长庆油田小井眼钻井应用分析.pdf

2 6 钻 采 工 艺 DRI I 工I NG ＆ PR0DUCT 1 0N T ECHN0L0GY 2 0 0 9年 7月 J u l v 2 o o 9 长庆油 田小井眼钻井应用分析 刘社明 ， 吴学升 ， 王定峰 ， 黄 占盈 ， 王勇茗 ， 高云文 1中国石油长庆油田公司苏里格气田开发指挥部 2长庆油田油气工艺研究院 刘社明等．长庆油田小井眼钻井应用分析， 2 0 0 9， 3 2 4 2 6 2 7 ， 3 3 摘要 2 o o 8年长庆油田为降低钻井成本， 在白豹油田进行了小井眼钻井应用， 经过 3口井的钻井实践， 用1 5 型钻机顺利完成 了2 2 0 o m井深的小井眼井， 机械钻速 1 0 r n ／ h左右。小井眼井采用 8 8 ． 9钻杆， 钻杆柔性大， 方位 偏移较大， 井眼轨迹控制难度大， 建议适当提 高造斜点， 改变原来的直 一增 一稳井身剖面为直 一 增 一微降， 减少起 下钻次数， 提 高钻井速度。通过小井眼钻井技术在 3口井的实践 ， 分析总结了小井眼钻井存在的问题， 并提 出了技 术对策 。 关键词 小井眼 ； 机械钻速 ； 钻 井技 术 ； 钻具 组合 ； 长庆 油田 中图分类号 _r E 2 4 6 文献标识码 A D O I 1 0 ． 3 9 6 9 厂 j ． i s s n ． 1 o o 67 6 8 x ． 2 o o 9 ． o 4 ． o 0 9 2 0 0 8 年长庆油田为了降低钻井成本， 进行了小 井 眼钻井可行性论证 ， 认为小井 眼钻井 技术可以节 省成本， 减少岩屑体积和钢材消耗 ， 有利于环境保 护， 满足压裂、 采油及后期作业要求。截至 2 0 0 8 年 5月 ， 完成小井眼井 3口， 井深分别为 2 2 5 0 m、 2 2 0 5 m和 2 2 3 4 m， 钻井施工顺利 ， 钻井周期较长 ， 机械钻 速较慢 。 一 、小井眼钻井技术的应用 1 ． 小井眼井钻井概况 采用 z J 1 5型钻井施工 ， 最大载荷 8 O 0 k N， 经过 分析计算采用 1 2 O m m钻铤 1 2 0 m， 名义重量为 7 9 k g ／ m， 采用 8 8 ． 9 m m钻杆 ， 名义重量为 1 9 ． 8 1 k g ／ m。 完钻 的两 口小井眼井统计数据见表 1 。 表 1 三口小井眼井钻井指标统计表 项 目 关 2 9 5 0 关 1 4 31 5 4 关 1 4 3一l 5 2 完钻井深 m 2 2 5 0 2 2 0 5 2 2 3 4 纯钻时间 h 2 4 O ． 7 2 2 2 0 ． 1 7 2 2 0 ． 3 8 平均机械钻速 h 9 ． 3 5 l 0 ． 0 1 1 0 ． 1 4 钻井周期 d 2 0 ． 9 2 1 4 ． 7 2 1 3 ． 9 2 完井周期 d 2 3 ． 8 3 1 9 ． 0 0 1 8 ． 5 4 小井 眼钻井技术不断提高 ， 平均机械钻速逐步 提高， 钻井周期逐步缩短。 2 ． 钻具组合 第一口井由于小井眼轨迹控制的问题， 经验不 足， 先后七次倒换钻具组合， 试验了“ 四合一” 钻具 组合， “ P D c单扶” 钻具组合， “ 牙轮钻头 光钻 铤” 的常规钻具组合等。通过后两 口井 的实验 ， 逐 渐确定了“ 四合一” 的小井眼钻具组合 见表2 。 表 2 小井眼钻具组合 井段 钻具组合 1 7 2 P DC 0 ． 2 57 I 1 4 0 1 。7 ． 1 2 1 4 0 直井段 一 S D C 0 ． 9 m 1 6 2 S t a b 13 1 1 3 1 00 ． 4 6 m 造斜段 l 2 0 N MD C1根 1 2 0 D C 1 4根 0 8 8 ． 