长庆靖边储气库关键钻井技术.pdf

第 3 9卷第 1 期 天 然 气 勘 探 与 开 发 长庆靖边储气库关键钻井技术 代长灵杨光薛让平 中国石油川庆钻探3 2 程公司长庆钻井总公 司 摘要长庆靖边储气库随着规模化开发逐渐暴露 出钻井中存在的难点 ， 严重影响了储气库的生产运行 。为 此着 重分析 了储气库钻井 中井 眼轨迹控制 、 3 1 1 ． 2 h i m井眼侧钻 、 煤层碳质泥 页岩钻井 、 井眼净化 、 2 1 5 ． 9 m m水平段 钻井等关键钻井技术 ， 为储 气库的持 续开发奠定一定的钻井技术基础 。表8参5 关键词 储气库侧钻碳质泥页岩 降摩减阻 O 前言 储气库注采井为满足季节调峰和应急供气的功 能 ， 需要满足大流量注采及长寿命 、 高安全的要求 ， 国内储气库建设储气层普遍采用大尺寸井眼且储层 专打的井身结构理念。长庆靖边储气库井部署于靖 边气 田中区 以西 ， 地 质 、 地 震 综合 分析 表明 目的层 马 五 ， 气层厚度约3 m， 储层物性较好 ， 主力储层发育稳 定 ． 实施水平井钻遇主力层概率较高。 目前长庆靖边储气库己完井3 口， 随着储气库持 续开发 ，钻井中的关键技术决定着储气库的钻井速 度 、 成本消耗和注采开发进度 ， 完成情况见下表1 。 表 1 靖 边 储 气 库 完 成 情 况 1 靖边储气 库区地质特征与 井身 结构 1 ． 1 地质 特征 靖边储气库水平段方向马五 储层保存较为完 整 ， 分布稳定 ， 延伸较远。结合邻井完钻综合解释参 数对比分析 ，认为该区块 水平段马五 气层发育较 好 ． 且厚度较大 ， 物性较好 。 井区完钻3 口井试气最大 无阻流量为 1 1 4 ． 6 x l 0 I l l ／ d ， 平均8 0 ． 4 1 0 m |{ ／ d ， 但该 区完钻井投产时问较长 ，气藏工程评价 目前该 区地 层压 力 1 0 ． 8 MP a ， 可 采 储量 采 出程 度6 4 ． 6 ％。 1 _ 2井 身结构 根据长庆区块储层地质特点及储气库井生产要 求 ， 靖边储气库采用四开四完大井眼尺寸 ， 一开表层 采用2 6 井眼封 固流沙层松散地层和水层 ， 防止 冲垮 井架基础 、 技术套管固井时水泥浆漏失 ， 二开直井段 采用4 4 4 ． 5 mm井眼 ，下入3 3 9 ． 7 mm套管封固刘家沟 承压能力较低地层 ，以避免钻下部地层时采用高密 度钻井液压漏该地层 ， 三开斜井段井段采用3 1 1 ． 2 m m 井 眼 。 下入 2 4 4 ． 5 m 套 管 ， 封 固 山西 、 太 原 、 本 溪煤 层 、 碳质泥页岩不稳定地层， 确保储气库注采安全 、 长期 使用 ， 四开水平段采用2 1 5 ． 9 m m井眼 ， 采用组合完井 管柱。 2关键钻井技术 2 ． 1 井眼轨 道设 计技 术 井眼轨道设计原则以最短钻井周期 、最大复合 钻井比例复合钻进入窗的优化 设计理念。靖平2 2 4 2 井设 计靶 前 g 5 o o m， 轨 道 设计 采用 三增剖 面 ， 最 大狗腿度设计不超过6 。 ／ 3 0 m， 为完整2 4 4 ． 5 m套管下 入和固井创造良好的井眼条件， 具体数据见表2 。 