墨西哥EPC区块优快钻井技术.pdf

第 3 9卷 第 5期 2 O 1 1年 9月 石 油 钻 探 技 术 P ETR LE U M DRI I LI NG TE H NI QUES Vo 1 ． 3 9 NO ． 5 Se p．， 2 01 1 ． ．钻 井完 井 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 0 8 9 0 ． 2 0 1 1 ． 0 5 ． 0 1 2 墨西哥 E P C区块优快钻井技术 许孝 顺 中 国石化胜利石油管理局钻井 工程技术公 司， 山东东营 2 5 7 0 6 4 摘 要 墨 西哥 E P C 区块在开发 中后期 ， 为节约成本 ， 所有 生产 井均设计 为小井眼 中短 半径水平 井， 采用 氮气 欠平衡钻 井技 术。该 区块定 向施 工中存在造斜 点浅 、 造斜 率高、 水平段较 长等技 术难 点。现 有的动 力钻 具在 高造 斜 率情况下无法进行复合钻进 ， 造成频繁起下钻更换钻具 ， 钻 井周期延长。为此 ， 研制 了可进行 大角度复合钻进 的 动力钻具。 目的层段 采用充 氮气欠平衡钻进 ， 无法采 用常规随 钻测量仪 器进行 随钻测 量， 选 用 了不 受钻 井介质 影 响的电磁 波无线随钻测量仪 。采 用大角度 可复合钻进 的动力钻具和电磁波无线随钻 测量仪 ， 通 过优 选钻 头和优 化 钻 井液性能 ， 再 配合 合理 的工程技 术措 施 ， 形 成 了适 用于 E P C 区块的优 快钻井技 术。现 场应用表 明， 该优快钻 井 技 术实现 了从 造斜到完钻一趟钻 完成 的 目标 ， 解决 了频繁起 下钻 的问题 ， 提 高了钻 井速度 ， 缩短 了钻 井周 期， 降低 了钻 井 成 本 。 关键 词 水平 井 小眼井 欠平衡 钻井 动力钻具 E P C区块 墨 西哥 中图分类号 TE 2 4 9 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 ～ 0 8 9 0 2 0 1 1 0 5 0 0 5 3 0 5 S l i mho l e Ho r i z o n t a l Dr i l l i n g Te c h no l o g y f o r EPC Bl o c k i n M e x i c o Xu Xi a o s hu n Dr i l l i n g En gi n e e r i n g C o mpa n y， S i n o pe c S h e n g l i Pe t r o l e u m Ad mi n i s t r a t i o n， Do n gy i n g， S h a n d o n g， 2 57 0 6 4， Chi n a Ab s t r a c t I n or de r t o s a v e c os t s i n de ve l op i ng EPC Bl o c k o f M e xi c o， a l l p r o duc i n g we l l s we r e d e s i g ne d t o be s l i mho l e m i d dl e s ho r t r a d i us ho r i z on t a l we l l s u s i n g t h e ni t r o g e n f i l l e d u nde r ba l a nc e d d r i l l i ng t e c hn o l o g y ． Th e r e a r e 1 o t s o f t e c h n i c a l d i f f i c u l t i e s ， s u c h a s s h a l l o w KOP， h i g h b u i l d u p r a t e a n d l o n g h o r i z o n t a 1 s e c t i o n ． Th e e x i s t i n