河南油田泌阳凹陷基岩钻井技术.pdf

石油天然气学报 江汉石 油学 院学报 2 0 1 0 年 8 月第 3 2 卷第 4 期 J o u r n a l o f Oi l a n d Ga s T e c h n o l o g y J ． J p 1 A u g ． 2 0 1 0 V o 1 ． 3 2 N o ． 4 河南油 田泌阳凹陷基岩钻井技术 刁心飞 ，胡睿磷 ，张瑜 ，赵学斌 许光辉 ，李克奇，余武军 中石化河南 石油 勘探局钻井工程公司， 河南南阳 。 ’ 。 [ 摘要]基岩地层 由大理岩和灰色片岩 组成 ，可钻性差、研磨性强、地 层倾角 大、地 应力大， 因而钻井施 工难度 大，机械钻速缓慢、钻具磨损 严重、钻进 中易出现钻具粘 扣及断损 。井眼轨迹控制 困难。通过 认 真分析和研 究，逐步摸 索出适合 泌阳凹陷南部陡坡带基岩施 工 的技 术措施 优选钻 头类 型；优 选钻具 组 合 、优化钻进参数、加接减振器 ；使 用含有耐磨 带的钻杆和镶 有特 殊硬 质合金材 料 的扶 正器；强化安 全 技术措施；优选钻 井液体 系 ，有效现地避免 了井下事故，提高 了机械钻速 ，缩 短 了钻井周期 ，井身质 量 与 固井 质 量 合 格 率 1 0 0 。 [ 关键词]泌 阳凹陷；基岩 ；钻井难点 ；施工措施；效果 [ 中图分类号]TE 2 4 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 09 7 5 2 2 0 1 0 0 4 0 2 7 2 0 3 泌阳凹陷南部陡坡基岩 主要为大理岩埋深较深，岩性坚硬 ，可钻性差，研磨性强 ，地层倾角 大 ，地应力 大 。存 在井 眼轨迹控 制难 度 大 、井 下 故 障多 和 机械 钻速 低 等钻 井 难 点 ，2 0 0 5 ～2 0 0 6年 ，共 钻基岩井 6口，平均机械钻速 2 ． 4 8 m／ h ，井下故 障率高达 9 ． 0 5 。为此立项攻关 ，通过钻头优选、优 化钻具组合及钻进参数、使用减振器 、使用含有耐磨带的钻杆和镶有特殊硬质合金材料的扶正器、强化 安全 技术措施 、优 选 钻 井 液 体 系 等 配 套 技 术口 ] ，使 粟 2井 、粟 1井 、粟 1井 侧 的平 均 机 械 钻 速 提 高 3 O ． 1 ，井 下故障率 降为 0 ，取 得 了较 好 的应用效 果和经 济效益 。 基岩钻井施工难点 1 ． 1 机械 钻 速缓慢 河南油田泌阳凹陷南部陡坡带基岩大多属于灰 白色荧光大理岩及部分深灰色片岩 ，由于岩石 坚硬致密、可钻性差、研磨性强，所以造成基岩井段机械钻速非常低 。表 1 为南部陡坡带部分含基岩井 的资料统计 ，可 知各井 的机械 钻速非 常低 。 表 1 南 部 陡坡 带部 分 含 基 岩 的 井 资 料 统计 1 ． 2 钻 头 、钻 具磨 损严重 基岩段钻 井 时，采 用 具有 滑 动 轴 承、金 属 密 封、特 别 保 径、掌 背 强 化 结构 特 点 的 钻 头 如 [ 收稿日期]2 0 1 0 0 61 0 [ 作者简介]刁心飞 1 9 6 6一 ，男，1 9 8 9年重庆石油学校毕业 ，1 9 9 6年中国地质 大学毕业 ，工程师 ，现从 事特殊工艺 井技术的研究 与应用工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 2卷第 4期 刁心 飞等 河南油田泌 阳凹陷基岩钻 井技术 HJ T5 3 7 G、HJ T5 1 7 G、HJ T 5 3 7 G K、HJ T 6 1 7 GH ，虽然 提高 了钻 头寿命 和钻速 ，但磨 损仍然严 重， 外径平均磨损 2 4 mm，内、外排齿磨损也很严重 ，牙齿高度一般磨损 2 ～4 mm。