元坝124井超深井钻井提速配套技术.pdf
第 3 9卷 第 6期 2 0 1 1年 l 1月 石 油 钻 探 技 术 P ETROI EUM DRI I I I NG TECHNI QUES Vo 1 . 3 9 NO . 6 N ov ., 2 01 1 . 一 深井超深井钻井提速专题 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 6 . 0 0 6 元坝 1 2 4井超 深 井钻 井提速配套技术 董 明键 中国石化胜利石油管理局西南石 油工程管理 中心 , 四川德 阳 6 1 8 0 0 0 摘 要 元坝 1 2 4井是元坝地 区的一 口重点探 井。由 于元 坝地 区陆相地层 石英含 量高 、 研 磨性 强、 可钻性 差 , 导致单只钻头进尺 少, 机械钻 速低 , 钻 井成 本高。为此 , 首先评价 了元坝地 区前期的钻 井提 速技 术 气体钻井技术 、 “ 孕镶金 刚石钻 头涡轮钻 具” 复合钻 井技 术、 控压钻 井技术和“ P D C钻 头螺杆钻具” 复合钻井技术。并在此基础 上 , 根据元坝 1 2 4井所要钻遏地层 的特征 , 制定 了该 井的钻 井提速 配套技 术方案 一 开采用 气体 钻井技术 , 二 开采 用“ 孕镶金 刚石钻 头涡轮钻 具” 复合钻 井技 术, 三开采 用“ P DC钻 头螺杆钻具 ” 复合钻 井技 术 。实钻表 明, 该钻 井提 速配套技术 方案 可 行 , 能够 大 幅提 高机 械 钻 速 , 缩短 钻 井 周期 。该 井平 均 机械 钻 速 2 . 8 0 m/ h , 钻 井周期 2 5 3 . 8 4 d, 是 目前 元 坝 地 区钻 井 周 期 最 短 的一 口 井 。 关键词 深 井钻 井 机械 钻速 气体钻井 金刚石钻 头 涡轮钻具 螺杆钻 具 元坝 1 2 4井 中图分类号 T E 2 4 5 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 卜0 8 9 0 2 0 1 1 0 6 0 0 2 3 0 4 Te c h no l o g y t o I n c r e a s e Dr i l l i ng S pe e d Us e d i n Ul t r a d e e p W e l l Yu a n ba 1 2 4 Do n g Mi n g j i a n So ut hwe s t Pe t r o l e um En gi ne e r i ng M an age me n t Ce n t e r, She n gl i Pe t r o l e u m Adm i ni s t r a t i o n, M i a n ya ng, Si c hua n, 61 8 0 0 0, Ch i n a Ab s t r a c t W e l l Yua n ba 1 2 4 i s a ke y e xp l or a t i o n we l l i n Yua nba A r e a . Th e bi t f o o t a g e a nd r a t e o f pe ne t r a t i on i s l o w , a nd dr i l l i ng c o s t i s h i gh b e c a us e o f hi g h q ua r t z c o nt e n t , hi g h a b r a s i vi t y a nd l ow d r i l l a b i l i t y o f c on t i ne nt a l f o r m a t i o n. Th e r e f or e, t he f a s t dr i l l i ng t e c hn ol o g i e s i nc l u di ng a i r dr i l l i n g, i m p r e g na t e d bi t wi t h t u r b i ne mot or , ma na ge d p r e s s u r e d r i l l i ng a nd PDC b i t wi t h PDM we r e a p pl i e d a nd e v a l u a t e d .On t h e b a s i s o f e v a l ua t i on r e s ul t s。 