冀中兴9区块小井眼钻井技术.pdf

第 3 4卷 第 5期 2 0 1 2年 9月 石 油 钻 采 工 艺 o I L DRI LLI NG Pt LO DUCTI o N TECHN oLo GY Vo 1 ． 3 4 No． 5 S e p t ．2 01 2 文章编号 1 0 0 0 7 3 9 3 2 0 1 2 0 5 0 0 2 20 3 冀 中 兴 9 区块小 井眼钻 井技 术 令 文 学‘靳 恒 涛 王 立治 张 志强 李 祖 强 段 正中 1 ． 中国石化石油工程技术研究院， 北京 1 0 0 1 0 1 ；2 ． 中国石油渤海钻探工程有限公司第二钻井公司， 河北廊坊0 6 5 7 0 0 3 ． 中国石油华北油田分公司苏里格项 目 部， 内蒙古乌审旗0 1 7 3 0 0 引用格式令文学， 靳恒涛， 王立治， 等 ． 冀中兴 9区块小井眼钻井技术 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 1 2 ， 3 4 5 2 2 ． 2 4 ． 摘要冀中兴 9区块属于砾岩体地层， 砾岩密度大， 携带困难；砾岩体孔、 洞、 缝连通性好 ， 易漏失， 个别断块存在高压水 层， 给钻井施工带来了很大的难度。对该区块的地质特征进行了认真分析研究， 结合小井眼钻井特点， 制定出涌漏预防、 卡钻预 防、 钻具管理、 提速措施和技术套管防护等技术对策， 有效保障了该区块小井眼钻井安全， 加快了勘探开发进度。 关键词小井眼；钻井；难点；对策 ；兴 9区块 中图分类号 T E 2 4 6 文献标识码 B S l i m- ho l e dr i l l i n g t e c h no l o g y i n Xi ng 9 bl o c k o f He b e i c e n t r a l a r e a L I N G We n x u e ， J I N H e n g t a 0 ， WA NG L i z h i ， Z H A N G Z h i q i a n g ， L I Z u q i a n g ， D U A N Z h e n g z h o n g 1 ． S i n o p e c R e s e a r c h I n s t i t u t e o f P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g , B e ij n g 1 0 0 1 0 1 ， Ch i n a ； 2 ． No ． 2 Dr i l l i n gC o m p a n yo fC N PCBo h a i Dr i l l i n gC o p o r a t i o n ， L a n g f a n g0 6 5 7 0 0 ， C h i n a ； 3 ． S u l i g e P e c t De p a r t me n t o fC N PCHu a b e i Oi lfie l d , W u s h e n q i 0 1 7 3 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t Xi n g - 9 Bl o c k i n c e n t r a l a r e a o f He b e i h a s c o n g l o me r a t e f o r ma t i o n wi t h h i g h d e n s i t y , d i ffi c u l t t o c a r r y c u t t i n g s ， g o o d c o n - n e c t i o n o f h o l e s ， c