另外 ，钻柱因振动而 造成 的 “ 蹩跳 钻” ，对钻头 轴 承及 牙 齿磨损 、掉 齿 、断 齿 影 响也特 别 大 ，所 用 钻 头不 得 不硬 性规 定 纯钻 时间小 于 6 0 h 。基岩 段钻井 对扶 正 器 、钻铤 、钻 杆 接箍 、接 头 外 径 的磨损 也 非 常大 ，从 而让 钻 具 失效 ， 易诱发刺 、断钻具事 故 。 1 ． 3钻 进 中钻 具粘 扣及 断损 的原 因 ①在基岩地层钻井时，钻具所受的交变应力和振动较其它地层大 ；②钻具在工作 中长期承受拉伸、 压缩 、弯 曲 、扭 切等 复杂应 力 ；③ 钻具 自转 时 ，使其 靠 井壁 的一侧受 压力 ，离井 壁 的一 侧受 拉力 ，拉压 应 力频繁交 变进行 ，促 使钻 具早期 失效 ；④钻 进 时的跳钻 、蹩 钻 ，迫 使钻 具产生 纵 向 、横 向振动 ，引起 的弯 曲应力 会对 钻具造 成疲 劳破坏 。 基 岩段 钻具事 故特点 ① 钻具损 坏 时间短 ，发生 频率 高 ，易成批 出现 。②钻具 的断 裂 、粘 扣和刺 坏 并存 。③钻 具粘扣 与断损 位置 绝大部 分 出现在受 压部 位 ，并 非 中和点 附近 。 1 ． 4井眼 轨迹控 制 困难 基岩段地层倾角一般 比较大 栗 2井地层倾角 5 6 。 ，因此地层 的自然造斜能力和漂移能力非常强 。 无 论直井 还是 定 向井 ，井斜 、方 位都 不 易 控 制 ，需 要不 断 变 换 钻具 组 合 包 括 螺 杆 来 调整 井 斜 和方 位 ，造成 起下 钻频 繁 。另外 ，基 岩段埋 藏较 深 ，用 螺杆 钻 具调 整 轨迹 时施 工 非 常 困难 ，这 主要 表 现在 ① 井深 、钻具柔 性 大 ，摆螺 杆弯 方 困难 ，且 不易 到位 ；②基岩 段对 螺杆磨 损严 重 ，早期 失效 ，降 低造斜 率 。 2 基岩钻井采取的应对性技术措施 1 优 选钻 头类 型 通过 分析泌 阳凹陷南 部陡坡 带 基岩 钻井 的实 际情 况 包 括钻 速 ，牙齿 、轴承及 外径磨损等 ，优选 出具有金属密封、修边齿 、巴掌强化 、高抗研磨性等特殊功能的江汉 HJ T5 3 7 GK、 HJ T 6 1 7 GH系列钻头 ，螺杆钻具选用 MD5 3 7 X高速钻头。该系列钻头改变了牙齿的受力状态和切削模 式 ，减 缓 了钻 头乃 至钻柱 的轴 向和周 向振 动 ，减 少 了因振动 引起 的钻具 疲劳破 坏 ，延 长 了钻头 的使用 寿 命 。 2 优化钻具组合及钻进参数 、使用减振 器 过去含基岩的井大都采用三扶 刚性满眼钻具或塔式钻 具 ，钻铤 加量 多 ，大 钻压 下不易 弯 曲 ，但断 钻具 和粘卡 事故发 生较 多 。近期施 工的栗 1 井 和栗 2 井 多 靶 定 向井 ，简 化 了钻 具结 构 ，用 斜坡 钻杆代 替普 通钻 杆 、加 重钻 杆代 替 部分 钻铤 ，采取 双 扶或 单扶 钻 具组合 ，增 加钻 具 的柔 性 。通过调 整钻压 降低 钻柱 的振 动幅度 ，实现 不断变 换 的中和点 始终在 加重钻 杆 上 ，防止钻 柱发 生断 、刺 、粘 扣事 故 。现 场 主要采用 低速重 载 的钻井 参数 钻 压 1 8 0 ～2 2 0 k N、转 速 5 O ～ 6 0 r ／ mi n 。在钻具下部加装单减振器或双减振器 ，降低钻柱的振动强度 ，减振器的最佳安放位置距钻 头 9 ． 8 4 7 m 处 。 3 使用含有耐磨带的钻杆和镶有特殊硬质合金材料的扶正器 基岩段对钻杆接箍及扶正器磨损严 重 。常 规扶正 器 ，外 径磨 损高达 7 8 mm，新扶 正器 入井 易遇阻 划 眼 ，小井 眼卡钻 。因此 现场 采用 敷 焊 耐磨带的高强度钻杆和使用特殊硬质合金材料的扶正器 。 