a n i n t e g r a t e d dr i l l i ng pr o gr a m wa s d e v e l o pe d c on s i de r i ng f o r m a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s . Ai r d r i l l i ng wa s us e d i n f i r s t s p ud; i m p r e gn a t e d b i t a n d t u r b i n e mot or wa s u s e d i n s e c on d s pu d; a nd PDC b i t wi t h PDM wa s u s e d i n t h i r d s pu d.The dr i l l i n g r e s ul t s s h owe d t h a t t h i s p r o g r a m wa s f e a s i bl e .Th e ROP wa s i n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y a n d t h e d r i l l i n g c y c l e wa s r e d u c e d . Th e a v e r a g e ROP wa s 2 . 8 0 m/ h, a n d t h e d r i l l i n g c yc l e wa s 25 3 . 8 4 d. W e l l Y u a n ba 1 2 4 s e t t he r e c o r d of s ho r t e s t d r i l l i n g c y c l e i n Yua n ba Ar e a . Ke y wo r ds d e e p we l l d r i l l i ng; pe n e t r a t i o n r a t e ; a i r d r i l l i ng; d i a mon d bi t ; t u r bi ne t o o l ; s c r e w d r i l l t o o l ; W e Y 【 】 a n ba ] 2 4 元坝 1 2 4井所 在 区块 的陆相 地层 普遍 存在 石英 含量高、 研磨性强 、 可钻 性差 可钻性级值 5 ~8 等 特 点 , 造成 机械 钻速 低 , 钻头 进尺 少 , 钻 井周 期 长 , 钻 井成本高_ 1 ] 。为 了提高机械钻速 , 缩短钻井周期 , 降低钻井成本 , 在评价元坝地 区前期提速技术 的基 础 上 , 根据 元坝 1 2 4井所 钻遇 地层 的特 性 , 制 定 了元 坝 1 2 4井钻 井 提 速 配套 技 术 方 案 。实 钻 表 明 , 该 钻 井提速技术方案能够显著提高机械钻速 , 缩短钻井 周期 , 降低钻井成本 。 1 元坝 1 2 4井概况 元坝 1 2 4 井是位于四川盆地川东北巴中低缓构 收稿 日期 2 0 1 卜0 9 - 1 5 ; 改回日期 2 0 1 1 1 卜O 3 。 作者简介 董明键 1 9 6 3 一 , 男, 四川 自贡人 , 1 9 8 1年毕业 于重 庆石油学校钻 井专业, 高级工程师 , 主要从 事钻 井技术工作。 