黄36井区油页岩段水平井快速钻井技术.pdf

第 37 卷 第 4 期 2015 年 7 月 石 油 钻 采 工 艺 OIL DRILLING  2. Changnan Project Groups of Changqing Oilfi eld Company, CNPC,Dingbian 718600, China; 3. Directional Well Company of Changqing Drilling Engineering Corporation, Chuanqing Drilling Engineering Co. Ltd., CNPC, Xi’an 710018, China; 4. No.4 Oil Production Plant of Huabei Oilfi eld Company, CNPC, Langfang 065000, China） Abstract In regard of the problems of easy collapse of oil shale, difficulty in sliding of PDC drill, and low rate of penetration in deflecting segment, due to long length and steep well deflection of Chang 7 oil shale segment, low load bearing capacity of Chang 45 stratum, and failure of drilling fluid density to meet the required density for balancing collapse pressure of oil shale during drilling for horizontal wells of Chang 8 target stratum of Huang 36 Well Area, density is raised by lowering displacement from pure plugging and leakage prevention, and collapse pressure of oil shale segment is improved by lowering alternating stress of oil shale and controlling well deflection of oil shale segment. In addition, the of deflecting by roller bit is adopted to lower collapse probability and effectively improve rate of penetration. The effectively solves the problem of narrow-density windows, facilitates guaranteeing drilling safety, improves construction efficiency and lowers drilling cost. Key words drilling; leakage prevention; small displacement; annular pressure consumption; collapse prevention; oil shale 黄 36 井区是长庆油田采油三厂水平井规模化 开采的重要区块之一， 开发目的层为长 8 地层。该 区块由于密度窗口窄， 地层上漏下塌导致了井下复 杂井况频发。例如， 黄平 36-19 井因井漏和油页岩 垮塌施工 2 次均未成功；黄平 36-21 井由于井漏， 钻井液密度达不到平衡地层压力的要求， 导致地层 出水， 油页岩垮塌。两口井均通过承压堵漏提高地 层承压能力来扩展密度窗口对长 7 油页岩进行物理 防塌， 结果收效甚微， 被迫改为三开结构， 损失时间 1 125 h。通过优化钻井参数、 完善工艺技术， 有效解 作者简介高龙， 1983 年生。2005 年毕业于西安石油大学测控技术与仪器专业， 现主要从事钻井技术的研究工作， 工程师。电话 18893401345。E-mailzjsdxjgaol。 21高 龙等黄 36 井区油页岩段水平井快速钻井技术 决了这一难题， 形成了该区块水平井安全快速钻井 模式。 1 技术难点 （1） 油页岩易垮塌。