g P DM c a n’ t ma k e c o mp o s i t e d r i l l i n g u n d e r h i g h b u i l d ～ u p r a t e wh i c h r e s u l t s i n f r e q u e n t t r i p p i n g t o r e p l a c e t h e BHA a n d p r o l o n g s d r i l l i n g c y c l e ． Th e r e f o r e ， t h e l a r g e b e n d a n g l e P DM t h a t c a n c o i n pl e t e c o mpo s i t e d r i l l i ng was d e v e l o pe d ．Si n c e t he ho r i z o nt a l s e c t i o n us i ng ni t r o g e n f i l l e d u nd e r ba l a nc e d dr i l l i n g， t he c on v e nt i on a l M W D c ou l dn’ t b e us e d ．Th e E - LI NK M W D wa s c h o s e n t o me a s u r e t h e we 1 1 t r a i e c t o r y ．Op t i ma l a n d f a s t d r i l l i n g t e c h n o l o g y f o r EPC Bl o c k o f M e x i c o i n c l u d e d t h e b i g b e n d a n g l e PDM r o t a r y d r i l l i n g， E- LI NK M W D s u r v e y， o p t i mi z a t i o n o f t he b i t a nd m u d p r o p e r t y ．Fi e l d a p p l i c a t i o n s h o we d t h a t t h i s t e c hn o l o g y s o l v e d t he p r o b l e m o f f r e q u e n t t r i p， i mpr o v e d ROP， s ho r t e n e d d r i l l i n g c yc l e， a n d r e d u c e d d r i l l i n g c o s t ． Ke y wo r d s h or i z o nt a l we l l ； s l i m ho l e； u nd e r ba l a nc e d dr i l l i ng； d o wnho l e m o t or ； EPC Bl o c k； M e x i C O 胜利 油 田墨西 哥 E P C项 目， 地 处墨 西 哥东 部 的 E P C E b a n o P a n u c o C a c a l i l a o 区块 ， 主要 开 发 层 位 为 白垩 系 Ka n层 ， 主要岩 性 为灰 岩 。 由于该 区 块 已 开发一个 多世纪 ， 高含水及低压、 低渗 、 低产是该地 区面临的主要问题 。目前， 该区块所钻井均设计为小 井眼 f 5 1 5 2 ． 4 mm 中短半径水平 井， 造斜 率 4 0 。 ～ 6 0 。 ／ 1 0 0 m， 垂深 4 0 0 ～ 7 0 0 m， 水 平 段 长 约 4 0 0 m， 目的层钻进采用充氮气欠平衡钻进方式 。 施工初期 ， 所用 动力钻 具在 高造斜 率情 况下 收稿 E t 期 2 0 1 1 0 6 ～ 0 8 ； 改回 日期 2 0 1 卜0 8 3 1 。 作者简介 许孝顺 1 9 6 4 ， 男，1 9 8 5年毕 业 于胜 利石 油学校 钻井专业． 