樊家地区致密砂岩油气藏钻井关键技术.pdf

第 3 6卷 第 3期 2 0 1 4年 5月 石 油 钻 采 工 艺 OI L DRI LLI NG P RODUCTI ON TECHNOLOGY Vo 1 ． 36 No ． 3 Ma v 201 4 文章编号1 0 0 07 3 9 3 2 0 1 4 0 30 0 2 7 0 6 d o i 1 0 ． 1 3 6 3 9 ／ j ． o d p t ． 2 0 1 4 ．0 3 ． 0 0 7 樊家地 区致密砂岩油气藏钻井关键技术 葛 磊 胜利石 油管理局黄河钻井总公 司， 山东东营2 5 7 0 6 4 引用格式 葛磊 ． 樊家地区致密砂岩油气藏钻井关键技术 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 1 4 ， 3 6 3 2 7 3 2 ． 摘要樊家地区致密砂岩油气藏开发是胜利油田的开发重点。针对该地区井身结构复杂、 致密砂岩特点和施工技术难点， 在总结前期樊 1 5 4 ． 平 1 井等 6口井从一开、 定向段、 稳斜段到完井的施工经验的基础上， 优化了井身结构、 钻头选型、 钻具组合、 钻井液技术， 配套形成了樊家地 区致密砂岩非常规井优快钻井技术和安全钻井液技术， 并在樊家地区樊 1 5 4 ． 6 HF井等 4口非常 规井中进行了应用， 机械钻速较前期施工的井提高 1 0 ％ 以上， 钻井周期缩短了 1 0 ％以上， 为后续非常规井的开发提供了经验。 关键词 樊家地区；致密砂岩；优快钻井技术 中图分类号 T E 2 2 文献标识码 A Ke y t e c h n o l o g y o n d r i l l i n g o i l a n d g a s r e s e r v o i r s o f t i g h t s a n d s t o n e i n F a n j i a a r e a G E L e i T h e Hu a n g h e R i v e r Dr i l l i n g C o r p o r t i o n o fS h e n g l i P e t r o l e u m Ad mi n i s t r a t i o n ， Do n g y i n g 2 5 7 0 6 4 ， C h i n a Ab s t r a c t De v e l o p me n t o f t i g h t s a n d s t o n e g a s r e s e r v o i r i n F a n j i a a r e a i n 2 0 1 2 i s t h e d e v e l o p me n t e mp h a s i s o f S h e n g l i o i l fi e l d ． I n v i e w o f t h e c o mp l e x i t y o f t h e we l l b o r e c o n fi g u r a t i o n s ， the c h a r a c t e ri s t i c s o f t i g h t s a n d s t o n e a n d d i ffic 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 s t h i s a r e a ， t h i s p a p e r s u mm a r i z e s th e d r i l l i n g e x p e rie n c e f r o m t h e fi r s t s p u d ， d i r e c t i o n a l s e c t i o n ， b u i l d u p s e c t i o n t o we l l c o mp l e t i o n o f s i x we l l