赵东平台C／D区块水平井钻井完井配套技术.pdf

第 3 【 j 卷 第 5期 2 l 1年 9月 石 油 钻 探 技 术 I E TR I EUM I RI I 1 I N TECHNI QUES Vo1 ．3 9 No ．5 S e p．， 2 011 钻 井 完井 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 5 ． 0 0 6 赵东平台 C ／ D区块水平井钻井完井配套技术 靳金 荣 ， 滕 春 鸣 ， 刁意舒 ， 赵冬云。 ， 周建设。 1 ．中国石油大港油 田公司对外合作项 目部， 天津 3 0 0 2 8 0 ； 2 ．中国石化石油工程技术研究 院， 北京 1 0 0 1 0 1 ； 3 ．中国石油大港油 田 公 司第五采油厂 ， 天津 3 0 0 2 8 0 摘 要 赵 东合作 区应用 固定平 台钻 井， 受平台面积 限制 ， 为提 高油藏利 用率和 油田整体 开采效果 ， 多采 用大 位 移井和水平井 。水平井 以开发单一 油层 为 目的， 对 井眼轨迹控 制精度要 求 高， 而且 水平 井的水平段 套管下入 困 难 ， 钻 井难度远 大于陆地常规水平井钻井 。为此 ， 赵 东合作 区采 用批 量钻 井技术 ， 提 高钻井速度 ； 利 用旋转地质 导 向技 术避免滑动钻进的风 险， 提 高机 械钻速 ； 利用弯螺杆 实现一 次趟钻 完成造斜段 、 增 斜段和稳 斜段的钻 进 ； 利 用 I WD ／ MWD随钻测井技术和 Az i t r a c k油藏地 质导向 系统控 制井眼轨迹 ， 提 高油藏钻 遇率和入靶精 度； 采 用漂浮下 套管技 术解决长水平段摩 阻大、 下套管难等 问题 ； 采用优质钻井液和低密度 高强度水 泥浆来提 高固井质量 ， 保 护油 层 0 用裸 眼砾 石充填精细防砂 工艺进行先期 防砂 ， 充分发挥油井产能 ， 并长期 保持稳产 。赵 东合作 区对 以上技 术 进行集成 ， 形成 了适合赵 东合作 区的水平 井钻 井完井配套技 术， 并对赵 东合作 区的开发起到 了推动作用 。 关键词 水平井 钻井 完井 井身结构 井眼轨迹 砾 石充填 赵 东平 台 中图分类号 T E 2 4 3 文献标识 码 A 文章编号 1 0 0 1 0 8 9 0 2 0 1 1 0 5 0 0 2 7 0 4 I n t e g r a t e d Dr i l l i n g a n d C o mp l e t i o n T e c h n o l o g y o f Z h a o d o n g P l a t f o r m i n C ／ D B l o c k s J i n J i n r o n g ， Te n g Ch u n mi n g ， Di a o Yi s h u ， Zh a o Do n g y u n 。 ， Z h o u J i a n s h e 。 1 ．C o o p e r a t i o n P r o j e c t s D e p a r t me n t o f C NP C Da g a n g Oi l f i e l d， T i a n j i n ， 3 0 0 2 8 0 ， C h i n a； 2 ．S i n o p e c Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Pe t r o l e u m En gi n e e r i n g， Be i j i n g， 1 0 0 1 0 1 ， C h i n a； 3 ．Oi l Pr o du c t i o n Pl a n t o f C NPC Da g a n g Oi l f i e l d， T i a n j i n ， 3 0 0 2 8 0 ， C h i n a Ab s t r a c tTh e f i x e d pl a t f o r ms we r e u s e d i n d r i l l i n g Zh a o d o ng c o o pe r a t i o n z o n e ， d u e t o t h e r e s t r i c t i o n o f l i mi t e d pl a t f o r m a r e a， ma ny h o r i z o n t a l we