1 9 9 2年毕业 于石 油大学 华 东 钻井 工程专业 ， 高级工程 师． 副经理 ． 从事现场管理和新技 术推 广工作 。 联 系方式 0 5 4 6 8 7 2 3 2 2 3 ， wd h wz x 1 6 3 ． C O I l l 。 无法进行复合钻进 ， 造成起下钻频繁 ， 钻井周期 延 长 。该 区块采 用欠平衡 钻井技 术钻 进 目的层 ， 对 无线随钻测量仪器 和钻井液性能 的要 求较高 。为 提高钻井速 度 ， 缩短钻井 周期 ， 降低 钻井成 本 ， 研 制 了可 复 合 钻 进 的 新 型 大 角 度 动 力 钻 具 ， 选 择 了 合适 的随钻 测量仪 器 ， 优选 了钻 进参数 并优化 了 钻 井液 性 能 ， 形 成 了一 套 适 用 于 墨 西 哥 E P C区 块 的优快 钻 井 配套 技 术 。 1 施工难点 E P C区块 钻遇 的地 层 为 KM 、 KS F和 K a n层 ， 地质构造复杂 ， 有断层 、 裂缝 ， 易发生井漏 、 井涌等井 下故障 ， 个别地层含硫化氢 ， 在 KM 层底部存在较 高压力的气层 ， 需要下入技术套管进行封隔。 在钻井过程中， 除了存在普通小井眼钻井的技 术 难点 以外 ] ， 还 面临 以下 技术 难点 1 早期 ， 国内没有适用于浅层小尺寸中短半径 水平井复合钻进 的大角度动力钻具。施工 中， 多次 起 钻换 动力 钻具 ， 大大延 长 了定 向施 工周 期 。 2 个别层位压力较高， 钻进过程中会发生边钻 进边点火放喷的现象， 更换合适 的动力钻具和倒装 钻具 比较 困难 。 3 目的层钻进时 ， 采用充氮气欠平衡 方式钻 进 ， 无法使用依靠钻井液传递脉 冲信号的常规测量 仪器 。 4 造斜点浅 ， 钻压传递困难， 易出现托压现象， 尤其在水平段钻进过程 中更加 明显 ， 更易导致井下 其他故障的发生。 5 使用 普 通 P D C钻 头 钻 进 时 ， 工 具 面 对 钻 压 较 为敏感 。钻压太 小 ， 机 械钻 速较低 ； 钻 压稍大 就会 出现工 具面 “ 乱窜 ” 的现 象 。 2 优快钻井配套技术 2 ． 1 钻具 组合优 选 设计造 斜点浅 ， 其垂深多在 2 6 0 ～4 0 0 m， 而水 平段长约 4 0 0 m， 如何保证钻进 过程 中钻压 的传递 是关键。考虑到钻铤刚性较大 ， 进入斜井段后易发 生卡钻等井下故障， 因而在优选钻具组合时， 用加重 钻杆代替钻铤 ； 考虑到水平段钻进时的加压问题 ， 适 当倒装钻具 ， 解决 了钻 进过程 中钻压 传递 困难 的 问题 。 现场施工时 ， 钻具组合需满足以下 2 个条件 一 是保证完钻时所有加重钻杆位于井斜角小 于 5 0 。 的 井段； 二是保证震击器位于井斜角 3 O 。 ～6 0 。 的井段。 2 ． 2 钻 头优选 滑 动定 向钻 进 时 ， 为 保 持 工 具 面 的 稳 定 ， 选 择 了贝克休斯公 司的 HC 4 o 5 z型六刀翼 P D C钻头 。 该钻头是一种定 向钻头 ， 除了在切削齿大小 、 数 量 和角度等方 面进行 了有利 于定 向钻 进 的设计 外 ， 在切削齿 的根部有“ 磨损带” ， 像 钻头的“ 天花板 ” ， 可 以控制 切 入 地 层 的 深 度 ， 从 而 在 钻 进 过 程 中 产 生 平 稳 的扭 矩 ， 不 至 于 使 螺 杆 钻 具 出现 失 速 现 象 。 图 1是 普 通 P DC钻 头 和 定 向 P DC钻 头 螺 杆 扭 矩 与钻压的关 系对 比图。从 图 l可 以看 出， 与普 通 P DC钻 头 相 比 ， 定 向 P D C钻 头 能 够 产 生稳 定 的 扭 矩 。由于定 向 P DC钻头在钻进速度和使用时间上 都有 P D C钻头的特点 ， 能够很好地匹配地层特性 ， 因此 ， 较适合于 E P C区块小井 眼 中短半径水 平井 钻井 。 昼 Z ＼ 图 1 两种 P D C钻头扭矩与钻压的关 系 Fi g ．