s i n c l u d i n g F a n 1 5 4 一 P i n g - 1 ， e c t ． ； o p t i mi z e s t h e we l l b o r e c o nfi g u r a t i o n s ， b i t s e l e c t i o n ， BHA， a n d d r i l l i n g fl u i d t e c h n o l o g y ； f o r ms t h e f a s t d r i l l i n g t e c hno l o gy a n d s a f e d r i l l i n g f l u i d t e c h n o l o gy f o r F anj i a a r e a s and s t o n e u n c o n v e n t i o n a l we l l ， w h i c h a p p l i e s t o 4 unc o n v e n t i o n a l we l l s e ． g ． F a n 1 5 4 6 H F ， a n d a c h i e v e s g o o d r e s u l t s ． T h e P OP i s i n c r e a s e d b y mo r e t h a n 1 0 ％ c o mp a r e d t o p r e v i o u s l y c o mp l e t e d we l l s ， a n d d r i l l i n g c y c l e i s s h o r t e n e d b y mo r e than 1 0 ％， wh i c h p r o v i d i n g v a l u a b l e e x p e ri e n c e for t h e s u b s e q u e n t d e v e l o p me n t o f un c o n v e n - t i o n a l we l l s ． Ke y wo r d s F anj i a a r e a ； t i g h t s a n d s t o n e ； o p t i ma l a n d f a s t d r i l l i n g t e c h n o l o gy 近年来， 随着常规油气资源接替储量的 E l 益减 少和开发难度的不断增大， 以致密砂岩油气藏为主 的致密砂岩油气藏勘探开发 已经引起人们的高度重 视 。胜利油 田在樊 家地区部署 了近 l 0口致密砂 岩 开发井 ， 樊家地区致密砂岩油气 藏的开发已成 为胜 利油 田重点开发增储 区块。该 区块非常规井开发存 在钻速慢、 完井难度大、 井眼小、 井身结构复杂等特 点。为确保该 区块 同类型井顺利施工 ， 缩短钻 井周 期 ， 降低钻井成本 ， 分析前期完成的 6口樊家地区非 常规水平井 ， 在钻头选 型， 钻具组合 、 钻进方式选择 、 井眼轨迹控制、 钻井液配置等方面进行对比优化 ， 保 证 了后期施工的非常规井顺利施工 ， 钻井周期均 比 设计周期缩短 1 0 ％。通过几 口井的施 工 ， 验证了樊 家地区致密砂岩油气藏钻井关键技术的可行性， 进 一 步完善了该区块钻井技术， 也为同类型非常规井 施工提供 了借鉴经验 。 l 概况 1 ． 1 地质构造 东营凹陷樊家地 区油气聚集区位于下第三系沙 三段。沙三段的储集层属三角洲前缘砂体和三角洲 前缘浊积砂体， 砂体物源来自鲁西隆起区和青城凸 作者简介 葛磊， 1 9 8 1 年生。2 0 0 4 年毕业于 中国石 油大学石油工程专业， 现主要从事钻井工程现场技术研 究工作。 电话 0 5 4 6 ． 8 7 2 7 7 1 9 。E ma i l g l h u a n y i n ； 1 6 3 ．t o m。 2 8 石油钻采工艺 2 0 1 4年 5月 第 3 6卷 第 3期 起 2 个 物源区。