l l s a n d e x t e n d e d - r e a c h we l l s we r e d r i l l e d i n o r d e r c o o p e r a t i o n z o ne t o i mp r o v e r e c o v e r y ． S i n c e h o r i z o n t a l we l l i s a i me d a t a s i n g l e p a y z o n e ， t h e r e q u i r e me n t o f we l l t r a j e c t o r y a c c u r a c y i s h i g h ， a n d t he ho r i z o n t a l s e c t i o n c a s i n g r u n n i n g i s d i f f i c ul t ． The d r i l l i ng c h a l l e n g e s i n h o r i z o n t a l we l l s a r e mu c h hi g h e r t h a n c o n v e nt i o n a l d r i l l i n g． Th e r e f o r e， b a t c h - dr i l l i n g t e c h no l o g y wa s u s e d i n Zh a o d o n g t o i mpr o v e r a t e o f p e n e t r a t i o n ． Th e r o t a r y s t e e r a b l e d r i l l i n g t e c h n i q u e wa s u s e d t o a v o i d t h e r i s k o f s l i d i n g d r i l l i n g ． Th e b e n t h o u s i n g mo t o r s wa s u s e d f o r k i c k o f f ， b u i l d u p a n d m a i n t a i n a n g l e s e c t i o n w i t h o n e t r i p ． L WD ／ MWD a n d Az i t r a c k w a s e m p l o y e d t o c o n t r o l we l l t r a j e c t o r y ． Th e r e s e r v o i r e n c o u n t e r r a t e a n d t a r g e t s h o o t i n g a c c u r a c y we r e i mp r o v e d ． C a s i n g f l o a t i n g t e c h n o l o g y wa s us e d t o l o we r f r i c t i o n a l f o r c e f o r h o r i z o nt a l s e c t i o n c a s i n g r u n n i n g ． H i g h q u a l i t y d r i l l i n g f l u i d s a n d l o w d e n s i t y h i g h s t r e n gt h c e me n t s l ur r y i mp r o v e d t h e c e me n t q u a l i t y a n d p r o t e c t e d r e s e r v o i r ． The g r a v e l p a c k i n g s a nd c o n t r o l t e c h n o l o g y wa s u s e d i n o p e n h o l e s e c t i o n f o r s a nd c o n t r o l ， a n d we l l p r o d u c t i v i t y wa s f u l l y u s e d a n d a s t a bl e l o ng t e r m pr o du c t i o n wa s m a i nt a i n