联系方式 1 8 9 8 2 8 8 2 7 7 7 , d o n g m j 1 2 3 1 2 6 . e o m。 石 油 钻 探 技 术 造 带 元 坝 区 块 的 一 口重 点 探 井 。该 井 所 钻 遇 地 层 自上 而下依次 为 白垩 系剑 门关组 , 侏 罗系蓬 莱 镇 组 、 遂 宁 组 、 上 沙 溪 庙 组 、 下 沙 溪 庙 组 、 干 佛 崖 组 、 自流井 组 , 三叠 系须 家河 组 、 雷 口坡 组 、 嘉 陵 江组 和 飞 仙关 组 , 二 叠 系 长 兴 组 和 龙 潭 组 。其 中 须 家 河 组 及 以 上 地 层 为 浅 湖 相 、 河 流 相 、 滨 湖 相 沉 积 即为 陆 相 沉 积 , 地 层 岩 性 主 要 为砂 泥 岩 互 层 ; 雷 口坡 组 及 以 下 地 层 为 浅 滩 、 潮 间 、 浅 海 台 地 、 沼泽 、 泻 湖 沉 积 即为 海 相 沉 积 , 岩 性 主 要 为 灰 岩 、 云岩 及 页 岩 。 元 坝 1 2 4井 设 计 井 深 7 1 2 0 . 0 0 m, 实 钻 井 深 7 0 3 2 . 4 9 m。该井 的设计 与实 钻井身 结构见 表 1 。 表 1元坝 1 2 4井 井 身 结 构 Ta b l e 1 Ca s i n g pr og r a m o f W e l l Yu a nb a1 2 4 2 钻井技术难 点 1 地层 较 老 , 陆 相地 层硬 , 存 在砂 泥岩 互层 , 软 硬变化大; 泥岩易水化剥蚀掉块和坍塌; 砂岩多为硅 质胶结 , 岩性致密 , 硬度大, 研磨性强 ; 地层可钻性极 差 , 钻 头选 型范 围很小 。 2 地层 倾 角 大 、 岩 石 成 岩性 差 , 常 规 钻 井技 术 难 以满 足钻井 安全 和勘 探开发 需要 。钻井 中常出现 “ 斜 、 漏 、 塌 、 卡 、 喷 ” 等 复 杂情 况 , 钻 井 速 度 慢 , 周 期 长、 投资大 、 井身质量差 , 在很大程度上影响了油气 勘探开 发 的进程 。 3 由于元坝探区地质层位较为古老, 防漏和堵 漏工 作贯 穿于整 个钻井 过 程 。 4 侏 罗 系的上 、 下沙 溪庙 组地 层岩 性 多 为泥岩 及泥 质粉 砂岩互 层 , 如果钻 井液 长时 间浸泡 , 易 出现 大段 垮塌 。 5 目的层深 , 地震分辨低 , 地层岩性变化大 , 地 层压力预测及检测准确性差。同一地层同时存在多 套 压力 系统 , 钻 井 液安全 密度 窗 口非 常窄 。 6 地层 含盐 膏层 和其他 腐蚀 性 流体 , 并 且压 力 变 化大 。 由于该井 所钻 陆 相地 层 具 有 埋藏 深 须 家河 组 地 层底 深达 4 9 4 0 . 0 0 m 、 地 层 压力 高 须 家 河组 地 层 压力 系数 为 1 . 8 3 、 研磨性 强 内摩擦 角 平均 4 5 。 等特点 , 因此 , 如何提高钻速是该井 的最大难点。 3 钻井提速方案及应 用效果 3 . 1 钻 井提速 技术分 析 与评价 3 . 1 . 1 气体钻 井技 术 气体钻井具有提高机械钻速、 延长钻头使用寿 命、 减少井下复杂情况和卡钻故障、 降低钻井综合成 本 等优势 l_ 7 。元 坝地 区 自元 坝 1井 应 用气 体 钻 井 技术 以来 , 其 陆相上 部地层 均采用 了气 体钻井 技术 , 平均机械钻速达到 8 . 6 1 m/ h , 是常规钻井液钻井的 1 O倍左右 , 提速效果显著lL 4 。 ] 。 但统计发现 气 体钻井技术在各井 的应用效 果存 在较 大差异 , 如元坝 3井机 械钻速 高达 2 0 . 6 m / h , 而 元 坝 9 井 仅为 4 . 5 9 m/ h ; 元 坝 2 井 气体钻井钻进井段 的长度达到 3 7 9 1 . 5 0 m, 而元坝 1 2井仅 为 2 5 4 3 . 0 0 m。 因此 , 应根据 区域地质特征, 进行气体钻井工艺设计 和钻井 参数 优化 。 3 . 1 . 