巴彦河套油田钻井提速关键技术研究及应用.pdf

技术研究 48 2023年第9期1 巴彦河套油田钻井施工技术难点1.1 地质条件复杂，可钻性差，井眼轨迹控制难度大在巴彦河套油田的钻井作业中，地质条件的复杂性和可钻性的差异性是钻井施工的主要难点之一1。由于该地区的地质结构复杂，地质体不均匀，存在着各种各样的地层，如岩石、泥岩、煤层、砂岩、石灰岩等，这些地层的物理性质和化学性质都不同，导致了在钻井过程中出现了各种复杂的地层条件。此外，由于地质体的非均质性，地层中存在着大量的裂隙和孔洞，导致了可钻性的差异性，这对钻井施工的效率和质量产生了很大的影响2。在这种情况下，井眼轨迹控制变得尤为重要，因为井眼轨迹的偏差会导致井筒变形、井眼塌陷、固井质量差等问题的出现，严重影响钻井工作的效率和安全。为了解决这些问题，需要采用一系列的井眼轨迹控制措施，包括钻具的优化设计、钻井液的合理选择、钻井过程的控制等，以确保钻井施工的质量和效率3。1.2 井径扩大率大，井壁失稳严重在钻井过程中，随着深度的增加，井眼直径会逐渐扩大，这就是井径扩大。在巴彦河套油田，由于地层中石英含量低、黏土含量高，导致井壁稳定性较差，扩大率也较大。井壁的失稳不仅会导致漏失泥浆，造成环空不足，同时还会加重钻头磨损，甚至引发事故。因此，井径扩大率大是该油田钻井施工的一大技术难点。为了解决这一难题，需要制定合理的井壁稳定性评价方法，优化钻头形状和尺寸，合理选择钻井液体系，采用加强井壁的措施，如加强冲洗、钻进稳定剂、加强钻井液稳定性等4。1.3 井底温度高，对钻井工具和钻井液性能要求高井底温度高是巴彦河套油田钻井施工的一大难点。在钻井过程中，井底温度可能会达到200以上，这对钻井工具和钻井液的性能要求很高。高温会使钻井工具受热膨胀，增加摩擦，加剧钻头磨损，对设备寿命造成影响。高温也会影响钻井液的性能，使其黏度降低，增加流动阻力，降低清洁效果，从而影响钻井质量。2 巴彦河套油田钻井技术对策2.1 井身结构优化为了应对井径扩大率大、井壁失稳严重的问题，需要对井身结构进行优化设计5。具体而言，可以通过以下措施来降低井身变形和井壁塌陷的风险，提高井眼轨迹控制的精度：（1）合理选择井眼曲率半径：在钻进过程中，根据井段的地质情况和钻井液性能，合理选择井眼曲率半径，控制井眼轨迹的变化速度和变巴彦河套油田钻井提速关键技术研究及应用左文杰渤海钻探第一钻井工程分公司 天津 300280摘要：以巴彦河套油田为例进行实际案例分析，首先介绍了巴彦河套油田的基本情况和钻井作业的流程，分析了当前钻井作业存在的问题和面临的挑战，概述了钻井轨道优化的原理、方法和实践，以及井眼轨迹控制的技术手段和措施，最后针对巴彦河套油田的实际情况，提出了相应的钻井轨道优化和井眼轨迹控制措施，以期为其他油气田的钻井作业提供借鉴和参考。关键词：钻井轨迹 钻井提速 水力震荡技术 钻井液R e s e a r c h a n d a p p l i c a t i o n o f k e y t e c h n o l o g i e s t o i n c r e a s e d r i l l i n g s p e e d i n B a y a n H e t a o O i l f i e l dZ u o We n j i eBohai Drilling First Drilling Engineering Branch，Tianjin 300280 Abstract：This paper takes Bayan Hetao oilfield as an example to carry on the actual case analysis，firstly introduces the basic situation of Bayan Hetao oilfield and the flow of drilling operation，analyzes the existing problems and challenges in the current drilling operation.Then it describes the principle，method and practice of drilling trajectory optimization，as well as the technical means and measures of borehole trajectory control.Finally，according to the actual