防斜打快技术在胜利油田深井钻井中的应用-.pdf

201 0正 第4 卷 第 2 期 天 然 气 技 术 Na t u r a l Ga s Te c h n o l o g y Vo 1 ． 4． N o． 2 Apr ． 2 01 0 文章编号 1 6 7 3 9 0 3 5 2 0 1 0 0 2 0 0 3 7 0 4 防斜打快技术在胜利油田深井钻井中的应用 单素华余广兴李爱庆 中国石化胜利石油管理局渤海钻井总公司，山东东营2 5 7 2 0 0 摘要 针 对胜 利油田渤南、车西 、大北等 区块断层复杂 ，地层倾角大 ，特别容 易井斜的特点 ，利用带偏轴 接 头的小钟摆 防斜钻具组合和 柔性 钟摆 钻具组合 ，分别采用轻压 吊打纠斜 、加 压钻进 防斜 两种模式 防斜 ，并用机 械式无线随钻测斜仪随钻监测井斜 ，根据井斜变化随时调整钻井参数 ，形成一套适合该区块的防斜打快配套技 术 ，现场 实施应 用后 ，钻 井速度 大幅度提 高，效 果很好 关键词 中深井防斜打快偏轴钻具柔性钻具 中图分类号 T E 2 8 1 文献标识码 A 0 引言 胜利 油区中深井所钻遇 的新近系 、古 近系地层 为不等厚砂岩 、泥质砂岩 、砂质泥 、泥岩互层夹砾 岩 、粉砂岩 。地层软硬交替 ，地层倾 角大 ，特别易 发生井斜 。经过近几年 的努力 ，防斜 打直技术取得 较大进步 ，但 由于各种 因素 限制 ，业 界尚未能对其 进行深入的研究 与应用 ，特别是控 制井斜与提高机 械钻速的矛盾没有得到根本解决。为此 ，有必要加 强油气 田中深井防斜打直技术的应用 与研究 。 1 胜利油 田中深 井地质特点 与钻 井施工难点 1 ． 1 地质特点 胜利油 田中深井多分布在车 2 7 2 、2 7 3 、大北等 区块 ，深井 多分布在渤南区块 ，自上而下钻遇的层 位有第四系 、新近系与古近系 、石炭二叠系等。 第四系的平原组为最表 面未压实的表土层 ，易 坍塌 ，渗透率 高 ，厚度约 2 5 0 i n 。明化镇组厚度 约 6 0 0 I n ，为砂质泥岩夹粉砂岩 ，松散易水化分散 ，易 坍塌 ，渗透率高 。馆 陶组厚度约5 0 0 I n ，上部为松软 的泥岩和砂泥岩互层 ，地层成岩性差 ，含有大段 流 砂层 ，极易发生跨塌 、堵水 眼等复杂情况 ；下部砂 岩为 主夹泥 岩 ，底 部 为砾岩 。东 营组 岩性变 化较 大 ，地层倾角大 ，易井斜 ，并且其 中的砾石层对 P D C 聚 晶金刚石复合片钻头 钻头破坏较大 。沙一 段地层为灰 色泥岩 、深灰色泥岩 、油泥岩 ，水敏性 强 ，易水化分散 ，造成井眼不稳定 ，发生井壁坍塌 掉块。沙二段地层含有大段 塑性 的红泥岩及沙泥岩 互层 ，地层造浆 ，易水化膨胀 ，造成井眼缩径 ，起 下钻 困难 ，甚至造成划眼。沙三段 以灰质 泥岩 、油 页岩 以及沙泥岩互层 为主 ，岩性水化膨 胀能力差 ， 但 分散 性强 ，易 造成井 壁剥蚀 掉块 ，引起 井壁 失 稳 ，造 成井 下复杂 情况 发生 。沙 四段为 深灰 色泥 岩 、砂质泥岩及砾石，砾石层渗透性好 ，易发生渗 漏 ，如加重方式不适 ，可造成井漏 ，严重 时只进不 出 。 石 炭二 叠 系还 夹煤层 和 油 页岩 ，地层 软硬交 替 ，地层倾角大 ，特别易发生井斜 。 l - 2 钻井施工难点 1 明化镇组地层松软易坍塌卡钻。 