控制压力钻井技术在衡6井的应用.pdf

第 3 1 卷 第 3期 2 0 0 9年 6月 石 油 钻 采 工 艺 OI L DRI LL I NC PR0DUCT1 0N TECHN0L0GY V0 l _ 31 No ． 3 J u n ．2 0 0 9 文章编号 1 0 0 0 7 3 9 3 2 0 0 9 0 3 0 0 3 40 4 控 制压 力钻 井技术在衡6 井的应 用 刘 超 周玉海 吴红玲 刘庆友 闫加益 王春喜 1 ． 渤海钻探 工程有限公司钻井工艺研 究院 ， 河北任丘0 6 2 5 5 2 ； 2 ． 渤海钻探 国际工程公 司， 天津3 0 0 2 8 0 3 ， 华北油田公 司采 油四厂质量监 督中心 ， 河北廊坊 1 0 2 8 0 0 摘要控制压力钻井 MP D 能够解决复杂地层窄压力窗口钻井复杂问题。总结了华北油田衡 6井潜山地层钻井的主要 难点， 分析 了现场井下情况， 从压力控制和防止井漏等方面进行了控制压力钻井方案设计与参数优选， 介绍了MP D钻井设备及 施3 - 流程。通过优化水力学参数、 优选钻井液密度、 及时根据现场井下情况修正钻井施工方案、 选择合理的井口控制压力值等 方法安 全顺利 完成 了钻井施工任务 ， 做 到 了不喷 不漏， 提 高 了钻 井速度 、 钻井效率和效益 。MP D技 术对应对复杂地质条件钻 井 提供了一种新的钻井技术， 在同类井的钻井施工作业中有重要的借鉴作用。 关键词控制压力钻并； 钻井复杂；井口压力； 压力控制 中图分类号 T E 2 4 2 ． 9 文献标识码 A App l i c a t i o n o f M PD t e c hn o l o g y t o He n g 6 we l l L I U C h a 0 ， Z H O U Y u h a i ， W U H 0 n g lin g ， L I U Q in g y 0 u ， Y A N J ia y i ， W A N G C h u n x i3 ， 1 Dr i l l i n g T e c h n o l o g y R e s e a r c h I n s t i t u t e o fB a h a i D r i l l i n g E n g i n e e r in g C o m p a n y L i mi t e d , R e n q i u 0 6 2 5 5 2 ， C h i n a 2 ． I n t e r n a t i o n a l E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n ofB a 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 , T i a n j i n 3 0 0 2 8 0 ， C h i n a ； 3 ． T h e F o u r t hE x p l o i t F a c t o r yo fHu a b e i O i lfi dC o m p a n y , L a n g f a n g1 0 2 8 0 0 ， C h i n a A b s t r a c t Ma n a g e d p r e s s u r e d ri l l i n g MP D c a n b e u s e d t o s o l v e d r i l l i n g p r o b l e ms i n n a r r o w wi n d o w i n c o mp l e x f o r ma t i o n s ． Di G fi c u l t i e s i n t h e d ril l i n g o f b u r i e d h i l l f o r ma t i o n s o f He n g 6 we l l i n Hu a b e i Oi l fi e l d a r e s u mma ri z e d i n t h i s p a p e r ． Th e d o wn h o l e s i t u a t i o n s i n t h e fi e l d a r e a n a l y z e d ， M P D p r o g r a m d e s i g n a n d p a r a me t e r o p t i mi z a t i o n a r e c o n d u c t e d f r