长庆油田储气库水平井大井眼钻井技术.pdf

第 3 8卷第 3期 天 然 气 勘 探 与 开 发 长庆油田储气库水平井大井眼钻井技术 薛让平石仲元代长灵杨光 中国石 油天然气集 团公 司川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司 摘要长庆油 田储气库主要部署在榆林气 田和靖边气 田， 水平井开发井 眼尺寸大 、 井身结构复杂 ， 钻探开发 施工难度和风险较大 。以长庆油 田储气库 首口大井 眼水平井榆3 7 2 H为例 ， 介绍 了大井眼定向造斜 、 入窗轨迹控制 技术 的难 点， 对钻井施工过程及采取的有效技术措施进行了评述 ， 提 出对该类井的认识与建议。图2表5 参2 关键词水平井大井眼造斜 率轨迹控制 榆3 7 2 H井是 国家储气库榆林气 田部署的 1 口 四开超大尺寸井眼注采试验水平井 ． 其钻探 目的为 评价榆林气 田南区建设储气库水平井注采能力 ． 在 高产区部署注采井组一组 2 口水平井 开展注采试 验 ． 并 论证水平井组干扰情况 ， 确定水平井在 该区 的注入与生产能力 ， 并为极 限井网井距论证等提供 依据 。该井 一开表层井眼尺寸6 6 0 ． 4 m m， 表层套管 5 0 8 mm， 二开直井 段井眼尺寸4 4 4 ． 5 m m， 技术套 管 3 3 9 ． 7 mm． 三开斜井段井眼尺寸3 1 1 ． 2 m m， 生产套管 2 4 4 ． 5 mm． 水平段井眼尺寸2 1 5 ． 9 mm， 水平段长设计 的经验 ， 具有一定的技术参考价值。 1 钻井设计 1 ． 1 剖 面设计 采用最小曲率法 ，剖面采用双增入窗两段制设 计 ， 第一增斜段设计狗腿度为1 8 。 ／ 1 0 0 m， 钻 头选 用 牙轮钻头造斜 ， 设计段长 1 0 0 m， 井 斜至1 8 。 ． 第二增 斜段设计狗腿度为8 。 ／ 1 0 0 m． 钻头选用P D C 钻头增斜 钻进 ， 提高钻井速度 ， 延长P D C 钻进井段 ， 必要时起 2 0 0 0 m， 该井的顺利完成 ， 为施工该类井积累了宝贵 钻更换牙轮钻头调整轨迹 ， 精确入窗 表1 。 表1 设计剖面节点数据表 1 - 2 一 开表层 二 开直 井 段 三开斜井段 四开水平段 6 6 0 ． 4 4 4 4．5 31 1 ． 2 2l 5 ． 9 5 0 8 3 3 9 ． 7 2 4 4 ． 5 l 3 9 ． 7 0 ～ 3l O 0 ～ 2 2 5 9 O ～ 3 31 2 2 2 9 0 ～ 3 3 2 2 套管 3 3 2 2 5 3 0 3 筛管 2施 工 技 术 难 点 雾 翟 横 向t 3左 1右1．1。。ra mm ,， 1 井 眼尺寸大 ， 导向钻具造斜率较低 ， 轨迹入 定向造斜使用的螺杆钻具刚性强，与井眼环空间隙 作者简介薛让 平， 男， 1 9 7 1 年 出生， 大学学历 ， 钻 井高级 工程师 ； 1 9 9 5 年7 月毕业于江汉石油学院； 现 中国石油天然气集 团公 司川庆钻探工 程有限公 司长庆钻井总公 司从 事钻井技术 管理与研发工作 。 地址 7 1 0 0 1 8 陕西省西安 市未央路1 5 1 号长庆 大] L 2 1 0 7 室。 电话 1 5 0 9 7 1 2 1 7 0 6 。 E ～ ma i l 2 8 0 4 1 1 4 8 1 q q ． c o rn 73 m 一铡 铡 ～ O 3 oⅢ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 天 然 气 勘 探 与 开 发 2 0 1 5年 7月 出版 大 ， 造斜率较低。储层厚度薄 ， 入窗井斜 、 垂深 、 位移 控制要求高。 