e d ． Th e a b o v e t e c h n o l o g i e s we r e i n t e g r a t e d i n Zh a o d o n g c o o p e r a t i o n z o ne ， a s u i t e o f h o r i z on t a l we l l d r i l l i n g a n d c o mp l e t i o n t e c h n o l o g i e s wa s d e v e l o pe d wh i c h pr o mo t e d t h e d e v e l o p me nt i n t h i s z o ne ． Ke y wo r d s h o r i z o n t a l we l l ； d r i l l i n g ； we l l c o mp l e t i o n； c a s i n g p r o g r a m； h o l e t r a j e c t o r y； g r a v e l p a c k； Z h a o d on g Pl a t f o r m 赵东合作 区位于河北省黄骅市赵家堡以东 5 m 水深线以浅 的滩海 、 极浅海地 区， 由于滩 海工况特 殊， 主要应用固井平 台钻高密度丛式井 。为克服平 台面积和位置的限制 ， 同时为提高油藏开采程度， 充 分利用边远油气层 ， 赵东生产井主要 以三维绕 障的 收稿 日期 2 O 1 一 1 l 一 0 ,i ； 改回 日期 2 0 1 1 O 9 一 O 6 。 作者简介 靳 金荣 1 9 7 2 ， 女． 内蒙 古乌盟人， 1 9 9 6年毕 业于 石油大学 华东 石 油3 - 程 专业 ， 工程师 ， 现主要从 事平台钻 采工艺技 术 工 作 。 联 系方 式 0 2 2 2 5 9 7 5 8 0 1 ， 1 i n j r o t a g p e t r o c h i n a ． c o m． c n 。 石 油 钻 探 技 术 定 向井、 水平井和大位移井为主， 其中水平井 占总井 数的 4 2 ， 且水平井以开发单 一油层 为 目的， 要求 水平 段在 目标 油层 中穿行 ， 对入 靶精度 要求 高 ， 施 工 难度和风险明显高于陆地常规井 。为解决水平井井 眼轨迹不易控制 、 容易钻 出油藏 、 水平段下套管难、 油层易伤害等问题， 确保人靶精度和油井产能， 赵东 合作区水平井采用了轨道优化设计、 旋转地质导 向、 L WD ／ MWD随钻测 井、 漂 浮下套管 、 油层保护 、 精 细防砂等钻井完井配套技术 。 l 水平井井身结构 赵东构造 位 于埕北 断阶带 ， 整体 依 附于北 东 向的羊二庄 断层形 成 的大 型背斜 圈闭 ， 受羊 二庄 及其分支断层控制 ， 形成了一系列的断鼻 、 断块圈 闭 ， 以羊二庄断层为界 ， 分 为 c区和 D区。为提高 油藏开采程 度 ， 采 用水平 井大斜度 井开 发技术 开 发 赵 东 区块 。 赵东合作区的水平井 以三开、 四开为主， 配合以 裸眼砾石充填防砂完井 ， 井身结构主要有 以下几种 1 4 0 6 ． 4 mm井眼 乒 3 3 9 ． 7 mm套管 3 1 1 ． 1 mm井 眼 2 4 4 ． 5 mm 套 管 2 1 5 ． 9 mm 井 眼 裸 眼 砾石充 填 。 2 0 6 ． 4 mm 井眼 3 3 9 ． 7 mi I 1 套 管 3 1 1 ． 1 mm 井 眼 2 4 4 ． 5 mm 套 管 2 1 5 ． 9 H i m 井 眼 声 1 7 7 ． 8 mm尾管 1 3 9 ． 7 mm筛管 。 3 4 0 6 ． 4 mm井眼 3 3 9 ． 7 m m套管 3 1 1 ． 1 i l l m 井 眼 2 4 4 ． 5 mm 套 管 2 1 5 ． 9 i l l m 井 眼 1 7 7 ． 8 i n to 尾 管 1 5 5 ． 6 mm 井 眼 裸 眼 砾 石 充填 。 2 水平井钻井配套技术 2 ． 1批 量钻 井技 术 批 量钻井 是 目前 海 上油气 开发 广泛 采用 的一种 钻井方式。它是对开发 区块待钻井进行整体设计 、 整体施工的一项钻井技术， 即分别对表层 、 中间井段 及油层段等施工段进行集 中钻井 ， 利用前一 V I 井 固 井候凝时间整拖钻机至下一 口井进行钻井 ， 有效减 少钻机停待时间， 同时可重复利用每一井段钻井液 和钻具组合 ， 减少了钻井液的排放量和倒钻具时问， 达到缩短钻井周期 、 降低钻井成本和加快钻井速度 的 目的口 ] 。