沙三段砂体 的油气分布主要受岩性 横向变化 、 断层遮挡以及辉绿岩体刺穿接触遮挡的控 制。该段主要以暗色泥岩为主， 为灰、 深灰色泥岩夹 砂岩、 油页岩及炭质泥岩等。该区块总体上为南高北 低的单斜 ， 地层倾角 5 ～ 8 。 ， 主要发育一系列近东西 向 断层 1 3 o樊家地区地理位置位于大芦湖油 田， 构造位 置位于济阳坳陷东营凹陷博兴凹陷中部樊 1 5 4断块 。 1 ． 2 井身结构 樊家地 区部署 的非常规井均为小井眼长水平段 水平井 ， 垂深为2 6 8 0 ～ 2 7 8 0 m， 位于s 中 二组 ， 井深为 3 8 0 0 ～ 5 0 0 0 m， 均为三开井身结构。 一开采用 04 4 4 ． 5 m i ll 钻头， 下0 3 3 9 ．7 IT I 1T I 套管封住上部疏松易垮塌地 层 ， 一般下深 3 0 0 m 左右 ；二开采用 O 2 4 1 ． 3 mt i 1 钻 头， 下 O 1 7 7 ． 8 m m套管， 下深一般在进入水平段后； 三开采用 O1 5 2 ．4 mi l l 钻头 ， 下 O1 4 4 ．3 mi l l 套管 ， 或裸 眼完钻后下入完井压裂管柱 。 2 技术难点 1 斜 井段定 向施工 时裸 眼段长 ， 定 向施 工周 期较长 ， 馆 陶组及以上地层经长时间浸泡容易掉块 坍塌 。 2 三开井眼 O1 5 2 ． 4 mm t J , ， 在水平段钻进 ， 排 量受到限制 ， 携岩 困难 。 3 水平段长， 常规导向钻具滑动钻井钻压传递 十分 困难 ， 井 眼轨迹控制难度高， 后期滑动钻井控制 轨迹占用时间长， 效率低， 效果差 J。 4 水平段岩性较为致密， 研磨性较高， 机械钻速 较慢， 钻头选型受到限制。 5 钻进过程中受到邻井压裂工况影响 ， 造成钻 井溢流 ， 导致钻井液受到污染 ， 施工难度增加。 6 设计完井管串中下入多个封隔器 ， 对井眼质 量要求较高。井眼轨迹控制难度加大， 而且完井筛 管串的下人难度较大。 7 长水平段钻进周期长 ， 要求钻井液技术在保 障井下有效携 岩 J 、 润滑 的基本前 提下 ， 还需要具 有较低的失水 和良好的护壁性 ， 以保证封隔器有效 坐封， 井径扩大率要求较高， 要求小于 5 ％， 施工难度 较大 3 技术措施 大芦湖地区作为胜利油 田大规模开发的非常规 地 区， 在樊家地 区共部署 同类 型井 1 0口， 在前期 完 成 6口井 的基础上 ， 通过总结分析施工过程 中遇到 的问题 ， 不断地总结经验教训 ， 形成 了适合该 区块的 优快钻井技术 。 3 ． 1 一开井段 一 开均采用O A ．A ．A ．．．5 1T I1T I 钻头， 套管直径3 3 9 ．7 I Il lT I ， 其他数据见表 1 。 表 1 樊家地区一开钻井情况统计 从表 1可见 ， 樊 1 5 4 一 平 3 井机械钻速最高 ， 采用 的是 S KGI 2 4 铣齿牙轮钻头 ， 钻压 1 2 0k N， 转速 1 2 0 r ／ rai n 。地层岩性为灰黄色、 棕黄色黏土 ， 夹粉细砂岩 ； 可钻性较强。钻井液采用清水钻进， 保证排量， 以井 口不跑钻井液为准， 保证一开井径扩大率， 确保表层 套管下人顺利。一开钻井用时相差不大。 3 ． 2 二开直井段 当造斜点超过 2 1 0 0 m时， 使用 P D C钻头效果 较好 ， 仅使用 1 只高效 P D C钻头， 如果采用牙轮钻 头 ， 至少消耗 2只。当造斜点低于 2 1 0 0 m时 ， 钢齿 牙轮钻头与 P D C效果相差不大。建议该 地区二 开 直井 段 当造斜点低于 2 1 0 0 m时 ， 采 用刚齿 牙轮钻 头；造斜点超过 2 1 0 0 m时， 采用高效 4 刀翼 P D C 钻头 。二开直井段为保证机械钻速， 应严格控制造 浆 ， 保证钻井液低密度、 低固相 、 低黏切 、 高滤失量。 