南堡1-3人工岛大斜度定向井钻井技术.pdf

第 4 2卷 第 1 期 2 0 1 4年 1月 石 油 钻 探 技 术 P ETROI EUM DRI 1 LI NG TECHNI QUES Vo 1 ． 4 2 No ． 1 J a n ． ， 2 0 1 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 4 ． 0 1 ． 0 1 2 南堡 1 _ 3人工岛大斜度定 向井钻井技术 李云峰 ， 胡 中志 ， 徐 吉 ， 祝志敏 ，王 攀 1 ． 中 国石油冀东油 田分公司钻采工艺研 究院 ， 河北 唐山 0 6 3 0 0 0 ； 2 ． 中国石油冀东油 田分公司陆上作业区 ， 河北唐 山 0 6 3 0 0 0 ； 3 ． 中 国石油冀东油 田分公司南堡作业区 ， 河北唐山 0 6 3 0 0 0 摘要 为了提高南堡 卜3 人工岛的整体开发进程， 进行 了大斜度定向井钻井技术研究。根据井位的分布特 点及剖面的防碰设计要求， 进行 了密集丛式井井眼轨道整体设计； 针对该区块储层具有强水敏、 强盐敏及玄武岩地 层易塌易漏的特点， 结合成膜封堵理论， 优选出具有强抑制性和强封堵性的 K C 1 成膜封堵低侵入钻井液； 通过分析 已完钻井玄武岩地层厚度， 优选高效 P D C钻头与螺杆钻具配合进行复合钻进。现场应用表明， 大斜度定向井钻井 技术合理规避了南堡 卜3人工岛井眼碰撞的风险， 有效控制了缩径、 阻卡等复杂情况， 已完钻井中平均井径扩大率 不小于8 ， 且均一次性投产。大斜度定向井钻井技术为南堡 卜3人工岛油气勘探开发提供 了工程技术保障。 关键词 大斜度井 定向井 井身结构 玄武岩地层 南堡 卜3 人工岛 中图分类号 T E 2 4 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 0 8 9 0 2 0 1 4 0 1 0 0 6 1 0 5 Hi g h - I n c l i n a t i o n Di r e c t i o n a l Dr i l l i n g T e c h n o l o g y i n Na n p u 1 3 Ar t i fic i a l I s l a n d Li Yu n f e n g ， Hu Z h o n g z h i ， Xu J i ， Z h u Zh i mi n 。 ， W a n g P an 。 1 ． Dr i l l i n g a n d Pr o d u c t i o n Re s e a r c h I n s t i t u t e ， J i d o n g Oi f i e l d C o mp a n y， Pe t r o C h i n a ， T a n g s h a n ， He b e i ， 0 6 3 0 0 O ， C h i n a ； 2 ． O n s h o r e O i l f i e l d O p e r a t i o n Di s t r i c ， J i d o n g Oil f i e l d C o mp a n y， Pe t r o C h i n a ， T a n g s h a n ， He b e i ， 0 6 3 0 0 0 ， C h i n a ； 3 ． Na n p u Oi Z f i e l d O p e r a t i o n Di s t r i c ， J i d o n g Oi f i e l d C o mp a n y， P e t r o C h i n a， Ta n g s h a n， He b e i ， 0 6 3 0 0 0， C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o s p e e d u p t h e d e v e l o p me n t p r o c e s s i n Na n p u 1 3 a r t i f i c i a l i s l a n d。 