山前高陡构造复杂井东秋6井钻井实践.pdf

第 3 2卷 第 4期 2 0 1 0年 7月 石 油 钻 采 工 艺 0I L DRI LLI NG PR0DUCTI ON TECHNOLOGY V0 】 _ 3 2 No ． 4 J u l y 2 0 1 0 文章编号 1 0 0 0 7 3 9 3 2 0 1 0 0 40 0 0 5 0 3 山前高陡构造复杂井东秋6 井钻 井实践 陈 世春 丛 长江 秦 岭 1 ． 中国石油渤海钻探工程有限公司塔里木钻井分公司， 新疆库尔勒 王树超 李 勇 8 4 1 0 0 0 ； 2 ． 渤海钻探 工程技术研 究院， 河北任丘0 6 2 5 5 2 摘要针对塔里木油田山前高陡构造钻井施工难度大、 事故复杂时效高、 钻井速度缓慢等问题， 开展 了以垂直钻井、 优质高 效 P DC钻 头、 复合盐层钻 井技 术等为主要 内容 的先进技术 的应 用。 以东秋 6井为例 ， 从 山前 高陡构造复杂 井钻 井关键技 术、 钻 井施_ 7 - 过程等方面进行了论述。应用结果表明， 这些技术很好地解决了塔里木山前高陡构造的高速、 高效、 安全钻进问题。 关键词 山前高陡构造；垂直钻井；研磨性； P DC钻头；复合盐层 中图分 类号 T E 2 4 2 文献标识码 A Dr i l l i ng i n Do ng qi u 6 we l l i n pi e dmo n t h i g h a n d s t e e p s t r uc t u r e C H E N S h i c h u n ， C O N G C h a n ia n g ， Q I N L i n g ， W A N G S h u c h a 0 ， L I Y o n g 1 ． T a r i m Dr i l l i n g B r a c h o fC N PC B o h a i Dr i l l i n g E n g i n e e r i n g C o m p a n y L i mi t e d , K o r l a 8 4 1 0 0 0 C h i n a ； 2 ． Bo h a i Dr i l l i n g E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y I n s t i t u t e ， R e n q i u 0 6 2 5 5 2 ， c h i n a Abs t r a c t I n v i e w o f s u c h p r o b l e ms a s d i ffi c u l t a n d s l o w d ril l i n g i n p i e d mo n t h i g h a n d s t e e p s t r u c t u r e o f T a r i m Oi l fi e l d ， a d v a n c e d t e c h n o l o g i e s i n c l u d i n g t h e v e r t i c a l d ril l i n g t e c h n o l o g y , t h e h i g h q u a l i t y P DC b i t s ， a n d t h e t e c h n o l o g y f o r d r i l l i n g i n c o mp o u n d s a l t f o r m a t i o n s a r e i n t r o d u c e d ． T a k i n g Do n g q i u 6 we l l a s a n e x a mp l e ， c o mp l e x d r i l l i n g t e c h n o l o g i e s i n p i e d mo n t h i g h a n d s t e e p s t r u c t u r e a r e d i s c u s s e d f r o m t h e p e r s p e c t i v e s o f k e y t e c h n o l o g i e s a