该段地层主要 以棕黄、 棕红色夹浅灰 、 棕黄色粉 砂岩 、 棕红色 、 灰绿色泥岩、 灰绿色粉质泥岩 、 灰 白色 砾状砂岩 、 中砾岩、 细砾岩以及砂岩为主。经过二开 直井段各井对比分析 见表 2 ， 优选钻井院 P 4 3 6 2 MC 4 F 钻头 ， 该钻头在非常规直井段表现突出， 1 只钻 头能够钻进到定向点 。钻具组合采用防斜打直钻 具结构 1 8 m单扶 ， 建议钻压 4 0 ～ 6 0 k N， 转速 1 0 0 - 1 2 0 r ／ mi n 。樊 1 5 4 ． 平 4 井二开后泵压 1 5 ～ 1 8 MP a ， 高 泵压提高了钻头水功率和破岩效果 ， 机械钻速 3 8 ． 2 5 葛 磊 樊家地区致密砂岩油气藏钻井关键技术 2 9 Ⅱ l ／ h ， 是樊 1 5 4 一 平 1 井 3 ． 5 倍。 建议优化钻头水眼， 提 高钻井排量 ， 确保泵压大于 1 6 MP a 。 表 2 二开直井段钻头使用情况统计 3 ． 3 二开造斜段 二开造斜段， 当造斜点超过 2 1 0 0 m时， 使用P D C 钻头的效果较好 ， 樊 1 5 4 ． 平 4 、 樊 1 5 4 ． 平 5 、 樊 1 5 4 ． 平 7仅消耗 1 只 5刀翼 P DC钻头就完成定向段 见 表3 。 因此， 建议二开造斜段使用钻井院5 刀翼P D C 钻头 。 表 3 二开造斜段钻头使用情况统计 樊 1 5 4 ． 平 4 井钻井液密度较低 ， 机械钻速较高。 因此， 二开造斜段建议钻井液密度定位于设计密度 中下线 ， 这样有利于提高机械钻速。 樊 1 5 4 一 平 1 、 樊 1 5 4 ． 平 3 、 樊 1 5 4 ． 平 7 等 3口 井定 向段采用的是未加修壁器的钻具机构 ， 其钻井 速度较慢 ， 复杂情况较多；樊 1 5 4 ． 平 2 、 樊 1 5 4 ． 平 4 、 樊 1 5 4 ． 平 5 等井钻具结构中增加了2 个修壁器， 其 钻井效果较好 ， 机械钻速较快 ， 复杂情况较少 。因此 ， 建议在非常规定 向段钻具结构中添加修壁器以保证 井眼状况。确保钻井安全。 具体钻具组合为钻头 动力钻具 转换接头 回压阀 无磁承压钻杆 悬挂短节 转换接头 钻杆 加重钻杆 1 5 根 螺旋扩大器 直条扩大 器 钻杆。 对 比了 6口完钻井造斜段滑动 、 复合钻进所 占 比例。 由表 4可看 出， 复合钻所 占比列较大的井的 二开钻井周期较短 ， 其 中樊 1 5 4 一 平 4井二开定 向段 复合钻占 5 6 ％， 二开钻井周期远低于其他井。因此， 建议进入定向段增加复合钻进时间。 轨迹控制方式一每个单根复合钻进与滑动钻 进相结合 ， 有利于轨迹的圆滑度 ， 但增加了摆放工具 面的次数， 增加了辅助时间 每次 2 0 ～ 3 0 min ， 甚至 3 0 石油钻采工艺 2 0 1 4年 5月 第 3 6卷 第 3期 更长时间 。 表 4 二开造斜段滑动、 复合钻进时间所 占比例统计 轨迹控制方式二整根滑动， 整根复合， 轨迹圆 滑度稍差一些 ， 但有利于提速。 措 施 在 满 足 完 井 压 裂 管 柱顺 利 下 入 的前 提下， 适当降低斜井段轨迹 圆滑度的要求有利于 提速 。 3 ． 4 三开水平段 如表 5 所示， 三开水平段钻井， 樊 1 5 4 ． 平 4 井仅 使用 1只钻井 院 P 5 3 2 6 MJ H钻头 ， 完成水平段 1 1 1 0 m， 机械钻速达到 9 ． 0 1 m／ h 。 表 5 三开水平段钻头使用情况统计 三开水平段较深 ， 为减少起下钻次数 ， 建议采用 P DC钻头。在前期施工 的 6口井 中， 与钻井院钻头 厂合作， 根据地层岩性研制应用了P 5 2 3 5 MJ H钻头， 取得 了较好 的效果。 在钻 具组 合 方 面， 针 对致 密砂 岩 地层 O1 5 2 ． 