h i g h i n c l i n a t i o n d i r e c t i o n a l d r i l l i n g wa s i n v e s t i g a t e d ． Ac c o r d i n g t o a n t i c o l l i s i o n d e s i g n r e q u i r e me n t s a n d d i s t r i b u t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f we l l l o c a t i o n ， d e n s e c l u s t e r we l l t r a j e c t o r i e s we r e d e s i g n e d ． I n v i e w o f s t r o n g wa t e r s e n s i t i v i t y ， s a l t s e n s i t i v i t y a n d b a s a l t c o l l a p s e o r l e a k a g e i n t h i s b l o c k， a l o w f i l t r a t i o n d r i l l i n g f l u i d， wi t h KC1 f i l mi n g a n d s t r o n g s e a l i n g p r o p e r t y， wa s s e l e c t e d b a s e d o n t h e t h e o r y o f f i l m s e a l i n g； a f t e r a n a l y z i n g b a s a l t t h i c k n e s s i n d r i l l e d we l l s ， a h i g h l y e f f i c i e n t PDC b i t wa s s e l e c t e d t o wo r k t o g e t h e r wi t h P DM t o o l s ． F i 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 e c o mp r e h e n s i v e h i g h i n c l i n a t i o n d i r e c t i o n a l d r i l l i n g t e c h n o l o g i e s mi t i g a t e d t h e r i s k o f we l l b o r e c o l l i s i o n a n d c o mp l e x i t i e s l i k e t i g h t h o l e 。 p i p e s t i c k i n g i n t h e d r i l l i n g a t Na n p u 1 3 a r t i f i c i a l i s l a n d， t h e d r i l l e d we l l s h a d a n a v e r a g e h o l e e n l a r g e me n t r a t e o f l e s s t h a n 8 ， a n d a l l we r e p u t i n t o p r o d u c t i o n a t o n c e ． Di r e c t i o n a l d r i l l i n g t e c h n o l o g i e s p r o v i d e e n g i n e e r i n g a n d t e c h n i c a l s u p p o r t f o r e x p l o r a t i o n a n d d e v e l o p me n t o f Na n p u 1 3 a r t i f i c i a l i s l a n d ． Ke y wo r d s h i g h l y d e v i a t e d we l l s ； d i r e c t i o n a 1 we l l ； c a s i n g p r o g r a m d i a g r a m ； b a s a l t f o r ma t i o n ； Na n p u卜 3 a r t i f i c i a 1 i s l a n d 利用人工岛进行油气田开发目前已成为浅海油 气田勘探开发的主要方式之一， 由于人工岛的建造 成本与海上平 台相比相对较低 ， 对于水深小于 3 0 m 的近海油气 田， 国内外普通采 用人工 岛进行勘探开 发 。