2 馆陶组及以下地层 由于岩性变化大 、地层倾 角大 ，易井斜 ；控制好馆陶组和沙二段 的井斜 ，是 保证良好 的井身质量的关键。 3 东营组 、沙河街组 的泥岩段易坍塌 ，井径变 化大 ，易导致井下复杂情况出现 ，影响 固井质量和 钻速 ；从保证井 眼的稳定考虑 ，控制好沙二段 的掉 块 ，是保证井壁稳定的根本 。 4 下部地层岩性可钻性差 ，研磨性强 ，机械钻 速低 ，易磨损 牙轮和钻具 ；地层 压力系数变化大 ， 收稿 日期 2 0 1 I 】 0 1 】 9 修 订 日期 2 0 1 00 3 2 0 作者 简介 、 采 f { t 6 5 ～} ， I． 1 ． J l 管川 1 i I m I m m 7 7 7 7 ． 天然气技术 ／ 39 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4 卷 单素华，等防斜打快技术在胜利油田深井钻井中的应用 第2 期 易井喷和井漏 ，油气层保护难度大。 5 该地区水质差 ，含杂质离子多 ，有时水的密 度 达到 1 ． 0 4 g ／c m 以上 ，矿化度 比海水要 高许多 。 由于组织淡水 比较 困难 。因此 ，优选钻井液材料是 提高抗盐能力 的关键 。首先选用抗盐抗 高温 降滤失 剂 S J 一 1 及 磺化 酚醛树脂 S MP降 中压及 高温高 压失 水 ，无荧光防塌剂 P A 一 1 、沥青类 防塌剂 、聚合醇 防塌剂 等材料复配 防塌 ，同时加足 聚合 物 含量达 0 ． 5 ％以上 ，增强钻井液的抑制性和稳定性。 2 防斜打直技术 的推广应用 中深井设计井深一般为 2 5 0 0～3 2 0 0 m，地层倾 角为 8 。 ～1 2 。 ；深井设 计井深 一般 为 5 0 0 0 m左 右 ， 地层倾 角为 1 5 。 ～3 0 。 ；井斜难以控制 ，钻速慢 ，钻 井周期长 ，井 眼轨迹质量差 。为了加快钻井速 度 ， 控制井 身质量 ，根据地层 特点 ，利用带偏轴接头的 小钟摆 防斜钻具组合 ，并 用机械式无线随钻测斜仪 随钻监测井斜 ，根据井斜变化 随时调整钻井参 数 ， 确保井身质量合格 ，以达到提高钻井速度 的目的。 2 ． 1 偏轴钻具组合 1 防斜技术原理。偏轴 防斜钻具是在两根钻铤 之间放置 1 根偏轴接头 ，造成井底钻具几何 中心和重 心不重合 。偏轴钻具 组合能起到 防斜降斜 的效果 ， 其主要原理是 在常规钻具 中 ，钻柱容易形成稳定 的 自转 ，钻头总是切 削井底 的高边 ，造成井斜角不 断增大 。采用偏轴钻具 时 ，偏心接头以下部分 的钻 柱轴线相对接头上部存在一定 的偏心距 ，扭矩 自上 而下传递 ，钻柱受压后产生较常规钻具大得多的弯 曲 ，可 以获得较大的离心力 ，促使钻柱在井眼内做 稳定 的 弓形 回旋运 动 ，以致 钻头 均匀切 削井 壁 四 周 ，从而起到防斜 降斜 的效果 ；另外 ，周期性 的旋 转不平衡使下部钻柱产生强迫弹性横向振 动 ，再加 上增大钻压和提高转速 ，因此可 以提高钻头切削井 壁 的能力 ，起到防斜打快 的作用。 2 偏轴钻具 。先后在车西 、大北 、渤南等地 区 采用以下几种钻具组合 ① f Z j 2 1 5 ． 9 mm牙轮钻 头 1 7 7 ． 8 mm钻铤 1 根 1 7 7 ． 8 m m偏轴 2 j 1 7 7 ． 8 mm钻 铤 2 根 2 1 4 m m扶正器 2 j 1 7 7 ． 