1 Re l a t i o ns hi p b e t we e n t o r qu e a n d W OB o f 2 t y pe s ofPDC b i t s 2 ． 3动 力钻具 优选 E P C油 田生产井 的造斜率为 4 0 。 ～6 O 。 ／ 1 0 0 m， 需要 1 ． 7 5 。 ～2 ． 2 5 。 大角度单弯动力钻具才能达到造 斜要求 。通常情况下 ， 这种大角度动力钻具不可 以 进 行复合 钻进 ， 在 定 向过 程 中需要 根 据 实 际造 斜 要 求， 多次起下钻更换不同角度的动力钻具来达到设 计造斜率。为了能够减少起下钻次数 ， 根据钻具 的 造斜率与动力钻具的弯曲角及长度等相关理论[ 2 ～ 一 ， 第 3 9卷第 5 期 许孝 顺． 墨西哥 E I 、 区块优 快钻井技 术 与 国 内动力 钻具 厂家 联合研 制 出 了 1 ． 7 5 。 ～2 ． 2 5 。 适 合浅层小尺寸中短半径水平井可复合钻进的动力钻 具 ， 不但满足了施工井造斜段的要求 ， 而且在进入水 平段后不用起钻更换小角度动力钻具 ， 这样就使一 趟 钻钻 完全 部斜 井段 成 为可能 。 该 动力 钻 具具 有 以 下特 点 1 动 力 钻具 按 角 度 分为 1 ． 7 5 。 、 2 ． 0 0 。 和 2 ． 2 5 。 3种 ， 可根据不 同的设计 造 斜 率 选 择 相 应 角 度 的 动 力 钻 具 ， 以满 足 墨 西 哥 E P C区块施 工井造斜 率的需要 ， 使 用寿命大 于 1 2 0 h ； 2 本体不带稳定器 ， 弯壳体 、 旁通 阀和轴承等关键部 件采用特殊材料进行 了加 固或加厚 ， 这种设计不但 有效减小 了复合钻进过程 中的扭矩 ， 而且不会 因扭 矩增 大而 产 生断裂 或 紧扣 。 十几 口井 的施 工 经 验 证 明 ， 这 3种型 号 的 大 角 度单弯动力钻具能够满足现场需要。 2 ． 4 无 线测 量仪 器优 选 E P C区块 目的层采用充氮气欠平衡钻进 ， 基 于 钻井液脉冲传输信号的常规测量仪器无法使用。由 于电磁波无线随钻测量仪的电磁波信号主要依靠地 层介质来传输 ， 井下仪器将 测量数据加载到载波信 号上， 测量信号随载波信号 由电磁波发射器 向四周 发射 ， 地面检波器将检测到的电磁波 中的测量信 号 卸载， 之后通过解码 、 计算得到测量数据 。 ] 。因此 ， 选用 电磁 波无 线 随钻测 量仪 器 E L I NK MWD 实 时 监测 井下 数据 。 E I I NK MWD的主要性 能参数 为 抗压 强度 1 4 0 MP a ； 工作温度 0 1 5 0。 C； 震击极限 2 0 0 0 g r n s ； 振 动极 限 1 5 g ； 含 砂量 小 于 0 ． 5 ； 钻 井 液 密度 无 要 求 ； 钻井液 固相含量无 要求 ； 最佳施工地层 电阻率 1 0 ～ 2 O Q m 。 从 E I I NK MWD主要 具有 以下 特点 1 数据传输速度快 ， 仪器故障率较低 ； 2 适 用于普通 钻井液 、 泡 沫钻井 液 、 空 气钻 井 和 激光钻井等钻井施工中传输定向和地质资料参数； 3 当地层电阻率为 1 O ～2 O Q m时， 在井下不 加信号放大器的情况下 ， 最大钻进垂深可达 2 7 0 0 m。 2 ． 5钻井 液性 能优 化 为尽可能 减小对 地层 的 污染 ， 且 要 具备 足 够 的携岩能力和便 于返 出后分 离油气 ， 有 效 提高钻 井液润滑性 能 ， 降低摩阻 系数 ， 该油 田油井多采用 QMAX公司的无 固相钻井液体系钻进 。该钻井 液 体系抑制能力强 ， 维护简单 ， 性能稳定 。根据地层有 断层、 裂缝易发生井漏 、 井涌等复杂情况及充氮气影 响钻井液携岩能力等特点， 对钻井液性能进行优化 ， 优化后的主要性能参数 为 密度 1 ． 0 ～1 ． 0 3 k g ／ L， 塑性黏度 8 mP a S ， 动切力 0 ． 4 P a 。根据井下需要 加入润滑剂 ， 保证钻井液的润滑性， 满足中短半径水 平井钻井的要求 ， 为高造斜率井段安全、 高效定向钻 进创 造条件 。 