目前 国外人工 岛开发方面 ， 布井最多 的是美 国 收稿 日期 2 0 】 3 - 0 卜2 2 ； 改 回日期 2 0 1 3 一 l O 一 1 5 。 作者简介 李云峰 1 9 8 1 ， 男， 陕西安康人， 2 0 0 6年毕业 于西安 石油大学石油_T - 程专业 ， X - 程师， 主要从事钻井技 术方面研 究工作。 联 系方式 0 3 1 5 8 7 6 8 0 4 0 ，l i y u n f e n g 1 9 8 l l 6 3 ． C O I 1 ] 。 基金项 目 国家科技重大专项“ 渤海湾盆地黄骅 坳陷滩海开发示 范工程” 编号 2 O 1 1 Z X0 5 0 5 0 资助 。 6 2 石 油 钻 探 技 术 长滩岛， 该岛设计井 口 3 9 0个 ， 主要采用模块钻机施 工及旋转地质导向技术钻进， 其技术先进， 但成本较 高。国内人工岛开发方面有大港油 田庄海 4 1岛， 设计井 口7 6 个 ， 主要采用井丛排 常规钻机钻进 ， 开发层位主要集 中在浅层的油气藏 。 南堡 卜3人工 岛位于冀东南堡滩海地区， 是利 用海床粉砂 吹填而 成 的滩 海人工 岛 ， 水 深 5 m 左 右 ， 全岛长 4 9 5 m， 宽 2 9 8 m， 岛体呈近似椭 圆形 ， 计 划部署 1 3 0多口井 ， 井型以定 向井 、 大斜度定向井为 主， 主要采用井丛排常规钻机钻进 ， 开采层位主要 集 中在 中深层及深层油气藏 ， 目前已完钻井 1 0 4口， 创造了国内单岛数量最多、 密度最高的丛式井记录。 人工岛钻井技术难点分析 1 受人工岛面积的限制 ， 钻井可用地面面积狭 小， 井 口密集 ， 井 口间距为 4 m， 井眼轨道防碰设计 及轨迹控制难度大 。 2 位移大、 大斜度定向井段长， 位移超过 1 5 0 0 m 的井 5 1口， 位移大造成摩阻扭矩大、 钻井过程中防卡 润滑难度大[ 1。 。 。 3 大斜度定 向井井段不利于钻井液携砂l 4 ] 。 研究表明井斜 角大于 4 5 。 ， 岩屑极 易沉积形 成岩屑 床l 4。南堡 卜3人工岛井斜角大 于 4 5 。 的井 5 0口， 这些井在钻井过程 中存在卡钻的风险。 4 馆 陶组 玄 武 岩 地 层 厚 度 大 ， 厚 度 2 2 0～ 7 9 2 m ， 平均厚度为 4 6 6 ． 9 5 IT I ， 可钻性级值 为 5 ～8 级， 可钻性较差， 限制了钻井速度的提高， 延长了钻 井液的浸泡时间 ， 导致井壁稳定性差l_ 6 ] 。 大斜度定向井钻井技术对策 针对 以上难点 ， 对南堡 卜3人工岛大斜度定向 井钻井开展技术攻关 ， 提出了以下技术对策 。 2 ． 1 钻 井井场整体布局最优化 南堡 卜3 人工 岛井 口布置采用井丛排方式_ 8 ] ， 即井 口呈线形排列 ， 分成若干组 ， 排间距一般为2 O ～ 6 0 m， 同一排 内井 口间距一般为 2 ． 5 ～5 ． 0 m， 该方 式主要适用于海上人工岛使用常规钻机整体拖动施 工 。南堡 1 - 3 人工 岛分南北共布置 2排丛式井， 井 口间距为 4 m， 排间距 6 0 1T I ， 共布置 2 6组丛式井 ， 每 组 5口井 ， 全 岛共计划布置 1 3 0口井 见 图 1 ， 蓝 图 和绿图均代表钻井基础。 2 ． 2 密集丛式井井眼轨道设计与控制技术 南堡 卜3人工岛井 口区面较小 ， 且井网密集 ， 设 计井眼轨道时首先对井 口进行整体优选 ， 再 进行轨 道防碰设计。施工中要整体优化部署井位 ， 优化钻 井实施顺序， 并根据施工实测数据对各井进行轨道 防碰优化 。 井眼轨道 防碰设 计原 则是 造 斜 点深 度大 于 3 0 0 m， 同一井组 内各井之间的造斜点应交错分布， 深度差应大 于 3 0 r fi ， 造斜率为 1 ． 5 。 ～2 ． 1 。 ／ 3 0 m， 造斜方位为井 口与靶点连线的方 向， 尽量设计为二 维轨道 ， 以减少空 间的占用， 为轨道调整预 留空间。 如果相邻 2口井上直平行井段过长、 或井 口与靶点 的连线交叉严重无法进行优化 ， 此时必须对轨道进 行 防碰绕障设计 ；防碰绕障轨道设计 的预造斜方位 应尽量偏移井 口连线方向， 以获得最大 的井眼有效 间距 。一般 中心井 口预造斜方位应垂直于井 口连线 方向， 其右侧井 口预造斜方位应 自左至右依次增加 3 0 ～5 。 ， 反之亦然 ， 预造斜方位可根据完钻邻井的施 工情况进行调整l 9 J 。 钻井过程 中选用质量可靠 、 性能稳定的定 向工 具 ， 同时强化井眼轨迹 监测 与控制 ， 采取勤监测 、 小 调整、 微调整的措施 ， 提高旋转钻进 比例 ， 保证井眼 图 1 南堡 卜3人工岛井 口布置 Fi g ． 1 W e l l h e a d l a y o u t o n Na n p u 1 3 a r t i fic i a l i s l a n d 第 4 2卷第 1 期 李云峰等． 南堡 卜3人工岛大斜度定向井钻井技术 轨迹圆滑 ； 同时 ， 根据井内情况采取简化钻具组合及 选用欠尺寸稳定器等技术措施 ， 以保证 大斜度定 向 井精确 中靶和施工安全顺利 。 2 ． 3 井身结构设计 通过分析南堡 卜3人工岛实测地层压力和破裂 压力， 结合该区块注采动态分析和根据测井资料获 得 的地层岩石力学参数 ， 建立了适合南堡 卜3人工 岛定向井的三压力梯度预测模型 。在三压力梯度预 测模型及井壁稳定技术研究的基础上 ， 综合考虑井 深 、 水平位移及钻井难度 ， 确定 了南堡 卜3人工岛定 向井井身结构 ， 即井深小 于 4 0 0 0 m或水平位移小 于 3 0 0 0 m 的井采用三开井身结构 见图 2 ， 反之采 用 四开井身结构 见图 3 。 图 2 南堡 卜3人工岛定 向井三开井 身结构 Fi g． 2 Ca s i ng p r o g r a m f o r dr i l l i ng t hr e e s e c t i o n s i n Na n pu 1 3 a r t i f i c i a l i s l a n d 图 3 南 堡 1 - 3人工 岛定 向井四开井身结构 F i g ． 3 Ca s i n g p r o g r am f o r d r i l l i n g f o u r s e c t i o n s i n Na npu 1 3 a r t i f i c i a l i s l a nd 该井身结构的主要特点是 1 3 3 9 ． 7 mm套管 下至稳斜段 ， 封 固明化镇组上部地层 ， 为下部安全施 工提供条件 ； 2 2 4 4 ． 5 mm套 管封 固馆 陶组 地层 ， 缩短下部裸眼段长度 ， 降低摩阻和扭矩 。 2 ． 4 钻井液技术 针对南堡 1 3 人工岛储层具有强水敏、 强盐敏、 严重不均质及玄武岩地层易塌易漏 的特点 ， 应用具 有强抑性和强封堵性 的 KC 1 成膜 封堵低侵 入钻井 液。该钻井液将极压润滑剂、 石墨和原油等多种润 滑处理剂进行复配 ， 以达到减摩减扭的效果。同时， 根据井斜角大小选择润滑剂 若井斜角小于 4 0 。 ， 选 择极压润滑剂和改性石墨作为防塌润滑剂 ， 若井斜 角大于 4 0 。 ， 选择原油作为润滑剂 ， 并将其与不 同润 滑机理 的润滑剂进行复配l 1 。 钻至玄武岩地层前 2 0 0 2 5 0 m， 在钻井液 中加 入足量的磺化沥青、 聚合醇、 单向压力封堵剂等添加 剂， 提高钻井液的抑制性 。同时控制其 AP I 滤失量 低于 4 mL、 高温高压滤失量低于 1 O mL。通过提高 钻井液的抑制性和封堵性 ， 能够在一定程度上降低 复杂岩性地层的坍塌压力 ， 保持玄武岩井段 的井壁 稳定 。 2 ． 5 井眼净化 为有效清除大斜度定 向井钻井过程中形成 的岩 屑床， 在钻井过程 中采取以下井眼清洁技术措施 钻 井液的动塑 比大于 0 ． 6 ， 以提高其携岩性能 ； 适当增大 喷嘴直径 ， 同时增大钻井液排量 ， 1 1 ． 1 1T lr fl 井 眼排 量大于 5 O mL ／ s ， 1 5 ． 