塔里木果勒西区块火成岩优快钻井技术_王峰.pdf

2023年第2期西部探矿工程*收稿日期：2022-01-05修回日期：2022-01-09基金项目：渤海钻探工程有限公司项目“塔河南岸钻井综合提速配套技术研究与应用”(编号:2020ZD14Y)；自然科学基金：管柱耦联振动力学行为与控制基础理论研究（51974271）。第一作者简介：王峰（1992-），男（汉族），河北唐山人，工程师，现从事深井、超深井钻井技术研究工作。塔里木果勒西区块火成岩优快钻井技术王峰*1，钟耀敬1，刘书杰1，李瑞玲2（1.中国石油渤海钻探工程有限公司第三钻井分公司，天津 300280；2.重庆新泰机械有限责任公司，重庆 402160）摘要：近年来，塔里木在富满油田集中勘探、精细勘探和高效评价，大力开展复杂超深层工程技术攻关。果勒区块广泛存在火成岩地层可钻性差、机械钻速低、二叠系压力系数低、无密度窗口、应力集中垮塌、二叠系井漏卡钻等施工难点。为有效解决这一系列难题，从优化钻井参数、优选提速提效工具、优化钻井液性能着手，开展了果勒西区块火成岩优快钻井技术研究，结果表明：GL3-H1、GL3-H3、GL3-H6三口井二开固井结束平均节约周期92.71d，整体提速60.78%，有效降低了钻井事故复杂，钻井提速效果显著。关键词：果勒西区块；钻井提速；一趟钻；事故复杂预防中图分类号：TE243 文献标识码：A 文章编号：1004-5716(2023)02-0028-04果勒西区块位于塔里木盆地北部坳陷阿满过渡带，属于典型的碳酸盐缝洞型油气藏，它是当前我国陆地勘探开发至关重要的区域之一1-3。2019年以来，塔里木油田利用三维地震资料部署在果勒西区块了4口探评价井，实钻资料显示在钻至二叠系，存在钻头磨损严重、机械钻速较低、易发生井漏垮塌等诸多问题致使钻井周期较长、钻井成本高，这严重阻碍了深部地层油气资源勘探开发的进程。1钻井技术难点1.1二叠系火成岩机械钻速低果勒西区块为平行地震相，以疏松多孔、硬而脆、松而软的气孔杏仁构造火成岩为主，具有高研磨性、可钻性差、机速底等难点4。果勒西区块已完成井二叠系机速见表1，GL302H井47454889m使用KS1652FGRTY,机速仅1.02m/h；GL303H井于4251m下入全新狮虎兽KPM1633DST，钻进至井深4258.87m，钻时慢，起钻更换扭冲+U616S钻头，钻进至井深4266.42m，机速仅0.69m/h，起出后钻头磨损严重。综上表明，果勒西二叠系火成岩段长、地层抗研磨序号12井号GL302HGL303H纯钻时间(h)290225井段(m)4364503742514824进尺(m)673573机械钻速(m/h)2.322.24表1果勒西区块完成井二叠系机速统计性强，机械钻速有待提高，常规火成岩钻进方式急需改进。1.2裂缝发育，安全密度窗口小果勒西区块三叠系与二叠系接触面存在裂缝，且玄武岩、凝灰岩等层位胶结差，孔洞裂缝发育5。果勒3、果勒302H、果勒303H所用相对密度1.241.25钾盐聚磺钻井液体系在二叠系钻进均发生裂缝性漏失，具体漏失情况见表 2，分别漏失 1350.62m3、1942.32m3、278.08m3钾盐聚磺钻井液；中完期间长裸眼段，受下套管“激动压力”大，水泥浆顶替压力高等影响，四口井中282023年第2期西部探矿工程完 期 间 分 别 漏 失 钻 井 液 639.62m3、364m3（油 基)、1569.82m3、509.28m3。1.3应力集中，地层易掉块垮塌二叠系井壁稳定性差，在钻井过程中随地层应力的释放或激动压力过大以及机械碰撞作用，火成岩易产生应力集中，从而导致玄武岩地层的垮塌掉块5。果勒302H井二叠系钻进过程中井漏，堵漏剂及划眼过程中未完全返出的掉块堆积，下钻遇阻，憋堵环空，造成卡钻，耽误时间45h；果勒303H井在处理三叠系垮塌时，倒划眼过程中频繁憋泵、憋顶驱，导致螺杆脱扣，引发断钻具事故，共耽误时间218h。综上所述，果勒西区块二开长裸眼段三叠系、二叠系易剥蚀掉块，存在井塌和卡钻的风险，所以钻进过程中对钻井液的抑制和携岩能力有较高的要求。2钻进提速关键技术2.1钻头优选（1）二叠系以浅地层以砂泥岩互层为主，相对硬度较小，可采用19mm进口大复合片+2个主刀翼旋转式布齿的改性高效PDC钻头，如图1所示，可提高钻头稳定性、破岩能力及使用寿命,延长强攻击性击碎抛物线，使钻头在上部地层中具有更好的适应性6。