2 ． 6 其他 工 程技术 措施 合理选择侧钻点 目前 ， 墨西哥 E P C区块所钻 井均三开打导眼， 填井侧钻。侧钻点的选择需要考虑 两方面内容 1 侧钻点距离二开套管底部 1 8 m 以上 ， 以防止 E - L I NK MWD受磁干扰， 无法工作 ； 2 在满 足井眼造斜率要求的基础上 ， 造斜率越低 ， 使用的动 力钻 具角 度越 小 ， 井 下越 安全 。 确定最佳的钻井液排量结合测量仪器和螺杆 钻具 的性能、 特点 ， 确定最佳的钻井液排量， 使仪器、 螺杆钻具一直处于最佳 的工作状态 ， 同时达到充分 携 岩 以及 彻 底 净 化 井 眼 的效 果 。E P C 区块 的最 佳 排 量为 1 9 L ／ s 。 确定合理的钻压在增斜 段 ， 动力钻 具对钻压 及 加压方式 十分敏感 。在钻井过程 中 ， 钻压 2 0 3 0 k N， 同时采用连续加压、 快速间断加压等方法 ， 确保工具 面稳定 ， 提高施工效率 ， 保证施工安全。在水平段， 采 用小钻压 3 0 ～5 0 k N 、 低转速 小于 3 5 r ／ rai n 复合 钻进 ， 既可以提高机械钻速， 又能避免井下大角度动 力钻具复合钻进时发生故障。 随钻震击器的使 用 随钻震击器具有两方 面 的作用 一方面随钻震 击器 处于钻具组合 中 ， 方便 处理卡钻事故 ， 有 利于安 全钻进 ； 另一 方 面， 水平 段后期钻进 时， 过 大 的摩 阻使钻压很 难传 递到钻 头 ， 钻具 的大部分重量加 到震击器上 ， 通过震击器 向下震击传递钻压 ， 推动钻 头前 进 ， 提高滑动钻进 速 度 。 3 现场应用及效果分析 2 0 1 0年， E P C区块 1 O口井应用了该优快钻井技 术 ， 除其中 1口井因动力钻具实际造斜率达不到设计 造斜率， 起钻更换钻具外 ， 其他 9口井从造斜点至完 钻 ， 均一趟钻完钻 ， 总进尺 5 7 3 8 ． 6 O m， 平均钻速由应 用优快钻井技术前的 3 ． 5 0 m／ h提高至 l O ． 1 6 m／ h ， 钻井 提速 效果 显著 。 石 油 钻 探 技 术 3 ． 1应 用井例 以 E 1 0 7 1 H 井 为例 ， 介 绍 现 场 应 用 情 况。 E ～ 1 0 7 1 H井的设计井身结构如图 2 所示。 图 2 E 一 1 0 7 1 H井井身结构设计 Fi g ． 3 W e l l b o r e c o nf i g u r at i o n o f W e l l E- 1 071 H 该井采用“ 直一增一稳” 三段制井 身剖面 ， 井 眼 轨道设计结果见表 1 。该井三开钻完直导眼后填井 侧钻 ， 为了不影响 E - L I NK MWD仪器的正常工作 ， 侧钻点选在井 深 2 8 8 ． O 0 m处 ， 距离二开套管底 部 1 8 m 。 E - 1 0 7 1 井所 采用 的钻具组 合为 ≠ 1 5 2 ． 4 mm P D C 钻 头 0 ． 2 4 m十声 1 2 0 ． 0 ram1 ． 7 5 。 单弯 螺杆 6 ． 3 0 m 3 3 1 3 1 0回压 凡尔 0 ． 6 1 m 1 2 0 ． 0 ml x l 无 磁 钻铤 9 ． 0 5 m 1 2 0 ． 0 mi -l l 无磁悬 挂短 节 1 ． 4 5 m 8 8 ． 9 mm 斜坡 钻 杆 4 2 2 ． 4 0 I n 8 8 ． 9 mi i l 加 重钻 杆 1 9 ． 0 0 mj 5 1 2 0 ． 0 mm 震击器 x 9 ． 2 9 m 8 8 ． 9 mm加重 钻杆 2 6 0 ． 0 0 m 8 8 ． 9 mm 钻杆 。 该井下入了 1 ． 7 5 。 可复合钻进动力钻具 ， 满足了设计 造斜率的要求 ， 该井从侧钻点井深 2 8 8 ． 0 0 m至完钻 井深 8 6 2 ． 2 0 m， 仅 用 1 趟钻完成 ， 用 时 3 9 h 。 3 ． 2 效 果对 比分 析 表 2为 E P C区块 应用优快钻井技术前后的情 况对 比。 