4 1 I l i ／ 1 井 眼状况 ， 对第 1 扶正器直径 1 5 0 i ／ l n l 、 1 4 8 i n n l 和第 2 扶正器直径 1 4 9 m m、 1 4 8 m ／ ／ 1 、 1 4 6 I／ 1 I／ 1 组合 的 6种情况下 的井斜趋势角进行了模拟计算 ， 结果 表明， 第 1 扶正器直径 1 4 8 mm、 第 2 扶正器直径 1 4 8 i r l l Y l ， 钻压在 8 0 ～ 1 4 0 k N时， 井斜趋势角稳斜效果最 好 表 6 。 表 6 O1 4 8 mm O1 4 8 h i m扶正器组合模拟 井斜角趋势计算结果 。 模拟后得 出结论 第 1 扶正器直径为 1 4 8 mm、 第 2扶正 器直径 为 1 4 8 mi l l ， 钻压 8 0 ～ 1 4 0 k N， 井斜 趋势角稳斜效果最好。 建议在非常规井水平段 ， 采用常规稳斜钻具进 行钻进 ；增加转盘钻时间， 提高机械钻速 ；水平段长 1 2 0 0 m以内采用螺杆导向钻具组合 ；水平段 I 2 0 0 m 以上时， 导向钻具滑动效率极低， 可采取常规钻具组 合， 达到提速目的。 3 ． 5 钻井液技术 针对樊 1 5 4区块地层特点 ， 优选 出强 抑制钻井 液体系 ， 利用其强抑制、 高效润滑的特点来保证正常 钻进， 解决稳定井眼和水平段顺利延伸的难题。配 方中引人有机胺抑制剂 、 有机盐抑制剂 、 水基高效润 滑剂， 配合使用屏蔽暂堵技术， 使体系具有优 良的抑 制性 、 润滑性 、 承压能力 、 防塌能力 。 根据实验研究， 确定了强抑制钻井液体系的配 方5 ％膨润土浆 0 ． 1 5 ％P A M 0 ． 3 ％水解聚丙烯晴 铵 盐 0 ． 5 ％～ 1 ％S D J A一 1 0 ． 3 ％- 4 ． 5 ％L V - C MC 2 ％- 3 ％ S MP 3 ％纳米乳液 1 5 ％有机盐 l 5 ％高效润滑剂 葛 磊 樊家地 区致密砂岩油气藏钻井关键技术 3 l B H l 3 ％超细碳酸钙 I ％ DS P 一 2 1 ％抗盐防塌降 滤失剂 O ． 1 ％乳化剂 。 通过在 樊 1 5 4区块 的试验应用 ， 采用 优选 的强 抑制钻井液体系 ， 水平段性能稳定 ， 施工顺利。润滑 系数≤0 ． 1 ， 页岩回收率≥9 0 ％；在现场试验中应用 效果较好 ， 施工顺利 。 4 现场应用 上述优快钻井技术， 在后期施工的4口井 樊 1 5 4 6 HF 、 樊 1 5 4 8 HF 、 樊 1 5 4 9 HF 、 樊 1 5 4 ． 1 O HF 中 应用取得了较好 的效果 ， 机械钻速 、 钻井周期较前期 施工井都有所增加。 4 ． 1一开 一 开 4口井均采用 0 4 4 4 ． 5 1 T I 1 T I S KG1 2 4三牙轮 钻头钻至 3 0 0 m左右 ， 钻井液采用清水钻井液 ， 钻井 效果见表 7 。 表 7 一开应用效果统计 4 ． 2 二开直井段 二开直井段 ， 4口井均用 1只钻头钻至造斜点 ， 其 中樊 1 5 4 8 H F造 斜点小 于 2 1 0 0 m， 采用 O 2 4 1 - 3 mil l HA T1 2 7钻 头 ， 樊 1 5 4 6 H F、 樊 1 5 4 9 H F、 樊 1 5 4 1 0 H F采用钻井院 P 4 3 6 2 MC 4 F 钻头钻至造斜点 。 钻具组合 采用防斜打直钻具结构 1 8 m单扶 。泵 压均达到了 1 6 MP a以上 ， 其中樊 1 5 4 9 H F泵压达到 了 1 9 MP a 。 钻井液在进入馆陶组之前采用清水钻进 ， 馆陶组后半段进行造浆， 二开直井段完成后形成理 想钻井液体系。具体应用情况见表 8 。 表 8 二开直井段应用效果统计 4 ． 3 二开造斜段 二开造斜段钻头选型采用钻井院的 P DC钻头 ， 二开造斜段均在 7 0 0 m以上 ， 4口井均用 2只钻头完 成 了定 向段 ， 机械钻速较前 6口井均有所提高。具 体情况见表 9 。 表 9 二开造斜段应用情况统计 二开造斜段钻具组合 中均 在上部加入修 壁器 ， 对上部井 眼起到 了破除键槽修整井壁的作用 ， 为二 开顺利完钻奠定了基础 。 