长 7 油页岩层发育较好， 横 向层理构造明显［1-2］， 且油页岩碳化程度高、 可塑性 差， 属脆裂岩石， 水化程度弱， 化学防塌效果差， 因此 只能通过力学方面来维持其稳定。 （2）长 45 地层承压能力低且易漏失。长 8 目 的层水平井在提高钻井液密度过程中， 由于长 45 地层微裂缝发育， 承压能力低， 所以普遍存在漏失。 前期完成的16口井中， 漏速大于5 m3/h的有4口井， 漏速25 m3/h的有9口井， 漏速12 m3/h的有3口井； 其中有5口井因漏失导致钻井液密度不能达到要求， 油页岩发生坍塌， 造成 3 口井填井侧钻。 （3）油页岩段长且井斜大。长 7 油页岩为开发 目的层的上覆层， 钻穿后井斜大（72 84 ） ， 井段长 （85200 m） ， 坍塌压力相应增大。 （4）PDC 钻头滑动困难。由于该区块漏失严重， 频繁堵漏导致了钻井液中堵漏剂含量高；堵漏剂的 纤维颗粒造成钻井液摩阻大， PDC 钻头滑动黏阻、 托 压严重， 施工效率低。 2 相应技术对策 2.1 防漏与堵漏 （1）降低排量。通过降低泵排量， 减小环空压 耗， 进一步降低了易漏地层承受的压力， 可以有效预 防压差性漏失。例如某井井眼 212.7 mm， 井深 2800 m， 钻井液密度 1.25g/cm3， 塑性黏度 22 mPa s。 经理论计算， 将排量由 34 L/s 降到 29 L/s， 环空返速 由 1.51 m/s 降到 1.33 m/s， 能满足携砂要求。环空 压耗由 1.23 MPa 降到 0.99 MPa， 有效降低了井漏几 率。如黄平 34-18 井施工中， 采用 33 L/s 排量钻进 至 2820 m 时， 发生 15 m3/h 的漏失， 在 2 500 m 注水 泥堵漏成功后， 钻水泥塞划出新井眼， 后降低排量至 29 L/s 钻至完钻， 未发生井漏。 （2） 钻井液随钻堵漏 。进入漏层前在钻井液中 加入堵漏材料， 在压差作用下， 进入漏层封堵近井筒 漏失通道， 提高地层承压能力， 起到防漏作用［3］。在 实际施工过程中， 需要计算出循环钻井液量并将配 方药品一次性加足， 然后用停用震动筛的办法来进 行随钻堵漏， 随着进尺的增加应及时向井浆中补充 随钻堵漏剂， 保证堵漏效果。 （3） 控时钻进。漏层打开后， 控制机械钻速， 每 个单根的纯钻时间不少于 30 min， 同时加强固相控 制， 改善钻井液净化条件， 及时清除钻井液中有害固 相， 力求环空钻屑浓度最低， 防止憋漏地层。通过黄 平 33-15 水平段施工情况发现钻时越长， 出口（环 空） 钻井液密度越小， 漏失量越小。 2.2 优化井眼轨迹， 控制油页岩段井斜 水平井钻井过程中， 井壁稳定性不仅与底层岩 石强度特性、 井壁围岩的应力状态有关， 还与原地应 力状态和井眼轨迹等因素具有直接关系［4］。因此， 井斜角的选择对于井壁稳定的控制和钻井施工具有 重要的意义。根据靶点垂深与油页岩的距离 （垂深） ， 将靶点垂深下调， 从油层中下部入窗， 从而降低油页 岩井斜角， 确保最大井斜小于 76 ， 降低油页岩坍塌 压力。施工中， 从油层中下部入窗， 油页岩最大井斜 角明显小于从油层上部入窗时的最大井斜角， 同时 可以缩短油页岩井段。 该区块长 8 目的层水平井平均油层厚度为 1012 m， 前期施工井在进入油层 34 m 入窗， 油页 岩最大井斜角超过 80 。通过下调靶点垂深， 从进入 油层 89 m 入窗， 油页岩最大井斜角可控制在 75 以 内。靶点垂深与油页岩最大井斜角对应关系见表 1。 表 1 靶点垂深与油页岩最大井斜角关系 目的层垂深 /m进入油层深度 /m油页岩段井斜 /（） 2 6893.580.36 2 6904.578.85 2 6915.577.54 2 6926.576.34 2 6937.575.24 2 6948.574.21 2.3 选择牙轮钻头定向， 提高滑动效率 堵漏钻井液对 PDC 钻头滑动效率的影响较大， 采用牙轮钻头滑动定向能够有效弥补其不足。牙 轮钻头与 PDC 钻头指标对比见表 2。由表 2 可 知， 牙轮钻头造斜段平均机械钻速比 PDC 提高了 106.05， 具有明显的技术优势。 表 2 斜井段使用 PDC 和牙轮指标对比 钻头 平均 周期 /d 斜井 段长 /m 平均钻 速 /m h-1 平均滑动 井段 /m 平均滑动 钻速 /m h-1 牙轮5.59391.897.55253.506.47 PDC11.12484.834.28315.633.14 2.4 减小交变应力 2.4.1 环空压耗补偿 油页岩打开后， 中途起钻时， 计算出环空压耗， 根据环空压耗计算出所需加重钻 石油钻采工艺 2015 年 7 月（第 37 卷） 第 4 期22 井液的密度， 配制一定量的重浆补偿环空循环压耗， 防止起下钻或空井状态下油页岩坍塌。 