2 “ 孕镶金 刚石钻 头涡轮 钻具” 复合钻 井技 术 元坝地 区 自流井组地 层 及 部分 区域 千佛崖组 地 层 单轴抗 压 强度 2 8 ~1 8 2 MP a , 平 均 7 7 MP a , 摩 擦 角平均 3 6 。 , 最高可达 5 2 。 , 属于 中等硬度地 层 ; 须家 河 组地层单轴抗压 强度 1 7 0 ~1 8 2 MP a , 平均 1 2 6 MP a , 摩擦 角平均 4 5 。 , 最高 可 达 5 6 。 , 属 于硬地 层 。在 目前 技术条件下 , 无法使用 P D C钻头, 而牙轮钻头使用寿 命短 , 单只钻头平均寿命仅 6 8 h , 平均进尺 5 5 . 0 0 m, 机 械钻 速仅 0 . 8 1 m/ h 。 “ 孕镶 金 刚石 钻 头 涡 轮 钻 具 ” 复 合 钻 井 技 术 利 用 涡 轮钻 具 的 高转 速 特 性 , 配 合 长 寿命 、 高 效 一 体 的孕镶金刚石钻 头 , 辅之 以转盘 或顶 驱 进行 复合钻 进 , 可 以获 得 较 高 的机 械 钻 速 和 钻 井 进 尺l 4 。因此 , 在元 坝 地 区的 元 坝 1 2 3井 、 元 坝 1 0井 、 元 坝 1 2 1井 、 元 陆 8井 和 元 陆 1 0井 等 井 进 行 了试 验 。元 坝 1 2 3井 在 乒 3 1 1 . 1 mm 井 段 的须 家 河组 须 三 段地 层 进 行 了 “ 孕 镶 金 刚 石 钻 头 涡 轮 钻具” 复合 钻井试 验 , 钻头 为 S mi t h公 司 的 K7 0 5 型 孕镶 金 刚 石钻 头 , 进 尺 1 5 3 . 5 2 m, 平 均机 械钻 速 1 . 6 9 m/ h , 与 常 规 钻 井 0 . 8 6 m/ h 相 比提 高 了 第 3 9卷 第 6期 董 明键 . 元 坝 1 2 4井 超 深 井钻 井提 速 配套 技 术 9 5 . 4 。元坝 2 2 4井在千佛崖 组 至须家河 组须 1 段 地层 进 行 了 “ 孕镶金刚石 钻头 涡轮钻 具” 复合 钻 井 试验 , 进 尺 1 1 7 4 . 4 I T I , 平均 机械钻 速 1 . 7 2 m/ h , 与 常 规钻 井相 比提高 了 i 0 0 . 0 。 3 . 1 . 3控 压钻 井技 术 下 部 陆 相 地 层 不 同程 度 地 含 气 , 尤 其 是 自流 井组和须家河 组地 层存在 高压气 层 , 如采 用 常规 钻井技术钻进 , 为防止气侵发生 , 需要 采用较 高密 度 的钻井液 , 而钻井液密度 过高 , 会使机械 钻速降 低 。为降低 钻 井 液 密 度, 提 高 机 械 钻 速, 在 元 坝 1 0 3 H 井 下沙 溪庙 组 至须 家 河 组 的层 段 进 行 了 控 压 钻 井试 验 , 试 验井 段 3 2 6 7 . 0 0 ~4 8 9 4 . 0 0 m, 点火 井 段 3 9 5 1 . 9 7 ~4 8 9 4 . 0 0 m, 平 均机 械 钻速 1 . 0 8 m/ h , 与前 期下 部 陆 相 地 层 平 均 机 械 钻 速 0 . 7 3 m/ h 相 比 , 提高 了 4 7 . 9 5 , 钻 井 液 密 度 也 由 2 . 0 k g / L 降 至 1 . 6 k g / I 左 右 。 由此可以看出, 与常规钻井相 比, 控压钻井技术 在下 部陆 相地 层具 有 明显 的提 速 效果 , 应加 大控 压 钻 井技 术 在元 坝地 区 的推广 应用力 度 。 3 . 1 . 4 “ P D C钻 头螺 杆钻 具” 复合钻 井技 术 元 坝地 区海 相地 层 以灰岩 、 白云岩 为主 , 岩性 相 对 均质 , 该 类地层 非 常适合 P D C钻头 。为 了更 好 地 发挥 P D C钻头高转速 、 低钻压的优势, 元坝地 区采 用 P DC钻头和螺杆钻具相配合 的复合钻井技术钻 进该 地 区 的海 相 地 层 。