4 强化安全技术措施①使用斜坡钻杆和加重钻杆 ，减少钻铤 、接头用量。②严防溜钻 、顿钻 。 ③加强钻具管理 ，人井钻具要有探伤记录，接头使用不能超过 2 0 0 h ；及时倒装钻具 。④钻头接触底要 先轻 压洗井 ，让 断齿 、掉齿 冲离井 底 ，严 防异 物落井 。⑤ 及 时调整钻 井液性 能 ，预防粘 附卡 钻和掉块 卡 钻事故 。 5 优 选钻 井液体 系 一 般选用 低密 度低 固相 聚合 物乳 化混 油钻 井 液体 系 ，始 终保 持 钻井 液 良好 的 润滑性 ，以便防漏 、防粘卡及油气层保护等。钻井液密度 1 ． O 7 ～1 ． 1 3 g ／ c m。 、粘度 4 5 ～6 0 s 。大段基岩 在钻进 过程 中要及 时调整 钻井 液性 能 ；不 断持 续 补 充 F A3 6 7 、P AC 1 4 1 、P AC 1 4 2 、R T 一 1 、土粉 及 纯 碱 以及 S HN 一 1 、O S AM K、S P 一 8 0 、J RH6 1 6 、C S MP、MG一 1 、S P HN、NL 一 3 、S MP等 ；如发 生漏 失时 加 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 O 1 O年 8月 人单 封 、复合 堵漏 剂等 。 3 新措施应用效果 3 ． 1栗 2井 施工 栗 2井是泌阳凹陷南部陡坡带部署的第 1口长基岩段多靶井 ，基岩井段 1 0 1 4 2 4 4 1 m。 该井整个基 岩段 除取 心 1 6 m 共 3筒 外采 用 3种钻 具组 合。① 螺 杆钻 具 2 1 6 mm 钻头 j 2 『 1 7 2 mm 1 。 单 弯 回 压 凡 尔 MWD 短 节 j 2 『 1 7 8 mm 无 磁 钻 铤 1根 j 2 『 1 6 5 mm 钻 铤 1 2根 1 2 7 mm I 重 钻杆 3柱 1 2 7 mm 斜 坡 钻 杆 2 6柱 j 2 『 1 2 7 mm 钻 杆 。钻 进 井 段 为 1 0 1 6 ～ 1 5 8 5 m 和 1 5 8 5 ～1 8 6 3 m，钻 压 7 0 ～l O O k N、复合转 速 6 0 r ／ mi n ，损耗 5只 HJ T 5 1 7 G和 2只 HJ T 5 3 7 G K 钻头。 ②单扶稳 斜 钻 具 2 1 6 mm 钻 头 短 钻 铤 3 ． 4 m 2 1 0 mm 扶 正 器 回压 凡 尔 MWD 短 节 1 2 7 mm无磁承压钻杆2根 1 2 7 mm l 重钻杆 2柱 j 2 『 1 2 7 mm 斜坡钻杆 2 6柱 1 2 7 mm 加重钻 杆 1 3柱 1 2 7 mm钻 杆 。钻进井 段 1 8 6 3 2 0 9 8 m，钻压 1 8 O k N、转速 6 0 r ／ rai n ，损 耗 HJ T 5 3 7 GK钻 头 2只 。③ 螺杆钻 具 2 1 6 mm钻头 1 7 2 mml 。 单 弯 回压 凡尔 MWD短节 j z 『 1 2 7 mm 无 磁承 压钻 杆 2根 1 2 7 mm加 重钻杆 2柱 1 2 7 mm 斜 坡 钻杆 2 6 柱 十 1 2 7 mm 加 重 钻杆 1 3柱 1 2 7 mm钻杆 。 钻进 井 段 2 0 9 8 ～2 4 4 1 m，钻压 8 0 ～ 1 2 0 k N，复 合转 速 6 0 r ／ mi n ，共用 1只 HJ T5 1 7 G 钻 头 和 3只 HJ T5 3 7 GK钻头 。定向井段 8 7 1 ～1 2 4 3 m 井斜达 3 3 。 ，之后稳斜钻进 ，以复合钻为主。平均机械钻速 见表 2 。基岩段采用低密度聚合物乳化混油钻井液体系，泥浆密度 1 ． O 9 ～1 ． 1 3 g ／ c m。 