8 m m钻铤 9 根 ； ② 2 j 2 1 5 ． 9 mm P D C钻 头 1 7 7 ． 8 mm钻铤 1 4O ／ N a t u r a l G a s T e c h n o l o 根 1 7 7 ． 8 m m偏轴 1 7 7 ． 8 mm钻铤 2 根 2 1 4 mm扶正器 1 7 7 ． 8 m m钻铤 6 根 ； ③ 2 4 1 ． 3 m m牙轮钻头 2 0 3 ． 2 mm减震器 2 0 3 ． 2 mm钻 铤 1 根 2 0 3 ． 2 mm偏 轴 2 j 2 0 3 ． 2 m m钻铤 5 根 ； ④ 2 j 3 1 1 ． 1 m m牙轮钻头 2 j 2 0 3 ．2 m m 减震器 2 j 2 0 3 ． 2 mm偏轴 2 0 3 ． 2 m m钻铤 3 根 3 1 0 m m 扶正器 2 0 3 ． 2 m m钻铤 6 根 1 7 7 ． 8 m m钻铤 9 根 ； ⑤ 3 1 1 ． 1 mm牙轮钻头 2 0 3 ． 2 m m偏轴 2 2 8 ． 6 m m钻铤 3 根 3 0 9 m m扶正器 2 0 3 ． 2 m m 钻铤 6 根。 以上钻具组合 中根据扶正器位置有大钟摆 、钟 摆 、光钻铤 3 种结构 ，根据偏 轴接 头的位置有近钻 头 、6 m、9 m、1 5 m 4种 ，从偏轴接头的尺寸 、安放 位置 、扶正器的位置 、井眼尺寸等基本包括了各种 情况 ，所钻地层 的倾 角有 6 。 ～8 。 、1 5 。 、3 8 。 ～4 3 。 、 5 3 。 等 ，也基本包含 了小倾角地层 、大倾角地层多种 条件 ，具有一定的代表性 。 通过试验可以得出 钟摆 一 偏轴组合在地层倾 角 比较小的地 区具有较好的防斜性能 ，并能释放钻 压 ，提高钻速 ，与邻井对 比钻速 提高 5 7 ％以上 ；偏 轴组合在地层倾角 比较大的地层 二叠系 不能有效 地防斜。 2 ． 2 柔性钟摆钻具组合 柔性钟摆钻具组合应用于现场试 验的钻具结构 为 2 1 5 ． 9 0 m l T l 钻 头 2 j 1 6 8 ． 0 0 m m直 螺 杆 2 j 1 5 8 ． 0 0 mm接头 1 6 2 ． 0 0 m m接头 2 j 1 7 3 ． 0 0 m m接 头 5 2 0 x 4 1 l 1 7 3 ． 0 0 mn l 接头 4 1 1 4 1 0 1 6 4 ． 0 0 mm 接头 4 1 1 4 1 0 z j 2 1 3 ． 0 0 m m扶 正器 1 7 2 ． 0 0 m m钻 铤 2 j 1 2 7 ． 0 0 mm钻杆 。 柔性钟摆钻具组合分别采用轻压吊打 纠斜 、加 压钻 进防斜两种模式 ，效果都非常好 。加压钻进与 吊打纠斜相比钻压提高 3 0 0 ％以上 ，钻速提高 3 倍多。 试验表明 柔性钟摆钻具组合具有很强 的吊打 纠斜能力 ，但加大钻压则不能有效防斜。 2 ． 3 机械式无线随钻测斜技术 1 技术特点 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 2 0 期 天然气技术 钻井工程 机械式无线 随钻测斜技术利用精密机械来测量 井斜 ，利用钻井液脉冲技术传输信息 。该技术的显 著特点是其井下仪器为纯机械构成 ，井斜测量、脉 冲信 号的发生等全部 由机械完成 。