在这种情况下如何有效增斜 ， 控制好井 眼轨迹成为该井施工的一大技术难题。 2 3 1 1 ． 1 mm 井眼钻进过程中， 钻井液返 出速度 较低 ， 携砂困难 ， 井眼净化效果差 ， 井壁稳定性差 ， 容 易坍塌。随着井斜 、 位移的逐渐增大 ， 摩租扭矩同步 增大 ． 因而如何保证有效携砂 、 保持井眼清洁 ， 降低 摩租扭矩 ， 也是本井施工的技术难题之一 。 3 本井为储气库井 ， 对泥浆药品的加入有严格 的要求 ， 不允许加入原油等影响气测显示的处理剂， 这不仅给钻井液处理带来很大困难 ．也对井下安全 提出了更高的要求 。 4 大井眼井段钻进过程 中对MWD 无线随钻仪 器冲蚀严重， 起钻更换配件频繁 。如何保证MWD无 线随钻仪器高效工作 ， 降低故障 ， 提高钻井效率也成 为本井的难题 。 3 钻 井技术要点 3 ． 1 一开 表层 0 3 1 1 m 一 开井眼尺寸6 6 0 ． 4 mm， 使用塔式钻具组合 、 双 泵 1 1 0 冲 1 7 0 mm缸套 大排 量防斜打直快速钻进 。 进入石板层前弱化参数 ， 防止垮塌 。 3 I 2二开 直井 段 3 1 1 2 2 9 0 m 二开后 ， 采用牙轮钻头和P D C 钻头交替钻进 ， 提 高排量 ， 使用双泵钻进 ， 排量不得低于7 0 L ／ S 。根据 实钻摩阻扭矩大小 、蹩跳情况调节钻压和转速等钻 井参数 ， 加密钻具探伤。 3 ． 3三开 第一增 斜段 2 2 9 0 ～ 2 3 8 0 m 定向造斜采用钻具组合如下 31 1． 2 BI T5 LG2 28X1． 2 5q b2 03 MW D q b2 0 3 NMDC6 31x 41 0 1 7 7． 8 DCx 2411 x 52 0 1 3 9． 7 HW DPx5l 1 3 9． 7 DP 牙 轮钻头 采用 川石S V T 5 3 7 G。动力 钻具采 用 2 2 8 x 1 ． 2 5 。 中空螺杆 ， 这种螺杆对排量没有限制 ， 采 用双泵大排量钻进 ， 有利于携砂。 造斜时连续滑动钻进3 ～ 5 根 ．观察井斜增幅情 况 ， 当增斜趋势产生后采取复合钻进 、 滑动钻进相结 合的钻进方式增斜钻进。 牙轮钻头滑动钻进增斜低 ， 开始造斜每单根增斜1 。 ，连续滑动钻进3 个单根以 上 。 每单根增斜1 ． 5 。 。 每单根最大增斜 1 ． 9 。 。 后期滑动 增斜效果较好。 第一增斜段 自2 2 9 0 13 3 ． 开始造斜 ， 钻至2 3 8 0 m， 井 斜从0 ． 8 8 。 增至 1 6 。 。 平均造斜率1 6 ． 8 ／ 1 0 0 i n ， 符合井身 轨迹控制要求。 3 ． 4增斜入 窗段 2 3 8 0 ～ 3 2 7 7 m 增斜入窗段轨迹控制是精确入窗的关键环节 ， 井斜 、 方位必须严格按照设计轨迹控制钻进 ， 钻进中 使用MWD 无线随钻仪器测量，分段优化井身剖面 ， 采用哈里伯顿P D C 钻头配合2 2 8 m m1 ． 2 5 。 单弯螺杆 快速钻进 ， 钻具组合如下 1 3 1 1 - 2 P DC 5 L Z 2 2 8 1 ． 2 5 中2 0 3 MWD 中2 O 3 N MD C 6 3 1 x 5 2 0 1 3 9 ． 7 HWD P 5 1 根中1 3 9 ． 7 D P 2 3 l 1 ． 2 P DC 5 I Z2 2 8 1 - 2 5 2 0 3 MWD 2 0 3 N MD C 6 3 1 x 5 2 0 d 1 3 9 ． 7 H WD P 1 5 根 1 3 9 ． 7 D P x 1 5 4 5 根 1 3 9 ． 7 H WD P 3 6 根 1 3 9 ． 7 D P 增斜入窗段也是大井眼岩屑床最容易形成的井 段 ， 特别是井斜在3 0 。 ～ 6 0 。 