作者简介代 长灵， 男， 1 9 8 0 ,4 - 出生 ， 汉族 ， 钻 井工程师 ； 2 0 0 4 - 7 月毕业 于中国石 油大学 华东 石油X - 程专业 ， 学士 ， 主要从事 天然气水平 井钻 井研 究与设计工作 地址 7 1 0 0 1 8 陕西省西安 市未央 区1 5 1 号长庆大厦2 1 0 7 室．．电话 1 5 0 9 7 1 2 1 7 0 6 。E ma i l 2 8 1 4 1 1 4 8 1 q q c o m - 6 5 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 01 6年 1月 出版 表 2靖 平 2 2 4 2 井 井 眼 轨 道 设 计 剖 面 数 据 2 ． 2 井 眼轨 迹控 制技 术 井眼轨迹控制的重点是斜井段和水平段。3 1 1 2 mm 大井眼造斜率低 ， 钻遇山西 、 太原 、 本溪大段煤层 ， 煤 层钻进呈稳斜趋势。 造斜层位石千峰上部 ， 起始造斜 采用三牙轮钻头配合立林5 L Z 2 2 8 “ 1 ． 5 。 中空螺杆 ． 后 续增斜段采用P D C 钻头 立林5 L Z 2 2 8 1 ． 5 。 中空螺杆 增斜钻进。钻井中采用滑动钻井和复合钻井结合钻 进 ， 最大限度提高复合钻井比例 ， 提高斜井段的施工 速度 ，这样既保证了造斜井段的井身轨迹满足设计 要求 ， 将造斜率控制在6 。 ／ 3 0 m以内 ， 为后期 的完井 电测和完井管柱的顺利下入创造 了 良好的井 眼条 件 ， 同时高比例的复合钻井井段能及时破坏岩屑床 ， 提高井眼净化效果，靖边储气库斜井段 滑动钻井进 尺情况见表3 。 表3靖边储气 库斜井段滑动钻 井进尺分析表 靖边储气 库井 目的层位奥 陶系下统马家沟组 ， 水平段储层平均厚度2 ～ 3 1T I ， 高产储层薄 ， 水平段长 ， 轨迹控制是 目的层钻遇率和长水平段能否顺利完成 的 重要 因素 。 施 工 中水平 段 采 用7 L z 1 7 2m T l 1 ． 0 。 ～ 1 ． 2 5 。 单弯 q b 2 0 8 扶正器 q b 2 1 3 mm扶正器钻具这 样既能保证水平井段的稳斜效果 ，有利于多采用复 合钻进 ， 降低水平井段的摩阻 ， 及时清除岩屑床 ， 加 快水平井段的施工速度 ； 又能及时调整井斜的变化 ， 保证 目的层的钻遇率。靖平2 2 4 2 井完钻水平段长 1 1 7 7 m，滑动 钻 井进 尺 1 1 3 m，滑动 钻 井 进 尺 比例 9． 6 ％ 。 2 。 3 3 1 1 ． 2 mm井 眼侧钻 工 艺技 术 1 井眼侧钻难点 a ．储气库3 1 1 ． 2 m m大井 眼侧钻 属长庆 区块 首 列 ， 侧钻工艺技 术无相关经验可循 ， 无法预测 ， 可借 鉴经验少。侧钻段井眼造斜率必须满足钻井工程中 6 6 ． 轨迹控制要求 ，确保侧钻成功后能准确按照现场地 质导向要求继续增斜钻井中靶 。 b ．侧钻钻具组合结构必 须要保证造斜要求 ， 由 于钻具刚性强度大 ， 井眼侧钻一定角度后 ， 必须考虑 下入钻具如何 正常进入侧钻井眼对井 眼进行修整 ， 降低狗腿度后顺利钻进 ，而不在造斜点处由于更换 钻具组合 ， 加强刚性强度后而无法进入侧钻井眼 ， 划 出新 眼 。 2 侧钻工艺技术思路 采用打水泥填井侧钻方式 ， 为确保侧钻成功 ， 先 使用2 1 5 ． 