a v i t i e s a n d fi s s u r e s i n t h e f o r ma t i o n ， e a s y t o l o s s o f c i r c u l a t i o n ， h i g h p r e s s u r e wa t e r e x i s t e d i n s o me f a u l t b l o c k s ， wh i c h c r e a t e d m a n y d i ffi c u l t i e s i n d r i l l i n g o p e r a t i o n ． Afte r t h e a n a l y s i s a n d r e s e a r c h o n the g e o l o g i c f e a t u r e s o f t h e b l o c k i n d e t a i l ， c o mb i n e d wi t h t h e d r i l l i n g c h a r a c t e r i s t i c s o f s l i m h o l e ， t h e p r e c a u t i o n a r y me a s u r e s h a v e b e e n m a d e s t r i c t l y t o p r e v e n t k i c k s ， l o s t c i r c u l a t i o n ， p i p e s t u c k ， i n c l u d i n g a l s o t h e me a s u r e s o f t o o l s ma n a g e me n t ， i n c r e a s e o f p e n e t r a t i o n r a t e ， p r o t e c t i o n o f t e c h n i c a l c a s i n g e t c ， wh i c h l a i d a s o l i d f o u n d a t i o n f o r d r i l l i n g s l i m h o l e s a f e l y i n t h i s a r e a ， p r o mo t e d e x p l o r a t i o n a n d d e v e l o p me n t ， a l s o c a n b e t a k e n a s a r e f e r e n c e for d ril l i n g s l i m h o l e i n o t h e r are a s ． Ke y wo r d s s l i m h o l e ； d ril l i n g ； d i ffi c u l t i e s ； c o u n t e rm e a s u r e s ； Xi n g 9 Bl o c k 小井眼钻井具有可降低钻井成本、 减小勘探风 险、 有利 于环 保等优点 ， 开发 油气 的优越性极 为明 显 ， 因此成为继水平井之后的又一研究热点 之 。但 是小井眼环空间隙小 、 立管压力高、 钻井施工机械钻 速慢 、 复杂与事故处理空间小 、 溢流不易及时发现等 特点使其在相对复杂地层施工难度较大。 冀 中兴 9区块构造位置处于冀 中坳陷廊固凹陷 固安一旧州构造带大兴断层下降盘。该区块完钻井 深一般在 4 1 0 0 - - 4 6 0 0 1T I ， 完井方法 为 01 7 7 ． 8 mm技 术套管坐人砾岩体 2 0 m， 最后开次裸眼完井。