n d d r i l l i n g p r o c e s s o f c o mp e x we l l s ． Ap p l i c a t i o n r e s u l t s s h o w t h a t t h e s e t e c h n o l o g i e s s o l v e t h e p r o b l e m s i n h i g h s p e e d ， e ffi c i e n t ， a n d s a f e d r i l l i n g i n p i e d mo n t h i g h a n d s t e e p s t r u c t u r e o f T a r i m Oi l fi e l d ． Ke y wo r d s p i e d mo n t h i g h a n d s t e e p s t r u c t u r e ； v e r t i c a l d r i l l i n g ； a b r a s i v e n e s s ； P DC b i t ； c o mp o u n d s a l t f o r ma t i o n 塔里木油 田天然气资源 主要积聚在轮库坳 陷的 山前构造带 上 ， 储层具有地层复杂多变 、 研磨性强 、 可钻性差 、 倾角大 、 压力系数高 、 复合盐层厚等特性 ， 钻井施 工难度 大 ， 事故复杂时效高 ， 钻井速度缓慢 。 垂直钻 井 、 优质高效 P DC钻头 、 复合盐层钻井技 术 的研究解决 了防斜与加大钻压之间的矛盾及高研磨 性地层可锚f 生 差及复合盐层井段安全钻进问题 。 1 井身结构优化设计 Opt i ma l d e s i g n o f h o l e g e o me t r y 设计条件 1 根据地层压力预测数据和临井实 钻资料确定分段地层压力 ； 2 根据地层压力数据和 异常压力层位确定套管程序和强度； 3 根据地层压 力数据及地层岩性确定钻井液体系和最高钻井液密 度 ； 4 套管程序设计要充分考虑漏 、 喷 、 缩 、 卡等多 套复杂层段的有效封隔。 复合盐层井段套管确定原则 1 技术套管须封 固盐膏层 以上的低压地层 ； 2 钻穿复合盐层或钻至 可 能的漏失层顶部后 ， 下入高强度套管 ； 3 套管强 度设计主要考虑其抗外挤特性， 对于蠕动膏盐层段 的外挤力应按最大上覆岩层压力计算 ； 4 使用双心 钻头钻蠕动膏盐层 、 用水力扩孔器扩孔 ， 防卡并保证 环空有足够强度 的水泥环 ； 5 使用厚壁高强度套管 和双层尾管重叠技术 ， 防止膏盐层蠕动挤毁套管 。 东秋 6 井是塔里木油 田山前高陡构造上的一 口 预探井 ， 设计井深 5 3 0 0 m， 目的层为下第三系 、 白垩 系 。四开井身结构设计 ， 设计 完井周期 3 3 7 d ， 设计 最 大井 斜 5 3 0 0 1 T I 小 于 9 。。该 井实钻 井身 结构 作者简介陈世春 ， 1 9 6 7 年生。1 9 9 1 年毕业于大庆石油学院钻井专业， 现任副经理、 总工程师， 高级工程师。通讯作者 王树超， 电话 0 9 9 6 2 1 7 6 5 3 7 ， E ma i l wa n g s c c n p c ． c o m． c n o 6 石油钻采工艺2 0 1 0 年 7月 第 3 2卷 第 4期 一 开选用 06 6 0 ． 4 mm钻头 开眼 ， 钻进 2 0 5 ． 5 4 m， 下 人 0 5 0 8 mm套管 2 0 5 ． 5 4 m， 封隔上部松散地层 ， 加 固井 口；二开选 用 0 4 4 4 ． 5 mm钻 头钻进 至上第 三 系吉迪克组盐层顶部 3 4 2 5 m， 下入 03 3 9 ． 7 mm套管 至 3 4 2 3 m， 为下步钻复合盐层创造条件 ；三开选用 03 1 1 ． 1 5 mm钻头钻进至 4 2 5 2 m， 钻穿吉迪克组复合 盐层段 ， 经 U R1 2 0 0扩眼器将 03 1 1 ． 1 5 mm井眼扩大 至 03 7 4 ． 7 mm， 然后下人 0 2 4 4 ． 5 mm 0 2 6 3 ． 5 m m复 合套管 ， 02 4 4 ． 