situation of Bayan Hetao oilfield，the corresponding drilling track optimization and well trajectory control measures are put forward，in order to provide reference for other oil and gas field drilling operations.Keywords：Drilling path；Drilling acceleration；Hydraulic oscillation technique；Drilling fluid 49 技术研究2023年第9期化幅度，降低井身变形和井壁塌陷的风险。（2）采用高强度材料：在井筒设计中，可以采用高强度材料，如高强度钢管或复合材料，来提高井身的强度和刚度，从而减少井身变形的风险。（3）采用环形加强筋：在井身的设计中，可以增加环形加强筋来提高井身的强度和稳定性，减少井壁失稳的风险。（4）采用支撑结构：在井筒设计中，可以采用支撑结构来增强井筒的稳定性和强度，减少井身变形和井壁塌陷的风险。支撑结构包括外壳和支撑框架等。在巴彦河套油田的钻井过程中，井身结构的优化是非常关键的一步。根据设计原则，需要保证钻井完井的安全并降低成本。针对该油田下部古近系-白垩系地层的特点，设计方案考虑到裸眼段越长，井眼浸泡时间就会越长，容易造成地层垮塌失稳的问题。同时，在保障安全钻进的前提下，尽量缩减钻井开次，降低钻完井作业成本。鉴于以上要求，设计出了巴彦河套4500 m 以上深井井身结构方案模板。5300m以浅井采用二开井身结构，5300m以深井采用三开井身结构。其中，二开井身结构包括339.7 mm 导管封固上部疏松地层，一开311.2 mm 钻头钻进 1，1001，200 m，下入339.7 mm 表层套管封固第四系，二开311.2 mm 钻头钻进至 4，300 m 左右，在揭开古近系大段含膏岩层之前下入244.5 mm 套管，减少三开裸眼段长度，三开215.9 mm 钻头钻进至完钻井深，下入139.7 mm 套管。通过这样的优化方案，可以有效地降低地层垮塌失稳的风险，同时缩减钻井开次，达到降低成本的目的。2.1.1 设计原则和难点在设计巴彦河套油田的井身结构方案时，需要考虑2个主要的因素：钻井完井的安全性和成本的降低6。同时，由于该区域地层成岩性差，长封固段固井质量差的问题较为突出，因此井身结构设计需要特别注意该问题。此外，裸眼段越长，井眼浸泡时间就会越长，容易造成地层垮塌失稳的问题，因此也需要考虑如何减少裸眼段长度。2.1.2 井身结构方案为了满足上述设计原则和难点，钻井工程团队优化了巴彦河套油田新区深井的井身结构方案。具体的方案如下：对于深度在5300m以下的井，采用二开井身结构，其中导管直径为339.7 mm，第一层套管直径为244.5 mm，第二层套管直径为139.7 mm。对于深度在5300m及以上的井，则采用三开井身结构，其中导管直径为508 mm，第一层套管直径为444.5 mm，第二层套管直径为244.5 mm，第三层套管直径为139.7 mm。其中，二开井身结构中的导管直径、第一层套管直径和第二层套管直径分别为339.7 mm、244.5mm和139.7 mm；三开井身结构中的导管直径、第一层套管直径、第二层套管直径和第三层套管直径分别为508 mm、444.5 mm、244.5 mm和139.7 mm。2.1.3 优化效果通过采用上述井身结构方案，钻井工程团队成功解决了长封固段固井质量差的问题，并且成功减少了裸眼段长度，降低了地层垮塌失稳的风险。同时，该方案还能够保证钻井完井的安全性，并且有效地降低了钻井作业成本。因此，该井身结构方案得到了成功的应用和推广。2.2 井眼轨道优化与井眼轨迹控制措施2.2.1 井眼轨道优化井眼轨道优化需要综合考虑多种因素，包括地层条件、井深、井斜、水平段长度、钻机性能、钻头尺寸和性能等因素，通过优选造斜点、优化井眼井斜和优化井眼方位等措施，实现井眼轨道的最优化控制。（1）优选造斜点为了实现井眼轨迹的优化，需要优选合适的造斜点。通过对地层结构、地质构造等因素进行分析，确定适宜的造斜点，可以避免在井眼钻进过程中出现过度转向或反向转向等情况，从而保证钻井的安全性和效率。在白垩系地层中上提造斜点至 15002000 m 位置开始造斜。（2）优选钻头类型钻头类型的选择也对井眼轨迹优化有着重要的影响。钻头的类型不同，其对地层的切削能力和钻进轨迹也会有所不同。