小井 眼钻遇地层为新生界下第三系渐新统沙河街组沙 三 下， 主要岩性为杂色砾岩， 该砾岩体成岩作用形成的 溶孔 、 洞 、 缝和构造作用形成的裂缝将岩石中的孑 L 隙 连通起来， 形成兴 9 井砾岩体凝析气藏。因此， 兴 9 断块小井 眼钻井施工涌 、 漏、 卡等井下复杂与事故几 率较大 ， 在实钻 中也出现了一些复杂情况 。 1 钻井技术难点 冀 中兴 9区块小井 眼作业 主要在深井 、 中深井 最后开次阶段 ， 井眼尺寸为 01 4 9 ． 2 mm， 岩性 以砾岩 作者简介 令文学， 1 9 8 1 年生。2 0 0 4 年毕业于石油大学 华东 石油工程专业， 中国石油大学 北京 油气井工程专业在读工程硕士研究生， 主要从事石油科技 期-7 1J 的编辑工作和石 油工程相 关的科研工作 ， 工程师。电话 0 1 0 - 8 4 9 8 8 3 5 7 。E ma i l l i n g w x 1 2 6 ． c o m。 令文学等冀 中兴 9区块 小井眼钻井技术 2 3 为主。由于井 眼较深 、 地层复杂 ， 施工 中小井眼钻井 特点显得非常突出， 特别是小井眼环空间隙小、 钻具 强度低 ， 为钻井施工带来一系列难题 。 1 环空间隙小使得循环环空压耗较大 ， 正常排 量 1 3 ． 5 L ／ s 环 空循 环 压耗 系数 一般 为 0 ． 1 0 - 0 ． 1 5 O1 4 9 ． 2 mm井 眼使用 0 8 8 ． 9 IT I ／ I 1 钻杆 ， 对于低压层 极易发生漏失 ；起钻抽汲压力相对较大 ， 易引起溢 流或井涌。另外 ， 小井眼容积 比较小 ， 循环排量小 ， 而使用钻井液罐较大 ， 发生溢流不易及时发觉 。 2 兴 9区块小井眼井段岩性 以砾岩为主 ， 对钻 具损伤较大， 同时所使用钻具尺寸小 ， 施工井段较 深 ， 循环沿程流 阻和环空压耗较大 ， 为保证环空 正 常返速 或井 下安全 ， 钻井泵压很高 ， 容易造成钻具 事故。 3 小井眼下部钻具尺寸小 、 刚性差 、 重量轻 ， 施 加钻压范围受到限制 ；井眼 比较深 ， 钻井泵压高 ， 但 钻头压降小 ， 水力对井底 的作用不大 ；下部地层 比 较坚硬， 小尺寸钻头选型空间小， 使得小井眼钻井速 度相对较慢 ， 另外钻具尺寸小 ， 牙轮使用判断 比较 困 难 ， 特别是定 向井施工 ， 极易发生掉牙轮事故 。 4 冀 中地 区小井眼作业都是在最后开次井段实 施， 技术套管下入较深， 钻具与技术套管间隙小， 长 时问小井眼作业对技术套管存在一定 的磨损 ， 特别 是在定 向井 中作业 ， 很容易出现技术套管破损事故。 2 钻井技术对策 2 ． 1 预防涌漏措施 1 按设计储备足够 的加重材料和重浆 ， 同时储 备一定数量的配浆材料、 堵漏剂， 并保证水源充足。 2 下钻根据井深分段循环钻井液 ， 控制好下钻 速度 ， 小井眼环空间隙小 ， 避免激动压力压漏地层。 3 开泵循环严格按照排量 由小到大的原则 ， 逐 渐恢复正常钻进排量 ， 防止环空憋堵造成井下漏失。 4 全井坚持钻井 液罐、 出水 口坐 岗观察 ， 起钻 采 用灌注泵灌浆 、 灌注仓计 量 ；同时测 量好每次起 下钻、 接单根及其他停泵作业的后效， 了解气测值变 化， 掌握井下实际情况， 合理调整钻井液密度。 5 由于循环环空压耗大 ， 钻进时适当降低钻井 液密度 ， 如果漏失严重 ， 在保证井下安全 的条件下 ， 可减小钻井排量 ；起钻时根据短起下测后效情况 ， 提高钻井液密度 。 6 钻具串内接钻具浮阀 ， 避免出现钻具内喷。 2 ． 2 预防卡钻措施 1 小井眼环空返速低， 砾岩体密度大， 携砂困 难 ， 停泵后钻 屑下沉 ， 容易造成沉砂卡钻。因此 ， 坚 持早开泵晚停 泵原则 ， 每钻完一单根上下活动划眼 至少一遍 ， 停泵检修设备时钻头高离井底 ， 同时根据 井下情况适当提高钻井液黏切。 