合川气田快速钻井的难点与对策-.pdf

2 01 0正 第4 卷 第 1 期 天 然 气 技 术 Na t u r a l Ga s T e c h n o l o g y Vo 1 ． 4． NO． 1 F e b ． 2 0 1 0 文章编号 1 6 7 3 9 0 3 5 2 0 1 0 0 1 0 0 5 2 0 3 合川气 田快 速钻井 的难点与对策 梁益陈家凤王雁飞胡萍丁振龙 中国石油天然气集团公司川庆钻探工程公司，四川成都6 1 0 0 5 1 摘要 合川气田位于川中古隆平缓构造区的威远至龙女寺构造群。针对该气田地层夹层多、地层易漏、浅 层油气显示活跃、须家河组地层可钻性差等影响钻井提速的因素，分析了第2次开钻和第3 次开钻井身结构的破 岩效率，提出了优化井身结构和钻头选型、采用旋转防喷器欠平衡钻进、使用井下动力钻具等提高机械钻速的措 施 。 关键词 合川气田钻井钻井速度措施 中图分类号 T E 2 8 文献标识码 A 0 引言 合川气 田位于J i l 中古隆平缓构造区的威远至龙 女寺构造群 ，属川 中古隆平缓构造 区向川东南高陡 构造 区的过渡地带 ，其北端与龙女寺构造相接 ，东 南与华蓥西构造连为一体，西为潼南区块 ，南为永 安场构造 。圈闭总面积为 7 3 2 ． 9 k m 。在该构造上钻 探的井，以探明须家河组储层及含油气分布情况为 目的，完钻层位为雷 口坡组 ，垂直井深约为2 3 0 0 m。随着合川气田勘探开发步伐的加快，特别是合川 定 向井和水平井数量 的不 断增加 ，如何做 到优质 、 高效 、低成本钻井成为亟待解决 的问题。笔者拟就 影 响合川气 田钻井速度 的因素及提高钻井速度的措 施作一探讨。 1 影响合川气 田钻井速度的因素 1 ． 1 地层夹层多、易漏 沙溪庙组 、凉 高山组 和 自流井组地层为 泥岩 、 页岩和砂岩夹层 ，均质段短 ，软硬交错 明显 。特别 是牙轮钻头在进入 自流井组夹层后 ，其机械钻速大 幅度下降，钻头磨损严重。 油气分布的地层孔缝发育，其承压能力受限， 在发现 油气显示 后提 高钻井 液密度往 往会 发生井 漏，并且部分井的承压能力极低，全井筒都有漏层 存在。从凉高山组、马鞍山组、珍珠冲组到须家河 组均为漏失地层，其中珍珠冲组地层的井漏尤其严 重 。漏失井段长 ，对压力极为敏感 ，地层承压能力 不易提高。 1 ． 2 浅层油气显示活跃 合川构造在沙溪庙组的沙一段 、凉高山组上 部、大安寨组、东岳庙组、须六段等上部地层油气 显示活跃，局部存在高压。 1 ． 3 井壁稳定性差 合川构造上部井段 易发生垮塌 ，从沙溪庙组 、 凉高山组到大安寨组地层均有垮塌 。自流井组岩性 胶结性差 ，易发生井壁失稳现象 。 1 ． 4 其他因素 须家河组地层可钻性差 ，机械钻速慢 。若是定 向井 ，其稳斜段均集 中在须家河组地层 ，从而增加 了可钻性差的地层在全井 中的钻井进尺 比例 ，最终 影响全井机械钻速。 2 提高合川气田钻井速度的措施 2 ． 1 优化井身结构 合川气 田原来多采用j 2 『 3 1 1 ． 1 m m钻头钻进 至井 深 3 0 0 m下 2 4 4 ． 5 mm套管 固井 ， 2 1 5 ． 9 mm钻头 收稿 日期 2 0 0 90 72 3 修订 日期 2 0 1 00 1 1 2 作者简介梁 1 9 7 5 一 ， 1 程帅，从事钻井技术管 T作。