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提高川东北及普光气田钻井速度配套技术

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提高 川东 气田 钻井 速度 配套 技术
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·20· 钻 采 工 艺 008年11月 【x】8 提高川东北及普光气田钻井速度配套技术 张克勤,侯树刚 (中石化中原石油勘探局钻井工程技术研究院) 张克勤等.提高川东北及普光气田钻井速度配套技术.钻采工艺,2008,31(6):20—23 摘要:川东北及普光气田面临喷、漏、塌、卡、斜、硬、毒等七种“世界级”钻井难题。如何实现安全、优质、高 效、快速钻井从而加快川东北及普光气田勘探开发进程是钻井工程面验、推广应用了气体钻井、 垂直钻井、复合钻井等新技术新工艺,并不断在实践中完善总结,形成了一套适合普光气田及川东北地质特点的钻 井综合配套技术,大幅度的加快了111东北勘探及普光气田开发步伐,实现了预期的目标。普光气田开发井钻井周 期由探井阶段的约10个月降到约7个月,缩短了31.82%,机械钻速由探井阶段的1.70m/6m/h,提高 了91.76%。气体钻井、复合钻井已经成为提速川东北及普光气田勘探开发的核心技术,值得进一步推广应用。 关键词:普光气田;气体钻井;垂直钻井;复合钻井 中图分类号:42 文献标识码:A 文章编号:1006—768X(2008)06—0020一为中石化资源战略接替探区,南方海相在多 年的勘探中取得了重大突破,位于川东北的普光气 田是四川盆地目前已发现的最大天然气田,普光气 田的开发已经纳入国家重大科技工程建设项目—— 川气东送。但是,普光气田具有高含H:S、中含 埋藏深、地表条件复杂等特点,对钻井施工提 出非常高的要求。如何实现安全、优质、高效、快速 钻井从而加快普光气田开发进程是钻井工程面临的 一个现实的难题。 通过两年多的研究、探索与实践,试验、推广应 用了气体钻井、垂直钻井、复合钻井等新技术新工 艺,并不断在实践中完善总结,目前已经形成了一套 适合普光气田及川东北地质特点的钻井综合配套技 术,大幅度加快了川东北勘探及普光气田开发步伐, 实现了预期的提速目标。 一、问题的提出 1.川东北钻井面临的难题 川东北地区天然气储层埋藏深、高温、高压、高 含硫,钻井面临的主要技术难题是:陆相地层可钻性 差;高陡构造地层倾角大、防斜打快难度大;地层岩 性变化大、压力系统复杂,防塌、防漏、堵漏难度大; 高含硫气井的井控难度大、风险大;固井条件复杂、 施工难度大,质量难以保证等,总体概况为喷、漏、 塌、卡、斜、硬、毒等七种“世界级”钻井难题。 2.普光气田探井钻井液钻井情况 统计分析表明,普光已完钻的探井平均钻井周 期约1井平均机械钻速1.7 m/h。而按照 要求,开发井的钻井周期平均要控制在6~8个月以 内,且部署的开发井很多是大斜度的定向井或水平 井,井深增加,采用的是非常规井身结构,使得开发 井钻井施工难度更大。显然依靠常规的钻井技术远 不能满足普光气田快速开发的需要(表1)。 表1 普光气田已完钻探井的基本情况统计 完钻井深 钻井周期 机械钻速 钻头用量 井号 (m) (d) (m/h) (只) P×× 5353 225.73 2.31 78 P×× 6110 421.67 1.29 78 P×× 6122 361.07 1.56 8O P×× 6090 296.50 1.68 56 P×× 551O 209.18 1.91 52 P×× 5936 316.8O 1.67 59 P×× 5930 274.00 1.56 64 P×× 6389 262.00 1.77 55 P×× 6163 328.66 1.57 59 平均 5956 299.51 1.70 65 收稿日期:2008—06—20;修回日期:2008—10—11 基金项目:中石化“十条龙”项目之专题“提高普光气田开发井钻井速度技术研究”资助,编号:作者简介:张克勤(1959一),高级工程师,1983年毕业于西南石油大学钻井工程专业,现任中原石油勘探局钻井工程技术研究院副院长, 主要从事钻井工程技术研究。