实 钻 表 明 , “ P DC钻 头 螺 杆钻具” 复合钻井技术与常规钻井技术相 比机械钻 速提高 了 3 0 . 8 [ 4 6 , 1 2 - 1 4 ] , 但存 在螺杆 寿命 短 和与 P D C钻 头不 匹配 的 问题 。 3 . 2钻 井提 速配 套技 术方 案 上述 提速 技术 的应 用使 元坝 地 区 的钻 井速 度得 到 了较大 提 高 , 但 新 技术 在 应 用 中仍 存 在着 各 井 技 术指标差异大 、 应用效果不稳定 、 经济效益不高等问 题 。为此 , 在调 研分 析前 期钻 井实 践 的基础 上 , 根据 元 坝 1 2 4井 的地质 特 征 , 制 定 了元坝 1 2 4井 钻井 提 速 技术 配套 方 案 一 开 7 0 0 . 0 0 ~3 5 0 0 . O 0 m 井段 , 采用气体钻 井技术 。钻井参数 钻压 1 6 O ~2 2 0 k N, 转速 4 0 ~ 7 0 r / rai n , 空气排 量 2 6 6 6 ~4 0 0 0 L / s , 空 气气 压 2~ 4 M Pa。 二开 3 5 0 0 . O 0 ~5 1 9 0 . O 0 i n井段 , 钻遇 下 沙溪 庙组、 千佛崖组、 自流井组、 须家河组和雷四段地层。 下沙溪庙 组地层 主要 是砂 、 泥岩 互层 ; 千 佛崖 组地 层 主要是泥 岩 、 页岩 与砂 岩互 层及 灰 岩 ; 自流井 组地 层 主要是页岩 、 泥岩与砂岩不等厚互层 ; 须家河组地层 岩性主要是砂 、 泥岩互层 ; 雷 四段 以灰 岩为 主 , 夹 硬石 膏 。为提高钻 速 , 该 井段 采用 “ 孕 镶金 刚石 钻 头 涡 轮钻具” 复合钻井技术 , 钻具组合为 声 3 1 1 . 1 mm孕镶 金 刚石钻头 2 4 1 . 3 mm 高速 涡轮 浮 阀 j 5 2 2 8 . 6 mm 钻 铤 2 6 . 5 2 m 2 0 3 . 2 mm 钻 铤 5 4 . 3 1 I T I 2 0 3 . 2 mm 震击器 j 5 1 7 7 . 8 mm 钻 铤 1 8 . 2 0 m 1 3 9 . 7 F il m 加 重钻杆 8 2 . 8 6 m9 5 1 3 9 . 7 mm 钻 杆 。钻井参数 钻压 8 O ~1 4 0 k N, 转盘转速 4 O ~6 O r / rai n , 排量 3 7 ~4 O L / s , 泵压 2 9 . 5 ~3 1 . 0 MP a 。 三 开 5 1 9 0 . 0 ~ 7 1 2 0 . 0 m 井 段 , 采 用 “ P D C 钻头螺杆钻具” 复合钻井技术 , 采用进 口抗高温 螺 杆 和美 国 B a k e r Hu g h e s 公 司 生 产 的 P D C钻 头 。 钻具 组合 为 2 4 1 . 3 F il m HC D 5 0 6 Z X型 P DC钻 头 1 9 7 . 0 I T t m 螺 杆 翻 板 阀 乒1 7 7 . 8 mm 钻 铤 8 . 2 8 m 2 3 8 . 0 mi l l 稳定 器 1 7 7 . 8 mm 钻铤 9 O . 8 O m旁通阀 1 2 7 . 0 mm加重钻杆 1 3 8 . 8 0 m 1 2 7 . 0 m m 钻杆 1 4 7 7 . 4 5 m 1 3 9 . 7 mm 钻杆 。 钻井参数 钻压 6 0 1 1 0 k N, 转 盘转速 5 0 r / rai n , 排量 3 4 4 3 5 L / s , 泵 压 2 1 MP a 。 3 . 3应用 效果 一 开气体钻井钻进井段 6 9 1 . O 0 ~3 2 5 2 . 6 8 m, 进 尺 2 5 6 1 . 6 8 1 “1 1 , 纯钻 进 时 间 1 9 2 . 1 h , 平 均机 械钻 速 1 3 . 3 3 m/ h , 与前期 气体 钻井相 比 , 机械钻 速 提高 了 5 4 . 8 2 。