在钻进过程 中采用复合钻进与滑动钻进相结合 的方式， 保证复合钻进的时间在 4 5 ％ 以上。具体情 况见表 1 0 。 表 1 0 二开造斜井段不同钻进方式所占时间比例 井号 滑动钻进 时间比例 ／ ％复合钻进时间 比例 ／ ％ 4 ． 4 三开水平段 三开水平段钻头选型采用钻井院的 P DC钻头 ， 4口井水平段均在 1 0 0 0 m以上 ， 其中 3口井用 2只 P DC钻头完成 了水平段进尺 ， 另一 口井也 只用 了 3 只钻头。钻具组合采用高效的螺杆钻具上加扶正器 的钻具组合， 在复合钻进的情况下有效地保证了井 身轨迹的控制。钻头使用情况见表 1 1 。 4 ． 5 完 井 为保证压裂管柱 的顺利下人 ， 采用模拟压裂管 柱的钻具结构进行通井， 并保证通井 2 次以上， 在无 显示的情况下再进行压裂管柱下人作业。 通过 4口井 的施工 ， 均 达到 了提速提效 效果 ， 3 2 石油钻采工艺2 0 1 4年 5月 第 3 6卷 第 3期 具体 实施效果见表 1 2 。可 以看出， 实际钻井周期樊 1 5 4 一 I O H F较设 计周期 缩短 2 7 ． 0 2 ％。4口井平 均机 1 5 4 - 6 HF较设 计缩 短 2 0 ．4 ％、 樊 1 5 4 - 8 H F较设 计周期 械钻速9 ． 3 9 m／ h ， 较之前 6口井平均机械钻速提高2 ． 4 缩短 8 ． 7 2 ％、 樊 1 5 4 - 9 H F较设计周期 缩短 1 7 ． 4 5 ％、 樊 m／ h 。 表 n 三开水平段应用效果统计 5 结论与建议 1 樊家地区致密砂岩油气藏是油田非常规前期 开发的主力油气藏 ， 通过对樊家地 区致密砂岩油气 藏优快钻井技术总结， 为其他区域非常规井的钻井 提供了宝贵的借鉴经验。 2 樊家地 区致密砂岩非常规井水平段较长 ， 施 工难度较大， 施工周期较长。通过总结技术经验 ， 顺 利完成 了后续 同区块井 ， 并将机械钻速逐步提高 ， 钻 井周期逐步缩短。 3 三开水平段采用 5 刀翼 P D C， 有助于提高机 械钻速 ， 缩短建井周期 4 根据定 向点的井深选择合适 的钻头 ， 有助于 减少起下钻次数。 5 水平段尽量采用常规钻具组合进行稳斜段 作业。 6 选用强封堵铝胺高性能钻井液体系， 增加了 封堵能力 ， 提高了井壁稳定性 。 参考文献 [ 1 ] 胡文瑞， 翟光明， 李景明 ． 中国非常规油气的潜力和发 展 [ J ]． 中国工程科学， 2 0 1 0 ， 1 2 5 2 5 2 9 ． [ 2] 陈世春， 丛长江， 秦岭 ， 等 ． 山前高陡构造复杂井东秋 6 井钻井实践 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 1 0 ， 3 2 4 5 - 7 ． [ 3 ] 钱峰 ， 杨立军 ． 吐哈盆地北部山前带深层致密气藏水平 井钻井技术 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 1 3 ， 3 5 1 1 9 - 2 2 ． [ 4] 谢 润成 ， 韩振林 ， 周文 ， 等 ． 深层 致密砂岩气藏 高异常破 裂压力影 响因素分析 [ J ]． 石油钻采工艺 ， 2 0 0 9 ， 3 1 5 6 0 6 4． [ 5 ] 王兴武， 赵 国顺， 孙雪， 等 ． 巴楚探 区深井钻井难点分析 与技术对策 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 1 1 ， 3 3 3 i - 4 ． [ 6 ] 周晓宇， 赵景原， 熊开俊 ． 氨基聚醇钻井液体系在八喀 地 区的现场试验 [ J ]． 石 油钻 采工艺 ， 2 0 1 1 ， 3 3 6 3 3 ． 3 6． 修改稿收到 日期2 0 l 4 0 3 3 1 [ 编辑薛改珍 ]