之间 ， 井筒净化效果较差 ， 为提高携砂效果 ，根据动力钻具转盘钻进增斜效果 调整优化该井段井身轨迹 ，使得转盘钻进增斜效果 复合轨迹控制需求 ， 发挥转盘钻进快速安全的特点。 井斜3 0 。 ～ 6 0 。 区间井段长4 0 6 m．采用动力钻具转盘 增斜钻进3 1 7 ． 3 4 I T I ， 动力钻具滑动钻进8 8 ． 6 6 1T I ． 有效 降低了岩屑床形成 ， 提高了钻井速度。 使用的哈里伯顿F X 7 4 D s 钻头纯钻时间长 ， 总进 尺较高 ， 复合增斜率较高， F X 7 4 D s 钻头井斜达 JJ 2 3 o 以后复合平均增斜率在 7 。 9 。 ／ 1 0 0 m，增斜效果 好 ， 方位稳定 ， 井斜超过3 3 。 以后复合钻进增斜率 9 1 1 。 ／ 1 0 0 m， 在煤层或碳质泥岩段复合钻进时 ， 井斜 变化不稳定 ， 呈微增或微降趋势。 在碳质泥岩段滑动 增斜每单根增斜0 ． 7 。0 ． 8 。 ，井斜增至8 5 。 复合钻进2 个单根顺利入窗。增斜段钻头的使用数据 表3 表3增斜段钻头使用统计表 7 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 8 卷第 3 期 天 然 气 勘 探 与 开 发 3 ． 5钻 井参 数优 选 钻进 中根据井斜变化及时调整优化钻井参数 ， 减少滑动钻进井段 ，延长复合钻进井段 ，快速钻 进 。 大井眼井下安全风险比常规井大得多 ， 钻井液 体系选用强抑制无土相复合盐水体 系 。该体系具 有低 固相 、 强抑制 、 润滑性好等特点 。在施工 中， 使 用1 3 9 ． 7 mm 钻杆 ， 保证泥浆泵排量足够大 ， 提高环空 返速 ， 满足携砂要求 ； 强化固控设备 ， 严格控制体系 有害固相 ； 增 强体 系抑制性 ， 降低失水 ， 防止 “ 双石 层” 垮塌 ， 杜绝P D C 钻头泥包 ， 钻进过程 中打完每个 单根划眼1 至2 遍 。 修正平滑轨迹 。 保证井眼畅通 ， 泥 浆净化充分 ， 摩租 、 扭矩平稳 ， 保证井下安全。 本井 目的层位山 组 ，在钻至 目的层过程 中， 井 身轨迹要穿越不同段长的煤层和炭质泥岩 ，为保证 井下安全 ， 钻进 中及时和地质录井人员沟通 ， 做好煤 层钻进的预防措施 ， 在钻遇煤层前及时调整井斜 ， 使 得实际井斜稍高于设计井斜 。避免钻穿煤层后欠井 斜。 钻遇煤层时采用1 3 mm 复合片P D C 钻头 ， 减小削 岩的尺寸 ， 对复合钻进井段进行钻速控制 ， 机械钻速 不得超过5 m ／ h 。 预防快速钻进导致大量煤层掉块卡 钻。 采用低钻压 、 顶驱转速 1 0 r p m， 在钻遇多于2 m的 煤层 ， 倒划眼1 0 m抽出来 ， 循环2 ～ 3 mi n ， 缓慢划眼到 底 ． 重新开始钻进之前先检查一下扭矩 。 上提下放是 否遇阻， 泵压 ， 如果不正常 ， 不能开始钻进 ， 继续活动 钻具和循环直到参数正常为止 ， 保持稳定排量 ， 最少 5 O L ／ S ， 对震动筛持续观察并记录泥浆返出物。在转 盘钻进 时应该保证泥浆大流量流过震动筛，观察煤 屑的大小和形状 正常或大块 。 由于施工措施得当， 实钻轨迹与设计轨迹吻合 ， 轨迹控制优 良， 现场施工既保证增斜段的顺利完钻 ， 又保证了在钻进过程中岩屑正常返出 ， 电测 、 下套管 作业施工顺畅。 4 完钻 指标 和中靶数 据 本井增斜段共计5 趟钻 ， 增斜段长9 8 7 m， 钻井周 期3 0 ． 4 6 d ， 使用钻头5只 ， 螺杆4根 ， 其 中牙轮钻头 1 只 ， P D C 钻头4只 ， 并使用P D C 钻头成功精确入窗 ， 复 合滑动进尺比为2 ． 3 2 。 