利用液位探测仪在宝001_1井泥浆帽控压钻井试验.pdf

收稿日期 2010 －12 －07 作者简介 汪崇华 1956 － ， 钻井工程师， 1980 年毕业于重庆石油学校钻井专业， 从事钻井技术工作 30 年。地址 400021 重庆市江北 区大石坝川东钻探公司， 电话 023 67321136， E － mail wlr －113163． com 钻井工艺 利用液位探测仪在宝 001 －1 井泥浆帽控压钻井试验 汪崇华 1， 曾明昌1， 韩烈祥2， 古光平1 ， 杨 林 1， 赵启于1 1 川庆钻探工程公司川东钻探公司 2 川庆钻探工程公司钻采工程技术研究院 汪崇华等． 利用液位探测仪在宝 001 －1 井泥浆帽控压钻井试验． 钻采工艺， 2011， 34 2 1 －3 摘要 宝 001 －1 井， 设计井深 4 369 m， 目的层是长兴组。该井在钻至井深 2 030. 98 m 须家河地层 发现 井漏有进无出。随后在堵漏、 钻井过程中又出现垮塌卡钻、 溢流的严重复杂局面。针对这种特殊的复杂情况， 通过 综合分析， 采用液位探测仪监测井下液面变化， 泥浆盖帽施工工艺控制液面高度变化， 保持井筒上部泥浆帽高度和 性能稳定， 从而维持井眼的稳定; 下部使用清水强钻循环携砂的方法成功钻至固井井深。从而实现安全、 快速、 低 成本的钻井施工， 并总结探索出一套对付川东漏、 喷、 塌同存的钻井工艺技术。 关键词 恶性井漏; 溢流; 垮塌; 液位探测仪; 泥浆帽; 清水强钻; 控压钻井; 川东地区 中图分类号 TE 28文献标识码 ADOI10．3969/j． issn．1006 －768X．2011．02．001 一、 宝 001 －1 井复杂情况简介 1． 宝 001 －1 井设计井身结构、 压力剖面、 地质分层 见图 1、 图 2 2． 垮塌情况 该井采用密度 1． 08 g/cm3钻井液钻至井深 1 900． 42 m， 层位自流井， 井下出现垮塌。在处理阻 卡划眼过程中由于井下垮塌严重， 划眼时扭矩增大， 钻具被卡。电测数据显示1 575 ～1 810 m 井段井径 扩大严重， 最大井径达 500 mm， 平均井径为 403 mm， 井眼扩大率达 30。为保证下部安全钻进， 在 1 575 ～1 850 m 采取了注水泥补壁。 3． 井漏情况 钻至井段 2 029． 00 ～2 032． 00 m 地层须家河 发生井漏失返， 通过 4 次堵漏成功堵住; 又钻至井段 2 073． 00 ～2 080． 00 m 地层 须家河 井漏失返， 经 过 9 次堵漏均未堵住。 4． 油气显示 在严重井漏情况下采取对环空吊灌1． 23 g/cm3 钻井液抑制地层垮塌， 井底用密度 1． 01 g/cm3清水 强钻时， 当钻至井深 2 242． 04 m 突然井口见钻井液 返出， 且流量有增大趋势， 停泵观察5 min， 溢流钻井 1 第 34 卷第 2 期 Vol．34No．2 钻采工艺 DRILLING ＆ PRODUCTION TECHNOLOGY 液 0． 5 m3， 检测为气显示。关井观察 10 min 套压 0 ↗ 0． 6 MPa， 其后压力不变。采取反压井向环空注 入密度 1． 28 g/cm3压井液 100． 0 m3， 恢复钻进。 5． 堵漏效果差 在经过 40 d 的间断钻井、 储水、 堵漏 16 次， 共 消耗水泥 145 t、 桥浆 92． 2 m3、 3H 25 m3、 AP － P 10 m3、 随堵、 复堵各 5 t， 进尺仅为 95． 74 m， 堵漏效 果很差。 二、 井下液位探测仪的使用 1． 气层井漏的吊灌技术 1 吊灌的技术原则 在气层作业中发生井漏 以后， 静液面不在井口， 采取定时定量地向井内灌注 钻井液， 以维持井筒压力动态平衡， 防止溢流井喷或 井壁垮塌、 控制漏速。 2 吊灌技术的原理和作用 若发生井漏或井 漏失返， 停泵后静液面不在井口， 说明原钻井液形成 的静液柱压力高于漏层压力， 随着井漏液柱压力降 低到小于或于地层压力时， 天然气就会从地层中进 入井筒不断膨胀滑脱上升， 最后导致溢流井涌。所 以在钻开油气层后的井漏具有危险性， 一旦处理不 好很容易演变为井喷。为防止气层井漏引发溢流井 涌， 每当液柱压力降低到等于地层压力之前， 就应及 时灌入一定量的钻井液， 提高对产层的作用力 增 加漏失的动压力 ， 阻止地层中的流体进入井筒或 阻止已经进入了的流体向上运行， 保持井筒一直处 于微漏的状态， 并及时采取堵漏措施。采取吊灌钻 井液， 能够有效控制地层中的气体进入井筒， 即使有 一定程度进入， 也能有效控制其向上运行或推到漏 层中去。采取 “吊灌”能为堵漏准备和施工赢得十 分宝贵的时间， 是防止造成井喷险情的重要措施。 如果不吊灌或少灌了钻井液， 吊灌间隔时间太长， 就 会发生气窜、 溢流、 井涌; 若过多地灌入大量钻井液， 不仅造成钻井液消耗量大， 维持时间短， 堵漏施工准 备跟不上， 而且还会发生气窜、 溢流甚至井喷。因 此， 需要合理地吊灌钻井液。