9 DP 3 1 13 1 00 ． 4 6 8 8 ． 9 KL 1 7 2 P DC 0 ． 2 5 7 L Z 1 4 0 1 ． 2 5 。 7 ．1 2 l 4 0 S DC x3 ． 8 m 1 6 2 S t a b1 m 31 13 1 0 稳斜段 x 0 ． 4 6 m l 2 O N MD C1根 1 2 0 D C1 4 根 8 8 ， 9 D P 3 1 1 3 l 0 0 ． 4 68 8 ． 9 K L 3 ． 钻头和螺杆 通过对白豹油田地层可钻性的分析， 结合近几 年常规井眼 P D c钻头的优选经验和钻井实践 ， 考虑 到富县层段存在石英砂岩， 对 P D c钻头磨损比较严 重。初 步确 定 方 案 上 部 地层 用 亿 斯 达 l 7 2 E M1 6 2 5 S E钻进 ， 富县及以下井段用牙轮钻头钻进。 在第一口井的使用中发现， 牙轮钻头钻速慢， 寿命 收稿 日期 2 0 0 81 21 O； 修 回 日期 2 o o 9 0 6一l 3 作者简介 刘社明 1 9 6 6一 ， 高级工程师， 硕士， 1 9 8 6 年毕业于原华东石油学院钻井工程专业， 长期从事石油天然气钻 完 井工艺技术研 究和管理工作。地址 7 l 0 0 1 8 陕西省西安市未央区文景路 ， 电话 0 2 9 8 6 9 7 8 8 6 2 ， Em a i l l s m 一 。 q p e t r o c h i n a ． c o m ． c n 。联系人 王定峰， 电 话 O 9 28 6 5 9 0 7 2 3 ， 地址 7 1 o o 2 1 陕西西安 。 第 3 2卷第4期 V0 l _ 3 2 No ． 4 钻 采 工 艺 D RI L UN G＆P R 0 DU C rr I O N I EC HN O L 0G Y 2 7 短。在第二、 第三口井大胆实验， 通过调整钻进参 数 ， 确定 了全井段使用 P D c钻头钻进的钻井思路 ， 通过现场试验， 大幅度提高了下部地层的机械钻速， 降低了钻头消耗 表3 、 表4 。 表 3 三口井井深与钻头使用情况 井号 井深 m 钻头数量 关 2 95 O 2 2 5 O 2只 P D C 、 3只牙轮钻头 关 1 4 31 5 4 2 2 0 5 2只 P D C 关 1 4 31 5 2 2 2 3 5 3只P D C 其中一只为用过的钻头 表 4 三口井富县组与延长组机械对比 机械钻速 n h 地层 关 2 9 5 0 关 1 4 31 5 4 关 l 4 31 5 2 富县组 4 ． 9 7 5 ． 4 8 9 ． 6 2 延长组 4 ． 3 0 9 ． 4 2 9 ． 0 0 通过调研 和优选 ， 采用性能 比较好 的立林公司 生产的螺杆。经过现场试验和摸索， 及时调整钻进 参数， 螺杆的寿命明显增加， 由第一口井的6 0 h 增 加到 1 2 0 h左右。大大降低了起下钻次数， 提高了 钻井时效 表 5 。 表5 小井眼井螺杆使用情况 使用时间 累计进尺 序号 井号 地层 h m 环河、 华池、 洛河、 1 关 2 9 5 0 6 2 ． 5 7 9 9 8 安定、 直罗 关2 9 5 0 直罗、 延安 2 环河、 华池、 洛河、 1 4 4 ． 5 2 1 6 0 5 关 1 4 3 1 5 4 安定、 直罗 直罗、 延安、 3 关 1 4 3 1 5 4 l1 3． 68 971 富县、 延长 环河、 华池、 洛河、 4 关 1 4 3 一 l 5 2 1 3 7 0 8 1 2 9 1 安定、 直罗、 延安 5 关 1 4 3一l 5 2 延安、 富县、 延长 7 1 3 5 6 6 6 4 ． 