该技术 具有操作 使用方便 、适应性强 抗高温 、耐高压 、测量结果 稳定 等优点 ，适用于直井 随钻测量井斜 ，可以解决 深井 、超深井 、高温高压井等复杂井测斜的难题 。 偏轴钻具在井下工作时 ，其防斜作用 和效果与 地层特性 、钻井参数等 多种 因素有关 ，有 时候可能 达不 到预期 的效果。因此 ，在钻井过程中 ，采用机 械式无线随钻测 斜技术 随钻实时监测井斜 ，可 以根 据监测 的结果判断偏轴钻具 的防斜效果 和确定需要 采用 的钻井参数 ，并根据井斜变化及时调整钻井参 数 ，在 保证井 身质量 的前 提下 尽可 能提 高钻井 速 度 ，从而实现防斜打快的 目的。 2 工作原理及技术参数 机械式无线随钻测斜仪包括井下仪器和地面信 号接收装置两部分 。井下仪器完成井斜测量 、井斜 信息转换和产生 脉冲信号等功能。地 面信号接收装 置用来接收脉 冲信号 ，确定井斜大小 。其工作原理 为 停 泵后 ，井下仪器 的测 量机构开始测 量井斜 ， 并 将测 得 的井 斜信 息转变 成位 移变 化量 ，然后 开 泵 ，这时脉冲发 生装置根据井斜的不 同产生不 同的 压力脉冲 ，并通过钻井液传至地面 ，立管上 的传感 器检测到脉冲信号并 由电子记录仪记 录下来 ，记录 仪对信号进行处理后 自动显示井斜 角大小并将结果 打印出来 ，其技术参数见表 1 。 表 1 机械式 无线随钻 测斜仪技术参数表 测量精度 ／ 。 0 ．5 井斜测量范围 ／ 。 最高工作温度 ／℃ 仪器外径 ／m m 钻铤短节 规格 ／ mm 0～ 1 0． 0 2 6 0 8 8 ． 9、 2 j l 2 0 ． 6 2 j 1 5 8 ． 7、 1 7 7 ． 8 、 2 0 3 ． 2 、 2 j 2 2 8 ． 6 2 ． 4 现场 应 用 1 偏轴接头钻具规格与钻具组合 偏 轴接 头钻 具 的工作 原理 与偏重 钻 铤钻具 相 同，偏重钻铤 的偏心距和偏重段 都是一个确定值 ， 而偏轴接 头的偏心距却是一个 自偏轴接头公扣开始 自下而上逐渐减小 的，其偏重段是钻头以上钻具与 井壁的第一个切点至偏轴接头公扣处的距离 。 结合车西 区块 的地层特点和井身结构 ，根据偏 心距 与降斜 力 的关 系 ，由于偏重钻 铤 的移轴量 为 3 ． 9 m m，经计算分析 ，设计 了用 于车西 区块第二次 开钻井段的偏轴接头 ，其规格 为 外径 1 7 8 m m，内 径 7 1 ． 6 mm，偏 心距 5 mm，接 头 两端 连 接螺 纹 为 NC5 0。 在第二次开钻井段使用的钻具组合为带偏轴接 头的小钟摆 防斜钻具组合 ，根据扶正器位置对防斜 打直效果 的影 响规律 ，其具体结构 为 2 1 5 ． 9 m m 钻 头 O ． 3 m十 偏轴 0 ． 4 m 测斜接头 x 2 ． 7 5 m 2 j 1 7 7 ． 8 mm钻铤 2 根 2 1 4 m m扶正器 1 ． 8 2 m 1 7 7 ． 8 m m 钻铤 5 根 钻杆。 2 钻井参数 对 于普通钟摆钻具 ，钻压一定 时 ，转速对防斜 打快效果不 明显 ，纠斜钻进时 ，建议采用小 钻压 ， 适 当提高转速即可 ，根据钻压对 防斜 打直效果的影 响规律，钻压一般控制在4 0 ～ 6 0 k N，转速在1 2 0 r ／ mi n 之上 。但在钻进过程 中 ，根据机械式无线随钻测斜 仪实 时测量 的井斜 结果 ，对钻 井参 数进行 及时调 整 ，有时会超出以上范 围。