因此，在钻进前需要对井眼轨迹进行分析和模拟，选定合适的钻头类型，以提高钻进效率和减少不必要的转向。（3）优化井眼方位井眼方位是指井眼轨迹的水平方向。为了实现井眼轨迹的优化，需要根据具体的地层结构和油层情况，合理控制井眼方位的变化。通过调整钻头的方位、旋转速度等参数，实现井眼方位的优化控制，可以使井眼轨迹更加符合设计要求，从而提高钻井效率和降低成本。2.2.2 井眼轨迹控制措施（1）地层特点与井眼轨迹优化：在钻井过程中，根据地层的特点和倾角，选择合适的井眼轨迹优化方案，以提高钻井效率和井眼轨迹的质量。例如，根据古近系地层倾角较大、实钻容易自然降斜的特点，针对大井眼增斜慢、稳斜难、技术研究 50 2023年第9期滑动钻进调整井斜方位时间长的问题，优选了1.5双扶大扭矩螺杆，并合理匹配钻井参数，形成底部丁基羟基茴香醚（BHA）组合，以提高复合钻进率。（2）井眼轨迹控制措施：通过采用螺杆钻具控制轨迹，对井眼轨迹进行优化控制。例如，在长稳斜段的井段中，采用了215.9mm钻头、172mm 1.25螺杆、210mm稳定器、165mm浮阀、MWD短节、165mm无磁钻铤、127mm加重钻杆21根、127mm钻杆等三开底部BHA组合，以控制轨迹并提高井眼的光滑性。在井深超过5300m时，根据井下温度150的要求，及时更换为抗高温螺杆和MWD，提高底部钻具组合的抗温能力。（3）井斜控制技术：根据井斜的变化，采用不同的控制技术进行井斜的稳定。例如，若井斜增加，可以通过降低钻压、提高转盘转速的方式稳定井斜；若井斜降低，可通过提高钻压、降低转盘转速的方式稳定井斜。要勤调微调，保持井眼的光滑性。这些控制技术可以有效地提高钻井效率，减少钻井事故的发生，提高钻井质量。2.3 钻井提速技术巴彦河套油田采用了多项钻井提速技术，包括水力振荡器减摩减扭、井眼清洁器提高携岩能力和旋冲工具提速。2.3.1 水力振荡器减摩减扭水力振荡器（Hydraulic Oscillator）是一种通过水力作用使钻头发生振动，从而增大切削齿的冲击力，改善钻井性能的钻井工具。水力振荡器能够在非常低的转速下提高钻头的机械钻速，同时减小了对钻杆和钻头的磨损和扭曲，延长了钻头的使用寿命，提高了钻井效率。由于钻具与井壁间摩擦阻力加大，钻压传递有效性较低，使用水力振荡器可以提高钻压传递的有效性，提高定向钻井作业效率。根据数据分析，当井斜角在3560范围内时，工具安放在距离钻头180280m位置时效果更佳，在巴彦河套油田的应用使得钻井施工效率得到了显著提高（见图1）。图1 水力振荡器2.3.2 井眼清洁器提高携岩能力井眼清洁器是一种用于清理井眼和减小钻柱与井壁之间摩擦的装置。它通过一定的几何设计和作用原理，利用高速旋转的清洗器清理井眼和减小钻柱与井壁之间的摩擦，从而提高钻进速度和减小钻头磨损。巴彦河套油田的井眼清洁器采用了携岩能力增强设计，即在清洗器内部设置了一组携岩抓钩，能够将钻头周围的岩石碎屑及时抓取并带离井底，从而减小钻头回转时被卡住的概率，增加了钻进效率。实际应用中，井眼清洁器的采用使得钻进速度提高了20%以上，同时减少了钻头磨损和井壁塌陷等问题，有效提高了钻井效率和作业安全性。3 结束语巴彦河套油田地质条件复杂，可钻性差，井径扩大率大，井底温度高，地层承压能力低等问题严重影响着钻井进程和井眼质量。本文旨在通过对该油田钻井轨道优化和井眼轨迹控制措施的研究，提高钻井效率和质量，减少工程成本和人力物力的浪费。本文分析了该油田开发中存在的一些技术难点，为后续技术对策的制定提供了依据，介绍了一些解决技术难点的具体措施，包括井身结构优化、钻井提速技术、钻井液技术等方面的研究。期望本文的研究结果和实用建议，为类似油田的钻井工作提供一些借鉴和参考。参考文献1 张东清，万云强，张文平，等.涪陵页岩气田立体开发优快钻井技术 J.石油钻探技术，.2023，51（2）：16-21.2 高德利，刘维，万绪新，等.PDC 钻头钻井提速的关键影响因素研究 J.石油钻探技术，2023（2）：1-21.3 刘鹏.集减振、脉冲和冲击于一体的钻井提速工具设计及仿真 J.西安石油大学学报（自然科学版），2023，38（1）：120-126.4 闫睿昶，张宇，吴红玲，等.巴彦河套盆地临河区块深层井壁失稳钻井液对策 J.石油钻采工艺，2022，44（2）：168-172；185.5 闫睿昶，陈新勇，汝大军，等.巴彦河套新区深井钻完井关键技术 J.石油钻采工艺，2022，44（1）：15-19.6 刘永刚，王成鑫，孙志强.河套盆地气探安全钻井技术 J.化工管理，2017（14）：149-150.