6 ． 2 2 0 ． 9 8 1只 T K 41 4 1 H J 5 1 7 C 1 k 1 5 0 1 7 ． 4 8～ 5 3 7 5 3 5 7 ． 5 2 1 ． 7 3 1只 T K 41 4 1 H 5 1 7 C 1 b 5 3 7 5 5 4 2 8 ． 3 8 5 3 ． 3 8 0 ． 9 1 1只 TK 4 5 1 F s 2 4 6 3 N 2 k～T2 a 1 2 0 04 8 8 2 ． 9 2 3 6 8 2． 9 2 l 6 ． 5 5 1只 T K 4 31 F S 2 5 6 3 N 1 kC 1 k l 2 0 5 8 ． 4 9～5 0 6 6 ． 1 3 3 0 0 7 ． 64 7 ． 0 l 1只 T K 4 31 F s 2 5 6 5 C 1 k l 5 3 3 6 ． 2 2～5 4 7 1 ． 8 1 1 3 4 ． 4 1 2 ． 9 0 1只 T K 4 5 5 F S 2 5 6 3 Nl k～ T 2 a 2 4 0 7 ． 4 6～ 4 9 7 0 ． 6 9 2 5 6 3 ． 2 3 1 1 ． 7 4 1只 T K 4 5 5 F S 2 5 6 3 C 1 b 5 3 7 1 ． 6 4～5 4 6 7 ， 1 9 9 5 ． 5 5 3 ． 1 7 二次人井 T K 4 5 5 F S 2 5 6 5 C 1 k l 4 9 7 0 ． 6 9～ 5 3 7 1 ． 6 4 4 o o ． 9 5 2 ． 5 5 1只 T K 4 5 6 F S 2 5 6 3 N1 k～ T 1 k 2 0 7 4 ． 7 1～4 9 4 7． o o 2 8 7 2 ． 2 9 1 7 ． 6 5 1只 T K 4 5 6 F S 2 5 6 3 T 1 k ～C 1 b 4 9 5 3 ． 1 3～ 5 4 6 2 ． 0 0 5 0 8 ． 5 7 4 ． 6 4 1只 皿 6 3 5一l F s 2 5 6 3 G N 2 k C 1 k l 1 2 0 o一 5 0 8 3 ． 7 6 3 8 8 3 ． 7 6 1 3 ． 3 1 只 T K 6 3 51 F s 2 5 6 3 C 1 k l ～C 1 b 5 0 8 3 ． 7 6 5 4 8 0 3 9 6 ． 2 4 2 ． 8 0 1只 T K 6 3 1 F S 2 5 6 5 N1 k ～ k 1 8 0 4 ． 2 5～ 4 9 2 1 ． 4 6 3 l 1 7 ． 2 4 1 5 ． 2 O 1 只 T K 6 3 1 F s 2 5 6 5 C 1 k l ～C 1 b 5 0 1 5 ． 1 9～ 5 5 1 8 ． 0 2 5 0 2 ． 8 3 3 ． 9 5 1 只 由表 3 、 表4可以看出 1 长裸眼井与常规结构井相比， 钻井周期大幅度缩短 ， 全井机械钻速有较大提高， 同时节约了成本， 为今后塔河油 田的滚动开发 ， 增储上产起到了促进作用。 2 P D C钻头的应用， 其机械钻速明显高于牙轮钻头， 单 只钻头进尺大幅度提高， 使用数量大幅度减少， 同时它的成 功应用是目前塔河油田提高机械钻速、 缩短钻井周期的有效 手段。 编辑 黄 晓川