钻井液 第一 口井延长组全段采用了低固相细分散钻井 液体系， 试验表明钻井速度较慢， 直罗坍塌对井下安 全潜在风险较大， 同时钻井液成本较高。为此， 通过 分析， 在以后的小井眼中调整了钻井液体系 二开到 长4 5 采用清水聚合物钻井液体系， 目的层长 6 采 用低固相细分散钻井液体系。 5 ． 固井 固井作业采用常规井眼固井作业的水泥浆体系 和固井工艺 ， 现场施工顺利 ， 固井质量优 良。非储层 段采用粉煤灰低密度水泥浆体系。 配方 5 0 ％G级水 泥 H s R 5 O ％粉 煤灰 3 ％ F H一 3 ， 平均密度 1 ． 5 0 g ／ c m ； 储层段采用纯水 泥高密度水泥浆体系。配方 G级水泥 H s R 2 ％ G J Rl ， 平均密度 1 ． 8 6 g ／ c m 。设计水 泥返高 5 7 5 m， 实际返高 1 7 0 m， 固井质量优 良。 二、 存在问题及对策 1 ． 钻井速度较慢 关 2 9 5 0井小井眼全井平均机械钻速为 9 ． 3 5 Ⅱ h ， 关 1 4 31 5 4井全井平均机械钻速为 1 0 ． 0 2Ⅱ h ， 2 0 O 8年 白豹油 田常规井眼平均机械钻速为 3 0 ． 1 3 r n ／ h ， 差距较大 。 1 ． 1继 续优 化 改进 钻 头 调小 P D c钻头的后倾角， 提高钻头在低钻压工 矿下的攻击性， 进一步提高钻井速度， 同时与螺杆钻 具进行匹配， 提高复合钻井效率。 1 ． 2增 加二 级 固控 降低钻井液有害固相含量， 有利于净化井眼， 提 高钻井速度。 1 ． 3优化钻井参数提 高钻压 根据 l a n d m a r k 软件对关 2 9 5 0井进行了钻压 模拟计算， 根据实钻井眼轨迹进行了模拟， 在钻柱不 发生正弦弯曲和螺旋弯曲的情况下， 在 5 0 01 7 0 0 m井段 允许加 压 l 0 t 左 右 ， 现场 施工钻 压一般 为 3～6 t ， 与理论计算相比较低 。见 图 l 。 5 o o 1 0 o O 求 1 5 0 o 2 O o o 钻压 1 O 2 O 4O 6 O 8 O 1 O O 1 2 O 1 4 O 1 6 O 图1 根据实钻井眼轨迹模拟的允许钻压 2 ． 井眼轨迹控制难度大 小井眼设计井身剖面为直 一 增 一 稳三段制， 实 钻井身剖面因为钻杆直径小 ， 柔性大 ， 对轨迹控制不 利， 形成直 一增 一降井身剖面。关 2 95 0井在 l 2 1 9 m已经增斜至 1 9 ． 3 。 ， 远超过设计的 1 O ． 9 。 最 大井斜 见图 2 。关 1 4 3一l 5 4井 ， 水平位移较小 1 2 8 m ， 设计最大井斜 5 ． 5 9 。 ， 实钻最大井斜角8 ． 8 。 ， 井身剖面为直 一 增 一 微降。 下转第3 3 页 第 3 2卷第4期 Vo 1 ． 3 2 N0 ． 4 钻 采 工 艺 D Rf I JL I N G＆ P R 0 DU C Ⅱ0 N T E C HN 0 L 0 GY 3 3 三、 微小井眼环空压耗规律 根据环空流体压耗模型， 可以得到不同流量、 不 同井深的环空流体摩擦压力损失 。 井深 m 图4 环空压耗随流量和井深的变化规律 图 4给 出 了井 筒 内径 为 8 8 ． 9 ， 连 续 管外径 5 O ． 8的情况下环空压耗与井深 的关系曲线。 如图4 所示， 随着井深的增加， 环空压耗线性增 加。排量越大， 环空压耗越大， 随井深增加越剧烈。 环空压耗在排量为 l 5 0 0 L ／ m i n ， 井深达到 2 o 0 0 m 时达到了 1 5 ． 2 MP a 。相 同井深 ， 微小井眼环空压耗 要 比常规井筒环空压耗大得多。 