海拉尔地区钻井提速设计优化.pdf

收稿日期 作者简介 李 兵()男辽宁盘锦人 大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院工程师主要从事钻井设计研究:./.海拉尔地区钻井提速设计优化李 兵(大庆钻探工程公司 钻井工程技术研究院黑龙江 大庆)摘 要海拉尔地区是东北地区的大型盆地之一具有较大的油气资源潜力 为满足国内能源需求进一步提高海拉尔地区钻井效率针对海拉尔区块易发生井斜、井漏、断层发育、地层研磨性强、可钻性差等地质特点通过对井深结构、钻头及钻具组合优选提速提效工具严选等方面进行优化设计与应用推广取得海拉尔地区平均机械钻速提高 平均钻进周期提高 的效果实现海拉尔地区钻井效率的提升关键词海拉尔区块井身结构井眼轨道钻具组合钻头钻井液中图分类号 文献标识码 文章编号()海拉尔地区位于内蒙古自治区东北部属于“海拉尔内陆断陷盆地”地势东高西低地貌类型多样海拔高度为 相对高差 形成 个地质单元、谢尔塔拉东山 个构造台地以及“海拉尔盆地”构造台地以高平地为主盆地以低平地和河滩地为主地貌类型可分为低山丘陵、高平地、低平地和河滩地 海拉尔盆地的油气资源主要分布在下白垩统的断陷层系和上白垩统青元岗组和古近系的坳陷层系这两个层系分别是海拉尔盆地的主力油气生产层系和勘探潜力层系 下白垩统的断陷层系主要包括兴安岭群上段、铜钵庙组和南屯组上白垩统青元岗组和古近系主要包括大磨拐河组和伊敏组 为加大海拉尔地区的勘探开发进一步提高海拉尔地区钻井效率保证钻井安全对海拉尔区块的地质特点进行分析并针对钻井难点进行优化设计 海拉尔地区钻井难点海拉尔区块预计发育大磨拐河组、南屯组、主探铜钵庙组、兼探塔木兰沟组和基底主要目的层为铜钵庙组该地区地层压力和坍塌压力正常泉头组破裂压力较低基底破裂压力存在不确定性地温梯度./()上部伊敏组地层为大段泥岩泥岩水敏性强遇水后容易发生水化膨胀导致井眼缩颈、堵环空泥包钻头和钻具引起泵压高甚至憋泵、起钻挂卡下钻遇阻等事故发生()易发生井斜层位多、地层倾角大、断层多海拉尔地区地层倾角一般为 部分地层甚至超过 易出现井斜超标或定向出靶等问题给钻井设计和施工带来很大困难()断层发育易发生井漏在大磨拐河组、南屯组、基底断层发育并且南屯组底部地层破裂压力系数低为./施工中易发生井漏引发井壁失稳坍塌()研磨性强可钻性差机械钻速慢 海拉尔地区的地层多为砂砾岩或火山岩研磨性强导致钻进和取心机械钻速低同时易发生钻具疲劳断落事故()防斜打快矛盾突出 海拉尔地区的地层倾角大需要采用防斜技术来控制井身质量但防斜技术又会影响钻井速度造成防斜打快的矛盾 如果不采用防斜技术导致井身质量不达标增加后期纠斜的难度和风险如果采用防斜技术可能导致钻井速度降低延长钻井周期 年 月山东石油化工学院学报.第 卷 第 期 .钻井提速设计优化.井身结构设计针对海拉尔地区地质构造以及地质风险优化井身结构设计 根据地层压力、井壁稳定性、钻井液性能等因素合理确定井眼尺寸、套管规格和固井方案减少套管段数 降低钻井成本 提高钻进效率 因此设计采用二层或三层井身结构直井一开钻进至伊敏组稳定地层 处封固上部不稳定地层 当下部地层的破裂压力系数较低时应做承压实验满足后续钻进要求 二开钻进采用阶梯井眼针对伊敏组钻遇大段泥岩泥岩遇水发生水化膨胀导致井眼缩径、进一步导致井壁坍塌这一问题使用 尺寸钻头钻穿伊敏组和大二段增加环空间隙保证井眼环空畅通避免缩径和憋压情况发生防止钻头发生泥包导致钻井效率降低后续使用.