2 0 1 0年 赵东 区块 所 钻 的 1 3口水 平采 油 井采用了批量钻井技术 ， 最大机械钻速 9 7 ． 0 7 m／ h ， 最大水平段长 4 5 0 ． 0 0 m， 最大井斜角 9 3 ． 9 9 。 ， 平均 建 井周期 1 2 ． 5 d 。 2 ． 2井眼轨 迹控 制技术 2 ． 2 ． 1 旋 转导 向钻 井技 术 随着井深的增加， 钻进摩阻扭矩加大 ， 尤其是进 行水平段钻进时 ， 钻压传递困难， 钻至一定井深后难 以继续向前延伸。为解决滑动钻进时井眼清洁效果 差 的 问题 和有 效克 服 摩 阻 ， 赵 东 区块 水 平 井 钻井 采 用了旋转导向钻井技术。旋转导向钻井可以避免滑 动钻进可能出现的风 险和复杂情况 ， 在旋转钻进 的 同时 ， 实现 井眼轨迹 的控制 ， 提高钻井 速度 ] 。同 时， 可以实现井眼三维立体绕障 。 避免井眼碰撞 ， 提 高油层钻遇率 ， 准确侧钻开窗 ， 确保人靶点 的井斜 角 、 方位 角等 在设 计要求 的范 围 内 ， 保证 优质快 速钻 井 和 良好 的井眼质 量 。 2 ． 2 ． 2“ 弯螺杆 I WD MW D ” 随钻 测 井及数 据 实 时传输技 术 为提高水平井井眼轨迹控制能力和造斜过程中 的机 械钻 速 ， 赵 东 区块 水平 井 钻 井 应 用 了弯 螺 杆 配 合 I WD ／ MWD随钻测井技术 。弯螺杆为地面可调 节角度的大功率螺杆 ， 下井前可根据造斜率的要求 ， 调节 螺杆 的角度 ， 同一 尺 寸 的螺 杆 即可满 足 不 同造 斜率的要求。螺杆的功率大、 使用寿命长 。 可以连续 完成钻水泥塞 、 阻流环、 套管鞋和造斜 、 增斜、 稳斜、 降斜等作业 ， 保证了作业的连续性。一般情 况下单 只钻头可应用 3 ～4口井 ， 与螺杆配合使用 ， 机械钻 速得到了有效提高。利用随钻测井技术可以实时监 测 井下 工程参 数 和地 质 参 数 ， 避 免工 程 复 杂 问题 和 提高中靶概率， 减少、 避免决策失误 ， 加快现场的工 作进程 ， 大大降低开发成本。 。 。 j 。 2 ． 2 ． 3应 用 Az i t r a c k油藏地质 导 向 系统 2 0 1 0年赵东区块引进 了 Az i t r a c k油藏地 质导 向系统 ， 它是 L WD和 MWD的优化及改进组合 ， 性 能更稳定 ， 距钻 头更 近 约 5 m， 而 常规 MWD和 L WD距 钻头 1 1 m ， 具 备 方位 测 量 功 能 ， 可 预 测 是 否接近边界地层及具体方位 ， 大大减少 了钻 出油藏 的风险 ， 对薄油层开发具有很高 的应用价值 。2 0 1 0 年 7月 ， 该 系统在 赵东 区块 N B 1 HP井进 行 了首 次 应用 ， 该井水平段长 3 1 2 ． 2 O i Y 1 ， 水平段机械钻 速平 均为 8 4 ． 6 m／ h ， 钻完井周期仅为 6 ． 7 9 d 。 第 3 9卷 第 j期 靳 金 荣． 赵 东平 台 c／ D 区 块 水 平 井 钻 井 完 井 配 套技 术 2 ． 2 ． 4 井眼轨道 优化 绕 障 防碰 赵东区块 OD A／ OD B平 台， 2 0 0 3 --2 0 1 0年累计 钻井超过 1 1 O口， 近平 台区域井眼轨迹错综复杂 ， 防 碰 问题 突 出 。2 0 1 0年在 进 行开 发 井 钻 井设 计 时 ， 采 用 L a n d ma r k C o mp a s s 设计软件对井眼轨道进行优化 设计 ， 并制定 防碰控制措施 ， 以降低井 眼碰撞 风险。 例 如赵东 区块 A a 2水平 井 采 用 L a n d ma r k C o mp a s s 设计软件设计井眼轨道 ， 充分考虑防碰 因素， 确定了 人靶点的井斜角 、 方位角等参数， 确保该井准确钻入 了油藏 。 2 ． 3漂 浮下 套管 技术 大位移井和水平井 由于井斜 角大 ， 套管下入过 程中紧贴下井壁， 摩阻较大， 尤其进入水平段 ， 套管 无法靠 白重下 行 ， 需 要 加压 下 入 。为 解决 水 平 井 下 套管过程 中的高摩阻造成套管下入困难 的问题 ， 赵东 区块采用了套管漂浮技术。