过去在没有井下液位 探测仪监测情况下的做法是 在静止观察情况下， 每 10 min 灌入钻井液 1 ～2 m3，分成 3 ～5 次灌入; 起 钻条件下， 每个立柱灌入钻具体积的 2 ～ 3 倍; 下钻 按静止观察情况进行吊灌。经过若干井次的实践验 证， 上述方法虽然是有效的， 但仍是一种经验性做 法。为进一步提高吊灌的科学性， 开展了井下液位 探测仪应用与研究， 通过探测井漏后的井筒液位高 度与变化， 确定吊灌钻井液的多少， 何时进行吊灌， 实现井筒压力始终相对平衡， 控制天然气快速上窜， 实现了更加科学合理的吊灌。 2． 井下液位探测仪的工作原理 当井筒液面不在井口时， 准确、 快速地测量井筒 内的液面深度、 准确计算地层压力、 提高敏感性易漏 地层的井控安全性、 在地层流体刚进入井筒时就能 发现溢流并预警， 该技术可降低起下钻、 电测期间吊 灌钻井液量、 提高堵漏成功率。液位探测仪的适用 于环境噪音在本系统中所产生的电流信号不超过 5 mA 为最好， 最大不能超过60 mA， 测量深度 液面不 在井口的所有油气井 井深 5 000 m 以内 ， 1 ～ 2 min 内即可测量液面深度， 低压发射器承受压力最 大不能超过 2 MPa， 对于噪声太高的环境， 关封井器 就能屏蔽环境噪声， 1 000 m 左右的井下液面， 10 ～ 20 s 内可测出一个数据。 将仪器连接放喷管线或套管阀 距离井眼中心 不超过 1． 5 m ， 利用氮气瓶里的氮气作动力， 计算 机定时每隔 1 ～2 min 控制仪器发出声纳脉冲波， 脉 冲波通过环空传至井下液面位置， 遇钻杆接箍或液 面后返回， 计算机接收从钻杆接箍和探测到液面返 回的脉冲波， 由于脉冲波在钻杆接头和液面上传播 时振幅发生变化， 通过对各种井下噪声信号进行过 滤， 计算接箍数或声纳传播的时间就得到了井下液 面深度， 并在计算机上记录深度变化曲线。 3． 井下液位探测仪安装及使用 1 关闭防喷器， 从环空进行监测。监控作业 2 钻采工艺 DRILLING ＆ PRODUCTION TECHNOLOGY 2011 年 3 月 March 2011 状态有 钻进、 起下钻、 空井、 电测、 下套管 图 3 。 2 从钻具水眼内监测。监控作业状态有 起 下钻、 接单根 图 4 。 三、 宝 001 －1 井注入泥浆帽作业 1． 泥浆帽钻井液密度的确定 1 该井使用 1． 01 g/cm3无固相钻至井深 2 242． 04 m3发现溢流， 关井观察 10 min 井口压力 0 ↗ 0． 6 MPa， 其后压力不变。经计算气层的压力为 23． 24 MPa， 地层压力当量密度 1． 04 g/cm3。 2 经使用井下液位探测仪监测液面深度为 94 ～120 m 之间， 取平均数为 107 m。 3 当液面静止时钻井液密度控制 ρ 23． 24/ 0． 01 2242． 04 －107 1． 09 g/cm3。 4 为了平衡地层压力和稳定井壁， 考虑到下 部与无固相接触处会被稀释钻井液密度将降低等因 素， 确定盖帽钻井液的密度为 1． 20 ～1． 25 g/cm3。 2． 吊灌量大小的控制 泥浆帽控压钻井的核心是控制好井筒环空的液 面动态稳定。过去也曾经成功地探索过清水强钻或 钻井液盖帽井底清水强钻技术， 但难以推广， 原因是 井筒环空液面心中没底， 大多凭现场指挥者的经验， 风险较大。有了井下液位探测仪监仪就为井筒环空 的液面控制提供了直观的检测手段， 作业风险得到 控制。本井施工中维持了井筒环空液面变化高度不 超过15 m 或井筒内液面上涨的体积不超过1． 0 m3。 四、 钻井作业过程中的井下液位控制 1 地面循环罐内准备≥100 m3钻井液， 密度 1． 20 ～1． 25 g/cm3 按照 3 m3/h 吊灌， 可以持续钻 井 30 h 以上 。 2 地面上尽可能多地储备无固相钻井液， 根 据井下情况控制泥浆泵的排量， 减少漏失量、 满足携 砂、 维持正常钻井的最佳效果， 尽量延长井底强钻的 时间。 3 强钻期间根据探测液面数据， 采取每半小 时 1． 5 m3的吊灌量， 维持井筒液面高度， 确保地层 流体不进入环空， 有效防止了溢流带来的井控险情， 同时也有效抑制了上部地层坍塌。 4 起钻前， 先在钻具内注入 2 ～ 5 m3密度 1． 28 ～1． 30 g/cm3的钻井液， 并且在起钻过程中按 照起出钻杆体积的 2 ～3 倍灌钻井液， 保持井筒上部 钻井液的性能稳定， 防止地层流体进入井筒。 5 在空井和电测期间， 同样是采取每半小时 1 ～1． 5 m3的灌泥浆量， 维持井内液面高度基本不 变， 地层流体未能进入井筒。 6 在下钻和下套管时， 由于管柱内有回压阀， 下入的管柱体积能够达到或大于 3 m3/h 的体积， 因 此不需要向环空吊灌， 也能保证液面高度基本不变， 地层流体是无法进入井筒的。 7 实施无固相强钻时必须对所有入井钻具进 行全面的检查、 探伤， 按操作规程紧扣， 保障钻具不 发生事故， 有条件应更换全新钻具。 五、应用效果与认识 在同一井眼段并存严重垮塌、 恶性井漏和气侵 溢流等复杂情况， 是钻井过程中的“拦路虎” 。