如果 井斜较小 ，则及时 加压 ，提高钻井速度 ；如果井斜变化较大 ，则轻压 吊打，且调整转速 ，使钻具在较好的防斜效果下工作。 3 应 用效 果 通过一年多的现场应用，初步形成了一套较为 成熟 的中深井 、深井钻井配套技术 ，解决 了许多现 场技术难题 ，详纽 隋况 ，见表 2～表4 。 表2 车西区块应用效果表 天然气技术 ／ 41 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第4 卷 单素华，等防斜打快技术在胜利油田深井钻井中的应用 第2 期 表 3 大北区块应用效果表 表4 渤南 区块应 用效 果表 以渤南区块应用情况为例 ，与推广应用该 技术 前相 比，平均井深减少 了4 4 ． 8 8 m，钻井周期缩短了 4 3 ． 1 7 d ，同比缩短了 3 8 ． 3 2 ％；建井周期缩短 了4 4 ． 5 d ，同比缩短了3 3 ． 7 l ％；平均机械钻速提高2 ． 9 5 m／h ， 同比提高了8 2 ． 4 ％；效益明显 。 4 结论 1 根据胜利油 田中深井 、深井 的地层特点 ，通 过合理的钻具组合 ，形成 了钟摆 偏轴钻具 、动力钻 具 P DC钻头等防斜钻具组合；能够满足深井 、中深 井 中控制井斜 的需要 ，解决大倾角地层井斜影响钻 井施工安全和勘探开发进度 的实际问题。 2 形成一套能够提高胜利油 田中、深井钻井速 度的钻井配套工具及工艺技术 ，并形成了渤南 、车 西 、大北 区块复杂地层钻井技术模式。 参考文献 [ 1 ]蔡文军，王平． 机械式无线随钻测斜仪及其应用[ J ] ． 石油 钻探技术 ，2 0 0 5 ，3 3 1 3 9 4 0 ． 编辑蒋龙 西气东输三线 即将开建 新 疆维吾 尔 自治区石油和化 工行 业管理办公 室最新透露 ，我 国天然 气传输 的又一条能 源 “ 动脉 ” 西气东输三线 西段 即将开工建设，成为国内又一条能源配置的重要通道。据悉，与西气东输二线一样，西气东输三线的气源来 自中 亚，管道首站 西起新疆 霍尔果斯 ，途 经甘 肃、宁夏、陕西、河 南、湖北 、湖 南、广 东等省 区，东达末站广 东省韶关 ，设 计年输 气能力 3 0 0 X 1 0 m 。 2 0 0 4 年 ，来 自新疆塔里木盆地的天然气通过西气 东输一线 管道输送到长 江三 角洲地 区。据 中国石 油塔里木油 田分公 司介绍 ，截至 目前 ，该 工程 累计供 气量 已超过 6 0 0 1 0 r n ，8 0多个 大中型城 市的 3 亿 多人 口从 中受益 。 2 0 0 9 年底 ，西气东输二线 西段 投运，这一管道将中亚进 口气源与华东、长江三角洲、珠江三角洲等用气市场连接 起来，途经1 4 个省区市。截至3月底，来 自中亚的天然气已经西二线和陕京线到达北京，供应北京及沿线城市的天然气 需求 ．累计输 气量超过 7 1 0 m 。 按照 西气东输 三线工程建设计 划 ，这一管线 西段 新疆 霍 尔果斯 一 宁夏 中卫 将 于2 0 1 2 年投产 ，东段 宁夏 中卫 一 广东韶关 预计2 0 1 4 年投产。届时，3 条西气东输管线将与陕京一二线以及川气东送管道共 同组成国内横贯 东西、纵穿 南北的综合天然气管 网。 信息来源 中国石油 网 2 0 1 04 1 2 42 ／ Na t u r a l Ga 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