王龍張子橋張華偉王穎

(1.長城鉆探公司工程技術(shù)研究院;2.長城鉆探公司固井公司; 3.遼河油田筑路工程公司)

肯尼亞OL KARIA高溫地?zé)峋@井技術(shù)應(yīng)用

王龍1張子橋2張華偉2王穎3

(1.長城鉆探公司工程技術(shù)研究院;2.長城鉆探公司固井公司; 3.遼河油田筑路工程公司)

地?zé)豳Y源是蘊(yùn)藏豐富且無污染的清潔能源。因石油、煤炭等傳統(tǒng)能源逐漸枯竭,開發(fā)地?zé)豳Y源成為未來緩解能源危機(jī)的一個重要途徑?？夏醽喌叵绿N(yùn)含大量的高溫地?zé)豳Y源,OL KARIA是肯尼亞地?zé)崦娣e最大的區(qū)塊,地?zé)崦娣e大約80 km2。該區(qū)塊是一個火山噴發(fā)巖沉積的開放性隆起構(gòu)造。在鉆井過程中存在地下溫度高 (最高可達(dá)到350℃),地層嚴(yán)重漏失,定向軌跡控制難度大,鉆具磨損嚴(yán)重,卡鉆事故頻繁,鉆井速度慢等技術(shù)難題。針對這些問題,長城鉆探公司開展了肯尼亞高溫地?zé)峋ㄏ蜚@井技術(shù)研究,經(jīng)過近3年的室內(nèi)研究和現(xiàn)場實(shí)踐,形成了高溫定向鉆井、空氣泡沫鉆井液、鉆具防磨損、鉆井提速、井筒降溫盲鉆等高溫地?zé)峋@井技術(shù),成功解決了以上難題,現(xiàn)場應(yīng)用取得了明顯效果。

地?zé)峋?井筒降溫 空氣泡沫井眼軌跡控制

1 高溫地?zé)峋@井技術(shù)

1.1 高溫定向鉆井

地?zé)峋貙訙囟雀?決定了只能使用 E型高溫單點(diǎn)測斜儀和井下動力鉆具進(jìn)行定向造斜。造斜鉆具組合為:311 mm鉆頭+高溫泡沫螺桿+定位接頭+無磁鉆鋌 (1～2根)+127 mm加重鉆桿(15根)+127 mm鉆桿。由于使用單點(diǎn)測斜儀進(jìn)行定向造斜,工具面不穩(wěn)定,造斜難度大,因此,采用計(jì)算法和經(jīng)驗(yàn)法綜合考慮反扭角的大小,提高定向造斜的精確度,并縮短測斜間距,以便對工具面的角度進(jìn)行小范圍調(diào)整[1]。為了解決嚴(yán)重的井漏和井眼清潔問題,定向時采用空氣泡沫鉆井液進(jìn)行循環(huán)。同時,為了保證定向施工順利進(jìn)行,在實(shí)際施工時制定了以下措施:①盡可能選擇低溫區(qū)和穩(wěn)定性非破碎巖層作為造斜段;②采用0.5°以下的螺桿,造斜率應(yīng)控制在每30 m 1.5°～2°之間,以降低定向井眼曲率;③在造斜達(dá)到一定角度且方位穩(wěn)定后,應(yīng)盡可能使用轉(zhuǎn)盤動力增斜鉆進(jìn),以提高工作效率;④增斜穩(wěn)斜段縮短測斜間距,及時控制井眼軌跡;⑤測斜時要向井內(nèi)注入大量的冷水,減少高溫對儀器的影響。穩(wěn)斜時通常采用的鉆具組合為:鉆頭+雙母 (帶浮閥)+回壓閥+滾子扶正器+鉆鋌 (2根)+滾子扶正器+無磁鉆鋌 (1～2根)+鉆鋌 (6～8根)+127 mm加重鉆桿 (12根)+127 mm鉆桿。

1.2 空氣泡沫鉆井液技術(shù)

根據(jù)地?zé)峋奶攸c(diǎn),地?zé)峋@井液必須滿足以下兩個要求:①泥漿密度較低,攜砂能力強(qiáng);②鉆井液和處理劑抗溫能力高,溫度要達(dá)到200℃以上。為此,研發(fā)了空氣泡沫鉆井液。在清水中加入適量的發(fā)泡劑作為泡沫基液,并根據(jù)井深和地層漏失狀況在泡沫基液中充入一定量的空氣,使泡沫的質(zhì)量系數(shù)達(dá)到0.55左右。泡沫鉆井液的最大優(yōu)點(diǎn)是低密度、高黏度。泡沫流體的密度為0.036～0.424 g/cm3,泡沫由緊密而細(xì)小且有堅(jiān)固薄膜的氣泡組成,具有較強(qiáng)的表面黏度和強(qiáng)度,因而具有良好的防漏堵漏和保持井眼清潔的作用。在形成泡沫的基液中加入抗高溫保護(hù)劑HT-1能提高發(fā)泡劑的抗溫能力,抗溫極限從180℃提高到240℃,滿足了現(xiàn)場高溫施工的要求[2]。

1.3 鉆具防磨損

在地?zé)峋@井過程中,由于經(jīng)常出現(xiàn)嚴(yán)重井漏,鉆井液只進(jìn)不出,鉆具磨損嚴(yán)重。通常,2～3口井就需要換一套鉆具。為此,設(shè)計(jì)了專用鉆桿保徑接頭、新型滾子扶正器、鉆桿減阻耐磨接頭等輔助鉆井工具,大大降低了鉆具的損壞程度。

