张店油田南38区块优快钻井技术研究与应用.pdf

石油 天然气学报 江汉石油学院学报2 0 1 3 年 3 月 第 3 5 卷 第 3 期 J o u r n a l o f O i l a n d G a s T e c h n o l o g y J ． J P 1 M a r ． 2 0 1 3 V o 1 ． 3 5 N o ． 3 张店 油 田南 3 8区块优快钻 井技术研究与应用 尉 富平 ，冯，J 、 科 ，伍虹宇 中石化河南石油勘探局钻井工程公司， 河 南南阳4 7 3 1 3 2 黄磊 中 石化河南油田 分公司 石油勘探开发研究院， 河南南阳4 7 3 1 3 2 王涛 ，王卓 中 石化河 南石油勘探局钻井工程公司， 河南南阳4 7 3 1 3 2 [ 摘要]张店油 田南 3 8区块位 于南襄盆地 南阳凹陷张店南 3 8断鼻构造 ，该 区块 上部地层倾 角大，井斜控 制 困难 ；中部地层易吸水膨 胀 ，掉块 严重 ；下部 地层压 实程 度高 ，机械 钻速 低 ，致使 钻 井施工 难度 大， 钻井机械钻速低 ，钻井周期 长。为此 ，通过 开展 张店油 田南 3 8区块 优 快钻井技 术研 究，形成 了钻 头选 型 、钻井参数优 化、井身 质量控制 等配套技术 。2 0 1 2年 1 ～8月该套 技术现场 应用 了 6口井，实践表 明， 钻井速度大幅提高，钻井成本 不断降低 ，为河南油田增储上产 、提高勘探开发速度 起到了积极作用。 [ 关键词] 优快钻井；钻 头优选 ；钻进参数 井壁稳定 [ 中图分类 号]TE 2 4 2 [ 文献标识码]A [ 文章编 号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 3 O 3 一o l l o o 4 张 店油 田南 3 8区块 位于河 南 省唐河 县张 店镇 ，构造 上位 于南 阳凹陷张 店鼻状 构造带 。南 3 8区块构 造轴 向近南北走向，含油面积 1 ． 5 k in ，含油高度 1 5 0 m。北部 的 3 断层为该区块的油气 主力断层 ，含 油气 目的层段断层倾角 2 0 2 8 。 。该区储层岩性 以灰色细砂岩和粉砂岩为主，少量 中一 粗砂岩和含砾砂 岩 ；岩石 成分 以石英 为 主 ，长 石次 之 ；分选性 中一 好 ；磨 圆度次棱一 次 圆 ；胶结物 以泥质 和灰 质 为主 。为 动用 该 区 的储 量 ，尽早 建成新 的产 能 ，进 一 步 加大 开 发力 度 ，2 0 1 2年在 该 区块 部 署多 口生 产井 。但 由 于该 区块 地质 条件 复杂 ，钻井 施工 难点 多 ，而且是 新开发 区块 ，缺 乏完善 的钻井施 工方 案 ，导致钻 井施 工周 期 较长 ，钻井 速度 较低 ；为此 ，研 究 出了一套 优快钻 井技术 ，提 高 了钻井速度 ，为油 田增 储上 产起 到了积 极作用 ，值 得进 一步 推广应 用 。 1 钻井主要难点 张店油 田南 3 8区块 由于地质条件复杂 ，钻井施工过程 中易出现钻头 故障 ，井斜 难 以控 制 ，井壁垮 塌 、 电测 遇阻等情况 时有发生 ，是河南 油 田井下故 障频 发区块 ，导致该 区块机械 钻速低 ，建 井周期 长 。钻井 施 工中主要存在以下技术难点 ①钻头选型不适合该区块地层特点 ，制约了钻井机械钻速的提高 ，造成钻井 周期长，成本高。②钻井参数选择只凭现场经验 ，选用不合理，未得到优化。③地层倾角较大，直井段井 眼难 以控制 ，经常 由于直井 段 井斜 过大 ，需 要 提前 下螺 杆定 向 。④钻 井 液性 能不 能满 足该 区块 的钻 井 施 工。中部地层泥岩、页岩较多，易吸水膨胀 ，井壁掉块严重，造成起下钻困难等井下复杂。 