宝 001 －1 井根据探测液面数据采取措施控制液面变 化， 科学合理掌握吊灌钻井液量， 避免溢流显示， 有 效抑制地层坍塌， 减少钻井液消耗。仅用了 9 d 时 间， 从 井 深 2 124. 74 m 钻 至 井 深 2 459 m 下 244mm 套管固井。既节省了大量的人力、 财力和 堵漏物资， 实现了安全、 快速、 低成本钻井目标。 参考文献 ［ 1］ 王希勇， 熊继有， 钟水清， 等． 川东北井漏现状及井漏处 理对策研究［ J］ ． 钻采工艺， 2007， 30 2 135 －137． ［ 2］ 王平全， 罗平亚， 聂勋勇， 等． 双庙 1 井井喷漏同层复杂 情况的处理［ J］ ． 天然气工业， 2007， 27 1 63 －65 ［ 3］ 刘四海， 崔庆东， 李卫国． 川东北地区井漏特点及承压 堵漏技术难点与对策［J］ ． 石油钻探技术， 2008 20 － 23． ［ 4］ 曾明昌． 气井喷漏同存的处理技术研究［J］ ． 天然气工 业， 2005， 6 ． ［ 5］ 向雪琳， 朱丽华， 单素华， 等． 国外控制压力钻井工艺 技术［ J］ ． 钻采工艺， 2009， 32 1 27 －30． ［ 6］ 陶谦， 柳贡慧， 邹军， 等． 泥浆帽钻井关键技术研究 ［ J］ ． 钻采工艺， 2010， 33 2 1 －4． 编辑 黄晓川 3 第 34 卷第 2 期 Vol．34No．2 钻采工艺 DRILLING ＆ PRODUCTION TECHNOLOGY Vol． 34 No． 2 March 2011DRILLING ＆ PRODUCTION TECHNOLOGYABSTRACT ABSTRACTS EXPERIMENT OF MUD CAP MANAGED PRES- SURE DRILLING WITH FLUID LEVEL MONITOR IN WELL BAO 001- 1 WANG Chonghua1， ZENG Mingchang1， HAN Liexiang2， GU Guangping1，YANG Lin1and ZHAO Qiyu1 1． CCDC Chua- ndong Drilling Co． ; 2． CCDC Drilling ＆ Production Technology Research Institute ， DPT 34 2 ， 2011 1 －3 Abstract The designed depth of well Bao 001- 1 is 4369m and the intended zone is Changxing ation． When the well was drilled to 2030． 98m，severe losses occurred and had no re- turns．Afterwards， during the stopping losses and drilling process，hole collapse，pipe stuck and overflow occurred． The downhole condition became very complicated． Through analysis， fluid level monitor was used to detect down hole fluid level and using mud capping technology controlled of fluid height． Thus the borehole stability was maintained． Then water drilling and circulating for carrying cuttings was applied．The well was drilled to designed depth successfully． A drilling technology was summarized to deal with losses，stick and collapse in the same borehole in Chuandong area． Key words severe loss，overflow，hole collapse，fluid lev- el monitor，mud cap，water drilling，MPD，Chuandong area WANG Chonghua drilling engineer ，born in 1956， graduated from drilling engineering department of Chongqing Pe- troleum School in 1980，is engaged in the research on drilling technique for 30 years． Add CCDC Chuandong Drilling Co． ，Dashiba，Jiangbei District 400021，Chongqing City，P． R． China． Tel 86- 23- 67321136 E- mail wlr- 