地址:(457001)河南濮阳,电话:(0393)4899218,E—31卷第6期 1 钻 采 工 艺 21· 二、提速钻井配套核心技术、 1.气体钻井技术 川东北地区陆相地层钻进速度低,主要原因是 地层硬度高、研磨性强,可钻性差。地层倾角大、软 硬交错、可钻性差别大,蹩跳严重,钻头寿命降低,井 斜控制困难,控制钻压影响机械钻速。 气体钻井技术推广应用,大幅度加快了上部陆 相地层的钻井速度。施工中,采用光钻杆塔式钻具 组合,钻压10—20 速20~30 r/气 锤和空气锤钻头配合使用机械钻速最高;钻压20~ 80 速4O~60 r/用江汉产 较高。 1.1推广应用取得突破 自2005年钻井以来,到2007年10月,已在川东北地区64 口井上实施气体钻井,总进尺143 596 m,平均机械 钻速7.47 m/h。该项技术的应用,较大幅度地提高 了陆相地层 44.5、 314.1大井眼的钻井速度,缩 短了陆相地层的施工周期。上部高陡构造地层钻进 时井斜难以控制、钻井漏失等问题亦得到了有效抑 制,气体钻井技术在川东北地区的应用取得了显著 成效。其中: 普光气田2006年试验应用10口空气钻井,完 成总进尺25 432 m,平均机械钻速9.1 m/h。 2007年1—10月,普光气田开发井共应用气体 钻井19口,累计钻井进尺51 802.24 13"1,平均机械钻 速7.91 m/h。 2006年南方分公司共应用气体钻井13口,累 计钻井进尺16 870m,占2006年总进尺的19.28%, 平均机械钻速7.06 m/h。2007年南方分公司共应 用气体钻井22口,累计钻井进尺49 491.75 11"1,平均 机械钻速5.80 m/h。 1.2气体钻井速度指标不断刷新 进尺较多的井是普光12井和元坝3井。普光 2~3 674.68 m,累计钻井 进尺3 629.66 m,平均机械钻速4.19 m/h。元坝3 井气体钻井井段205.59~3521.24 m,累计钻井进 尺3 294.00 m,平均机械钻速9.72 m/h。 平均机械钻速较高的井是元坝2井, 311.2井 眼井段1 505.00~3 147.59 m,累计钻井进尺 l 642.59 m,平均机械钻速14.56 m/h。 1.3空气锤钻井技术得到进一步推广应用 在钻压1O~20 速20~30 r/气 锤和空气锤钻头配合使用机械钻速最高。普光气田 开发井,气体钻井共使用各类空气锤钻头66只,累 计进尺29 873.91 m,占气体钻井总进尺的57.67%, 纯钻2 625.26 h,占纯钻用时的40.08%,平均机械 钻速为11.38 m/h,是其它钻头(平均机械钻速的2倍多,单只钻头最高进尺1 409m。 南方分公司也大规模推广应用空气锤钻井技 术,同样取得了很好的效果。2007年在12口井上 使用了空气锤钻进,累计进尺8 102.2 均机械 钻速达8.26 m/h(是钻井液钻速的5.5倍),在防斜 打快方面发挥了重要作用。老君2井在822.32~ 2 766.82 13.2—3 403 进,累计进尺2 534.3 m,平均机械钻速达9.17 m/h(是钻井液钻速的6.1倍)。全井段井斜控制在 1。以内。 1.4氮气钻井试验获得成功 2007年,在普光地区使用氮气钻井5口,南方 公司使用7口,总进尺4 225.66 m,平均机械钻速 4.32 m/h。该项技术的应用,较大幅度地提高了陆 相自流井、须家河地层的钻井速度,特别是在研磨性 强、可钻性极差的须家河地层提速效果非常明显,缩 短了陆相地层的施工周期。 1.5雾化钻井试验获得成功 在普光气田开发井中,、、2、和井、以及回注1井等六口 井的表层作业成功地利用雾化钻进,有效避免井漏 的发生,大大提高钻井速度,缩短钻井周期。