、粘度 4 2 ～7 0 s 。 该 井尽 管因使用 过多 的 HJ T 5 1 7 G钻 头而影 响 了机械 钻速 ，但通 过采 用新 措施 总 体上 该井 的 钻井速 度还是 比较快 的 ，更 重要 的是全井 没有 发生任 何复杂 情况 与事故 。 3 ． 2栗 1井施工 栗 1井是泌阳凹陷南部陡坡带部署的第 2口长基岩段多靶定向井 ，是中石化在河南油 田部署的一 口 重点 预探 井 ，基岩井 段 2 1 2 2 3 5 0 0 m。栗 1 井 基岩段 采用 4 种 钻具 组合 双扶微 增及 强增钻 具 、螺杆和 光 钻 铤 钻 具 ，各 钻 具 上 部 组 合 均 为 1 2 7 mm 加 重 钻 杆 1 5柱 l 2 7 mm 斜 坡 钻 杆 2 6柱 1 2 7 mm钻 杆 ，所 不 同 在 于 下 部 。① 双 扶 微 增 钻 具 j 2 『 2 1 6 mm 钻 头 2 1 5 mm 双 母 扶 正 器 1 7 8 mm无磁 钻铤 1根 2 1 5 mm 扶正 器 1 6 5 mm 钻 铤 6根 ，钻 进 井段 2 1 2 2 ～ 2 4 0 6 m、2 4 9 4 ～ 2 6 8 6 m、2 6 9 2 ～2 7 0 5 m、2 8 6 5 ～3 1 3 9 m 和 3 2 4 6 ～3 2 7 8 m，钻 压 2 0 0 ～2 4 0 k N，转 速 6 0 r ／ mi n ，使用 1 0只 HJ T5 3 7 GK钻 头 。②双扶 强增钻 具 2 1 6 mm 钻 头 2 1 5 mm 双 母 扶正 器 1 6 5 mm 无 磁 钻铤 1根 1 6 5 mm 钻铤 1 根 2 1 5 mm 扶正 器 1 6 5 mm 钻铤 3 根 ，钻 进井 段 2 7 0 5 ～2 8 6 5 m，钻 压 2 0 0 k N， 转速 6 0 r ／ mi n ，使用 2只 HJ T5 3 7 GK和 1只 MD 5 3 7 X钻头。③螺杆钻具 2 1 6 mm钻头 1 7 2 mm 1 。 单弯 回压 凡尔 MwD短节 l 6 5 ram 无磁 2根 ，钻 进 井段 2 4 0 6 ～2 4 9 4 m 和 3 1 3 9 ～3 2 4 6 m，钻 压 8 O ～ 1 2 0 k N，复合 转速 6 0 r ／ rai n ，HJ T5 1 7 H J T5 3 7 GK钻 头各 1只 。④ 下部仅 1根 1 7 7 ． 8 mm 无磁 的光钻铤 钻具 ，钻进井 段 3 2 7 8 3 5 0 0 m，加压 2 O 0 ～2 2 0 k N，转速 6 0 r ／ mi n ，HJ T 6 1 7 GH 和 HJ T5 3 7 GK钻 头 各 1 只 。泥浆采 用低密 度聚合 物混油 防塌钻 井液 配方 ，密 度 1 ． 0 5 ～ 1 ． 1 2 g ／ c m。 、粘 度 4 7 ～ 5 7 s 。平 均机 械钻 速 见表 2 。 表 2 新 措施应用后基岩井资料统计 下转 第 2 9 0页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 江汉石油学 院学报 2 O 1 O 年 8月 定 产能 ，初 步确 定 了储 量动用 下 限 。 2 北区可动用储量减少是开发效果差的根本原因；原油粘度大，见水后乳化是影 响开发效果的主 要原因；非储层吸水、有效层动用差是开发效果差的重要原因。 3 南 区 、东 区技术 政策基 本能满 足注水 开发 的需 要 ，南 区实施 温 和 注水 ，东 区实 施 小水 量 超前 注 水 ，为改善两区块开发效果提供 了技术保障。 