尺寸钻头钻进至预定井深 井身结构如图 所示定向井一开表套进入伊敏组 稳定地层处封固第四系、第三系、青元岗组 封隔浅水层流沙层提高井控安全性为安装井口防喷装置和悬挂套管提供支撑满足后续承压试验需要二开采用阶梯井眼针对伊敏组大磨拐河组上部大段泥岩易水化膨胀缩径、易坍塌问题当造斜点较浅时使用 钻头钻至造斜点以上 造斜点较深时使用 钻头钻穿伊敏组和大二段增大环空间隙保证井眼环空畅通避免缩径、憋压、钻头泥包具体看地层埋深还可深下然后使用.钻头继续钻进至完钻当井深超过 、井斜角大于 或视平移超过 考虑到施工周期较长、摩阻扭矩大井斜角处于 的岩屑床堆积区返砂效果不好同时底部岩性致密钻具易疲劳易发生事故复杂为保证钻井安全采用三开井身结构二开下至靶点附近图 海拉尔地区井身结构.钻头及钻具组合优选大庆油田海拉尔区块地质构造复杂地层倾角大岩性多变单井纠斜平均损失 因此井斜控制难度大常规钟摆钻具轻压吊打的方式无法满足防斜打快的需求因此有必要开展该区块井斜情况研究分析影响井斜的因素划分井斜高发区域和层位并有针对性地进行钻具组合选择提高钻进和纠斜效率保证钻井井身质量提高钻井效率根据岩石可钻性进行钻头优选具体参数如表 所示表 钻头优选层位岩性钻头南二段黑灰泥岩、灰色粉砂岩南一段泥岩、粉砂岩、砾岩南屯组地层断层发育倾角大存在砾岩使用(可搭配液动旋冲)复合钻头平均钻速为./铜钵庙组泥岩、粉砂岩、凝灰质粉砂岩、杂色砂质砾岩岩性多为砂砾岩可钻性差使用(可搭配液动旋冲)复合钻头平均钻速为./塔木兰沟组泥岩、玄武岩、凝灰岩、安山岩、砂质砾岩岩性多为火山岩可钻性差使用休斯敦非平面齿钻头(可搭配液动旋冲)复合钻头平均钻速为./基底灰黑色泥岩、粉砂岩、变质碎屑岩使用复合钻头 牙轮钻头 平均钻速为./第 卷 山东石油化工学院学报 年 第 期.钻具组合优化设计通过绘制井斜曲线对发生井斜的井段和层位进行统计归类判断易斜地层计算出不同层位井斜发生频率 从图 中可以看出南屯组为井斜易增加的地层其发生井斜的机率更高其次为大磨拐河组因此钻进至此地层时应该特别注意防斜针对海拉尔地区易缩径、易井斜的问题重点运用 软件 模块根据地质特性开展钻头侧向力分析计算与钻具受力分析 推荐上部易缩径井段使用方接头满眼钻具组合中下部易斜井段采用螺杆随钻测量系统()钻具组合随钻实时监测井斜井斜增大适时纠斜减少起下钻次数(表)图 乌 井斜曲线表 钻具组合优化井段层位钻具组合易缩径井段(直井段)伊敏组直井段:方接头满眼.方接头.方接头.方接头.易斜井段(直井段、造斜段、稳斜段)大磨拐河组南屯组铜钵庙组塔木兰沟组直井段:方接头满眼、造斜段:螺杆.().()稳斜段(井斜角).稳斜段(井斜角).().螺旋稳定器.止回阀.().无磁.(斜坡).(斜坡)基底螺杆/满眼.提速提效工具使用根据海拉尔地区不同地层的岩性特点针对地层优选钻头、井下工具、优化钻具组合、强化钻井参数配合提速工具提高机械钻速 在容易发生井斜的地层钻井使用螺杆配合 的钻具达到及时检测井斜情况及时修正的目的同时在南屯组及以下地层配合使用液动旋冲工具具有一定的提速效果 推荐在钻进到塔木兰沟组前换用异性齿进口片 钻头在其他下部地层使用复合钻头(表)表 提效工具优选事故提示层位钻头钻井参数钻具组合易缩径井段伊敏组F 、方接头满眼易斜井段主动防斜砾岩、火山岩等硬地层南屯组铜钵庙组复合钻头 塔木兰沟组休斯敦非平面齿 复合钻头 基底复合钻头 牙轮 、方接头满眼螺杆(液动旋冲工具)螺杆(液动旋冲工具)螺杆 满眼李 兵:海拉尔地区钻井提速设计优化 为进一步提高机械钻速在海拉尔区块推广使用旋冲螺杆(图)利用钻井液驱动马达转子旋转将转速和扭矩通过振动冲击机构传递给钻头同时在振动冲击系统处产生高频振动和水力脉冲辅助钻头破岩提高破岩效率该工具在、等井使用中平均机械钻速提高 图 旋冲螺杆.