表 1 E 一 1 0 7 1 H井井眼轨道设计 T a b l e 2 We l l- b o r e t r a j e c t o r y d e s i g n o f We l l E 一 1 0 7 1 H 从表 2可以看出， 应用优快钻井技术前 ， 从侧钻 际市场钻井成本 1 5 O O美元／ h计算 ， 应用优快钻井 点至水平段完钻 ， 平均需要 4趟钻 ， 应用后仅用 1趟 技术后， 每米钻井成本节约 2 8 9 美元。可见 ， 应用优 钻 ， 平均钻速从 3 ． 6 8 m／ h提高至 1 2 ． 8 4 m／ h 。以国 快钻井技术大大减少了施工环节 ， 避免了起钻过程 第 3 9卷 第 5期 许孝顺． 墨西哥 E P C区块优快钻 井技 术 中发生的很多井下复杂情况 ， 缩短 了钻井周期 ， 提高 了钻井 时效， 降低了钻井成本 。 4 结论与建议 1 研 制 了适 用 于浅 层 小 井 眼 中短 半 径 水 平 井 的可复合钻进的大角度动力钻具 ， 减少 了斜井段施 工过程 中的起下钻次数 ， 大大提高了钻井速度 。 2 选用电磁波无线测量仪器 E I I NK MWD， 满足了充氮气欠平衡钻进随钻测量的要求 。 3 墨西 哥 E P C区块 优快 钻 井 技术 是 集 大 角度 可复合 钻 进动 力钻 具 、 电磁 波 随钻测 量仪 器 、 定 向钻 头、 钻井液等多方面为一体的综合技术 ， 在现场施工 中取得了理想 的效果 ， 可以在 其他类似浅层井进行 推广使用 。 4 研制的新 型动力钻具 目前仅在较 浅地层进 行 了应 用 ， 建议 在 深地层 钻 井 中进 行 试验 ， 以便 继续 改进并 提 高该 动力 钻具 的性 能及 寿命 。 参 考 文 献 E 1 ] 徐玉 山． 小井 眼钻井 工艺技 术的实 践与认 识[ J ] ． 石 油钻采 工 艺 ， 1 9 9 9 ， 2 1 2 4 8 5 3 ． Xu Yus h a n ．Pr a c t i c e a n d u n d e r s t a n d i n g o f s l i m h o l e d r i l l i n g t e c h n o l o g y [ J ] ． O i l Dr i l l i n g＆ P r o d u c t i o n T e c h n o l o g y ， 1 9 9 9 ， 2 1 f 2． 48-53 尔 尔 尔 坏 尔 尔 坏 零 绵 尔 尔 尔 舔 不 尔 尔 ’； { f 尔 石油钻探技术 期刊实施优先数字 出版 “ 优先数字出版” 是指文章在正式印刷出版前 ， 以数字出版方式提前出版印刷版期刊 内容 ， 在网络上优先 发表的正式出版形式 ， 通常比印刷出版提前数周或几个月。“ 优先数字出版” 改变了学术期刊传统纸质印刷 版滞后的局面， 对于加速知识传播 ， 促进科技创新 、 推广应用和期刊 自身发展具有重要意义 。 近年来 ， 国际上学术期刊优先数字出版发展迅速 ， 已经得到期 刊界认可并纷纷采用 。如 S c i e n c e的 E x p r e s s ， Na t u r e的 AOP Ad v a n c e O n l i n e P u b l i c a t i o n 等。国内 “ 中国知 网” [ 由新闻出版总署批准的中国学术 期刊 光盘版 电子杂志社主办 ， 互联 网出版许可证号 新出网证 京 字 0 0 8号] 推出了学术期刊优先数字出 版平 台 。 为加速优质稿件发表速度与传播速度 ， 促进学术成果在国内外学术界的认可 、 传播和利用， 石油钻探技 术 编辑部与“ 中国知网” 合作 ， 每期将优选 5 ～l O篇稿件 ， 实施优先数字 出版 。对于优先出版的稿件， 作者需 签署优先数字出版授权书。 欢迎广大读者作者踊跃投稿 石 油钻探 技 术 编辑 部 一一 一 一～ 一 一～ 一 一一 一 ～一 一 一一一 一一一一 一一 一 ～一 一一～一一一一～一一一一一一一