E 52 ／ N a t u r a l G a s T e c h n o l o g y 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 1 9 期 天然气技术 钻井工程 钻进至须四地层顶部下 1 7 7 ． 8 rn m套管固井 井深约 为2 0 0 0 r n ， 1 5 2 ．4 m m钻头钻进至雷 口坡组地层 2 0 m完钻 井深约为 2 3 0 0 m 的井身结构 。 常采用破碎单位 体积岩所要 消耗的能量来衡量 破岩效率，对于旋转钻井来说 ，其机械能量常以在 钻头上所施加的单位井底 面积钻压 和钻头转速两项 指标的乘积来衡量。不同直径钻头每米破岩体积和 所获机械能量对 比如表 l 所示 。 表 1 不同直径钻头每米破岩体积和所获机械能量对比表 从表 l 可以看出， 1 5 2 ．4 m m钻头的破岩体积 虽然仅为j2 『 2 1 5 ． 9 m m钻头的5 0 ％，但是其施加在钻 头上 的单位钻压 比 2 1 5 ． 9 mm钻头要小 ，单位井底 面积上 获得 的机 械 能量相 当于 2 1 5 ． 9 mm钻 头 的 8 1 ． 4 8％。同时 ， 1 5 2 ． 4 m m钻头轴承 的工作寿命只 有 2 1 5 ． 9 mm钻 头 的 3 0％ ～6 0％ 以 牙 轮钻 头 为 例 ，单只钻头进尺低 ，显然采用 2 1 5 ． 9 mm钻头钻 进 比 1 5 2 ．4 m m钻头钻进更有利于提高机械钻速。 因 此 ，鉴 于合 川 气 田设 计 压 力 梯 度 压 差 为 0 ． 3 5 MP a ，建议取消 1 5 2 ． 4 m m钻头钻进 ，采用 2 1 5 ． 9 mm钻头直接完钻 。 2 ． 2 优化钻头选型 根据合川地区地层可钻性级别，结合厂家生产 的钻头性能 ，确定 以下钻头选型原则 j 2 『 3 1 1 ． 1 mm 井 眼沙二段 地层 采用 5 刀 翼 1 9 mm齿 的 P D C钻 头 ； 2 1 5 ． 9 mm井眼沙二段 一 自流井段地层采用 5 刀翼 1 9 m m齿 的P D C钻头 ； 2 1 5 ． 9 m m井 眼须六段地层 采用 5 1 7 型牙轮钻头 ； 2 1 5 ． 9 m m井眼须五段 一 须 一 段 地层采 用 5 1 7 型牙 轮钻头 或 5刀翼 1 3 mm齿 的 P D C钻头。 2 ． 3 利用旋转防喷器抑制井漏 第2 次开钻即安装旋转防喷器 ，通过降低液柱压 力来抑制井漏 ，并通过控压实施欠平衡钻进 ，如此 一 来 ，能解决高低压同存井段喷、漏同存钻进困难 的问题 ，同时能减小 围压 ，提高钻井速度。 欠平 衡钻进 控制 压力 在 3 ～ 5 M P a ，按井 深 2 0 0 0 m计算 ，可降低钻井液密度为0 ． 1 5 ～ 0 ．2 5 g ／ c m ；按井深 1 0 0 0 m计算 ，可降低钻井液密度为 0- 30 ． 5 g／c m 。 2 ． 4 下移造斜点 不同水平位移要求下不同造斜点井眼轨迹对比 如表 2 。从表 2 可以看 出 ，当水平位移要求在 6 0 0 m 时 ，若 造 斜 点 选 择 在 1 5 0 0 m，其 最 大 井 斜 角 为 4 9 ． 9 4 。 ；当水平位移要求大于 6 0 0 m时 ，若造斜点选 择 在 1 5 0 0 m，最大井斜角将超过 5 O 。 ，井斜将不利 于沉砂 的携带 ，容易形 成沉淀床 ，发 生卡钻事故 。 因此，当靶区水平位移要求小于6 0 0 m时，可以将造 斜点选择在 1 5 0 0m以下的层段 。 表2 不同水平位移要求下不同造斜点的井眼轨迹对比表 造斜点 ／ m 1 1 0 0 1 5 0 0 对 比 水平位移2 0 0 m 水平位移4 0 0 m 6 0 ． 