2 优快钻 井技术研究 2 ． 1 优 化钻 头选型 2 ． 1 ． 1 钻 头选 型方 法 钻井 实践 表 明 ，钻头 的使用 效果 如何 ，对一 口井 的钻井 速度 、钻 井成本 等效益 指标影 响很 大 ，而钻 头的使用效果又首先取决于钻头选型是否合理⋯ 。 [ 收稿日期]2 0 1 2 一o 91 8 [ 作者简介]尉富平 1 9 6 5一 ，男 ，2 0 0 6年大学毕业 ，工程师 ，现主要从事钻井技术研究与管理。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 5卷第 3期 尉富平 等 张店油 田南 3 8区块优快钻井技术研究与应用 2 ． 1 ． 2 钻 头优 选方 案 通过对张店油田南 3 8区块 以往施工 的多口井地层特性 和实钻情况进行综合分析，对该地 区各层段 地层可钻性进行详细研究 ，初步选定各井段的钻头型号。对初选 出的钻头进行现场试验 ，根据现场钻头 试验结果对钻头的适应性进行进一步筛选 ，最终选定该地区分井段钻头类型 ，做出分区块分井段钻头优 化 设计 。 ． 1 南 3 8区块上部地层 垂深 O ～l O 0 0 m地层松软 ，软泥岩较多，地层可钻性较强 。由于上部地 层含有小段砾石夹层 ，对 P D C钻头复合片损伤较大 ，不适合该井段使用 ；上部地层松软 ，钢齿钻头机 械 钻 速较 高 ，可有效 抵抗 砾石 层 的破坏 ，且 牙轮 钻头 的 “ 自洗 ”功 能可有 效 防止钻 头泥 包 ；因而 上部地 层选用钢齿钻头，配以适 当的钻具组合 。通过钻井现场实践表明，优选出的钻头适应南 3 8区块 的地层 特 点 ，对提 高钻 井速 度起 到 了重要 作用 。 2 中部地 层 垂 深 1 0 0 0 1 9 0 0 m 泥 岩发 育 ，地层 水 敏 性 强 ，泥 岩 易 吸水 膨 胀 ，发 生剥 落 掉 块 ， 钻进该井段经常出现掉块 、井垮现象。地层倾 向 1 8 0 。 、倾角 1 3 ～l 8 。 ，钻进时井眼易斜 ，方位通常向正 北 方 向漂移 ，由于直 井段 井斜 增长 过快 ，导 致需 要 提前 使 用 螺杆 定 向。在 该 井段 优 选 了 P DC钻头 ，配 以适当的钻具组合和优化的钻井参数 ，既能提高机械钻速又能满足井深质量要求 ，取得 了较好 的效果。 3 下部地层 垂深 1 9 0 0 2 6 0 0 m泥岩 、油页岩夹层较多 ，且岩性致密 ，可钻性差 。以往使用牙 轮钻 头钻 进 ，机械钻 速低 。由于 地层较 为致 密 ，需 多只牙 轮钻 头 ，起下钻 次 多延长 了钻 井周期 ，牙轮钻 头成本导致单井成本增加 。通过对地层可钻性分析 ，选择复合片尺寸小、5刀翼的 P DC钻头钻进 ，使 机械 钻速 明显 提高 ，并 减少 了起下 钻次 数 ，大大 节约 了钻 井成 本 ，取得 了 良好 的应 用效 果 。 2 ． 2优化 钻 井参数 一 2 ． 2 ． 1 钻 井 参数优 选 方法 从钻速方程L 2 可以看出，钻速与钻压成线性关系 ，与转速成指数关系 。不同的地层需要不同的破岩 的机 械 能 量 ，而 钻 压 和 转 速 在 钻 速 的 总 变 异 中 所 占权 重 分 别 为 2 1 ． 8 4 和 4 1 ． 6 6 ，这 两 项 共 占 6 3 ． 5 o．4，从 钻 速 的角度来 讲 ，当一 口井 井位 确定 后 ，钻压 、转 速是 影响机 械钻 速 的最 主要 因素 ，且 钻压 和转速在不同井深对钻速的影响程度亦不同。