113163． com RESEARCH ON THE MECHANISM OF BREAKING ROCK OF ROTATING AIR- HAMMER XIONG Jiyou1， LIU Xiaojun1，CHEN Lin2，HUANG Ming2and HUANG Zhongxin3 1． State Key Laboratory for Oil and Gas Geology and Exploitation，Southwest Petroleum Univer- sity; 2． Drilling Engineering Institute，SINOPEC Southwest Pe- troleum Branch; 3． Tarim Oilfield Co． ，DPT 34 2 ，2011 4 －7 Abstract The air hammer out of revolving makes well- face unsmooth，wellbore irregular as well as hole- drilling and well completion difficult in branch well and horizontal well． In this essay，a new automatic rotating air hammer without rotary table was designed as a WOB tool of air drilling in the horizontal well， which is provided with propulsive force of loading WOB automat- ically，so as to solve the drills problem in the horizontal well． Moreover，the numerical model of the rotating air hammer was established on the base of aerodynamics theory，probing the af- fections of different parameters，and optimizing the working pa- rameters and structure of the rotating air hammer to work normal- ly． The mechanism research on the rock impact and crush on the bottom hole was discussed as a reference for the application of the rotating air hammer in the horizontal well and branch well． Key words rotating air hammer，air drilling，design， breaking rock mechanism XIONG Jiyou professor，doctoral advisor ，born in 1951，graduated from Southwest Petroleum Institute in 1978，is engaged in the teaching and research on drilling technology，jet theory and application technique etc． Add Petroleum Engineering Institute，Southwest Petroleum University，Xindu District 610500，Chengdu City，Sichuan Province，P． R． China Tel 86- 28- 61602009 E- mail xiongtang2002 yahoo． con． cn DEVELOPMENT OF BLOWOUT CONTROL DE- VICE FOR API STANDARD CASING HEAD QI Yaosheng1，WANG Gang1and NIU Wenjie2 1． Sin- opec Shengli Oilfield Hekou Oil Production Plant; 2． Faculty of Mechanical and Electronic Engineering，China University of Pe- troleum Huadong ，DPT 34 2 ， 2011 8 －9 Abstract According to the features of API standard casing head completion technology，the HK- 3 blowout control device was improved，and its structure was redesigned，the connection