2 小井眼环空压耗大 ， 循环时对低压层的压差 较 大 ， 砾岩体渗透连通性好 ， 很容易发生黏卡事故。 所 以， 施工 中尽可能简化钻具结构 ， 加强活动钻具 ， 钻进 中适 当降低钻井液密度 ， 搞好钻井液净化工作 ， 降低含砂， 减小摩阻， 增强钻井液的润滑防卡性能。 3 定期短起下 ， 防止缩径卡钻 ；砾岩体地层 比 较坚硬， 研磨性强， 对钻头磨损严重， 起出钻头认真 分析与测量 ， 避免新钻头插入小井径井 眼， 特别对钻 井取芯井段 ， 认真扩划眼。 4 由于小钻具强度不足 ， 处理复杂与事故空间 小 ， 钻具 中接人抗 高温 、 高强度 、 性能 良好 的随钻震 击器 ， 同时施工时严格按照操作规程操作 ， 避免卡钻 事故 的发生。 2 ． 3 预 防钻具事故措施 1 加强地面检查， 杜绝不合格钻具入井；每次 起钻进行倒换钻具 和错扣检查 包括丝扣磨损 、 台 肩平整 、 本体损伤等 ；定期对人井钻具进行探伤 。 2 严禁定点旋转钻具 。兴 9区块小井眼主要岩 性为砾岩体， 对钻具损伤比较严重， 特别是定点转动 钻具 ， 砾岩体 中较坚硬岩石相当于在切割钻具 ， 很容 易出现钻具事故。 3 钻进中密切观察泵压变化 ， 发现泵压降低 ， 及 时检查地面设施 ， 如果情况不明 ， 立即起钻检查。 2 ． 4 钻头选型与提高钻速 1 根据地层岩性进行钻头合理选型 J 。对于 砾岩体地层选用小齿牙轮钻头 H A5 3 7 G。 2 兴 9区块小井眼岩性主要为砾岩体， 牙轮工 作很不平稳， 对钻头损伤相对比较严重， 因此人井钻 头必须保证质量 ， 下钻到底后认真活动牙轮， 钻进 中 均匀送钻 、 防顿防溜。由于井下钻具尺寸小、 井段较 深， 牙轮判断很困难， 施工中只能保守使用， 钻头使 用时间不超过 5 0 h 。 3 钻进 中尽可能降低钻井液密度 ， 减小岩石的 抗破碎强度和压持效应 。 4 由于钻具尺寸小 、 作业井段深 ， 泵压虽高 ， 但 钻头压 降很小 ， 即便 N t- ， 人井钻头必须安装喷嘴， 尽可能安装大尺寸斜喷嘴， 改变井底流场 ， 将钻屑尽 快冲离井底 ， 减轻岩屑重复破碎 。 5 联系钻头厂家， 针对兴 9 区块砾岩体， 设计个 性化钻头 ， 提高机械钻速。 2 ． 5 技术套管保护措施 1 兴 9区块大部分为定 向井 ， 小井眼施工对技 2 4 石油钻采工艺 2 0 1 2年 9月 第 3 4卷 第 5 期 术套 管损伤会很大 ， 因此分别在增斜井 段、 降斜井 段、 套管鞋上部钻具中接人防磨降阻接头。 2 钻进中尽可能控制钻具转速 ， 起下钻或活动 钻具要求操作平稳， 避免钻具剧烈碰撞技术套管。 3 入井钻具或工具尺寸变化处必须有一定的斜 坡倒角过渡 ， 该位置起钻至套管鞋时减慢提升速度 。 4 施工中活动钻具时以上下提放为主， 尽可能 少转转盘 ， 避免钻头或扶正器在技术套管 内转动 ， 减 轻技术套管损伤。 重， 划眼过程中多次出现钻具被卡现象 ， 通过震击 、 转 动转盘 理论计算该井深钻具被卡后可 以转 4 2圈 ， 一 般转 3 0圈可以消除 解除井下故障。 兴 9区块兴 9 - 4 X、 兴 9 - 6 X、 兴 9 8 X井 小井 眼 施工过程 中未发生钻具事故 ， 与设计周期相 比较 ， 分 别 缩短 了 3 5 ． 1 6 ％、 2 9 ． 2 8 ％、 2 4 ． 5 7 ％；小井 眼钻 进钻 具中均接人防磨降阻接头， 有效地保护了上层技术 套管 ， 但同时也增加了环空钻井液流阻 ， 加大了环空 压耗 。 3 现场应用4 结论 3 ． 1 兴 9 ． 4 X井涌漏情况 兴 9 区块砾岩体地层压力系数一般不超过 1 ． 0 5 ， 但个别断块存在高压水层， 给钻井施工带来了一定 的难度。