9 I n r i 1 井眼排量大于 3 O mL ／ s ； 每次起钻前泵人 1 0 0 m长的稠浆塞推砂 ； 提高固控设 备使用率， 尤其是双离心机的使用， 控制 4 3 1 1 ． 1 1T lI n 井眼的固相体积分数小于 1 2 、 4 2 1 5 ． 9 1T l I n井眼的固 相体积分数小于 1 8 ； P B C钻头和牙轮钻头间隔使 用， 以P D C钻头为主， 应用牙轮钻头修整井壁， 清理 井眼， 进行短程起下钻。 2 ． 6 摩阻、 扭矩的预测与控制 由于大斜度定向井裸眼稳斜段长 ， 因此 ， 降低摩 阻、 扭矩是大斜度定 向井钻井工程 的核心问题 。应 用 L a n d ma r k 软件模拟不同施工阶段的摩阻、 扭矩 变化情况 见表 1 ， 为选择低摩阻的井眼轨道 、 钻机 型号、 钻井液类型以及下套管方式提供依据， 并且在 钻进 过 程 中根 据 预 测 情 况 ， 在部 分 井 段 使 用 减 石 油 钻 探 技 术 表 1 南堡 1 3 - 斜 1 0 4 6井预测与实测摩 阻、 扭矩 对 比 Ta bl e 1 Co mpa r i s o n o f pr e d i c t e d a nd a c t u al d r i l l i ng t o r qu e an d dI ’a g i n NP1 3一 X1 0 46 we l l s 摩减扭工具 ， 以降低钻井过程 中的摩阻和扭矩 。 2 ． 7 玄武岩地层钻井方案优化 根据邻井或邻区块施工资料， 对该区块完钻井玄 武岩地层厚度进行分析， 南堡 1 - 3 人工岛馆陶组玄武 岩地层厚度约为 2 2 0 --7 9 2 i T I ， 平均厚度为 4 6 6 ． 9 5 m， 从东北一西南先变厚、 再逐渐变薄， 层位逐渐上移 ， 岩 性逐渐变复杂 ， 下部层位分散淹没。 利用测井资料分析 玄武岩地层的可钻性 ， 结果 为 南堡 卜3人工岛馆 陶组玄武岩地层可钻性级值 5 ～8 ， 平均 7 ． 2 9 ； 抗压强度 5 ． 0 0 ～ 1 9 3 ． 1 0 MP a ， 平 均 6 1 ． 5 6 MP a ， 硬度与可钻性级值均比较高 ， 属中硬 到硬质地层。 因此 ， 钻进玄武岩地层时应用高效 P DC钻头 导向钻具 MwD进行复合钻进 ， 以达到提高机械 钻速、 缩短钻井周期 的目的。 3 现场应用效果分析 南堡卜3 人工岛从 2 0 0 9 年进入开发阶段 ， 经过 4 年多的勘探开发 ， 目前 已完钻 1 0 4口井 ， 其中大斜度 定向井 4 6口， 平均完钻井 深 3 8 6 0 m， 平均井斜 角 6 7 ． 7 2 。 ， 平均位垂 比 0 ． 8 3 ， 平均机械钻速 1 7 ． 0 1 m／ h ， 平均钻井周期 2 9 ． 2 6 d 见表 2 。 表 2 南堡 卜3人工岛不 同井型钻井效果 Ta b l e 2 Dr i l l i n g e f f e c t o f d i f f e r e n t we l l t y p e s i n Na n p u 1 3 ar t i fic i a l i s l a n d 南堡 卜3人工岛大斜度定 向井应用高效 P DC 钻头 导 向钻具MWD进行 复合钻进 ， 有效提高 了不 同尺寸井眼的机械钻速 见表 3 。 表3 南堡 卜3人工岛不同尺寸井眼钻头应用效果 Ta bl e 3 Appl i c at i o n r e s ul t of b i t i n di f f e rent s i z e h ol es i n Nan pu l 一 3 Ar t i fic i a l I s l an d TH 1 9 5 4 D 3 2 0 0 6 2 3 1 7 3 7 ． 9 6 4 2 ． 6 5 南堡 1 3一斜 1 0 4 2井 深 4 3 0 5 r n ， 水 平 位 移 3 0 4 3 ． 0 8 i3 3 ． ， 最大井斜角 5 8 ． 2 8 。 ， 位垂 比 1 ． 1 1 ， 为一 口四开三段制单靶点井 。根据先期摩阻、 扭矩预测结 果和钻 柱 强度 校核 ， 选 用 工作扭 矩 6 O k N m 的 Z J 7 0 D型钻 机和 1 3 9 ． 7 m m 钻杆。该井井 眼曲率不 大于 2 ． 