在 钻进 遂 宁组 、 上 沙 溪庙 组 地 层 时 , E t 进 尺 4 0 0 . 5 0 I T I , 创造 了元 坝地 区当 时 日进尺 最 高纪 录, 采用气体钻井技术用 j 5 4 4 4 . 5 mm钻头钻至井深 3 2 5 2 . 6 8 m, 创 造了元坝地 区气 体钻进最深 纪录、 4 4 4 . 5 I n m井眼气体钻井井段最长纪录、 气体钻井 施工 周期 最短 纪 录 1 1 . 7 3 d 。 二开从井深 3 6 8 4 . 1 1 r r i 开始采用“ 孕镶 金刚石钻 头涡轮钻具” 复合钻井技术钻进, 共钻进 3 6 8 4 . 1 1 ~ 3 91 0 .7 9, 3 9 3 1 . 2 4~ 4 3 3 8 . 9 0, 4 3 4 4 . 5 3~ 4 6 9 8 . 9 0, 4 7 3 1 . 2 O ~4 8 4 0 . 0 0和 4 8 4 0 . 0 0 ~4 8 8 7 . 2 0 m 5段 , 平均机械钻速 达到 1 . 0 2 m/ h 。4 3 4 4 . 5 3 ~4 6 9 8 . 9 0 m 井段用时 2 1 . 9 8 d就钻完, 而采用 常规钻井技术需 要 5 4 . 3 1 d , 钻井时间缩短 了 5 9 . 5 3 。该井仅用一 只孕镶 金 刚石 钻 头就钻 穿 了 自流井 组地层 底部 的砾 石层 4 3 4 4 . 5 3 ~4 3 8 5 . O 0 m 。 三 开在 5 1 2 4 . 3 0 ~7 0 3 2 . 4 9 r n井段 采 用 “ P DC 2 6 石 油 钻 探 技 术 2 O 年 1 1月 钻头螺杆钻具” 复合钻井技术钻进 , 使用 了 3只 P D C钻 头 , 累 计 进 尺 1 9 0 8 . 1 9 m, 平 均 机 械 钻 速 3 . 4 2 m/ h , 与前期该技术的平均机械钻速 2 . 2 1 m/ h 相 比 , 提高 了 5 4 . 7 5 % 。 4 结论及建议 1 通过 分析 评 价 元 坝 地 区前 期 钻 井 提 速 技 术 发 现 气 体钻井 技 术在 元 坝 地 区 的应 用 效果 存 在 较 大差异 , 应根据区域地质特征 , 加强气体钻井工艺设 计和钻井参数优化的研究 ; “ 孕镶金刚石钻头涡轮 钻具” 复合钻井技术是该地 区陆相下部高研磨坚硬 地 层 的主要提 速技 术手段 ; “ P DC钻 头 螺杆 钻 具” 复合钻井技术是该地区下部海相地层成熟 的钻井提 速技术 。 2 在对前期钻井提速技术应用效果评价的基 础上 , 根据元 坝 1 2 4井所 钻 遇 地 层 的特 征 制 定 了该 井 的钻 井提 速配 套技术 方 案 。 3 元坝 1 2 4井上部陆相地层采用气体钻井技 术 , 平 均 机械钻 速达 到 1 3 . 3 3 m/ h ; 下 部陆 相 高研 磨 坚硬地层采用“ 孕镶金刚石钻头涡轮钻具” 复合钻 井技 术 , 平 均机 械 钻 速 1 . 0 2 m/ h ; 海 相 地 层 采 用 采 用 “ P D C钻头 螺杆 钻具 ” 复 合 钻井 技 术 , 平 均机 械 钻 速达到 3 . 4 2 m/ h , 提速 效果 明显 。 4 元坝地区在制定钻井提速配套技术方案时, 应 对该地 区前 期 的钻 井 提 速技 术 进 行 分析 评 价 , 并 在此基础上 , 根据所钻地层的特征和具体情况 , 制定 详细的钻井提速配套技术方案 。 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 参 考 文 献 Re f e r e nc e s 张克勤. 元坝地区钻井难题分析与技术对策探讨[ J ] . 石油钻探 技术 , 2 o 1 o , 3 8 3 2 7 - 3 1 . Zh a n g Ke q i n . 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