o m t h e p e r s p e c t i v e s o f p r e s s u r e c o n t r o l a n d p r e v e n t i o n o f l o s t c i r c u l a t i o n ， t h e d r i l l i n g e q u i p me n t a n d o p e r a t i n g p r o c e s s o f M P D a r e i n t r o d u c e d ． T h r o u g h t h e o p t i mi z a t i o n o f h y d r a u l i c p a r a me t e r d r i l l i n g fl u i d d e n s i t y , a c c o r d i n g t o t h e d o wn h o l e s i tua t i o n s i n t h e fi e l d ， t h e d r i l l i n g p r o g r a m i s u p d a t e d a n d mo r e r e a s o n a b l e we l l h e a d p r e s s u r e i s c h o s e n t o f u l fi l l d ril l i n g s u c c e s s ful l y ． Bl o wo u t a n d l o s t c i r c u l a t i o n i s p r e v e n t e d ， d r i l l i n g s p e e d i s i n c r e a s e d ， a n d d r i l l i n g e ffi c i e n c y i s i mp r o v e d ． MP D t e c h n o l o g y i s n o v e l t o s o l v e t h e d r i l l i n g p r o b l e ms i n c o mp l e x g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s ， a n d i t ma y b e h e l p f u l t o t h e d r i l l i n g o f we l l s o f t h e s a me typ e ． Ke y wo r d s M P D t e c h n o l o g y ； d r i l l i n g c o mp l i c a t i o n ； we l l h e a d p r e s s u r e ； p r e s s u r e c o n t r o l 华北油田古潜 山碳酸盐地层属于低压易漏地 层，地层压力系数一般在 0 ．9 5 ～ 1 ．0 5 之间，钻井表 明，采用常规钻井在古潜山碳酸盐储层有多 口井 发生井漏等复杂情况 ，经常发生恶性井漏而造成 巨大 经济损 失。如任深 2井采用 1 ． 0 l g ／ c m 的清 水钻井液钻进，共计漏失钻井液 1 5 0 0 0 余立方米， 漏速达 到 了 7 0 ～ 9 0 r l l ／ h 。多次采用 水泥浆堵漏和 桥堵技术 结合才堵漏成功 ，处理井漏时间长 ，耗 费物 资量 大 ，严重影响 了钻井施工并造成储层伤 害 。 作者简介刘超， 1 9 8 1 年生。2 0 0 5 年毕业于陕西理工学院应用化学专业 ， 现从事钻井工艺研究及钻井现场技术服务工作。电话 0 3 1 7 2 7 5 6 8 9 4 ， E - ma i l l iu c b a o 3 2 7 1 6 3 ．c a m。 刘 超等控制压力钻井技术在衡 6井的应用 3 5 衡 6 井位于华北油田冀中坳陷新河凸起衡 2 井 东潜山， 设计井深 2 2 0 0 m， 钻探 目的是预探寒武系内 幕及青 白口系 、 蓟县系雾迷山组含油气情况兼探第 三系披覆构造含油气性。该油气 田主要 以寒武系一 蓟县系碳酸盐孔隙一裂缝型介质储集层。该油田多 年来勘探一直未得到具有开发价值的工业油气藏， 预测地层压力系数仅 0 ． 9 4 ， 临井钻井表明， 采用常规 钻井在寒武系碳酸盐储层井漏严重， 这样不但增加 了钻井作业成本， 同时大量钻井液漏失不利于发现 和保护储集层， 造成严重的地层伤害 ， 还会降低勘探 成功率。