王集区块优快钻井技术研究与应用.pdf

石油天然气学报2 0 1 2 年 5 月第 3 4 卷第 5 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 Ma y 2 0 1 2 Vo 1 ． 3 4 No ． 5 王集 区块优快钻 井技术研究与应用 苎 ， 高 书 丛 ， 任 书 方 ， 孙 冬 冬 中 石 化 河 南 石 油 勘 探 局 钻 井 工 程 公 司 ， 河 南 南 阳 47 31 32 李 祥 群 ， 1I -- - T加1u -J ， 工- i- -e L -r 俅,t 4 rn-- -j ⋯⋯ ⋯⋯ ⋯ ⋯ ⋯⋯ ⋯～⋯ [ 摘要] 王集区块 地层倾角大、造浆严重、裂缝发育、存在 异常高压，存 在 井身质量控 制 困难 、井下故 障 多、钻井速度慢等钻 井施工难 点。为此 ，专 门开展 了相应 的综合配套 技术研 究，形成 了钻头优选 和钻具 组合钻井参数优化 、井身质 量控 制、钻 井液体 系优 选和 井下故 障预 防技 术等 4项 钻井配 套技 术。2 0 1 0年 该 配套技 术经现场 应用 1 6井次 ，与 2 0 0 9 年相 比，平 均钻 井周 期缩短 3 3 ． 1 5％ ，平均机械 钻速提高 2 8 ． 4 5 ，复杂故障时效降低 3 8 ． 4 6 ，取得 了较好 的应用 效果 和经济效益。 [ 关键词]王集 区块 ；优快钻 井；研 究；应用 [ 中图分类号]T E 2 4 9 [ 文献标识码]A [ 文章编号] 1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 2 0 5 0 2 2 8 0 4 王集 鼻状 构造 位于 泌 阳凹 陷北部 斜坡 带 。该 鼻 状构造 被北 东 向和北西 向两组 正断 层切割 成若 干个 断 鼻断块。由于断层的遮挡作业 ，在该区形成了一系列含油断块构造，该 区块断层发育 ，将这些鼻状构造 带切 割成 许 多断 鼻 、 断块 。地 层 倾 角 1 0 ～1 3 。 ，地 层倾 向 1 3 0 ～ 2 2 0 。 。地 层 造斜 力 强 ，蒙 脱 石 含 量 高 ， 水敏性强，泥岩 、断层、裂缝发育 。由于该区块特殊的地质结构特征 ，使得在钻井施工中存在井身质量 控制难度大 、井下故障多和机械钻速低等问题 。统计数据显示 ，2 0 0 9年该 区块共计施工 1 7口井，平均 井 深 1 7 9 0 m，平均 机械 钻速 为 8 ． 8 2 m／ h ，钻 井周 期为 1 9 ． 3 7 d ，复杂 故障 时效 2 ． 6 。为此 ，专 门开展 了 相 应 的综合 配 套技 术研 究 ，并 形 成 了钻 头优 选 和钻具 组合 钻井参 数 优化 、井 身质量 控制 、钻 井液 体 系优 选 和井 下故 障预 防技术 等 4项 钻井 配 套技 术 。该 技 术 经 现场 应 用 1 6井次 ，在 平 均 井 深增 加 4 ． 4 ，平 均钻井周期缩短 3 3 ． 1 5 ，平均机械钻速提高 2 8 ． 4 5 ，井下故障率降为 1 ． 6 ，取得了较好 的应用效 果 和经济 效益 。 1 优快钻井技术 针对王集区块存在井身质量控制难度大、井下故障多 、机械钻速低等钻井难点 ，综合分析已完井资 料 和对 该 区块 地层 特点 进行研 究 ，形成 了相 应 的配套 钻井 技术 l 1 ] 。