5 mm1 1 ． 9 9 mm套管封 固复合盐层 以上井段 ， 02 6 3 ． 5 mm2 6 ． 2 4 mm厚壁套管封 固复 合盐层井段 ；四开选用 02 1 5 ． 9 mm钻头钻进至完钻 井深 5 3 0 0 m， 然后 ， 下入 O1 7 9 mm套管封固 目的层。 2 垂直钻 井技术应用 Ap p l i c a t i o n o f v e r t i c a l d r i l l i n g t e c h n o l o g y 东秋 6 井吉迪克组以上地层倾角一般为 3 3 。 以上， 最大为 6 7 。， 据以往经验， 使用常规钻井方式 钻井 ， 上部井段井斜一般均超过 4 ～ 5 。 ， 有时可达到 2 0 。以上 ， 而且地层压实程度高 ， 可钻性较差。二开 中上部井段应 用了垂直钻井系统 ， 以解决井斜 与速 度 的矛盾 ， 保证井身质量， 加快钻井速度 ， 垂直钻井 系统应用效果 明显 ， 见表 1 。 表 1 东秋 6井垂直钻井系统应用情况 T a b l e 1 Ap p l i c a t i o n o f v e r t i c a l d r i l l i n g s y s t e m i n Do n g q i u 6 we l l 垂 直 钻 井 系 统 钻 具 结 构 0 4 0 6 ． 4 mm钻 头 O2 4 1 ． 3 mm垂 直 钻 井 系 统 O2 4 1 ． 3 mm 浮 阀 04 0 0 ． 0 5 mm扶正器 02 2 8 ． 6 mm减震器 02 2 8 ． 6 mm 钻 铤 1 2 0 m O2 0 3 ． 2 mm揉 性 短 节 02 0 3 ． 2 mm 震 击器 0 2 0 3 ． 2 mm 钻 铤 1 8 m滤 网 O1 3 9 ． 7 mm钻杆。钻压 8 0 ～ 1 2 0 k N， 转盘转速 1 2 0 r ／ mi n ， 排 量 5 0 ～ 5 5 L ／ s ， 泵压 1 5 - 1 8 MP a 。井 斜基本 控制在 1 。以内， 最大井斜 1 ． 9 。9 2 5 m。 3 钻 井液技术现场应用情况 Fi e l d a p p fic a fio n o f dr i l l i n g fl u i d t e c h n o l o g y 二开井段采用聚合物钻井液体系和 Kc 聚磺 钻井液体系。密度 1 ．2 0 ～ 1 ．7 6 g ／ c m ， 漏斗黏度 4 5 ～ 5 5 S ， 屈 服值 9 ～ 1 5 P a ， 塑 性黏 度 1 6 ～ 3 6 mP a S ， 静 切力 3 - 8 ／ 8 - 1 9 P a ， A P I 失水 3 - 6 mL， 膨润土含量 4 0 g ／ L， 含砂量 0 ． 4 ％， p H值 9 ， C a 含量 2 8 0 mg ／ L。 三开井段主要岩 陛是复合盐层和高压盐水层， 采 用 K C l _ 聚磺饱和盐水钻井液体系。密度 2 ．2 3 g ／ c m 3 ， 漏斗黏度 5 6 ～ 9 0 S ， 屈服值 9 ～ 1 5 P a ， 塑性黏度 4 2 ～ 5 6 mP a S 静切力 3 ～ 8 ／ 1 0 2 2 P a ， A P I 失水 3 mL， HT H P失 水 6 8 m L， 膨 润土含量 1 8 - 2 5 g m， 含砂量 0 ． 2 ％， p H 值 9 - 1 1 ， C a 2 含量 3 8 0 mg m， C 1 ’ 含 量 1 8 6 0 0 0 mg 门 L ， 黏滞系数 0 ． 0 5 ～ 0 ． 0 8 。 四开井段采用 KC 1 _聚磺钻井液体系。 密度 2 ． 2 3 g ／ c m ， 漏 斗黏度 5 5 - 8 5 S ， 屈服值 1 2 - 1 6 P a ， 塑性黏 度 4 5 ～ 5 8 mP a S ， 静切 力 3 - 8 ／ 1 4 ～ 2 1 P a ， AP I 失水 3 ～ 5 mL， H T H P AP I 失 水 8 ～ 1 0 mL， 膨 润 土 含 量 2 0 ～ 2 5 g ／ L， 含砂 量 0 ． 2 ％～ 0 ． 3 ％， p H值 9 - 1 1 ， C a 2 含 量小 于 4 0 0 mg ／ L 。