1.4 鉆井提速

鉆頭選型是提高鉆井速度的關(guān)鍵,該區(qū)塊鉆頭問題主要出現(xiàn)在四開段,通過對地層特點(diǎn)、鉆頭使用難點(diǎn)和已完鉆井鉆頭使用情況的分析,加強(qiáng)了鉆頭牙輪牙掌保徑能力和鉆頭耐溫性能。鉆頭選型遵循以下原則:

◇800～1 800 m井段,巖性可鉆性較好,可使用甲方提供的S86F或江鉆生產(chǎn)的 HJ T537GL或MD537,齒型為楔形齒;

◇1 800～2 400 m井段,地層研磨性增強(qiáng),地溫升高,推薦使用江鉆生產(chǎn)的 HJ T617GL或MD617,齒型為楔形齒;

◇2 400～3 000 m井段,地層研磨性強(qiáng),地溫達(dá)到300℃以上,軸承熱損壞嚴(yán)重,推薦使用江鉆生產(chǎn)的HJ T637GL或MD637,齒型為球形齒。

通過9口井的試驗(yàn),單只鉆頭平均進(jìn)尺提高了300%,平均機(jī)械鉆速提高了57.6%。此外,通過改變原來的鉆具組合,將螺旋扶正器換成滾子扶正器,機(jī)械鉆速得到大幅度提高,鉆頭蹩跳、高扭矩問題也得到了有效緩解。

1.5 井筒降溫盲鉆

肯尼亞OL KARIA區(qū)塊是一個火山噴發(fā)巖沉積的開放性隆起構(gòu)造,存在大量熔洞,出現(xiàn)循環(huán)完全漏失。為此,采用了井筒降溫盲鉆技術(shù),就是用清水加一定量的發(fā)泡劑代替鉆井液進(jìn)行鉆井作業(yè)。但在盲鉆過程中要經(jīng)常測試井眼是否清潔。測試的方法是:剛開始盲鉆時,先鉆井3～4 m上提鉆具,停止泡沫流體的注入,靜止5 min左右再次下入鉆具,測試井底是否有沉砂。如果沒有沉砂則開泵繼續(xù)往下鉆進(jìn);如果有沉砂,則當(dāng)鉆頭接近井底時,開泵泵入高黏鉆井液清潔井眼,然后再進(jìn)行井筒降溫盲鉆。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 施工簡介

OW-904B井一開鉆進(jìn) (0～64 m井段),清水鉆進(jìn),從地表一直鉆至表層深度,沒有發(fā)生漏失,返出良好。二開鉆進(jìn) (64～322 m),清水鉆至109 m,井口返出良好,之后發(fā)生完全性漏失,采用清水盲鉆至套管深度322 m。三開鉆進(jìn)(322～1 206 m),用空氣泡沫鉆至定向井段610 m,沒有發(fā)生漏失,返出良好。定向段后采用空氣泡沫增斜鉆進(jìn),井口返出良好。四開鉆進(jìn) (1 206～1 838 m),用空氣泡沫從1 206 m開始鉆進(jìn),順利鉆到3 000 m,鉆進(jìn)速度比較快。

OW-904A井是同一平臺的另一口地?zé)峋?井身結(jié)構(gòu)如表1所示,施工情況如表2所示。

表1 OW-904A井實(shí)鉆井身結(jié)構(gòu)

2.2 效果評價

2007年,長城鉆探公司進(jìn)入肯尼亞地?zé)峋@井市場,先期鉆井速度低,定向難度高,卡鉆事故頻繁。通過應(yīng)用高溫定向鉆井、井筒降溫、鉆頭選型、空氣泡沫鉆井液等高溫地?zé)峋@井技術(shù),成功解決了這些難題。截至2008年12月,共完成了9口井 (表3)。同當(dāng)?shù)仄渌鞠啾?單只鉆頭平均進(jìn)尺提高了300%,使用時間提高129%,平均機(jī)械鉆速由1.26 m/h提高到6.33 m/h,鉆速提高了5倍多,平均鉆井周期縮短了18天,取得了明顯的效果。

3 結(jié)論

(1)在清水中加入適量的發(fā)泡劑作為泡沫基液,并根據(jù)井深和地層漏失狀況在泡沫基液中充入一定量的空氣,保持泡沫的質(zhì)量系數(shù)在0.55左右,這樣可建立一個良好的循環(huán)來保證攜巖效果,有效解決井漏問題。

表2 各井段施工簡況

表3 地?zé)峋@井情況統(tǒng)計(jì)表

(2)高溫保護(hù)劑HT-1對泡沫鉆井液具有良好的抗高溫保護(hù)作用,能將發(fā)泡劑的抗高溫極限從180℃提高到 240℃,滿足了現(xiàn)場高溫施工的要求。

(3)采用專用鉆桿保徑接頭、新型滾子扶正器、鉆桿減阻耐磨接頭等輔助鉆井工具,大大降低了鉆具的損壞程度。

(4)在不能建立循環(huán)的漏失地層,在保持泡沫注入?yún)?shù)不變的情況下,可采用井筒降溫盲鉆技術(shù)。

(5)采用計(jì)算法及經(jīng)驗(yàn)法綜合確定反扭角來提高定向造斜的精確度,并縮短測斜間距,以確保準(zhǔn)確的工具面角,提高定向效率。

(6)合理的鉆頭選型和鉆具組合的優(yōu)化選擇是提高地?zé)峋@井速度的關(guān)鍵。

[1]魯立強(qiáng),等.肯尼亞OL KARIA地?zé)峋諝馀菽黧w定向鉆井綜合技術(shù)研究.科學(xué)技術(shù)與工程,2009(14): 4137-4139.

[2]賴曉晴,等.超高溫地?zé)峋菽@井流體技術(shù).鉆井液與完井液[J],2009(2):37-38.

10.3969/j.issn.1002-641X.2010.10.009

2010-02-04)