problems between blowout control device and casing head were resolved，the mechanical property of the device was calculated and checked． Field test showed that the effect of control blowout for new blowout control device was very well in completion oper- ation of API standard casing head． Key words API standard casing head， well completion， well blowout， blowout control device QI Yaosheng engineer ， born in 1965，graduated from Shengli Petroleum Technical School in 1987，is engaged in the technical management． Add Sinopec Shengli Oilfield Hekou Oil Production Plant， Hekou District 257200，Dongying City，Shandong Province，P． R． China Tel 86- 546- 8573806 E- mail slqys126． com RESEARCH ON CASING CEMENTING TECHNOL- OGY OF LONG HORIZONTAL SECTION IN SULIGE GAS FIELD LIU Xiaoli，WEI Zhousheng，WANG Wenbin and LUO Lixia CCDC Chuanqing Drilling ＆ Production Technology Re- search Institute ，DPT 34 2 ， 2011 10 －12 Abstract According to cementing technology difficulties of Φ114． 3mm production casing in Sulige gas field long horizontal section，the ahead fluid system，gas- check cement slurry system and the over fluid system were developed，the cementing tool with high perance and production casing were opti- mized． Through field application，the good cementing quality was obtained，and these techniques could satisfy the requirement of casing perforation and hydraulic bridge plug fracturing tech- nology． A set of casing cementing technology suited for Sulige gas field long horizontal section was summarized． All of these provided a technical support for the effective exploitation of Su- lige gas field in future． Key words horizontal well，cementing，long horizontal section，over fluid LIU Xiaoli engineer ，born in 1982，graduated from Pe- troleum Engineering Institute of Yangtze University in 2007，is engaged in the research on cementing technique，cementing tool and cement slurry． Add CCDC Chuanqing Drilling ＆ Production Technology Research Institute， Weiyang District 710021， Xi＇an City， Shanxi Province，P． R． China Tel 86- 29- 86596503 E- mail liuxiaoli_midas163． com STUDY ON COMPLETION TECHNOLOGY FOR LEVEL 6 MULTILATERAL WELL JIN Wenbo1，DANG Wenhui1，LIU Chao2，LIU Qiang3