黏滞系数 0 ． 0 6 。 4 钻 头优选与使用 S e l e c tio n a nd u s e o f b i t s 根据塔里木油 田山前 高陡构造 的地层特点 ， 优 选 出 以 M1 9 5 5 S S C和 M1 9 6 5 S S C型钻 头 为主 打钻 头的东秋 6井钻头系列。该系列型号钻头为螺旋刀 翼、 1 9 mm超级复合片切削齿和 1 6 mm中心切削齿 及外保径侧削齿 ；强化保径及倒划眼双排齿设计 ； 大螺旋 、 大排屑槽设 计 ， 以有效清理岩屑 ， 适应快速 钻进要求；采用力平衡及抗 回旋钻头设计技术 螺 旋刀翼、 螺旋低摩阻保径面， 充分保证钻头工作平 稳 ， 抗研磨性 、 抗冲击性高。 5 扩眼工艺应用 App H c a fio n o f r e a mi n g t e c h n o l o gy 东 秋 6井 三 开 选 用 0 3 1 1 ． 1 5 mm钻 头 钻 进 至 4 2 5 2 m， 钻 穿 吉迪克 组 复合盐 层段 ， 经 UR1 2 0 0扩 眼器将 0 3 1 1 ． 1 5 mm井 眼扩 大至 03 7 4 ． 7 m m， 扩 眼 井 段 3 4 2 5 - 4 2 5 2 m。 扩 眼 钻 具 结 构 0 3 1 1 ． 1 5 mm 陈世眷等 山前 高陡构造复杂井东秋 6井钻井实践 7 钻 头 U R1 2 0 0扩 眼 工 具 02 2 8 ． 6 mm 钻 铤 2 根 0 2 2 8 ． 6 mm减 震 器 02 0 3 ． 2 mm 钻 铤 x 5根 02 0 3 ． 2 mm 震 击 器 1 根 02 0 3 ． 2 mm 钻 铤 3 根 O1 3 9 ． 7 mm钻杆 。钻井参数 ， 钻压 3 0 ～ 6 0 k N， 转 速 9 0 ～ 1 1 0 r ／ mi n ， 排 量 3 0 ～ 4 0 L ／ s ， 泵 压 2 0 MP a 。扩 眼操作步骤如下 1 在地 面检验刀臂收缩是 否正 常。 2 工具下 到预定井深 ， 小排量建立循环 。 3 先启动转盘再开 泵 ， 达设计排量 的 1 ／ 2 ， 工作 1 0 mi n ， 直到扭矩 回到初 始值。再将排 量升到设计 值的 2 ／ 3 ， 工作 2 0 mi n ， 直 到 回到初始扭矩。将排量升到设计值 ， 工作 3 0 mi n ， 直至扭矩 回到初始值 ， 说 明工具 已在井壁建立 03 7 4 mm环槽 。 4 进行 0 ． 5 ～ 1 m的井段扩眼验证 。保持 设计排量 ， 提高转速至 7 0 ～ 9 0 r ／ mi n ， 以 l 0 ～ 3 0 k N钻 压扩眼钻进 0 ． 5 ～ 1 m， 控制钻时 2 0 ～ 3 0 mi n ／ m。 5 到 达验证进 尺后 ， 停转盘 ， 不停泵 ， 缓慢上提钻具至初 始位置 ， 观察悬重变化。 6 扩 眼台肩验证 上提至 初始井段后 ， 不停泵缓慢下放钻具 至已扩井段下界 ， 若钻压 直线升高 ， 说 明已建 立台肩 ；若上 提时无 明 显磨阻 ， 且下放时在已扩井段无 明显钻压 ， 说 明环槽 建立成功 ， 扩眼井径 良好 ；否则需重新建立环槽 ， 并 做验证 。 7 扩眼钻进 钻压 3 0 ～ 6 0 k N、 转速 9 0 ～ 1 1 0 r ／ mi n 、 排量 3 5 ～ 4 0 L ／ s 。重点观察扭矩变化及 岩屑返 出情况 正常扩眼作业 中应有大量岩屑返 出 。 8 单根完成后 ， 先停泵再停转盘 ， 上提钻具至单根起始 位置 ， 启动转盘并开泵 ， 3 ～ 5 mi n后下放划 眼 1 ～ 2遍 ， 视钻压与扭矩变化情况增减划 眼次数 。 9 扩眼完成 后 ， 确认井径 良好 ， 停泵 、 停转盘 ， 上提钻具 ， 接单根 ， 继续正常扩眼钻进作业 。 6 高密度复合盐层 固井工艺应用 Ap p l i c a t i o n o f c e me n t i ng t e c h n o l o g y i n h i g h d e n s i t y c o mpo u nd s a l t f o r ma t i o ns 在 复合盐层 井段 4 2 4 9 ． 7 2 ～ 3 3 2 6 ． 