原设计采用欠平衡钻井 ， 由于井下情况出 现变化 ， 地层出水严重 ， 污染水包油钻井液， 钻井液 密度稍大又发生井漏， 为解决以上漏失问题 ， 决定采 用控制压力钻井 MP D 来避免寒武 系一蓟县系碳 酸盐地层的恶性井漏风险， 并及时发现和保护 了储 集层 ， 提高了勘探成功率和勘探精确度 ， 取得了较好 的应用效果。 1 衡6 井潜山地层钻井的主要难点 Ma j o r d if fi c u l t i e s i n t h e d r i l l i n g o f b u r i e d - h i n f o r m a t i o n s o fHe n g 6 we H 1 ． 1 潜山地层复杂 Co mpl e x g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s i n b ur i e d hi l l f o r - ma tio n s 衡 6 井地质情况未摸索清楚， 极有可能钻遇一 段奥陶系泥岩地层 ， 井壁不稳定， 易造成井壁坍塌， 使井下情况复杂化。且存在地层压力异常的可能， 对井控和井下安全提出了较大的挑战。 1 ． 2 地层压力系数较低 ， 钻井液安全窗口窄 Lo w f o r m a tio n pr e s s u r e c o e ffi c i e nt a nd n a r r o w d r i l l i n g s e c urit y wi nd o w 预测地 层压力 系数 O ． 9 4左右 ， 地层 漏失压力 系数 0 ． 9 8 ～ 1 ． 0 ， 钻井液安全 窗 口窄， 地面控制压力 过大会造成井漏 ， 如控制过小地层流体进入井简污 染水包白油钻井液后也会造成钻井复杂 ， 如何 找到 这个 平衡点 ， 是该井控制压 力钻井施工 的核心技 术。 1 ． 3 没有控制压力钻井的经验 No e x pe r i e n c ein M PD 目前 只是在勘探开发 中应用过欠平衡钻井工 艺， 而对控制压力钻井没有一套完善的理论支持和 现场可以借鉴的经验， 对控制压力钻井作业的高要 求提出了严峻的挑战。 2 控制压力钻井方案设计 M PD p r o g r a m d e s i g n 2 ． 1 控制压力钻井 tM P I 方案设计与参数优选 MPD pr o g r a m de s i g n a n d p a r a me t e r o pt i mi z a tio n MP D是一种应用钻井工艺， 用于精确控制整个 井眼的环空压力分布， 其 目的是确定井下压力窗 口， 并根据压力窗口控制环空压力分布。通过调整井 口 控制压力或者钻井循环介质的密度和流变性等来改 变循环介质的液柱压力 以及环空流动阻力 ， 从而使 压力波动范围处于一个很小的范围内， 以达到精确 控制环空压力剖面， 控制地层流体进入井筒。这种 钻井方法对钻井液安全窗 口窄的地层具有很强的适 用性 。方案设计和参数优选如下 。 1 根据该井上部实钻资料 ， 钻井液采用水包 白 油钻井液 ， 最低密度为 0 ． 8 7 g ／ c m ， 使井底循环当量 密度约等于地层压力系数， 保证钻进过程 中井底处 于微过平衡状态。 水包白油钻井液配方为 m向 m k 7 3 ， 基 本 配 方 为 0 ． 5 ％Z P C 一 5 0 ． 5 ％H MC 1 ％LXTJ J 6 ％ CP2 3 3 2 3 ％ DLS 一 0 6。 2 优选钻井参数及水力学参数 ， 在保证环空清洁 的情况下调整钻井泵排量， 降低井下当量循环密度， 最 终选取钻井液密度 0 ． 8 7 0 ． 8 8 e C c r n ， 钻井排量 2 4 L ／ s 。 3 钻井过程 中停泵时井 口施加一定的控制回 压， 防止在停泵时过多的地层流体进入井筒。 4 起下钻时采用清水替出井筒内的低密度水包 白油钻井液 ， 并起钻至安全井段后关井观察 ， 待地层 压稳后进行正常的起下钻作业 ， 按照要求起钻过程 中要连续反循环向井筒 内灌注清水。 5 选用优质高效的牙轮钻头 ， 争取一只钻头多 打进尺， 减少起下钻作业次数 。 尽量降低因起下钻作 业压井造成的井漏风险。 2 ． 2 MP D钻井设备及施工流程 M PD dr i l l i ng e q u i p m e n t a n d o p e r a tio n pr o c e s s 1 控制压力钻井除需要常规钻井的全部设备外 还需要特殊的钻井设备 ， 如旋转控制头 、 液气分离器、 专用节流管汇 、 反循环压井管线和起钻压井重浆回收 管线。