9 m m钻头侧钻 ，侧钻成功后使用3 1 1 ． 2 mm 钻头扩眼 、 钻井 。 鉴于高密度水泥浆容易导致井漏而 影响水泥塞的高度或形成悬空塞 ， 导致打塞失败 。 根 据靖平2 2 4 2 井的实际情况 ，水泥浆 比重调制 1 ． 8 5 g ／ e m。 ， 确保打水泥成功 。 3 侧钻工艺关键技术 a ． 2 1 5 ． 9 mm 井眼采用三牙轮钻头配合7 L Z 1 7 2 “ 1 ． 5 。 单弯螺杆 ， 在侧钻过程 中， 严格控制机械钻进速度不 大于 1 0 1 5 mi n ／ m， 以防 止钻 具 顺 水泥 塞 钻 进 。同 时 加强地面观察 ， 定时捞取岩屑 ， 鉴定地层岩屑与水泥 碎屑的比例 ， 当地层岩屑比例达到或超过5 0 ％后 ， 逐 渐提高钻进参数 以提高机械钻进速度。 b ． 2 1 5 ． 9 mm井 眼造 斜 率 高 于 3 1 1 ． 2 mm，采 用 2 1 5 ． 9 I ]f 1 ．N 1 钻头侧钻时狗腿控制在 7 。 ～ 8 。 ／ 3 0 m ， 避 免造斜率远超出3 1 1 ． 2 mm钻头造斜率 ，而导致扩眼 失败 。 c ． 2 1 5 ． 9 m m井眼侧钻时 ，两井眼相距 1 ． 5 ～ 2 m距 离即可起钻更换3 1 1 ． 2 mm钻头扩眼 ， 提高扩眼效率 ， 降低扩眼钻井风险 。 d ． 3 1 1 ． 2 m m井 眼扩 眼 采 用3 1 1 ． 2 m mP D C } 头 配 合7 L Z 2 2 8 “ 1 ． 5 0 单 弯螺杆 ， 采用 滑动钻 井扩眼方式 。 扩眼结束后可继续斜 井段钻井 。 由于大井 眼钻时 慢 与2 1 5 ． 9 I n m井 眼 ， 3 1 1 ． 2 m m井眼扩 眼钻 时控 制 1 5-2 0 mi n ／ m 。 靖平2 2 4 2 井3 1 1 ． 2 m m井眼侧钻2 次 ． 侧钻成功 率1 0 0 ％， 侧钻数据见下 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m _ _ 圜 叫 天 然 气 勘 探 与 开 发 2 0 1 6 1 月 出 版 浆性能数据见下表5 。 c ． 根据储气库井区地层分布趋势 ， 调整靖平2 2 4 2 井钻井工程设计 ， 减少本溪组碳质泥 页岩井段 ， 降低其垮塌风险 。 d ． 控制本溪底部碳质泥页岩层钻遇 、 钻出井斜 角 ， 降低其垮 塌风险 。靖平2 2 4 2 井本溪底部存在 大段碳质泥页岩层， 该段碳质泥页岩处理入窗前1 0 0m 井段 ． 钻井中曾2 次垮塌 ， 斜井段钻井时根据现场地 质录井层位预告 ， 提前优化井身轨迹 ， 降低进入该层 井斜角， 减少钻遇井段 ， 安全的完成了斜井段的施工， 表 6靖 平 2 2 4 2 井 本 溪 底 部 碳 质 泥 页 岩 钻 遇 数 据 靖平2 2 _ 4 2 井本溪底部碳质泥页岩钻遇数据见表6 。 2 ． 5井眼 净化技 术 1 用1 6 8 - 3 mr ／ 1 钻具代替1 3 9 ． 7 m m钻具 ， 降低钻 井 中压耗 ，保持稳定的钻井排量 ，提高泥浆上返速 度 ， 增强井眼净化效果 。 靖边储气库井斜井段采用3 1 1 ． 