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蘇丹水平井鉆井技術(shù)研究

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蘇丹水平井鉆井技術(shù)研究

蘇丹1/2/4區(qū)水平井原設(shè)計(jì)二開(kāi)準(zhǔn)311mm井眼在1050m左右造斜,鉆至1700m左右至著陸點(diǎn)(井斜在80°左右),下技術(shù)套管,再水平鉆進(jìn)300~800m完鉆。這樣的設(shè)計(jì)存在如下問(wèn)題:大井眼井段過(guò)長(zhǎng),施工后期泵壓高,安全隱患較大;設(shè)備負(fù)荷重,維修時(shí)間多;大井眼機(jī)械鉆速慢,影響鉆井周期。針對(duì)存在問(wèn)題,對(duì)井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化:①以前設(shè)計(jì)造斜點(diǎn)有時(shí)會(huì)在Jimidi泥砂巖交互層,造斜效果差。根據(jù)地層實(shí)鉆資料及鄰井資料,將造斜點(diǎn)移至泥巖穩(wěn)定井段,提高了造斜效果。②技術(shù)套管從以前的1700m減少到1300m左右,在井斜60°前下入,減輕設(shè)備負(fù)荷,縮短了鉆井周期,降低了鉆井成本。③隨著老油區(qū)完鉆井的增加,防碰問(wèn)題將越來(lái)越嚴(yán)重,但為了盡量避免繞障而帶來(lái)的施工難度,與地質(zhì)人員和甲方協(xié)商,在滿足地質(zhì)要求的情況下,調(diào)整了地質(zhì)靶點(diǎn),避開(kāi)障礙。

在水平段及大斜度井段,傳統(tǒng)的鉆柱結(jié)構(gòu)已不再適用[2]。采用帶欠尺寸扶正器的微增倒裝鉆具組合,將加重鉆桿放置在井斜和全角變化率較小的井段,這樣做減小了下部鉆具的剛性,有效傳遞鉆壓和扭矩;減輕了水平段和接近水平段鉆具向下井壁的壓力;避免了鉆桿臺(tái)肩吃入地層,摩擦阻力減小,避免了可能產(chǎn)生的卡鉆。井斜60°以后,使用加重鉆桿代替部分鉆鋌,簡(jiǎn)化下部鉆具組合并降低了下部鉆具剛性,將加重鉆桿、震擊器等加在30°~60°井段,減輕下部鉆具重量,有利于鉆具彎曲,減小摩阻,使滑動(dòng)鉆進(jìn)加壓更順暢。確保井底獲得足夠的鉆壓,并減少黏卡的機(jī)會(huì)。鉆具組合為:準(zhǔn)127mm鉆頭+準(zhǔn)127mm加重鉆桿×2柱+準(zhǔn)127mm鉆桿×5柱+震擊器+準(zhǔn)127mm鉆桿+準(zhǔn)127mm加重鉆桿9柱+準(zhǔn)127mm鉆桿。蘇丹老區(qū)塊內(nèi)水平井目的層厚度大多在1.5~3m,應(yīng)用LWD工具,將測(cè)得的數(shù)據(jù)與鄰井的電測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比,及時(shí)進(jìn)行判斷,可以實(shí)時(shí)指導(dǎo)鉆進(jìn)的方向。同時(shí),采用近鉆頭測(cè)量工具,減少了儀器零長(zhǎng),測(cè)量數(shù)據(jù)更接近井底,減小了預(yù)測(cè)誤差和扭轉(zhuǎn)方位的次數(shù),施工效率更高。下入的LWD測(cè)井儀器組合為:Pulser+PSA+SEA+GR+THE+CPR。在著陸層位YabusⅥ之前,Adar和Yabus兩層界面的測(cè)井曲線值有一明顯變化:上部泥巖為低電阻值(1~2Ω•m)和小密度(2.35g/cm3),而下部大段泥巖為高電阻值(10Ω•m)和較大的密度值(2.45g/cm3),保證了準(zhǔn)確找到第一個(gè)主要標(biāo)志層。在著陸前15~20m左右時(shí),根據(jù)深淺電阻率的相對(duì)變化值指導(dǎo)導(dǎo)向鉆進(jìn),避免了在目標(biāo)層里進(jìn)行大的調(diào)整,保證了油層鉆遇率。