套管漂浮技术利用套管 柱下部封闭的一段空气或低密度的钻井液 ， 增大套管 柱在井 内钻井液 中的浮力 ， 达到减 小摩 阻 的 目的 j 。 赵东 区块 的 A - a 3井和 A a 4井 使用 了 D a v i s 漂 浮 工 具 ， 套 管 下入顺 利 ， 其 中 A - a 4井 是 国内钻 井 难 度最 大井 之一 ， 完 钻井 深4 6 2 0 ． 0 0 m 垂 深 1 3 8 8 ． 0 0 m ， 水平位移 3 9 8 3 ． 0 0 m， 水垂 比达到 2 ． 8 7 ， 钻井周期 仅为 1 5 d ， 建 井 周期仅 为 1 9 d 。 2 ． 4油层 保 护技 术 2 ． 4 ． 1优质 水平 井钻 井液 体 系 赵东 区块 水 平 井 井 深 8 0 O m 以浅 井 段 基 本 采 用海水钻进 ， 井深 8 0 0 m 以深 大多采用 KC 1 ／ P o l y r n e r 钻井液 。水平 段采 用无 固相 B a r a d r i l N 钻井 液， 该钻井液体系利用流体快速流动形成弱凝胶 ， 所 形成的弱凝胶在低剪切速率下 的黏度很高 ， 能有效 控 制污 染带 的深 度 ， 阻止 固 、 液 相 侵 入 地 层 ， 避 免 对 储层孔喉的堵塞和对井壁 的冲蚀等， 起到保护储层、 稳定井壁的作用 。其形成 的泥饼在开发前使用破胶 剂浸泡可以被有效降解清除 ， 恢复储层渗透率 ， 从而 起 到酸 溶及 对油 层 的保护 作 用 。 2 ． 4 ． 2 高强度低 密度 水泥 浆 固井 赵东区块 C ／ D油层埋 藏浅， 压力 系数小 ， 油井 封固段长 ， 因此采用低密度水泥浆固井来保证 固井 质量和保护油气层。低密度水泥浆根据颗粒级配理 论 对水 泥 和 固体 添 加 剂 的 粒 径 进 行 了优 化 组 合 ， 具有抗压强度高、 候凝时间短的优点。在 固井施 工 中， 水 泥浆密度控制在 1 ． 5 0 k g ／ L左右 ， 有效避免 了漏失 ， 只需 2 4 h水 泥胶结 强度 就可达 到 2 1 MP a 。 2 ． 5 应 用实例 A ～ a 3 HP水平井 目标层位 Nm2 9 ， 该井综合应 用以上钻井配套技术 ， 从钻井设备、 井身结构、 井下钻 具、 下套管方式和油层保护等各方面进行优化 ， 顺利 完成。该井完钻井深 4 1 9 3 ． 0 0 m 垂深 1 3 5 8 ． 0 0 m ， 最大 井 斜 角 8 9 ． 3 2 。 ， 水 平 位 移 3 6 0 4 ． 7 0 m， 水 垂 比 达到 2 ． 6 5 。该井投产后最高 日产油量 1 1 5 9 t ， 截至 2 0 1 0年 1 0月底 ， 已累计生产原油 4 3 1 0 t 。 3 水平井精细防砂完井工艺 赵东区块的水平井以单一油层开发为 目的， 生产 层 主要 为明化镇 组 和馆 陶组 ， 地层 出砂严 重 ， 所 以多 采用悬挂 ≯ 1 3 9 ． 7 mm E x c l u d e r 2 0 0 0精细防砂筛管完 井管 柱， 实施筛 管外砾石 充填防砂完井 。E x c l u d e r 2 0 0 0 精细防砂筛管以标准套管为基管 ， 按设计要求 钻孔 ， 然 后在 打孔 管上焊 接绕 丝 ， 再 在绕 丝筛 管上 附 上一层过滤筛 网， 外表层设计有保护套 ， 有较强的整 体性和防砂机械性能。 筛管外砾石充填先期 防砂完井方式 的最 大优 点口 1 能够最大限度地解放油气层 ， 减少 固井水 泥浆滤液对油层 的伤害 ； 2 先期防砂能够稳固井壁 ， 阻止地层砂进入井筒， 延长生产周期 。 2 0 0 3 2 0 1 0年 ， 赵 东 区块 所 钻 4 5口水 平 采 油 井均采取裸眼筛管外砾石充填先期防砂完井方式， 无出砂影响产量或造成电泵检修的现象。水平采油 井A a 5 HP井 的生产层位 Ng l 一 1 b ， 采用水平段裸 眼砾石充填防砂完井 ， 自 2 0 0 4年 8月投产至 2 0 1 0 年 1 1月仍正常生产 ， 目前 日产油 6 4 t， 检泵周期达 2 3 0 3 d ， 累计生 产原 油 4 1 l 0 t 。 4 结 论 1 采用旋转导 向钻井技术可以控制井斜角和 方位角 ， 实现三维绕障。 2 L WDMWD随钻测井能够实时获得、 传输 钻井过程中的工程和地质信息 ， 为井眼轨迹控制提 供依据 。 3 Az i t r a c k油藏地质导 向系统缩 短了随钻测 石 油 钻 探 技 术 2 1 J年 9月 量仪器与钻头的距离 ， 可以提高油藏钻遇率 。 