2.4.2 避免抽吸形成负压 抽吸作用能降低液柱压 力导致井塌［5］， 同时单向压力封堵剂必须保持在正 向压力下才能正常起封闭作用， 如果造成负压则封 闭解除， 再次发生漏失。 因此， 起钻时严格控制速度， 减小抽吸作用。 2.4.3 落实灌浆制度 采用井口灌浆装置灌浆， 禁 止接方钻杆直接灌浆。施工中需要排除钻具水眼内 的空气， 避免空气循环至环空， 造成液柱压力下降， 导致井壁垮塌；同时可以预防气柱循环至井口体积 迅速膨胀形成假性井喷。 2.5 减少钻柱与井壁碰撞 井眼的稳定性与钻柱的震动有明显的联系， 钻 柱剧烈震动、 撞击井壁， 使井壁处形成裂缝， 从而导 致钻井液侵入， 引发井壁剥落、 垮塌［6］。现场施工中 应杜绝在油页岩井段长时间定点循环；控制油页岩 井段起下钻速度；油页岩打开后， 转盘转速控制在 4050 r/min；尽量减少在油页岩段滑动钻进。 3 现场应用效果评价 3.1 井漏情况对比 降排量前 9 口井中， 7 口井在提高钻井液密度过 程中发生严重漏失， 漏失量大于 3 m3/h， 只有 2 口井 在未进行承压堵漏的情况下， 密度能达到平衡油页岩 坍塌压力的要求。排量由 34 L/s 降到 29 L/s 后， 所施 工的 9 口井均未出现漏速超过 3 m3/h 的情况， 钻井液 密度均达到平衡油页岩坍塌压力所要求的密度。 3.2 轨迹优化前后坍塌情况对比 调整入窗靶点垂深， 从油层中下部入窗， 降低了 油页岩段最大井斜角从而降低了油页岩坍塌压力， 调整轨迹前有 5 口井油页岩段最大井斜大于 75 ， 油 页岩发生坍塌；轨迹优化后油页岩段最大井斜小于 75 ， 且均未发生坍塌。 3.3 技术指标对比 通过对技术方案优化前后的 18 口井对比得出， 优化后平均钻井周期缩短了 5.54 d， 平均建井周期缩 短 6.93 d， 平均机械钻速提高 17， 优化后未出现井 下复杂情况。 4 结论 （1） 保证环空返速满足携砂要求的前提下， 降低 排量， 从而降低了环空压耗及钻井液对井壁的冲刷 作用， 防漏效果明显。 （2） 从靶区中下部入窗， 降低油页岩段井斜角； 利用重浆补偿环空压耗， 减小交变应力， 能够有效降 低油页岩坍塌压力。 （3） 钻井液中堵漏材料或固相含量较高时， 采用 牙轮钻头造斜， 能有效提高滑动效率。 参考文献 ［1］ 刘加杰， 康毅力， 王业众 . 扩展钻井液安全密度窗口理 论与技术进展［J］. 钻井液与完井液， 2007， 24 （4） 69- 73. ［2］ 白云来， 马龙， 吴武军， 等 . 鄂尔多斯盆地油页岩的主 要地质特征及资源潜力［J］. 中国地质， 2009， 36 （5） 1123-1134. ［3］ 马光长 . 井漏综合分类及其堵漏方法的选择［J］. 钻 采工艺， 1993， 16 （4） 15-20. ［4］ 折海成， 刘海峰 . 井壁稳定性分析在靖边气田水平井钻 井设计中的应用［J］. 榆林学院学报， 2014， 24 （2） 1-4. ［5］ 姚新珠， 时天钟， 于兴东， 等 . 泥页岩井壁失稳原因及对 策分析［J］. 钻井液与完井液， 2001， 18 （3） 38-41. ［6］ 徐加放， 邱正松， 李云贵， 等 . 井壁稳定新观点能量 守恒［J］. 钻井液与完井液， 2007， 24 （5） 12-14. （修改稿收稿日期 2015-06-19） 〔编辑 李春燕〕 河南油田春 83 井喜获高产工业油流 2015 年 7 月 17 日， 从河南油田春光探区传来喜 讯， 春 83 井喜获高产工业油流， 最高日产油 26.3 t。春 83 井位于春光探区西北部， 目的层为沙一段 1 砂组。 该井 2015 年 7 月 1 日完钻， 完钻井深 1 155 m。完钻 后在沙湾组见油斑显示 1 层 3 m， 测井解释油层 1 层 3.7 m。由于该油层显示较好， 电性特征为典型油层特 征， 对该井直接进行投产。7 月 9 日对春 83 井沙湾组 油层 1 107.11 110.8 m 投产， 防砂施工后 7 月 12 日开 抽， 至 7 月 16 日最高日产油 26.3 t， 日均产油 19.3 t, 累 计产油 96.7 t， 累计产水 14.7 t。7 月 16 日产油 26.3 t， 产水 0.3 t， 含水 1。 今年以来， 河南油田科研人员以寻找优质储量为 主要研究目的， 深入开展细致研究。春 83 井获高产工 业油流， 打开了沙湾组 1 砂的勘探局面， 扩大了沙湾组 储量规模， 同时也增强了勘探人员在春光探区继续寻 找优质储量的信心。 （供稿 石 艺）