1 O ／ 3 0 m， 馆陶组玄武岩井段采用高效 P D C钻 头导向钻具 椰， D进行复合钻进 ， 并从钻井液密 度、 滤失量、 抑制性 、 封堵性和循环措施等方面采取维 持井壁稳定的措施 ， 该井段平均井径扩大率 6 ． 1 3 ， 达到 了玄武岩井段的优快钻进 和井壁保护 的 目的。 与同类型井北堡西 3 斜 1 井相比， 该井平均机械钻速 提高 了 5 2 ． 8 4 ， 钻 井 周 期缩 短 1 6 ． 0 6 d ， 缩 短 了 2 6 ． 7 8 见 表 4 。 4 结论与建议 1 开展了南堡 卜3人工岛大斜度 定向井钻井 技术研究 ， 有效解决 了该人工岛各项钻井技术难点， 特别是在人工岛密集丛式井井眼轨道设计与轨迹控 制 、 玄武岩地层钻井技术优化 、 井身结构优化设计 、 KC 1 成膜封堵低侵入钻井液技术方面 ， 总结 出了适 第 4 2卷第 1 期 李云峰等． 南堡 卜3人工岛大斜度定向井钻井技术 6 5 合南堡 卜3 人工岛大斜度井的钻井技术， 推动了南 堡 卜3人工岛勘探开发的进程。 2 南堡 卜3 人工岛采用密集丛式井井眼轨道 设计与轨迹控制技术， 解决了人工岛密集丛式井防 碰问题 ， 规避 了人工岛钻井施工 中存在的风险， 保证 了人工岛钻井的安全。 3 高效 P D C钻头MWD螺杆复合钻井技 术是精确控制井眼轨迹 、 提高机械钻速 的一种重要 手段 ， 应进一步提高钻井过程 中复合钻进 比例 。 4 针对南堡 卜3 人工岛勘探开发逐步深入 ， 深 井 井深5 0 0 0 m 、 大位移井 水平位移3 5 0 0 增多 ， 应进一步开展人工 岛大斜度定向井井身结构 优化设计研究 ， 实现人工岛的安全顺利施工 。 参考文献 Re f e r e nc e s [ 1 ] 李克向． 我国滩海地区应加快发展大位移井钻井技术L J ] ． 石油 钻 采工艺 ， 1 9 9 8 ， 2 0 3 卜9 ． I i Ke x i a n g ． Our c o u n t r y s h o u l d s p e e d u p t he de v e l o p me n t o f b e a c h a r e a b i g d i s p l a c e me n t w e l l 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 Pr o d uc t i o n Te c h no l o gy， 1 9 9 8， 2 0 3 1 9 ． [ 2 ] 靳金荣， 滕春鸣， 刁意舒 ， 等． 赵东平台C ／ D区块水平井钻井完 井配套技术I J ] ． 石油钻探技术， 2 0 1 1 ， 3 9 5 2 7 3 0 ． J i n J i n r o n g ， Te n g C h u n mi n g ， I Na o Y i s h u ， e t a 1 ． I n t e g r a t e d d r i l l i n g a n d c o mp l e t i o n t e c h n o l o g y o f Z h a o d o n g P l a t f o r m i n C／ D B l o c k [ J ] ． P e t r o l e u m D r i l l i n g T e c h n i q u e s ， 2 0 1 1 ， 3 9 5 2 7 3 0 ． [ 3 ] 蒋世全． 大位移井技术发展现状及启示[ J ] ． 石油钻采工艺， 1 9 9 9， 2 1 2 1 4 2 3 ． J i a n g S h i q u a n ． C u r r e n t d e v e l o p me n t o f e x t e n d e d r e a c h d r l l i n g a n d i t s i mp l i c a t i o n ]- J ] ． Oi l D r i l l i n g 8 L P r o d u c t i o n Te c h n o l o g y ， 1 9 9 9， 2 1 2 1 4 - 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