采 取分 井段 优 选钻 头 型号 ，同时 进 行 钻 井参 数优 化 ，延长 钻头 使用 寿命 和使 用效 率 ；科学合 理选 取钻 具结 构 ，适 当调整 钻井 参数 ，利用 地 层 的漂移 规律 ，并 配 以井下 动力 钻具 来控 制井 眼轨 迹 ；根据 地层特 点 ，分井 段调 整钻 井液性 能 以满 足 防 垮 、防卡和携 砂 的需要 ；采取科 学合 理选 择钻 井参 数 和正确 使用 钻具 的方法 ，有效地 遏 制了钻 头 、钻具 先期 失 效故 障 的发生 。 1 ． 1 优 选钻 头 类型 、优化 钻具 结构 和钻 进 参数 根 据 王集 区块 的地 质特点 ，并 认真 分析 岩性 特征 发现 ，其 岩性 主要 以泥岩 、砂 岩互 层 为主 ， 中上 部 地层 岩 性较 纯 ，适合 P D C钻头 配合钟 摆 钻具钻 进 ，中下 部地 层胶 结较 好 ，选 用 HJ T4 3 7 、HJ T5 1 7系 列 牙轮 钻头 比较 合适 。然 后 ，再根 据钻 头型 号 ，确 定 相应 的钻具 结构 和钻 进参 数 。在水力 参 数设计 上 ，坚 持充分利用钻头水功率 ，优选喷嘴组合，上部采用最大冲击力方式 ，下部采用最大水马力方式钻井 ，改 善井 底流 场 ，有效 清洁 井底 ，减 少压 持效 应 ，尽量 减少 或避 免岩 屑的重 复切 削 ，从而 提高 钻井 速度 。 [ 收稿 臼期 ]2 0 1 2一O 4 0 2 [ 作 者简介 ]黄中信 1 9 7 2一 ，男 ，1 9 9 6年大庆石油学院毕业 ，工程师 ，现从事钻井技术和管理工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 4卷第 5 期 黄中信等 王集 区块优快钻井技术研究 与应 用 ．2 2 9． 表 2 2 0 1 0年 王 集 区块 牙 轮 钻 头 使 用 情 况 1 ． 2井 身质量 控 制技 术 1 直 井段 控 制 王集 区 块 的 地层 倾 向 一 般 在 1 3 0 ～ 2 2 0 。 左 右 。 根 据 这一 特 点 ，可利 用地 层 自然 造 斜 规 律 来 控 制 井 身 质 量 。施 工 中 ， 每 钻 进 1 0 0～ 1 5 0 m 便 测 斜 一 次 ， 尤其 是 钻井 工 程设 计提 示 的断 层井 段 ，更 应加 强 测斜 监控 ，钻遇 断层 段 ，及 时变 压 变速 ，打 完单 根 多划 眼 。如果 发 现 井 斜 增 加 趋 势 变 大 ， 则 应 及 时调 整 转速 和钻 压参 数控 斜 钻 进 。通 过这 些 措施 的实施 ，既 保 证 井 身 质 量 ，又 获 得 较 高 的 机 械 钻 速 。 表 3 E王 3 2井井身质量数据 2 定 向段 控 制 定 向井 段施 工前 ，要 从 工艺 和 工程 两 方 面 出发 ，认 真 设 计 井 眼剖 面 。在 施 工 过程 中 ，要 根据 实 钻结 果 ，及 时分 析 研 究 ，提前 预 测 轨 迹 ，提 前 进行 轨 迹 调 整 。要 以复 合 与 滑 动钻 进 相 结 合 ，严 格控 制 井 眼 曲率 过 大过 急 ，保持 其 平滑 性 ，以满 足 工程 要求 ，减 小 出现井 下复 杂 的几率 ，确 保后 续施 工 的顺 利 和全 井 的安 全施 工 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 * 油气田开发工程 2 0 1 2年 5月 1 ． 3钻 井液体 系优 选 王 集 区块上部 地 层岩石 中粘 土含 量 高 ，遇 水易 分散 和膨胀 ，使 得正 钻井 眼钻 屑易 分散造 浆 ，造成 钻 井液恶化而处理困难 ；使得已钻井眼发生缩径 ，造成起 、下钻阻卡严重 ，往往因操作不慎而造成卡钻。 