5 3 l 1 ． 1 0 l 0 0 8 ． 71 1 2 0 ． 0 9 2 2 ． 0 2 1 0 0 6 ．2 2 1 0 0 ． 6 8 1 8 ． 4 6 5 0 8 ． 9 4 1 9 7 ． 0 3 3 6 ． 1 2 5 7 6 ． 6 1 4 0 ． 1 5 一 一 4 9 9 ．7 7 7 6 ． 9 4 一 一 4 2 9 ． 6 1 水平位移6 0 0 1T I 水平位移 8 0 0 n l 1 1 0 0 1 7 4 ． 5 2 3 1 ． 9 9 l 0 4 2 ． 8 2 2 2 1 ． 2 7 4 0 ． 5 7 1 1 1 4．6 6 1 5 0 0 2 7 2 ．4 2 4 9 ． 9 4 6 3 8 ． 3 4 3 2 4 ． 4 9 5 9 ．4 9 7 4 9 ． 9 8 对 比 9 7 ． 9 0 一 一 4 0 4 ．4 8 1 0 3 ． 2 2 一 - 3 6 4 ． 6 8 注 ① 按 垂深 2 1 5 0 n q ，造斜率 5 ． 5 。 ／3 0 n l 计 算。 合川地区的定 向井以丛 式井组居多 ，考虑到丛 式 井组水平位移 的特殊性 ，造斜点 的优选 方案采取 根据其第 1 口井对水平位移的要求 ，以井斜角小于 5 O 。 为限，尽量靠下，第 2 、第 3 、第4口丛式井依次 将造斜点逐渐上移，以满足水平位移的要求。 2 ． 5 采用井下动力钻具提 高稳斜段的钻井速度 根据破岩效率原理 ， 2 1 5 ． 9 m m井 眼采用牙轮 天然气技术 ／ 53 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第4 卷 梁益，等合川气田快速钻井的难点与对策 第 1 期 钻头配合井下动力钻具钻进 ，钻压控 制在 1 6 0 k N， 转速为 1 5 0 r ／mi n ，单位井底面积能获得的机械能量 为 6 5 ． 5 9 k N c m r m i n 。与转盘钻进相 比 ，其 机械能量提高了2 1 ． 2 2 ％，可有效提高机械钻速。特 别是稳斜井段 ，在钻压不能有效施加于井底的情况 下 ，使用螺杆钻进应该更能满足稳斜井段快速钻井 的需求。 2 ． 6 加强复杂情况和事故的预防 合川气田因其地质特点及井身结构，易发生以 下复杂情况和事故 井漏 、溢流 ；低 固相钻进 时卡 钻 ；定 向钻井时若未控制好井 眼轨迹易发生健槽卡 钻或由于方位飘移异常不能满足靶区要求 ，造成二 次定向。对此 ，首先要优化钻井液体 系，在破裂压 力低 、渗透性较好 、易发生井漏的马鞍 山与凉高山 组等地层，未漏之前即应在钻井液体系中加入5 ％ 左 右的随钻堵漏剂或桥浆，从而在易漏井段井壁形成 一 层屏 障，提高地层承压能力 ，在下部地层钻遇油 气显示 ，提高钻井液密度时 ，不至于压漏地层 。 在使用低固相钻井液体系时， 3 1 1 ． 1 m m钻头 采用5 5 L／S 排量钻进， 2 1 5 ． 9 m m钻头采用 3 5 L／ S 排量钻进，配合每次接单根时拉划井壁，控制起下 钻速度，严禁硬提碍压等措施防止卡钻。对于定向 井，要加强钻具组合和钻井参数的优化配制，确保 中靶率和井眼光滑，强化钻井液性能，保证钻井液 的润滑性和携砂能力。 3 应用效果 1 优化后 的第 2 次开钻井身结构有效地缩短了 钻井周期 ，提高了机械钻速。