0 2 m使用 了壁 厚 2 6 ．2 4 m n ] 的厚壁套管。在复合盐层井段加刚性 套管 扶正器 ；使用 了高 密度欠饱 和 盐水水 泥浆体 系 ；使用 了高强度快干水泥 ， 水泥 中加入铁矿 粉提 高水泥浆密度 ， 加入硅粉 ， 提高水 泥强度。施工时提 高 固井顶替排量 ， 固井后在 膏岩层段形成 完整坚实 的水泥环 ；固井施工时在复合盐层段套管 内充填钻 井液， 待水泥凝固后再将其钻掉 ， 确保在水泥凝 固期 间套管不被挤毁 。 在固井过程 中使用较高的水泥浆密度 1 ． 9 0 2 ． 4 0 g ／ c m3 ， 氯根浓度在 5 - 2 0 1 0 4 mg ／ L之间 ， 多数为盐 水水泥浆体系。高密度欠饱和盐水水泥浆技术指标 ， Na C 1 含量 1 8 ％ o 2 5 ％ 与水 的质 量 比 ；水泥浆密度 1 ． 9 5 - 2 ．4 0 g ／ c m 3 ；流动度不小于 2 1 c m； 稠化时间可调 性 好 ， 初 稠不高 于 2 5 B c B HC T 5 0 ～ 1 2 0 o C A P I 失 水不高于 1 0 0 mL ／ 3 0 mL， 游离液不高于 1 ． 0 ％， 浆体不 沉降；水泥石收缩率不高于 3 ． 0 ％； 2 4 h的抗压强度值 不低于 1 4 MP a B HC TX 2 1 MP a ， 7 d的抗压强度值高 于 1 4 MP a B H C T 2 1 MP a ， 当 B H C T超过 9 5 q c时， 需在水泥中掺加 3 5 ％- - 4 0 ％的硅粉防水泥石强度衰退。 7 东秋6 井技术指标 T e c h n o l o g y i n d i c a t o r s o f Do n g q i u 6 we l l 完钻 井深 4 9 7 5 m， 完钻层位 为 白垩系 ， 钻 井周 期 2 5 5 ． 2 5 d ， 实 际完 井周期 2 6 1 ． 0 8 d ， 提前 7 5 ． 9 2 d 。 平均机械钻速 2 ． 0 5 m／ h ， 最大井斜 1 ． 9 。9 2 5 m， 事 故时效 1 ． 6 ％， 生产时效 9 2 ％。 8 结论 Co n c l u s i o n s 1 东秋 6井通过应用山前高陡构造复杂井钻井 技术 ， 有效地控制住 井斜 ， 确保 了井身质量 ；钻井液 体系选择合理 、 性能稳定 ， 保证 了井下安全 ；优选出 的高效 P DC钻头系列适应 山前构造地层 ， 机械钻速 和钻井速度明显提高 。 2 垂直钻井 系统 目前 只能依靠 国外技术 ， 由于 不 宜用铁 矿粉加重的钻 井液 ， 该套技术只适用于山 前高陡构造中上部地层。 参考文献 Re f e r e nc e s [ 1 ] 王建华 ． 油田盐膏层钻井技术 [ J ]． 探矿工程， 2 0 0 5， 4 4 7 ． 4 9 ． WAN G J i a n h u a ． D r i l l i n g t e c h ． o f s a l t y l a y e r i n O i l F i e l d l J J ． E x p l o r a t i o n E n g i n e e ri n g ， 2 0 0 5 ， 4 4 7 49 ． [ 2] 王春生， 魏善 国， 殷泽新 ． P o we r V垂直钻井技术在克拉 2气田的应用 [ J ]． 石油钻采_ Y - 艺， 2 0 0 4 ， 2 6 6 4 - 8 ． WANG Ch u n s h e n g ， W EI S h a n g u o ， YI N Z e x i n ， e t a 1 ． Ap - pl i c a t i o n o f Po we r V t e c h no l og y i n t he d e v e l o pme n t we l l s o f K e l a - 2 g a s fi e l d[ J ]． Oi l Dri l l i n gP r o d u c t i o n T e c h n o l o g y , 2 0 0 4 ， 2 6 6 4 8 ． 修 改稿 收到 日期2 0 1 0 0 6 ， 2 5 [ 编辑付丽霞 ]