1 指标统计 表4 表4增斜段指标统计表 2 中靶数据 表5 表 5中靶 数 据 统计 表 3 榆3 7 2 H 井实钻井眼轨迹投影图 图1 、 图2 2 6 0 5 2O 78 0 目 1 3 0 0 账 1l} }1 1 5 6 0 1 8 2 0 20 80 23 40 26 00 2 8 6 0 8 0 0 80 目 一16 O 剖 一 2 40 3 2 0 40 0 -48 0 设讨 轨 道2 l { 实 轨 迹 I 陵 ‰ k 0 一 0 260 52 0 78 0 1 04 0 1 300 1 560 l8 20 位移 ／ m 图1 实钻井眼轨迹垂直投影 图 l ～ 设 计 } 实 钻 l l 1 ． r 。 J 。 ／ l l 力 一 ．8 0 0 7 2 0 6 4 0 ． 5 6 0 ． 4 8 0 - 4 0 0 ． 3 2 0 2 4 0 ． 1 6 0 ． 8 0 0 8 0 东坐标 ／ m 图2实钻 井眼轨迹水平投影图 5 结论 1 大井 眼靶 前 距设 计 6 0 0 ～ 7 0 0 m为 宜 ， 根 据 增 斜钻进需要 ， 优选钻具组合及动力钻具 ， 实钻 中根据 井斜变化及时优化井身剖面轨迹 ， 入窗前2 个单根调 整好井斜 ， 复合钻进入窗 ， 提高P D C 入窗精度 。 2 建议选用带顶驱的钻机 ， 提高处理复杂情况 的应急能力和效率 ， 钻进过程 中保持稳定的排量 ， 最 大限度提高泥浆上返速度 ， 提高井眼净化效果 ， 调整 好泥浆性能 ， 降低转盘钻进扭矩 、 钻具摩租 ， 确保施 工J l , N和井下安全。 ．7S ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 天 然 气 勘 探 与 开 发 2 0 1 5年 7月 出版 3 钻井设备要能满足钻进需要 ， 大井眼钻进设 备负荷较重。设备能否正常运行关系到整个钻进的 安全 。 参 考文 献 1 王毅． 浅层 高造斜率 大井 眼定 向钻 井技术 [ J J ． 钻 采工艺 ， 2 0 0 9 ， 3 2 2 9 - 1 0 ． 2 胡景荣． 再论大斜度定 向井 的井眼净化 问题[ J ] ． 钻采工艺 2 0 0 1 ， 2 4 2 2 2 - 2 4 修改回稿 日期2 0 1 5 0 2 2 7 编辑文敏 啦 } 业 妇 穹 色穹妇 业妇 逝 韭 专 妇 业 窖 譬 上 搔 7 2 页 4结论 及 建 议 1 其他条件相同时 ， 水平井循环温度大于大斜 度井循环温度大于直井循环温度 ；循环温度均随水 平井或大斜度井的井深增加而增加。 2 建议在水平井 固井循环温度系数取值考 虑 水平井段增加和环空间隙减小而适当增加。 参 考文献 1 刘洋 ， 艾正青 ， 李早元， 等． 注水泥循环温度影响 因素探讨 7 6 『 J l 西南石油大学学报 自然科学版 ， 2 0 1 2 ． 3 4 1 1 5 4 1 5 8 ． 2 何世明， 何 平， 尹成， 等．井下循环温度模型及 其敏感性 分 析 『 J 1 ． 西南石油学院学报 ， 2 0 0 2 ． 2 4 1 5 7 6 0 ． 3 C ． 库克 ， 等．国外完井技术 丛书2 一 固井 郝俊 芳 李 白俊 译 『 M 1 ． 北京 石油工业 出版社， 1 9 8 6 ． 4 何世明， 徐壁华， 何平， 等．水泥浆与泥浆 比热 的室内研 究 [ J ] ． 西南石油学院学报 ， 2 0 0 0 ． 2 2 4 6 5 6 9 ． 5 何世明，安文华， 骆发前， 等． 水泥浆 与泥 浆热导率 的测 定 研究【 l J 1 ． 天然气工业 ， 2 0 0 7 ． 2 7 4 5 3 5 5 ． 修改回稿 日期2 0 1 4 1 1 - 2 7 编辑文敏 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m