2 mm井眼，井眼 净化不充分 ，易形成岩屑床从而导致钻具扭矩和摩 阻增大 ， 钻速降低 以及卡钻等井下复杂情况 ， 直接影 响钻井 、 电测 、 下套管和固井作业 的正常进行。靖平 2 2 4 2 井钻井中采用1 6 8 ． 3 mm 钻 具，降低了环空压 耗 ， 提高泥浆上返速度 ， 增强井眼净化效果 。该井使 用1 6 8 ． 3 mm 钻具 ， 环空压耗降低2 4 ％， 泥浆 上返速度 提高1 2 ． 9 2 ％， 排量增加1 4 ． 5 ％。一定程度上解决了储 气库钻井中泵压高 、泥浆上返速度低 、携砂难的f Ⅱ J 题 1 6 8 ． 3 mm、 1 3 9 ． 7 m m钻具环空返速见表7 。 表 7 1 6 8． 3 mm 、 1 3 9 ． 7 mm钻 具 环 空 返 速 分 析 表 2 提高泥浆比重 ， 增加岩屑运移动力。随着钻 井液密度的增加 。 固液两相的密度差减小． 井液中的 平均运行距离增大 ，岩屑颗粒在钻井液 中的有效质 量下降，从而增大了岩屑运移的动力。在同样条件 下 ． 岩屑在钻在 同样的时问内 ， 运移出的环空岩屑量 增多 ， 最终降低了环空岩屑总浓度 ， 达到清洗井眼的 目的 靖平2 2 4 2 井第二次侧钻前井斜3 7 。 时将泥浆 比重提至 1 ． 4 5 g ／ e ra ，钻至山西组时将比重提至1 ． 5 0 g ／ o m ， 完钻时比重提至 1 ． 5 6 g ／ c m ， 大大降低 了钻井 中岩屑床的面积。 2 ． 6钻具 失 效预 防措 施 靖平2 2 4 2 井斜井段钻井 中 曾多次 出现 断钻 ． 6 8 ． 具事故 ， 最终无法打捞填井侧钻。 为了防止储气库施 工井 在施 工 过 程 中出现 井 下钻 具事 故 ，安 全快 速 钻 井 主要采取了如下关键措施 1 优化井身轨 迹 ， 在满足井 眼轨 迹控制 条件 下 ， 增加复合钻井井段 ， 确保井眼轨迹平滑 ， 降低钻 井 中 的扭 矩 ， 减少 井下 钻 具疲 劳 。 2 优化钻具组 合 ， 使用 1 6 8 ． 3 r n m J 1] 重 钻杆 ， 提 高大斜度井段钻具受力能力 ， 降低钻具刺 、 断风险。 3 调整钻井液性能 ， 提高钻井液的携 砂性能 、 润滑性能 ， 满足水平井的施工要求 。 2 _ 7 水 平 段 防摩减 阻技术 大井眼长水平段随着水平段长逐渐延伸 ，钻遇 岩性的多样性 ， 存在着摩阻大 ， 扭矩大 ， 钻压 不能有 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 9卷第 1 期 天 然 气 勘 探 与 开 发 效传递等技术难点 。钻井 中有效控制摩阻和扭矩是 确保长水平段J ihq t l 完成的重要因素 。 2 ． 8水 平段 防摩 减 阻 关键技 术 1 靖 平2 2 4 2 井 水 平 段 采 用 泥 浆 体 系 ， 钻 井 中强化四级固控设备， 提高固控效率。使用高频直线 式振动筛和变频高速离心机 ，提高了钻井液 的固控 能力， 降低了有害固相 ， 促进了钻井液的性能优化。 2 根据现场地质导 向要求 ， 轨迹调整控制技术 采用勤 、 少原则 ， 根据实测井斜数据及时采用滑动钻 井方式控制轨迹 ， 滑动钻井段长控N3 ～ 4 m， 保证储 层钻遇率的同时保证井眼轨迹平滑。 