4 根据 牛圈湖 区块 开发过 程 中出现 的问题和 认识 ，建议 深 入开 展 精细 储 层研 究 ，开 展测 井 系列 优 化研究和试验 ，提高岩性 、物性解释符合率 ；开展物理模拟驱油实验 ，进行长岩心注氮气、二氧化碳 、 天然气 、化学剂、活性水等驱替实验 ，优选合适驱替介质 ，为寻求提高原油采收率提供依据。 [ 参考文献] [ 1 ]高岗 ，李华 明，李川，等 ．三塘湖盆地牛圈湖油 田地质特征与成藏过程 E J 3．新疆石油地质 ，2 0 0 6 ，2 7 5 5 3 5 ～5 3 8 ． E 2 3唐勇 ．三塘湖盆地牛圈湖油 田西山窑组储 集层特征及评价 E J ]．新疆石油地质，1 9 9 8 ，1 9 6 4 9 3 ～4 9 7 ． [ 3 ]崔英怀，高建军 ，黄伟良，等 ．牛圈湖 区块西山窑组 J z x 储层性质及控制因素研究 E J J．吐哈油气，2 0 0 8 ，1 3 4 3 8 4 1 ． [ 4 ]高岗 ，梁浩 ，王志勇 ．三塘湖盆地牛圈湖油田原油物性特征及其影响 因素分析 E J ]．西安石 油大学学报 自然科学版 ，2 0 0 7 ，2 2 5 6 ～ 9 ． [ 5 3崔英怀，张 中劲 ，高建军 ，等 ．牛圈湖 区块西山窑组 J 2 x 储层地应力综合研究 I- J ]．吐哈油气 ， 2 0 0 8 ，1 3 4 3 5 2 ～3 5 3 ． [ 6 ]宋洪庆，朱维耀 ，张玉广，等 ．不同平 面非均质条件下含水低渗气藏开采理论研究 [ J 3．特种油气藏 ，2 0 0 8 ，1 5 6 4 5 ～4 7 ． E 7 3刘酷，崔英怀 ，吉艳霞 ．非均质组合模型水驱油试验研究 E J ]．西安石油大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 9 ，2 4 5 1 7 1 ～1 7 3 ． [ 编辑] 萧雨 上 接 第 2 7 4页 栗 1 井下套管作业时，因套管质量 问题发生脱扣落井事故 ，经多次打捞仍有 9 3 0 m 落鱼 ，最后决定 填井从 2 1 0 0 m选用 1 ． 2 5 。 单弯侧钻。侧钻至 2 1 7 8 m完全出新眼 ，余下井段 2 1 7 8 ～3 4 6 7 m采用 4种钻 具组合 即上部的 1 。 螺杆钻具 、双扶微增钻具、单扶稳斜钻具和光钻铤钻具钻完。平均机械钻速 见表 2 。采用聚合物磺化钻井液体系，密度 1 ． 0 4 ～1 ． 1 2 g ／ c m。 、粘度 4 4 ～7 4 s 。该井侧钻至 3 2 7 8 m 曾发 生漏失，通过加入单封、复合堵漏剂等 ，采用边漏边钻方法，最终顺利完钻。 栗 1 井尽管基岩埋藏深且井段又长 ，但该井的钻井速度并不慢 ，更重要的是全井 包括侧钻钻进 中没有 发生任 何严重 井下 复杂情 况与事 故 。 4 结论及建议 1 用加 重钻杆代 替部分 钻铤 ，增加 钻具 的柔性 ，通过 调整 钻 压来 实现 不 断变 换 的 中和 点都 落 在 加 重钻杆上 ，可 以有效 防止钻 柱发生 断 、刺 事故 。 2 采用低速重载的钻井参数 ，可以避免强烈的振动，降低振动频率 ，提高钻头使用寿命 。 3 通 过优选 钻井 液体 系 ，可 防止塌 、漏 、粘等井 下复杂情 况 。 4 采用螺杆钻具配合 MD5 3 7 X高速钻头 ，可以提高基岩段的机械钻速。 [ 参考文献] [ 1 ]李继斌 ，蒲尚树，梁 国进 ，等 ．泌 阳凹陷南部陡坡优快钻井技术 E J ]．石油地质与工程 ，2 O l O ，2 4 2 8 7 8 9 ． [ 2 3王学 良，武永起 ，孟卫东 ，等 ．城 2 井基岩推覆体山前构造钻井技术探讨 E J 3．河南石油 ，2 0 0 6 ，2 0 1 6 4 6 5 ． [ 编辑] 萧雨 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m