为确定钻压和转速的合理匹配 ，优选钻井参数 ，在钻井施 工现 场进行 了钻压 和转 速优选 试验 ① 根据 各钻 机特 性 ，在不 同井 深各挡 转 速分别 寻找 与最快 钻 速相 匹 配的钻压为该转速下的最优钻压 ；②按厂家推荐的钻压转速值 ，转速钻压组合 的钻速最快就成为该井段 的优 选钻 压 、转速 ；③ 通过试 验 应用效 果来 确定 优选 出的转速 对钻 速 ，校验 最优钻 压及 转速 ；④ 用钻速 的增 加和钻 井 成本 的大小 来衡 量钻 井参 数优 选 的效果 。 2 ． 2 ． 2 钻 井 参数优 化 方案 南 3 8区块 ，中上 部 地 层 泥 岩 较 多 ，易 发 生 泥包 ，P DC钻 头钻 进 过程 中 ，钻 压 不 易 加太 大 ， 防止 钻头 泥包 。经 过试 验 以较 小 的钻压 即可达 到 理想效果 ，盲 目增大钻压 ，不仅机械钻速提高不 多，而且易发生泥包钻头起钻 ，增加钻井周期。 通过 各井 段现 场试 验 ，并 对 取得 的试 验数据 进 行 分 析 ，制 定 出 了南 3 8区块 分井 段 钻 井参 数 优 化 方案 见 表 1 。 2 ． 3井身 质量 控制 技术 表 1南 3 8区块钻井参数优选方案 该 区块上部地层 由于倾角较大 ，井眼易斜，井眼轨迹控制困难。在南 3 8区块施工的张 1 1 2 3井二开 使 用满 眼钻 具钻 至 1 5 7 3 m，井斜 达到 1 3 。 ，给后 期定 向增 加 了难度 。 2 ． 3 ． 1 直 井段 井斜控 制 目前，国内外防斜打直技术归纳起来主要有刚性满眼防斜技术、钟摆力纠斜防斜技术 、离心力防斜 纠斜技术 、利用钻具弯曲防斜纠斜技术、导向钻井防斜纠斜技术及井下专用工具防斜纠斜技术等。经过 分析认为刚性满眼防斜技术 、钟摆力纠斜防斜技术适合该 区块的井身质量控制 引。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石 油天 然 气工程 2 0 1 3 年 3 月 根据 以往 施 工 井 总 结 分 析 发 现 ， 1 0 0 0 m 以 内 井 斜 增 长 较 小 ，井 斜 变 化 幅 度 较 大 的 主 要 集 中 在 1 0 0 0 m以下井段 ，因此综合考虑施工机械钻速和施工难易程度 ，上部地层使用 了双扶钟摆钻具组合 ， 如果井斜较大 ，也可通过控制钻压和转速来控制井斜 。中部地层 ，井斜易突增且地层压实程度高 ，为控 制井 斜 和保 证 机械钻 速 ，选用 了三扶 满眼 钻具组 合 。 1 上部地层使用牙轮钻头配合钟摆钻具组合 。j 2 『 2 1 6 mm钻头 1 7 7 ． 8 mm无磁钻铤 2 1 5 mm 扶正 器 1 7 8 mm 钻 铤 1根 j 2 『 2 1 5 mm 扶 正 器 1 7 8 mm 钻 铤 3根 1 6 5 mm 钻 铤 1 0根 j 2 『 1 2 7 mm 钻 杆 。 2 中部地层使用 P D C钻头配合满眼钻具组合。 2 1 6 mm钻头 2 1 5 mm双母扶正器 1 7 8 mm 短钻 铤 1根 2 1 5 mm 扶正器 1 7 8 mm 无磁 钻铤 1 根 2 1 5 mm 扶 正器 1 7 8 mm 钻 铤 3根 1 6 5 mm 钻铤 1 5 根 十 1 2 7 mm 钻 杆 。 3 下部地层使用 P D C钻头配合螺杆钻具组合。 2 1 6 mm 钻头 1 7 2 mm螺杆 1 6 5 mm无磁钻 铤 1根 1 6 5 mm 钻铤 x1 4根 j 2 『 1 2 7 mm钻 杆 。 由于地层具有倾角大、易倾斜的特点 ，在操作方面要处理好地层交接面及断层问题 。划眼时 ，控制 好划 眼速 度 ，并根据 井斜 情况及 时调 整钻 井参数 。 2 ． 3 ． 