旋转控制头选用 X K 3 5 0 1 0 ． 5 ／ 2 1 型， 最大耐动 压 1 0 ．5 MP a ， 最大耐静压 2 1 MP a ， 允许最高转速 1 0 0 r ／ mi n ， 备用 O1 2 7 I Y I I T I 旋转总成及胶芯 6只。专用节 流管汇通径不小于 1 0 0 I I L r n ， 压力级别为 3 5 MP a 。 2 施工循环流程为钻井泵一立管一钻具一钻 头一环空一旋转控制头一节流管汇一液气分离器一 3 6 石油钻采工艺2 0 0 9年 6月 第 3 1 卷 第 3期 钻井液循环罐一钻井泵。衡 6 井循环系统如 图 1 所 示。 专用节流管汇液气分离器 图 1 衡 6井循环 系统。 F i g ． 1 T h e c i r c u l a t i n g s y s t e m o f He n g 6 we l l 环罐 3 现场应用 Fi e l d a p p l i c a t i o n 3 ． 1 衡 6井井身结构设计 S t r u c t u r ede i g nHe n g6we ll 该井采用三开三完的三级井身结构 ， 钻头程序 为 0 4 4 4 ． 5 I I 1 I ／ 1 钻 头 1 5 2 m O3 1 1 ． 2 ml n钻 头 x 1 3 0 3 m 0 2 1 5 ． 9 mi ／ l 钻头 x 2 2 0 0 m。套管程序为 03 3 9 ． 7 r n i n表层 套 管 1 5 0 m O 2 4 4 ． 5 mn l 技 术套 管 1 3 0 2 m O1 7 7 ． 8 mm尾管 2 1 9 8 m。 3 ． 2 三开采用钻具组合 Bo t t o mho l e a s s e mbl y u s e d f o r t e r t i a r y o i l pr o - d uc fio n O2 1 5 ． 9 mmHJ 5 1 7钻 头 O1 6 5 m i l l 箭 型 回 压 阀 1 只 O1 6 5 ． 1 mm无 磁钻铤 l 根 O1 6 5 f i l t h 钻 铤 x l 根 O2 1 0 mn l 螺 旋 扶 正器 O1 6 5 mm钻 铤 x 1 6根 O1 2 7 F f l I T I 斜坡钻杆。钻井参 数 钻压 4 0 ～ 6 0 k N， 转速 6 0 ～ 9 0 r ／ mi n ， 排量 2 4 L ／ s 。 3 ． 3 施工过程 Op e r a t i n g pr o c e s s 该井先按照原钻井工程设计采用 0 ． 9 1 - 0 ． 9 4 g ／ c m 的钻井液实施欠平衡钻井， 在钻至 1 2 2 1 m 时开始发 生井漏， 停泵后漏速减小， 强行钻进至 1 2 4 5 m时漏 失较为严重， 钻井液循环量不足被迫停钻。经论证 决定利用现有的欠平衡钻井设备转入应用控制压力 钻井完成余下 的钻井进尺。采用 0 ． 8 8 g ／ c m3 的水包 白油钻井液从井深 1 2 4 5 m开始控制压力钻井 ， 钻至 1 2 9 0 m发现钻井液面上涨了 6 ． 8 8 m ， 钻井液出口流 速增快 ， 出口流量增大， 出E l 钻井液密度上升至 0 ． 9 6 g ／ c r n 3 ， 钻井液黏度下降至 3 5 s ， 综合录井全烃值无异 常显示 ， 判定地层出水。 经现场计算井 口控制回压 0 ． 5 MP a时， 循环一周 出口钻井液密度 0 ． 9 4 g ／ c m3 ， 黏度 4 1 S ， 井 口控制压力控制在 0 ． 8 ～ 1 ． 1 MP a 时进 口钻井 液和出口钻井液密度基本一致为 0 ． 8 8 4 ． 8 9 g ／ c m ， 黏 度 5 5 S ， 不喷不漏， 钻井液循环罐液面基本稳定， 顺利 钻至 1 7 8 0 m， 甲方决定完钻电测和中途测试 ， 测试结 果该井油气显示较弱， 日产水 2 1 6 m3 ， 控制压力钻井 井段进尺 5 3 5 m， 纯钻时间1 0 2 ． 9 h， 机械钻速5 ． 2 m ／ h ， 有效地避免了井漏等复杂情况 ， 节约 了钻井成本和 时间， 达到了预期的效果， 体现出了控制压力钻井技 术在钻井液安全密度窗 口窄的适用性和优越性。 表 1 衡 6 井施工现场控制数据 T a b l e 1 S t a t i s t i c s o f M P D i nHe n g6we l l 3 ． 