钻井液目前海拉尔地区使用的钻井液体系主要为钾盐共聚物体系其钻井液密度在./从实钻统计的井眼扩大率情况来看使用钾盐共聚物钻井液体系能够起到有效抑制井壁的作用同时结合现场实际制定一系列的钻井液维护措施保证钻井安全二开钻进伊敏组上部青元岗段采用预水化 膨润土浆钻进用土粉及 控制钻井液黏度在 穿过流砂层后开启离心机清除钻井液中有害固相并混入配制且预水化好的胶液控制滤失量调整性能 伊敏组钻进中用复合抑制剂和铵盐的低浓度水溶液进行日常交替维护改善泥浆中后期黏切高的问题防止泥包 进入大一段后提高钻井液的封堵性能降低地层水化膨胀保障井壁稳定防塌防卡减少事故复杂情况发生 定向井润滑剂加量大位移五段制井润滑剂加量不低于 同时加强固控设备的维护与使用坚持“三大两高”强化钻井参数即大钻压、大排量、大扭矩高泵压、高转速满足井眼清洁效果提高机械钻速 钻井液加足抑制剂优化流变性保持强抑制、低黏切提高钻井液润滑性 加强长短起下作业时间修整井壁现场根据实钻情况优化长、短起井段 现场应用通过井身优化、优选钻头、钻具组合优化同时优化钻井液性能强化工序衔接加强人员管理 年 海 拉 尔 地 区 钻 井 提 速 效 果 明 显(图)从图 中可以看出 年海拉尔地区共计完成 口探评井平均井深为 平均机械钻速为./平均建井周期为.年平均机械钻速相对于 年平均机械钻速提高.如图 所示平均钻前周期减少 平均钻进周期减少 平均建井周期减少 未发生事故和复杂情况图 提速效果第 卷 山东石油化工学院学报 年 第 期图 周期对比 结 论()防斜、控斜技术是目前制约海拉尔区块钻井提速的瓶颈之一目前易斜井段使用螺杆主动防斜随钻实时监测井斜井斜增大时及时纠斜另外还可采用垂直钻井工具保证井斜()全井优先使用 钻头下部研磨性强可钻性差的地层探索使用复合钻头配合液动旋冲工具实现钻井提速()二开采用阶梯井眼上部伊敏组易水化缩径井段使用.钻头钻具使用.方接头满眼钻具组合保证井眼畅通()在防斜井段进行井斜监测配合双钟摆钻具在增斜趋势不明显时使用钻压上限进行提速钻进增斜趋势明显且井斜将超标时使用钻压下限进行控压纠斜钻进参考文献陈宗琦刘景涛陈修平.顺北油气田古生界钻井提速技术现状与发展建议.石油钻探技术:.高德利刘维万绪新等.钻头钻井提速的关键影响因素研究.石油钻探技术:.李文霞李少安卓肖等.塔里木盆地巴什托构造带钻井提速关键技术研究.钻采工艺():.南金浩黄伟刘少然等.海拉尔盆地乌南次凹箕状断陷油藏富集规律研究.石油地质与工程():.陈琳琳韩福彬付函等.海拉尔区块钻井技术现状及设计建议.石油和化工设备():.王贤君肖丹凤魏宇等.海拉尔盆地塔木兰沟组储层可压性评价.石油地质与工程():.李玉海李博柳长鹏等.大庆油田页岩油水平井钻井提速技术.石油钻探技术():.陈国庆郑瑞强刘文鹏等.钻井提速工具设计与井下安全的探讨.西部探矿工程():.韩德新杨春和.海拉尔油田贝中区块钻井实践与认识.西部探矿工程():.丁翔翔程仲李宁等.高研地层钻井提速难点与对策分析.中国石油和化工标准与质量():.李杉云海涛.大庆海拉尔油田钻井提速难点与对策.石油钻探技术():.窦玉玲陈明徐云龙.准噶尔盆地中部 区钻井优化设计研究.探矿工程(岩土钻掘工程)():.王超鲁大磊.海拉尔钻井大提速.大庆日报()责任编辑 董大伟李 兵:海拉尔地区钻井提速设计优化