与第 3 次开钻井身结构 相 比，其钻井周期 由5 5 d 缩短到4 0 d ，节约了2 7 ％的 工期 ；机械钻速 由4 ． 2 7 I T I ／h 提 高至 4 ． 4 0 1 Y l ／h ，提 高 了 3 ％；钻机 月速 由 1 1 8 7 13 3 ／台月提 高至 1 5 2 5 m／台月 ，提高了2 8 ％。 2 优化钻头 选型后 ，机械钻 速得到大 幅度提 高 。用 3 1 1 ． 1 m m钻头钻沙溪庙组地层 ，机械钻速 由 2 7 m／h提 高 至 2 9 m／h ，提 高 了 7 ． 4 1 ％；用 2 1 5 ． 9 mm钻头钻沙溪庙组 一 自流井组地层直井 段 ，机械钻速 由 1 0 ． 5 m／h 提高至 2 5 m／h ，提高了 1 3 8 ． 1 0 ％；在 自流井组地层定 向钻进 ，机械钻速由3 ． 1 13 3 ／ h 提高至5 m／ h ，提高了6 1 ．2 9 ％；须家河组地层 54 ／ N a t u r a l G a s T e c h n o l o g y 机械钻速提高了7 ． 5 6 ％～4 1 ． 1 5 ％。 3 在珍珠冲组地层和须家河组地层通过安装旋 转防喷器， 其机械钻速分别提高了4 0 ％ 和3 0 ％， 减少 了井漏复杂情况 的发生 ，每 口井的漏失次数和漏失 量均减少5 0 ％以上 ，漏失层位也减少了约4 5 ％。 4 通过优选造斜点 ，亦有效地缩短 了稳斜段长 度 ，从而缩短 了钻井周期。 5 利用井下动力钻具有效地提高了稳斜段的机 械钻速。稳斜段采用井下动力钻具螺杆钻进 配合牙 轮钻头 ，在须六段 一 须三段地层 ，其机械钻速分 别提 高 了5 6 ％、4 1 ％、2 0 ％和 6 5 ％，平 均提高约 45 ． 5 ％。 6 通过采取防漏治漏等复杂事故防治措施 ，合 川气 田复杂事故率由2 0 0 8 年的8 ％下降至2 0 0 9 年的 5 ． 0 9 ％，下降了3 6 - 3 8 ％。 4 结论与建议 1 3 1 1 ． 1 I T l mj 2 『 2 1 5 ． 9 m l n ，表 层 套管 下 至 6 0 0 ～8 0 0 I n的第 2 次开钻井身结构能满 足合川地 区 地层压力的要求。 2 在合川地 区沙溪庙组 一 须家河组地层应用 欠 平衡钻 井技术 ，能有 效地解 决高低 压 同存 井段 喷、漏同存钻进困难的问题，大幅度降低了破裂地 层的漏速和漏失量 ，并能减小同压 ，提高机械钻 速 。建议在高低压 同存 的浅井 ，地层压力梯度不超 过 0 ． 2 5 MP a 的条件下 ，推广应用安装旋转防喷器来 解决井漏和溢流同存 的钻井难题。 3 实施将 井斜角控制在 5 0 。 以内的造斜点下移 技术方案 ，能有效缩短稳斜段长度 ，从而缩短钻井 周期 。建议在定 向井 中，在最大井斜角不超过 5 0 。 的 条件下 ，尽量下移造斜点 ，缩短稳斜段长度。 4 在合川地 区沙溪庙组 一 珍珠 冲组地层可选 用 5 刀翼 1 9 mm齿 的P D C钻头 ，须家河组地层可选 用 5 刀翼 1 3 mm齿的 P D C钻头配合低速螺杆来提高 机械钻速 ，并且 可在其他构造的相 同地层推广试用 这两种类 型的P D C钻头 。 本文参考了2 0 0 8 ～ 2 0 0 9 年合 J I 1 0 0 1 3 2一X 3 、合 J l 1 0 0 1 3 OX1 、合 1 1 0 0 1 3 2 一X1 等 2 4口实钻井史资料 编辑 卢栎羽 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m