4 应用 MP D技术效果 Ap pl i c a tio n r e s ul t s o f M P D t e c hn o l o g y 该井首次实施控制压力钻井技术成功避免了寒 武系一蓟县系井段 的恶性井漏和井涌风险 ， 缩短 了 钻井作业时问， 有效地降低 了钻井成本， 达到了预期 的效果。与华北油田近年来其他井相同井段相比， 减 少了事故风险和井下复杂情况， 对比情况见表 2 。 表 2 与相同地层井段井漏对比情况 1 1爿 h1 e 2 Co e l a t i on o f l o s t c i r c ul a t i on i n t h e s a me f o r ma t i o ns 井号 层位 钻 液 弯 度漏 备注 ／ 2‘ c m ／ m 4 结束语 Co n c l u s i o n s 1 在衡 6井应用 MP D技术成功地预防了井下 漏失和压差卡钻等复杂情况 ， 收到 了较好 的经济效 益和安全成果 ， 为华北油 田在控制压力钻井技术上 积累了宝贵的经验， 为潜山油气田勘探开发钻井工 程开辟了新的领域。 2 在国外部分国家应用控制压力钻井技术已经 达到 7 0 ％ 以上 ， 它是 比欠平衡钻井更加先进 、 更加 精确更加安全 的钻井技术 ， 特别是对于国内老区块 刘 超等 控制压力钻井技术在衡 6井的应用 3 7 剩余油气藏和压力窗 口窄的复杂地层钻井 中难以解 决的问题优势尤为突出， 另外在海洋油气田上应用 欠平衡钻井受到钻井平台空间限制 ， 而应用 MP D技 术在常规井场 平台 范围内就可以实施 ， 并且安全 可靠 ， 能达到发现和保护油气层的效果。 3 建议加快研究和发展 MP D技术的步伐 ， 加 快设备研制， 特别是高承压能力级别的旋转防喷器、 连续循环系统 、 地面压力控制设备 、 井下环空压力测 量仪和多相分离器等；完善工艺 ， 建立环空多相流 动规律数学模型， 开发 MP D钻井软件 ， 实现精细压 力控制提高钻井施_ [ 作业的安全与质量 、 效率与效 益， 同时缩小与国际先进钻井技术的差距 ， 推动国内 石油勘探开发的快速发展。 参考文献 Re f e r e n c e s l l j S OY O R , MA L A V E J ， ME D I NA M， D I AZ C ． Ma n a g e d p r e s s u r e d r i l l i n g MP D P l a n n i n g a s o l u t i o n f o r S a n J o a q u i n Fi e ld, Ve ne z u e l a ． S PE 9 9 1 1 6 ． [ 2] 周英操， 刘永责， 鹿志文 ． 欠平衡钻井井底压力控制技 术 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 0 7 ， 2 9 2 l 3 ． 1 5 ． ZHOU Yi ng c a o ，LI U Yo n gg ui ，LU Zhi wen ．Bo t t omh ol e p r e s s u r e c o n t r o l t e c h n o l o g y i n u n d e r b a l a n c e d d ri l l i n g[ J ]． O i l D r i l l i n g P r o d u c t i o n T echno l o g y , 2 0 0 7 ． 2 9 2 1 3 1 5 ． [ 3] 施德， 谷凯 ． MP D一唯一可用于甲烷水合物钻井的技术 [ J ] ． 国外油田工程， 2 0 0 5 ， 2 l 1 O 2 7 2 9 ． S HI De ,GU Ka i ． MPD- u n i q u e l y a p p l i c a b l e t o me t h a n e h y d r a t e d ri l l i n g [ J ] ． F o r e ig n o i l fi e l d e n g i n e e ri n g , 2 0 0 5 ， 2 1 1 0 2 7- 2 9 ． [ 4] D O N M， H A N NE G A N P E ． Ma n a g e d p r e s s u r e d ri l l i n g i n ma rin e e n v i r o n me n t s - 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