限制蘇丹水平井施工進(jìn)度的主要問(wèn)題是定向造斜段機(jī)械鉆速低,平均機(jī)械鉆速在5m/h左右,嚴(yán)重制約了全井的施工進(jìn)度。影響施工進(jìn)度的主要問(wèn)題集中在兩點(diǎn):一是普通PDC鉆頭易憋鉆,托壓現(xiàn)象嚴(yán)重,機(jī)械鉆速低;二是使用普通PDC鉆頭造斜時(shí),工具面不易控制,定向效果差。筆者優(yōu)選了長(zhǎng)壽命的專(zhuān)用定向PDC鉆頭。蘇丹石油工業(yè)處于起步階段,能夠提供定向PDC鉆頭的供應(yīng)商只有SMITH、Varel、川克三家。通過(guò)對(duì)比分析,優(yōu)選了Varel公司VRP519GH鉆頭。該鉆頭扶正塊短,在切削齒后設(shè)計(jì)了支撐塊,不但能保護(hù)切削齒,延長(zhǎng)鉆頭使用壽命,增加總進(jìn)尺,而且能將切削齒吃入深度限定在一個(gè)固定的數(shù)值,防止鉆頭扭矩因切削刃吃入量變動(dòng)而出現(xiàn)劇烈變化,工具面控制更容易。使用證明,VRP519GH鉆頭明顯減少定向時(shí)的托壓現(xiàn)象,工具面穩(wěn)定,定向造斜效果好。斜井段平均純鉆時(shí)間為74h,平均進(jìn)尺為838m,平均機(jī)械鉆速為11.32m/h,提速效果明顯??蓽p少起下鉆次數(shù),提高鉆進(jìn)時(shí)效,達(dá)到優(yōu)快鉆井的目的。直井段和水平段內(nèi)的鉆頭采用現(xiàn)場(chǎng)鉆井資料選型法優(yōu)選鉆頭,該方法簡(jiǎn)單實(shí)用,適合現(xiàn)場(chǎng)鉆井技術(shù)人員采用。首先對(duì)老井鉆頭使用指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),依據(jù)機(jī)械鉆速、進(jìn)尺、鉆頭壽命、使用井段等條件進(jìn)行綜合評(píng)定,去除機(jī)械鉆速在10m/h以下的鉆頭,初選出機(jī)械鉆速高、壽命長(zhǎng)、耐磨損的PDC鉆頭。在3/7區(qū),川克BD506鉆頭三開(kāi)水平段機(jī)械鉆速達(dá)15.20m/h;在1/2/4區(qū)直井段和水平段,SmithM616LKBPX鉆頭機(jī)械鉆速達(dá)13.90m/h,均取得了預(yù)期效果。

在3/7區(qū)水平井施工初期,使用PDC鉆頭,在井斜超過(guò)75°滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)扭矩變化大,影響LWD儀器傳輸信號(hào),轉(zhuǎn)盤(pán)鉆進(jìn)時(shí)井斜下降嚴(yán)重。由于位移、摩阻較大,鉆具托壓嚴(yán)重,工具面很容易跳動(dòng),難以控制。根據(jù)對(duì)地層情況和鉆進(jìn)情況分析,在3/7區(qū)改用牙輪鉆頭,克服摩阻扭矩大、托壓嚴(yán)重等難題,LWD信號(hào)比較穩(wěn)定,穩(wěn)斜效果好,水平段基本可以保證80%以上的旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn),確保了巖屑的攜帶。在1/2/4區(qū),通過(guò)多口井的試用,發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)311mm井眼使用VAREL公司生產(chǎn)的定向PDC鉆頭,自造斜點(diǎn)至1900m使用效果較好;三開(kāi)時(shí)使用Smith公司PDC鉆頭,也沒(méi)有出現(xiàn)嚴(yán)重托壓現(xiàn)象。在鉆進(jìn)方式上,由單一滑動(dòng)鉆進(jìn)或轉(zhuǎn)動(dòng)鉆進(jìn)變?yōu)榛瑒?dòng)與復(fù)合交替鉆進(jìn),盡量多的采用轉(zhuǎn)盤(pán)鉆進(jìn),保持井眼軌跡光滑。通過(guò)對(duì)鉆井參數(shù)的合理配置和螺桿鉆具的合理選擇,如使用高一級(jí)角度(+0.25°)的螺桿,可以更快地調(diào)整軌跡,也能更多地采用鉆盤(pán)鉆進(jìn),整個(gè)井段旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)率達(dá)到70%,這對(duì)于井下安全、提高鉆井速度等都會(huì)有所幫助。

在3/7區(qū)的PP-27H井,使用了美國(guó)NOV公司生產(chǎn)的AGITATORTOOL水力震蕩器進(jìn)行加壓。使用井段為1320~1619m,鉆具組合如下:鉆頭+螺桿+扶正器+CPR+MWD+TRX+加重鉆桿1柱+鉆桿5柱+水力震蕩器+震擊器+鉆桿3柱+加重鉆桿9柱+鉆桿。使用效果見(jiàn)表1。由表1可以看出,使用震蕩器后,機(jī)械鉆速由原來(lái)的4.68m/h提高到10.26m/h,增幅達(dá)一倍以上。其產(chǎn)生的震動(dòng)不會(huì)對(duì)鉆頭或其他鉆具產(chǎn)生破壞,造成的壓力脈沖對(duì)絕大多數(shù)MWD信號(hào)沒(méi)有干擾。實(shí)踐證明,水力震蕩器產(chǎn)生的軸向振動(dòng)能有效減小鉆具與井壁間的摩擦力,減輕滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)的摩阻托壓現(xiàn)象,大幅提高定向造斜速度。在長(zhǎng)半徑水平井滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí),對(duì)改善工具面的控制和增加機(jī)械鉆速效果十分顯著。