而在中下部斜井段中，粘土矿物易吸水膨胀剥落垮塌形成大肚子给后续施工带来 困难 。因此，针对不同 的井 段应采 取 不 同的钻井 液维 护措 施 ，以满 足安 全 、快 速 钻井 的要求 。上 部井 段 ，应 加 足大分 子 ，提高 钻 井 液 的抑 制性 ，减少钻 屑 的分 散 ，保 持钻 井液 良好 的低 密 、低 粘 切性能 ，有 利 于提 高钻 井速 度 ；下部 井段 ，应 加足 润滑 剂和 防塌剂 ，提高钻 井液 的润 滑性 能和 防塌 能力 ，降低 井 眼摩 阻和稳 固井 眼 。进 入油 层井 段后 ，根 据设 计要 求进 行油 气层保 护 。 钻井 液基 本 配方为 4 ％～ 5 膨 润土 十0 ． 2 ％纯 碱 0 ． 3 ～O ． 5 包 被 剂 1 ～3 ％磺 化 降失 水 剂 1 ～2 润滑 剂 0 ． 5 ～1 防塌 剂 。 钻井液的 日常维护处理措施 ①增加大分子用量配制成胶液 ，缓慢加入 ，并保持其在钻井液中的浓 度 为 0 ． 2 ～0 ． 3 之 间 ，满 足钻 屑包 被絮凝 能 力 ；② 维护 和使 用 好 四级 固控 设 备 ，及 时 清罐 ，避免 钻 井 液 中有 害 固相 的重 复循 环 ；③ 中下部 井段 ，要及 时在 钻井 液 中补充 降失 水剂 ，控制 好 滤失量 ；④ 工程 方面 ，坚 持小 起下钻 作 业 ，及 时挂 拉井 壁 ，破坏 虚泥 饼 。 1 ． 4井 下故 障预 防技术 、 1 预 防卡钻直井 段 ，接单 根前 坚持 划 眼 2 ～3次 ，且提 到位并 限速慢划 ，以修整 井壁 ，坚 持早 开 泵 晚停泵 ，接 单根 速度 要尽 量控 制在 3 rai n以内 ，活动 好钻 具 ，防止粘 卡 ，并 加强 短 程起 下 钻 ，每钻 进 2 0 0 3 0 0 m 或 2 4 h要进 行一 次短 程起 下 钻 ，起 下钻 前 要 充 分 循环 好 钻 井 液 ，短 程 起 下 钻执 行 起 钻 作 业 技 术要 求 ，控 制 好上 提吨位 ，防止 因上提 拉力 过大 卡死 钻具 ，防止 井 眼缩径 卡钻 ；做好 钻 井液 的维 护处 理 工作 ，满 足携砂 及井 眼净 化要 求 ，钻进 中要 密切 关注井 下扭 矩变 化及 井 口岩屑 返 出情况 ，钻井 液 密度 控 制在 设计 范 围 内 ，粘度 4 O ～4 5 s ，加 足 大 分 子 包 被 剂 、 防塌 剂 ，利 用 好 各 级 固控 设 备 ，加 强 井 眼净 化 。斜井段 ，进行井眼剖面优化 ，坚持滑动钻进与复合钻进相结合 ，使井眼轨迹保持平滑，避免出现大 曲率井 段 ，确保 后续 施工 的顺 利 。 同时 ，进 入斜井 段后 ，要 加 足润滑 剂 ，提高 钻井液 的润 滑性 能 ，降低 井 下摩 阻 ，减小 井 下复杂 情况 的发 生几 率 。 2 预 防钻 头故 障正确 使用 、判 断好 钻头 ，防止发 生 钻头 故 障 ；每 趟 钻下 钻 前 ，井 底必 须 保 持 清 洁无 落物 ；下钻 时控制下 放 速度 ，下 完钻铤 后挂 辅助 刹 车 ，钻 杆 接 头过 转 盘 通孔 时 必 须采 取 点 刹措 施 ， 防止 突然 遇 阻对钻 头 产 生 冲击 损 伤 ；下 钻 需 要 划 眼 时 ，执 行 好 划 眼 技 术 规 程 ，钻 压 控 制 在 2 0 ～ 3 0 k N 内 ，并 防止转 盘倒 车 ；严格 执行 活 动牙轮措 施 一 定严 格 按照 公 司规 定 活 动牙 轮 ，即每 趟 钻 到底 后 要 从 6 0 k N开始以每增加 2 0 k N，低转速 6 5 r ／ mi n跑活牙轮 1 h ，直至加至正常钻进 的钻压为止；钻进时遇 较 严重 的蹩 跳钻 时要 及时 改变钻 压 、转速 参数 ，以消 除严重 蹩跳钻 现象 ，防止掉 牙轮 ，当钻过严 重 蹩跳 钻 井段 后 ，要 及时恢 复原 钻井 参数 ，以最大 限度提 高钻 井速度 ；严 禁 溜钻 、顿钻 和带 压启 动转 盘等 。 