2定 向段 井身质量 控制 技术 在定 向段 应根 据井 眼轨迹情 况 决定 下 部 钻 具组 合 并 确定 钻 进 参 数 ，进入 稳 斜 井段 后 应 尽 可 能采 取 P D C钻头配合螺杆 转盘复合钻进 。一方面可以及时监测井眼轨迹 ，适时进行调整，确保井眼轨迹平 滑 ，有利于后续作业的施工安全；另一方 面由于 P D C钻头要求 钻压小 ，可有效减少钻铤的使用数量 ， 减轻了钻具负荷 ，有利于减小黏吸卡钻等井下故障发生 ] ，有效提高机械钻速。特别是对一些控制段较 长 的井 其效果 更 为突 出。 2 ． 4井壁稳 定技 术 针 对井壁 失稳 的现 象 ，分 析 主要是 由于钻井 时 间长 ，泥页 岩膨胀 、水化 造成井 壁垮 塌掉 块 ] 。根据 该 区块 井壁垮 塌周 期 、压力 ，一是 优化钻 井液性 能 ，提高 钻井 液密度 ，根据 该 区块 地层 测压 计算 和施工 现 场总 结 ，在 垂深 1 7 0 0 m 以后要将 钻 井 液 密度 提 高 至 1 ． 1 8 ～ 1 ． 2 2 g ／ c m。 ，增 加 液 柱压 力 ，同时 提 高钻 井 液 的抑制 能力 ，可有 效地抑 制井 壁失稳 现象 ，加 强现 场钻 井 液性 能 维护 和 处理 ，加 足 大分 子 包被 剂 、 防塌剂 ，严格 控制 失水 ，可减 少钻 头泥包 保持 井眼 稳定 ；二 是严 格控 制 钻井 过 程 中及 完钻 后 空 井 时间 ， 及时下钻通井，减少停等时间，防止空井时间长钻井液浸泡导致井眼失稳 ，保障井眼畅通和稳定 。 3 应 用效果 表 2是 近 5年来 在 张店 南 3 8区块所 钻 开 发井 的技术 指 标对 比 。从 表 2可 以看 出 ，张 1 3 0 7井 、张 1 1 l 3井平 均井 深 2 3 9 2 ． 5 m，平 均 钻 井 周 期 2 2 ． 6 d ，平 均 钻 井 速 度 2 2 4 8 m／ 台 月 ，平 均 机 械 钻 速 7 ． 3 3 m／ h ， 2 0 1 2 年 通过研 究 张店南 3 8区块 优快 钻井技 术及 现场应 用于 张 1 1 2 1井 、张 1 1 2 4 井 ，平 均井深 2 4 9 3 m，较 之 前 增 加4 ． 2 ；平 均 钻 井 周 期1 5 ． 6 7 d ，较 之 前 降 低3 0 ． 6 ；平 均 钻 机 速 度 3 5 0 4 ． 0 9 m／ 台 月 ， 较之前 提高 3 5 ． 8 ；平 均机 械钻速 1 1 ． 8 9 m／ h ，较 之前提 高 3 8 ． 3 ，大大 提高 了 机械钻 速 ，缩短 了建井 周期 ，节 约 了钻 井成 本 。 表 2南 3 8区块钻 井技术指标 对比 井号 完钻井深／ m 钻井周期／ d 钻机速度 ／ IT I 台 月 _ 机械钻速／ mh 施 工年份 张 1 3 0 7 张 1 1 1 3 张 l 1 2 1 张 1 1 2 4 1 9 1 0 ． 7 7 2 5 8 5 ． 3 9 3 6 1 6 ． 1 8 3 3 9 2 ． 0 0 6 ． 51 8 ． 1 6 1 1 ． 6 4 1 2 ． 1 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 5 卷 第 3期 尉富平 等 张店油田南 3 8区块优快钻 井技术研究与应用 4 结论与认识 1 通过张店油田南 3 8区块分井段优化钻头选型、钻进参数及钻具组合 ，大大提高了机械钻速 ；同 时也 有 效地控 制 了井斜 ，确 保 了井身 质量 。 2 针对井壁失稳井段 ，通过提高钻井液的抑制性，严格控制失水量 ，提高钻井液密度，增加井筒 液柱压力 ，减小空井时间等系列措施 ，有效解决了南 3 8区块井壁垮塌掉块问题 ，保证 了钻井顺利施工。 [ 参考文献] [ 1 ]赵金洲 ，张桂林 ．钻井工具技术手册 [ M]．北京 中国石化出版社 ，2 0 0 8 ． E 2 ]陈庭根 ，管志川 ．钻井工程理论 与技术 [ M]．东 营中国石油大学出版社 ，2 0 0 6 [ 3 ]刘希圣 ．钻井工艺原理 [ M]． 北 京 石油 工业 出版社 ，1 9 9 8 ． E 4 ]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 ． [ 5 ]鄢捷年 ．钻井液工艺学 [ M]．东营 中国石油大学出版社 ，2 0 0 6 ． [ 编辑 ] 萧雨 上接 第 8 9页 [ 7 ]Z h o u Z H，Ch e n Z Q，C h e n S F ． Ne u r a l n e t wo r k b a s e d l i t h o l o g y i d e n t i f i c a t i o n[ A]．P r o c e e d i n g s o f t h e I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n I n t e l l ig e n t I n f o r ma t i o n Pr o c e s s i n g a t 1 6 t h I F I P Wo r l d C o mp u t e r C o n g r e s s[ c ]． B e i j i n g ，2 0 0 0 0 8 2 2 2 4 ． [ 8 ]Wa n g K X，Z h a n g L B ． P r e d i c t i n g f o r ma t i o n l i t h o l o g y f r o m l o g d a t a b y u s i n g a n e u r a l n e t wo r k[ J ]． P e t r o l e u m S c i e n c e ，2 0 0 8 ，6 5 2 4 2 ～ 2 4 6 ． [ 1 3 ] [ 1 4 3 [ 1 5 ] [ 1 6 ] 潘伟 ，陈玉梁 ．两种神经 网络方法在岩性识别方面的应用 口]．国外测井技术 ，2 0 0 8 ，2 3 4 4 7 ～4 9 ． 钟仪华 ，李榕 ．基于主成分分析 的最小二乘支持 向量机岩性识别方法 [ J ]．测井技术，2 0 0 9 ，3 3 5 4 2 5 ～4 2 9 ． 于代国 ，孙建孟 ，王焕增 ，等 ．测井识别岩性新方法支持向量机 方法 [ J ]．大庆石油地质与开发 ，2 0 0 5 ，2 4 5 9 3 ～9 5 ． 张翔 ，肖小玲 ，严良俊 ，等 ．基于模糊支持 向量机方法的岩性识 别 [ J ]．石油天然气学 报 江汉 石油学院学 报 ，2 0 0 9 ，3 1 6 l 1 5 ～ l 1 8 ． 张旭 ，翟应虎 ，李祖 光，等 ．测井 曲线盒维数在松辽盆地 火山岩岩性 识别 中的应用 [ J ]．分析科学 学报 ，2 0 0 9 ，2 5 5 5 3 3 ～ 5 3 5 ． 刘爱疆 ．川西 X C地区典型致密碎屑岩储层岩石物理研究 [ D]．成都 成都理工大学 ，2 0 1 0 ． 吴朝容 ． 致 密碎 屑岩气藏裂缝性储层预测方法 以川西坳陷新 场气 田须二段为例 [ D ]．成都 成都理工大学 ，2 0 0 5 ． 王思权 ．川西 构造须家河组测井储层综合评价研究 [ D ]．成都 成都理工大学 ，2 0 0 9 ． [ 编辑] 龙舟 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m