4 漂 浮下套 管 技 术 可 以有 效 减小 水 平 井 下 套 管过程中的摩阻， 解决了水平井下套管难的问题 。 5 水 平井精 细 防砂 工 艺 可 以防 止 地层 砂 进 入 井筒 ， 充分解放油气层 ， 提高单井产油量 。 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 1 [ 6 ] [ 7 ] 参 考 文 献 胡 中志 ， 朱宽亮， 徐小峰 ， 等． 南 堡 1 5海上导 管架批量优 快钻 井技术[ J ] ． 海洋石油， 2 0 0 9 ， 2 9 3 6 7 7 0 ， 7 9 ． H u Zh o n g z h i ， Z hu Ku a n l i a n g， Xu Xi a o f e n g， e t a 1 ． Op t i ma l f a s t b a t c h d r i l l i n g t e c h n o I o g y i n Na n p u卜 5 t e mp l e t [ J ] ． Of f s h o r e Oi l ， 2 0 0 9， 2 9 3 6 7 - 7 0， 7 9 ． 狄勤丰 ， 张绍槐． 旋转 导向钻 井 系统控 制井 眼轨 迹机 理研 究 [ J ] ． 石油钻探技术， l 9 9 8 ， 2 6 3 5 2 - 5 4 ． Di Qi n f e ng ， Zh a n g Sh a oh u a i ． St u d i e s o f r o t a r y s t e e r i n g d r i l l ing s y s t e m f o r h o l e t r a j e c t o r y c o n t r o l [ J ] ． P e t r o l e u m D r i l l i n g Te c h n i q u e s ， 1 9 9 8， 2 6 3 5 2 5 4 ． 孙明光． 钻井 、 完井工程基础 知识手册 [ M] ． 北 京 石油 工业出 版社 ， 2 0 0 2 2 5 7 - 2 6 0 ． S un Mi n g g u a n g ．Dr i l l i n g a n d c o m p l e t i o n e n g i n e e r i n g e l e me nt a r y k n o wl e d g e h a n d b o o k[ M ] ．B e i j i n g P e t r o l e u m I n d u s t r y P r e s s， 20 0 2 2 5 7 2 6 0 ． 盛明仁， 王振光 ， 李军成． L WD测量 系统在桩 卜平 5井 中的应 用l_ J ] ． 石油钻探技术 ， 2 0 0 0 ， 3 8 3 3 2 3 4 ． S h e n g Mi n g r e n， W a n g Zh e n g u a ng， Li J u nc h e n g． Ap p l i c a t i o n o f I ． WD s y s t e m i n Z h u a n g 1 一P i n g 5 We l l [ J ． P e t r o l e u m Dr i l l i n g Te c h n i q u e s 。 2 00 0。 3 8 3 3 2 3 4 ． 巴树松 ， 许孝顺． 应用 随钻测 井技术提高 水平井开 发效果[ J ] ． 石油钻探技术 ， 2 0 0 3 ， 3 1 4 1 2 1 4 ． Ba Sh u s o n g， Xu Xia o s hu n ． Ap p l y i n g t h e t e c h n i q u e s o f l o g g i n g wh i l e d r i l l i n g t o i mp r o v e d e v e l o p i n g e f f e c t s o f h o r i z o nt a l we l l s [ J ] ． P e t r o l e u m Dr il l i n g Te c h n i q u e s ， 2 0 0 3 ， 3 1 4 1 2 - 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