（2）目前火成岩钻进分4种：扭冲+PDC、狮虎兽、序号1234井号果勒3果勒301H果勒302H果勒303H钻井液体系钾盐聚磺油基钾盐聚磺钾盐聚磺密度1.241.251.241.251.24井段(m)454046504715475348285078油基泥浆，钻进期间未发生漏失4415470243684785岩性安山岩、凝灰岩安山岩、凝灰岩、英安岩凝灰岩、泥岩、砂岩凝灰岩、玄武岩英安岩、凝灰岩、玄武岩钻进漏失1013.53m3337.09m301942.32m3278.08m3中完漏失639.62m3364m31569.82m3509.28m3表2果勒西区块完成井二叠系漏失情况图1STS915K钻头出井照片进口牙轮、复合冲击器。狮虎兽、牙轮寿命低，且存在掉牙轮风险；复合冲击器结构见图2，通过变流量喷嘴产生压降，在压差的作用下，通过内部流道切换形成高速反转，冲击面将反转产生冲击力传递给钻头，相较于扭冲+PDC有更长的使用寿命，因此，二叠系火成岩段优选复合冲击器钻进7-8。2.2激进参数优选果勒西区块地层倾角较小，对井斜影响可忽略，钻柱的弯曲就成了影响井斜的主要原因，钻具结构一定，钻压会引起钻具弯曲，如图3所示，根据力学压杆稳定理论，结合现场实际钻具组合，其临界钻压可以表示为：p1=Wc+Wp1=Lc|qc-mpmcqp+2.04mpqp图2复合冲击器结构图292023年第2期西部探矿工程p2=Wc+Wp2=Lc|qc-mpmcqp+4.05mpqp钻进中在只考虑钻柱自转的情况下，当钻压较小时，下部钻具保持直线稳定状态。推荐使用的钻铤、钻杆临界钻压如表3所示。优化钻具组合，结合设计要求及防斜打直临界钻压，满足钻压的情况下少下钻铤及加重钻杆，尽量使用大水眼钻具。因此，二叠系以浅地层钻具组合采用PDC+直螺杆；二叠系钻具组合采用复合冲击器。2.3钻井液性能优选二叠系以浅一般采用聚合物钻井液以增强抑制包被性，保证井眼清洁；二叠系玄武岩、凝灰岩等层位地层破碎，裂缝孔隙发育，三叠系与二叠系接触面存在裂缝，钻井液极易漏失，且二叠系硬脆性火成岩胶结不好，极易坍塌和掉块，因此，采用抑制性较强的钾基聚磺钻井液体系9-11。2.4事故复杂防控技术钻柱钻铤钻杆钻具直径(mm)外径203197158.8140127内径10075907057.15119108.62一次临界钻压P(kN)7280695541.112.78.83二次临界钻压P(kN)14315813611081.625.217.3表3常用钻铤、钻杆临界钻压图3钻具受压弯曲（1）进二叠系前调整好泥浆性能，粘度控制在65s以上，初切1.52Pa，终切68Pa，动切46Pa；起钻前充分循环，泵入稠浆进行携砂；下钻到底后使用稠浆携砂至少循环一周，待井底清洁后恢复钻进。（2）二叠系钻进期间，优化泥浆性能，钻穿二叠系火成岩段；提高粘切，减小泥浆对井壁的冲刷性，提高携砂能力；提前加入随钻堵漏剂，避免恶性井漏。（3）进入二叠系后每趟钻增加随钻震击器，有效地减少了因地层垮塌掉块易导致卡钻、埋钻具等事复杂事故的发生。3现场应用情况果勒西区块大力推行一趟钻、激速钻进、严抓事故复杂控制，施工的GL3-H1、GL3-H3、GL3-H6三口井钻井提速成效显著，二开固井结束平均节约周期92.17d，整体提速60.78%。二叠系以浅地层优选钻头+直螺杆，GL3-H1井选用STS915K+直螺杆，进尺3146m，机械钻速18.89m/h，比 邻 井 平 均 机 械 钻 速 提 高 22%；GL3-H3 选 用SD9542ZC钻头+直螺杆钻进，进尺3108m，平均机械钻速17.56m/h。二叠系优选五刀翼复合冲击器HP635SDA(斧型齿)，GL3-H1井、GL3-H6井两口井一趟钻钻穿凝灰岩、英安岩，平均节约周期1520d。二叠系以深优选五刀翼复合冲击器HPG635SI（平面齿)，GL3-H1完成了单只钻头进尺600m，平均机械钻速 4.7m/h 的优异成绩，比较同区块平均机械钻速2.56m/h提高83.59%。