兴 9 4 x井小井眼采用密度 1 ． 2 5 g ／ c m 钻井 液、 排量 1 3 ． 5 L ／ s 钻进至井深 4 2 6 4 ． 3 0 m， 之前井下 一 直存在渗漏现象 ；准备起钻循环 时发生溢流 ， 钻 井液密度降低比较严重， 之后反复提密度堵漏、 短起 下静止观察 ， 降低排量至 9 L ／ s ， 并将密度提高到 1 ． 7 0 g ／ c m3 其 间， 密度 1 ． 4 8 g ／ c m。 短起 下静止观察后 ， 井 内侵人大量地层水， 判定已钻开高压水层 ， 但起钻 上提钻具时井口仍有钻井液外溢现象。为保证继续 钻进施工， 采取间断回推 关封井器向井内注入 1 ．8 0 g ／ c m。 重浆 ， 注入量稍大于起 出钻具体积与溢 出量之 和 维持井 眼液柱压力平衡 的方法起 出钻具 ， 更换钻 头 ；下钻分多段循环 降低钻井液密度 ， 钻进 时保持 在 1 ． 5 3 ～ 1 ． 5 8 g ／ c m。 ， 但钻进过程 中仍有渗漏 ， 而每接 一 个单根停 泵井 口均有溢流现象 ， 密度也有不 同程 度下降， 由于 3 个阀的井下漏速较大 排量 1 3 ． 5 L ／ s ， 经计算循环压耗系数在 0 ． 1 5以上 ， 故采用 2 个阀 排 量 9 L／ s 钻进 ；之后起钻均采用 间断 回推、 下钻分 多段开泵循环 、 钻进 时降低钻井液密度 、 起钻前提高 密度的方式， 钻进至井深4 3 9 3 m完钻， 既保障了井 控安全 ， 又完成了地质钻探任务 。 3 ． 2 兴 9 ． 4 X井故障处理 兴 9 4 x井钻开高压水层后 ， 由于反复提密度 、 堵漏， 使得上部低压层堵漏剂、 滤饼堆积较厚， 起钻 时上提 1 2 5 0k N 正常上提拉力 1 1 5 0k N， 钻具屈服 强度 1 3 6 2 k N 钻具卡死 ， 经大排量循环 、 随钻震击 器震击解 除井下复杂。原钻机测试后 ， 井下垮塌严 1 根据区块地质特征 ， 结合小井眼特点 ， 制定切 合实际的技术方案 ， 解决了小井眼钻井技术难点。 2 小井 眼环空 间隙小 ， 因而循环环空压耗 大 、 下钻激动压力 大 、 起钻抽汲压 力大 ， 极 易引起井下 漏、 涌， 采用下钻分多段开泵循环、 钻进时降低钻井 液密度、 起钻前提高钻井液密度 的方式可以保 障井 控安全 。 3 小井眼处理复杂与事故空间 比较小 ， 使用 随 钻震击器可以及时处理井下复杂。 4 小井 眼钻具与技术套管间隙小 ， 长时间施 工 对技术套管会造成一定 的磨损 ， 在钻具 串中接人防 磨降阻接头可有效地保护上层技术套管。 参考文献 [ 1 ] 周煜辉， 赵凯民， 沈宗约， 等 ． 小井眼钻井技术 [ J ]． 石 油钻 采工艺 ， 1 9 9 4 ， 1 6 2 1 6 ． 2 4 ． [ 2] 刘硕琼， 谭平， 张汉林， 等 ． 小井眼钻井技术[ M] ． 北京 石 油 工 业 出版 社 。 2 0 0 5 ． [ 3] 徐玉山． 小井眼钻井工艺技术的实践与认识 [ J ]． 石 油钻采工 艺， 1 9 9 9 ， 2 1 2 4 8 5 3 ． [ 4] 刘峰 ， 张红杰， 韩奉欣， 等 ． 超长小井眼水平井钻井技术 在渤中1 9 4油田的应用[ J ] ． 石油钻采工艺， 2 0 1 0 ， 3 2 1 9 9 1 0 1 ． 1 1 5 ． [ 5] 李相军． 单牙轮钻头在胜利油田定向侧钻中的应用[ J ] ． 石油钻探 技术 ， 2 0 0 2 ， 3 0 3 3 8 ． 3 9 ． [ 6] 井控培训教材编写组 ． 钻井井控工艺技术 [ M ] ． 东营 中国石油大学出版社， 2 0 0 8 ． 修改稿收到日期 2 0 1 2 0 7 1 5 [ 编辑朱伟 ]