3/7區(qū)Palouge油田Aradieba地層(1277~2650m)為很厚的頁(yè)巖層,主要成分為伊利石和蒙脫石,裂縫發(fā)育,掉塊嚴(yán)重。1/2/4區(qū)Baraka-Ghazal、AbuGabra以及3/7區(qū)塊Adar地層主要為易水化、易造漿的泥巖與膠結(jié)性較差的砂巖互層;600~1900m的Aradieba組是造斜的主要層段,地層是以石英、蒙脫石及高嶺石為主的大段泥巖層,易吸水脫落,造成嚴(yán)重掉塊和垮塌,經(jīng)常出現(xiàn)大段劃眼和卡鉆等情況。各井段的鉆井液配方見(jiàn)表2。硅酸鹽與KCl配伍性較好,對(duì)填補(bǔ)微裂縫、穩(wěn)固泥巖效果很好。硅酸鹽屏蔽物能形成高效滲透膜,降低鉆井液中水的活度,誘發(fā)頁(yè)巖中的流體從頁(yè)巖中滲出到鉆井液中,從而達(dá)到抑制二開(kāi)井段頁(yè)巖水化,改善頁(yè)巖穩(wěn)定性的目的。Drilling-in鉆井液體系,重點(diǎn)是降摩、防卡。摩阻扭矩對(duì)水平井施工具有重要的影響[3]。處理措施是:首先滿足地質(zhì)錄井低熒光鉆井液的要求,加大固、液態(tài)潤(rùn)滑劑(RH2、RH3)用量,保證潤(rùn)滑劑含量大于5%,具有良好的潤(rùn)滑性;其次,加入XC調(diào)整流型,控制動(dòng)塑比大于0.7,保證攜砂;第三,在能夠穩(wěn)定井壁情況下,完井時(shí)鉆井液密度保持在1.18g/cm3即可;第四,充分利用固控設(shè)備,及時(shí)去除有害固相,保證固相含量盡可能低。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,具有強(qiáng)抑制性、強(qiáng)封堵性、流變性易控制的針對(duì)性鉆井液體系,成功解決了Aradie-ba和AbuGabra地層的井壁穩(wěn)定問(wèn)題,造斜段的平均井徑擴(kuò)大率由原來(lái)的20%以上降至8%左右,滿足了低熒光要求和懸浮攜砂能力,有效降低了超長(zhǎng)大水平段摩阻,保障了鉆井作業(yè)的順利實(shí)施。

自2010年1月開(kāi)始,逐步在蘇丹市場(chǎng)推廣水平井優(yōu)快鉆井配套技術(shù),近一年多來(lái),共在兩個(gè)區(qū)塊20口水平井成功實(shí)施,取得理想效果。平均鉆井周期從2010年前的44d縮短至23.67d,縮短了46.2%;平均建井周期為36.42d,比設(shè)計(jì)周期提前5~14d;機(jī)械鉆速?gòu)脑鹊钠骄?0.81m/h提高到目前的12.41m/h,提高了14.8%;事故和復(fù)雜現(xiàn)象由原來(lái)的3.7%降至1.8%。

通過(guò)實(shí)施一系列針對(duì)性的措施,全面提升了蘇丹水平井鉆井及完井質(zhì)量和速度,占據(jù)了海外市場(chǎng)優(yōu)勢(shì),效益顯著。鉆頭優(yōu)選后,全面提升了鉆井速度,減少了井下復(fù)雜,為今后自主研發(fā)適應(yīng)蘇丹市場(chǎng)的鉆頭進(jìn)行了嘗試,取得寶貴經(jīng)驗(yàn)。KCl/硅酸鹽鉆井液體系、Drilling-in鉆井液體系有效保證了各項(xiàng)鉆井工序的順利實(shí)施,水平井施工中,在抑制頁(yè)巖坍塌、穩(wěn)定井壁、減少托壓等方面效果明顯。水力震蕩器的使用,可以解決長(zhǎng)半徑水平井摩阻大、造斜慢、加壓困難的難題,建議做進(jìn)一步研究并力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)。(本文作者:邱傳俊、藺剛 單位:中原石油勘探局鉆井一公司、中原石油勘探局鉆井管具處)

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