4结论与建议（下转第34页）302023年第2期西部探矿工程工艺,2012,35(3):98-100.2KARISSON H,BRASSFIELD T.Performance Drilling OptimizationC/SPE/IADC Drilling Conference,5-8 March 1985,NewOrleans,Louisiana,USA.DOI:10.2118/13474-MS.3HASSEN B R,MacDonald A J.Field Comparison of Medium-and Long-radius Horizontal Wells Drilled in the Same ReservoirC/IADC/SPE Drilling Conference,27 February-2 March,1990,Houston,Texas,USA.DOI:10.2118/19986-MS.4SUGIURA J.Optimal BHA Design for Steerability and Stabilitywith Configurable Rotary-steerable SystemC/SPE Asia Pacific Oil and Gas Conference and Exhibition,20-22 October 2008,Perth,Australia.DOI:10.2118/114599-MS.5BIRADES M,FENOUL R.A Microcomputer Program for Prediction of Bottomhole Assembly TrajectoryJ.SPE Drilling&Completion,1988,3(2):167-172.6苏义脑.极限曲率法及其应用J.石油学报,1997,18(3):112-116.7狄勤丰.下部钻具组合造斜能力的影响因素分析J.石油钻探技术,2000,28(1):39-41.8黄文君,王舸,高德利.推靠式旋转导向工具造斜率预测方法J.天然气工业,2021,41(7):101-106.9BRADLEY W B.Factors Affecting the Control of Borehole Angle in Straight and Directional WellsJ.Journal of PetroleumTechnology,1975,27(6):679-688.10管志川,史玉才,夏焱,等.底部钻具组合运动状态及钻进趋势评价方法研究J.石油钻探技术,2005,33(5):24-27.11郭宗禄,高德利,张辉.单弯双稳导向钻具组合复合钻进稳斜能力分析与优化J.石油钻探技术,2013,41(6):19-24.12潘起峰,高德利.地层力计算新模型J.中国石油大学学报:自然科学版,2006(3):50-54.图6不同弯角螺杆钻具组合滑动钻进造斜率随钻头各向异性指数的变化（上接第30页）（1）二叠系以浅地层可钻性好，GL3-H1井、GL3-H3井优用PDC+螺杆，分别完成进尺3146m、3108m，机械钻速显著提高。（2）二叠系优选五刀翼复合冲击器HP635SDA(斧型齿)，增强了钻头的抗研磨性，相比于使用其它钻头的井平均节约34趟钻。（3）二叠系以深优选五刀翼复合冲击器HPG635SI（平面齿)，提高了钻头的切削性，刷新了果勒西区块13-1/8井眼单只钻头进尺、机械钻速两项指标。参考文献：1刘洪涛,刘举,刘会锋,邱金平,才博,刘军严,杨战伟,刘豇瑜.塔里木盆地超深层油气藏试油与储层改造技术进展及发展方向J.天然气工业,2020,40(11):82-94.2宁超众,胡素云,潘文庆,等.塔里木盆地哈拉哈塘地区奥陶系良里塔格组古地貌与岩溶洞穴特征J.石油与天然气地质,2020,41(5):12.3漆立新.塔里木盆地顺北超深断溶体油藏特征与启示J.中国石油勘探,2020,25(1):106-115.4赵宽志,张丽娟,郑多明,等.塔里木盆地缝洞型碳酸盐岩油气藏储量计算方法J.石油勘探与开发,2015,42(2):251-256.5蒲仁海,党晓红,许璟,等.塔里木盆地二叠系划分对比与火山岩分布J.岩石学报,2011(1):166-180.6汪为涛.非均质地层锥形辅助切削齿PDC钻头设计与试验J.石油钻探技术,2018,46(2):58-62.7王树超,王维韬,雨松.塔里木山前井涡轮配合孕镶金刚石钻头钻井提速技术J.石油钻采工艺,2016,38(2):156-159.8闫炎,管志川,玄令超,等.复合冲击条件下PDC钻头破岩效率试验研究J.石油钻探技术,2017,45(6):24-30.9赵志国,白彬珍,何世明,等.顺北油田超深井优快钻井技术J.石油钻探技术,2017,45(6):8-13.10李国楠,等.塔里木盆地顺北地区二叠系随钻堵漏技术J.探矿工程(岩土钻掘工程),2017(10):37-41.11李成,白杨,于洋,等.顺北油田破碎地层井壁稳定钻井液技术J.钻井液与完井液,2020(1):15-22.34