3 防溢流 部分井区地层压力异常 ，易发生油气侵 、溢流等复杂情况。施工前 ，认真查阅邻井资 料 ，提 前做 好溢 流 复杂情 况提 示 ；按照设 计 要求储 备 足够 的加重 材料 ；加 强井控 装备 日常检查 ，确 保灵 活好用 ；进 入油 层后 每次 起钻 前 做 好 短程 起 下 钻 和 测 后效 作 业 ；加 强 坐 岗 ，做 到 复 杂 情况 早 发 现 、早 处 理 2 应用效果 王集 区块 优快 钻井 配套 技术 共计 应用 了 1 6口井 ，总进 尺 2 9 8 8 8 m，与未 应用 该套技 术 前相 比，平均 钻井 周期 由 1 9 ． 3 7 d缩 短 到 1 2 ． 9 5 d ，缩 短 了 3 3 ． 1 5 ；平 均 机 械 钻 速 由 8 ． 8 2 m／ h时 提 高 到 1 1 ． 3 3 m／ h ， 提高了 2 8 ． 4 5 ，复杂故障时效由 2 ． 6 降为 1 ． 6 ％，降低了 3 8 ． 4 6 。该套技术的成功应用 ，不但解决 了王集区块钻井速度慢、井身质量控制难 、钻井故障率高和钻井成本高的难题 ，而且使王集区块钻井更 科学 、更 优 化 ，值 得 推广应 用 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 4卷第 5期 黄中信等 王集 区块优 快钻井技术研究与应用 ．2 3 1 3 结论 与认识 1 王集 区块上 部松 软 地 层 采 用 P D C钻 头 、下 部 中硬 地 层 采 用 HJ T4 3 7 、 HJ T 5 1 7系列 牙 轮 钻 头 ， 分井 段科 学 合理 选用 相 应 的钻进 参数 ，能够 有效 提高 该 区块 的钻井 速度 。 2 利用 地层 造斜 规 律 ，优选 钻 具结 构 ，合理 处 理 断层 和 地层 软 硬 交 接 面 ，满 足井 身 质量 要 求 ，确 保井眼轨迹平滑 ，给后续施工提供 了良好的条件 ，并有效地预防了井下故障的发生。 3 分井 段优 选钻 井 液体 系 ，利 用 固控设 备 及 时 清 除钻 井 液 中 的有 害 固相 ，并 加 入 足量 的润 滑 剂 、 防塌 剂 ，保 持 良好 的钻 井 液性 能 ，能够 满 足钻 井工 程 的需要 。 4 采取一系列切实有效技术措施 ，能够有效降低王集区块卡钻 、钻头故障、溢 流等井下复杂故障 时 效 。 [ 参考文献] [ 1 ]刘希圣 ．钻井工艺原理 [ M]．北京 石油 工业 出版社 ，1 9 8 8 ． [- 2 3 高德利 ，刘希圣 ，徐秉业 ．井眼轨迹控制 E M]．北京 石油大学 出版社 ，1 9 9 4 ． [ 3 ]黄汉仁 ，杨坤鹏 ，罗平亚 ．泥浆工艺原理 [ M]．北京 石油工业 出版社 ，1 9 9 2 ． E 4 ]蒋 希文 ．钻井事故与复杂问题 E M]．北京 石油工业 出版社 ，2 0 0 2 ． ‘ [ 编辑] 萧雨 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m