其中, 中原油田自主完成了井、回注1井的雾化 钻井试验,效果良好。 1.6泡沫钻井试验获得成功,效果明显 为了解决上部地层出水给气体钻井提速带来的 影响,在对空气泡沫作用机理及实验充分论证研究 基础之上,制定出切实可行的空气泡沫钻井方案,通 过实施取得了良好的效果,机械钻速得到大幅度提 升,克服了地层出水带来的不利影响,解决了川东北 地区上部地层气体钻井出水难题。 2007年川东北共应用泡沫钻井9井次,累计进 尺6 917.81 m,平均机械钻速3.74 m/h。如分1 井,0444.5井眼因地层出水导致空气钻井无法实 施,转化为泡沫钻进,累计进尺835.50 m,钻井时间 14 械钻速3.75 m/h, 机械钻速较钻井液钻井提高近3倍,创造了川东北 探区使用泡沫钻井的最新纪录。 2.垂直钻井技术 自动垂直钻井技术是当今国际钻井界的一项高 ·22· 钻 采 工 艺 008年11月 技术,其不但在高陡构造地区解放了钻压,提高了 机械钻速,而且由于钻出的井眼规则,减少了下部井 段复杂事故的发生,具有很好的应用前景。垂直钻 井技术的配套应用,为川东北陆相地层防斜打快探 索出一条新途径。 2007年川东北探区共有5口井8井次应用了 垂直钻井技术(其中一次为试验),均取得显著的效 果。累计使用垂直钻井技术2 958.12 m,累计纯钻 时间1 327.67 h,平均机械钻速2.23 m/h,比川东北 地区钻井液钻平均机械钻速1.45 m/h(2005年年报 统计数字)提高了54%。通过深入研究和现场试 验,提出了川东北现场垂直钻井技术方案。 2.1自动垂直钻井系统的确定 工具中机械部分度偏低,对于硬地层,极易磨损,起不到降斜的作 用,且由于工具本身不能自动向地面传输数据,因此 一旦不工作,地面无法及时了解,易造 成井下复杂情况发生,工具没有涉及减 震技术,使用后,释放了钻压,扭矩进一 步增大,可能会导致钻具事故。而动导向钻井模式减少了振动及套管磨损,钻具事 故也显著减少,综合考虑川东北地区可钻性低等因 素,推荐使用2.2施工井段的确定 由于气体和泡沫钻井的局限性,如钻遇气层、出 水量大的地层等,影响了气体或泡沫钻井的应用实 施。在普光、元坝、老君、大湾部分地区以外的许多 地区大部没有打完预定设计井深,限制了该技术在 川东北地区的推广应用。考虑到在井径相同的井段 频繁使用不同的钻井技术极易造成井下复杂情况的 发生,建议在河坝、清溪、普光周边地区的上沙溪庙 组、下沙溪庙组、千佛崖组、自流井组、须家河组应用 自动垂直钻井技术。 2.3钻头的选择 考虑转速等特点,为了 防止掉齿、断齿现象的发生,不宜选用牙齿较长的钻 头,优先推荐了更好地配合垂 直钻井系统的使用,减少起下钻次数,建议加快适合 川东北地区陆相地层的2.4推荐钻具组合 314.1牙轮钻头+13241.3 0241.3浮阀+13241.3滤网接头+13293.8扶正器 +0228.6减震器+13228.6钻铤×6根+13203.2钻 铤X 3根+13177.8钻铤X 9根+13139.7加重钻杆 ×12根+13139.7钻杆。 钻井参数:钻头推荐使用江汉产钻头,钻压120~280 头转速80~185 r/ 量45~50 L/s。 3.高效杆复合钻井技术 实践证明,复合钻井技术是提高川东北地区机 械钻速的有效方法。高效杆复合钻 井技术的配套应用,使得深部海相钻井提速取得好 的效果。自2006年11月以来,川东北地区海相地 层复合钻井共使用螺杆1 1 1根,平均单根螺杆钻进 进尺251.04 根螺杆一次入井纯钻进时间 87.51 h;使用均单只进进尺287.27 1只00.142 h。各工区海相地层复合钻井进尺 27 865.1 合钻井时间9 713.67 h,平均机械钻 速2.87 m/h,有效提高了海相地层非目的层机械钻 速。 3.1推广应用情况 (1)普光及普光外围探井。