通过优质的泥浆性能和平滑的井眼轨迹控制技 术 ， 靖平2 2 4 2 井水平段钻井中无拖 压现 象 ， 避免 了滑动钻井中调整工具面的时间，极大的提高了水 平段的机械钻速 ， 同比邻井靖平2 2 _ 4 1 、 靖平2 2 - 4 3 机械钻速有了大幅度提高。靖平2 2 4 2 井2 0 1 4 年9 月 2 3 日四开 水 平段 钻井 ，钻至 1 0 月5日2 趟钻 钻 进进 尺 1 0 5 0 m， 后由于井下复杂提前完钻 ， 完钻井深4 8 8 7 m 表8 。 表 8水 平 段 机 械 钻 速 分 析 表 3结论与建议 1 优化储气库井身结构 ， 加快钻井速度 ， 降低 成本消耗 ， 提高注采使用速度。 合理的井身结构是储 气库能否成功钻完和快速注采的关键因素。 目前长 庆储气库普遍采用四开大井眼井身结构 ，钻井 中需 要解决诸多难题 ， 钻井速度受到一定程度的制约 ， 延 缓了注采开发进度 。 2 加 强井 下钻 柱 优化 设 汁的理 论 支撑 。 大 井 眼 水平井钻柱优化设计的核心是在对下部钻具组合的 特性和造斜能 力能满足井眼轨迹控 制需要的前提 下 ， 如何降低摩阻和扭矩 ， 如何减少井下钻柱可能产 生的疲劳失效问题。 随着大井眼水平段的延长 ． 加上 地质导 向的要求 ， 摩阻 、 扭矩变化较大 ， 大大增加了 钻 具失效 风 险 。 3 定期 召开储气库钻井专项会议 ， 组织公司专 家 、 现场技术 、 承钻井队召开专题会议 ． 针对钻井工 程中出现的问题集中讨论分析解决 ，钻完单井后总 结工艺技术 ， 分享工艺技术经验 ， 进一步完善储气库 钻井工艺技术 ，为后续规模化开发长庆油 田储气库 打下坚持的技术基础。 4 储气库钻井工艺技术属长庆油田难度较高 钻井技术 ， 钻井过程 中经常 出现井下复杂 、 事故 ， 应 针对集 中、 频繁发生的复杂事故建立紧急处理预案 ， 形成可执行规范制度 ，以便能够快速准确有针对性 的解决异常情况。 5 针对储层地层压力较低的井区， 采取先注气 提高压力再钻井的操作程序 ，以降低钻井时井下复 杂 ， 减少对储层的伤害。 参 考文 献 1 袁光 杰 ， 杨长 来 ， 王斌 ， 等． 国内地下储气库 钻完井技术现 状分析『 J J ． 天然气工业 ， 2 0 1 3 ， 3 3 2 6 1 6 4 ． 2 王立波． 辽河双6区块储气库 水平井钻井 与完井技术 ． 中 外能源， 2 0 1 3 ， 0 2 1 8 6 3 6 7 ． 3 柯学 ， 李继营 ， 池崇荣 ， 等． 苏7 7 5 8 H井大斜度穿煤层安 全钻井技术l J 1 ． 探矿工程， 2 0 1 1 ， 3 8 ， 1 2 l 3 1 7 ． 4 鲥新刚 ， 彭元超 ， 李欣 ， 等． 长庆气 区储气 库Y 3 7 2 H 井长 水 平段钻井技 术I J 1 ． 天然气 工业 ， 2 0 1 2 ， 3 2 6 5 3 5 6 ． 5李府标 ， 张家华 ， 徐秀 胜 ， 等． 特 大直径 井 眼侧钻技 术在 A T 2 0井成功运用Ⅳ 】 ． 钻采工艺 ， 2 0 1 1 ， 3 4 4 1 0 31 0 4 ． 修改 回稿 日期2 0 1 5 0 6 0 9编辑文敏 69 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m