四、 结论 1 通过研究 ， 得到 了微小井眼连续管 内幂律 流体层流运动时压耗模型， 紊流运动时压耗模型， 环 空内幂律流体层流运动时压耗模型为， 紊流运动时 压耗模型， 为微小井眼钻井水力参数优化设计提供 了依据。 2 在相同流量下 ， 连续管直管段和螺旋管段 的压力损失随井深 长度 的增加而线性增加 ； 流量 增大， 相同深度 长度 的直管段和螺旋管段的压力 损失增大， 随井深增加越剧烈； 流体流经连续管螺旋 段时产生的压降远 大于流经直管段时产生 的压 降。 随着井深的增加 ， 连续管的总压力降呈下降趋势。 3 随着井深的增加 ， 环空压耗线性增加。流 量越大 ， 环空压耗越大 ， 随井深增加越剧烈 。 4 建议采取措施降低摩擦压力损失， 特别是 螺旋段 的摩擦压力损失 ， 以提高到达井底的压力 。 符号说明 p 一流体密度， k m ； 一连续管内流体平均速度 ， -n ／ s ； 一 环空流体平均速度 ， n s ； Q 一钻井液流量， I ／ s ； d 一连续 管内径， m； 一井筒内径 ， m； D 一连续管外径， m； D一卷筒 心轴直径， m； n 一流态指数， 无 因次； 稠度系数， P a s “ ； L 一连续管长度， m； z 一螺旋管长度， m； 却 一连续管 内的压 力损耗， P a ； 却 一环空压力损耗 ， P a 。 参考文献 [ 1 ] B o u r g o y n e A T J r ． e t a l A p p l i e d D r i U i n g E n n e e r i n g [ M] ．S o c i e t y o f P e t ml e u m E n g i n e e r s ，1 9 8 6 ． [ 2 ] 曾春元， 邹枫． 幂率流体环空及钻头水力参数的计算方 法[ J ] ．断块油气田， 1 9 9 8 5 ． [ 3 ] 李宗田． 连续油管技术手册[ M] ．北京 石油工业出版 社 ， 2 0 0 3 ． [ 4 ] 傅阳朝 ， 李兴明， 等译．连续油管技术[ M] ．北京 石油 工业出版社， 2 0 0 0 ． 编辑 黄晓川 上接第 2 7页 由于钻柱刚性小 ， 井斜 、 方位控制 能力降低 ， 在 探索研究的同时对井身剖面进行优化， 适当提高造 斜点深度 ， 改变原来的直 ～ 增 ～稳井身剖面为直 ～ 增 一 微降 ， 降低井眼轨迹控制的难度 ， 提高钻井速度。 一 设计轨迹 40 O 8 o o 1 20 0 l 6 O O 2 0 0 o 3 O O 一 2 5 O 。 ∥实 钻 轨 i 营 2 o 0 ． 1 5 0 设计轨迹 1 0 0 5 O 0 一6 o 0 _ 4 o 0 O 0 0 2 O O 4 o0 6 0 0 5 0 0 5 O 1 0 0 1 5 O 水平位移 m 东 m 图2 关2 9 5 0 井实钻和设计井眼轨迹垂直和水平投影图 3 ． 钻头水功率利用率较低 根据现场水力参数计算 ， 与常规井眼相 比， 小井 眼钻头喷嘴直径较大， 水功率利用率偏低， 降低了水 力破岩的作用， 井底清洁不好， 这是造成钻井速度慢 的关键原因之一。 三 、 结论 1 使用 z J 1 5型钻机顺利完成了 2口井深 2 2 0 0 m的小井眼油井 ， 施工顺利 ， 固井质量优良； 2 两 口小井 眼井钻井周期较 长、 机械钻速较 慢， 主要问题是钻压偏小、 钻头喷嘴水眼较大， 水功 率利用率较低 ； 3 小井眼井采用 8 8 ． 9钻杆 ， 钻杆柔性大 ， 方 位偏移较大， 井眼轨迹控制难度大， 建议适当提高造 斜点， 改变原来的直 一增 一稳井身剖面为直 一 增 一 微降， 减少起下钻次数， 提高钻井速度。 编辑 黄晓川 m 8 6 4 2 O 日 皇 一 坦悄醑