以大湾3为例,大 湾3井在4 305~4 589.2 89.2~4 739.4 弯螺杆复合钻进 以及与转盘的常规钻进的比较。 大湾3井与相同工况的邻井大湾2井嘉陵江组 4 m/7%, 与大湾2井的嘉陵江组的牙轮钻头的平均机械钻速 0.72 m/4%,使用效果很好。大湾 3井在4 305~4 589.2 械钻 速为4.01 m/h,与本井4 589.2~4 739.4 进井段的机械钻速1.16 m/械钻速提高 243%。 (2)普光开发井。以井为例,为了便 于和井进行对比,取井4 946.94 ~5 296.19 1井相似井 深4 927.34~5 332.07井与相同工况的同一平台井 井飞仙关组6 m/12%,与井的飞仙关组牙轮钻头的平均 机械钻速1.51 m/%,使用效果很 好。井在4 946.94~5 296.19 井段,机械钻速为8.12 m/h,与本井5 750~5 770 0 m/械 钻速提高10.6倍。 (3)元坝及通南巴地区。河坝2井在3 581.78 ~4 071.61 河坝1 井相近井段3 753.40—3 856.27 规钻进工艺相比,机械钻速提高428%。河坝2 第31卷第6期 1 钻 采 工 艺 23· 井采用复合钻进与该井相邻井段同类型钻头+转盘 的常规钻进工艺相比,机械钻速提高114%。 3.2复合钻井螺杆钻具指标分析 在川东北0241.3井眼的海相地层目前主要采 用三种尺寸螺杆:0172、0185和0197的直螺杆或 弯螺杆。0172螺杆进尺数占到复合钻井总进尺的 48%,纯钻进时间占到44.67%,机械钻速高于平均 钻速的9.4%。0185螺杆进尺数占到复合钻井总 进尺的32%,纯钻进时问占到32.39%。0197螺杆 进尺数占到复合钻井总进尺的20%,纯钻进时间占 到22.95%。实践表明,普光构造上百施特产 三、提速钻井配套技术效果分析 通过气体钻井、复合钻井、垂直钻井等配套钻井 新技术的应用,加快了川东北勘探及普光气田开发 步伐,提速效果明显,实现了预期的目标。普光气田 开发井钻井周期由探井阶段的299.51 04.19 d,缩短了31.82%;机械钻速由探井阶段的 1.70 6 m/h,提高了91.76%;钻头 用量由65只减少到33只,减少了49.23%。在这 11口井中,、、这3口井平 均钻井周期为114.41 d,平均机械钻速为5.0 m/h, 平均钻头用量23只,经济效益十分显著(表2)。 四、结论及建议 (1)气体钻井、垂直钻井、复合钻井等配套钻井 新技术的应用,大幅度提高了川东北及普光气田钻 井速度,形成了适应川东北探区地质特点的钻井技 术核心配套体系。 (2)气体钻井技术推广应用,大幅度加快了川 东北及普光气田上部陆相地层的钻井速度,成为钻 井提速的核心技术手段。 表2普光气田已完钻部分开发井数据统计 完钻井深 钻井周期 机械钻速 钻头用量 井号 (m) (d) (m/h) (只) P×× 5526 9 2.52 42 P×× 624.54 2.14 54 P×× 6250 297.81 1.81 42 P×× 5816 264.04 3.21 33 P×× 5889 175.5 3.52 38 P×× 6138 274.33 2.24 27 P×× 5440 223.56 2.23 31 P×× 5859.79 3.22 31 P×× 5795 110.5 4.7l 23 P×x 5484 3 4.77 2O P×× 6150 124.41 5.52 25 平均 5853 204.19 3.26 33 (3)垂直钻井技术的配套应用,为陆相地层防 斜打快探索出一条新途径。 (4)高效杆复合钻井技术的配套 应用,使得深部海相钻井提速取得很好的效果,成为 海相钻井提速的主要技术手段。 参考文献 [1]魏武,许期聪,等.气体钻井在七北101井的应用与研 究[J].天然气工业,2005,25(9):48—5O. 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