劉 輝,文 濤,段飛飛 王海波,王 波,王軍民

(長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院,湖北荊州434023)

1 地質(zhì)概況

東012井構(gòu)造上位于準(zhǔn)噶爾盆地西部隆起烏夏斷裂帶東1井區(qū)塊二疊系風(fēng)城組圈閉,烏夏斷裂帶是西北緣前陸沖斷帶中北面的一段,表現(xiàn)為逆沖斷裂帶有關(guān)的斷裂帶和斷褶帶,具體包括烏爾禾鼻隆帶、夏子街鼻隆帶和上盤斷裂帶。這些斷裂的發(fā)育為油氣運(yùn)移和遮擋提供了有利的保證,是形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的主要區(qū)域。

1)鉆探目的 主要目的在于落實(shí)東1井區(qū)塊二疊系風(fēng)城組風(fēng)三段及風(fēng)一段油藏儲(chǔ)量規(guī)模,為儲(chǔ)量計(jì)算提供資料。

2)預(yù)計(jì)鉆遇地層 東012井設(shè)計(jì)井深4580m,預(yù)計(jì)該井鉆遇地層從上到下依次為白堊系、侏羅系、三疊系和二疊系,二疊系細(xì)分為烏爾禾組、夏子街組、風(fēng)城組、佳木河組,其中風(fēng)城組 (P1f)分為3段,由上至下為風(fēng)3段 (P1f3)、風(fēng)2段 ((P1f2)和風(fēng)1段 (P1f1)。該井主探目的層為二疊系風(fēng)城組。

3)地層壓力 根據(jù)鄰井東1井鉆井情況分析,預(yù)計(jì)該井在風(fēng)2段中部存在異常高壓地層,最高地層壓力系數(shù)達(dá)到1.8。其上部地層為正常壓力系統(tǒng)。

2 鉆井工程技術(shù)難點(diǎn)

鉆井過(guò)程中可能遇到的難點(diǎn)如下:①相鄰井區(qū)東1井鉆進(jìn)至井深3624.73m,層位P1f,室內(nèi)H 2S探頭檢測(cè)到樣品氣中H 2 S濃度最高達(dá)到10mg/L;②二疊系 (烏爾禾組、夏子街組)裂縫性地層大段地層井漏嚴(yán)重,防漏、堵漏困難;③風(fēng)城組地層穩(wěn)定性較差,裂縫較發(fā)育,易漏,且存在高壓,鉆井風(fēng)險(xiǎn)較大;④夏子街組以下地層鉆井速度較慢,周期長(zhǎng);⑤低壓長(zhǎng)封固段固井難。

3 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要目的是封隔不同壓力體系的地層,封隔易塌、易漏地層。該井井深達(dá)4580m,參考準(zhǔn)噶爾盆地深井井身結(jié)構(gòu)狀況[1],針對(duì)其地層壓力情況以及可能出現(xiàn)的復(fù)雜情況,為了鉆井施工的安全,設(shè)計(jì)的井身結(jié)構(gòu)如下:表層采用?444.5mm鉆頭鉆至井深500m,下入?339.7mm表層套管,水泥漿返至地面。封隔地表松散易塌地層,并為井口控制和后續(xù)安全鉆井創(chuàng)造條件。二開(kāi)采用?311.2mm鉆頭鉆至井深3350m(進(jìn)入風(fēng)城組30～50m左右),下入?244.5mm技術(shù)套管,水泥漿返至井深1400m。封隔目的層以上復(fù)雜地層段,為下部地層油氣發(fā)現(xiàn)和安全鉆井創(chuàng)造條件。三開(kāi)采用?215.9mm鉆頭鉆至設(shè)計(jì)完鉆井深4580m,下入?139.7mm油層尾管,懸掛器位置選擇在井深3150m左右,回接?177.8mm套管至井口,固井水泥漿返至井深1400m,封固最上部油氣顯示段。

表1 東012井井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表

4 下部鉆具組合形式

鉆具組合設(shè)計(jì)主要從防斜、提高機(jī)械鉆速以及水力參數(shù)優(yōu)化3個(gè)方面入手。表層鉆進(jìn)采用塔式鉆具組合,保證上部盡量打直。二開(kāi)、三開(kāi)井段應(yīng)用井下動(dòng)力鉆具與PDC鉆頭的配合提高機(jī)械鉆速,在礫巖地層應(yīng)用水力推進(jìn)器,減少鉆具和鉆頭的疲勞損壞。具體鉆具組合形式如下:

1)一開(kāi)井段 ?444.5mm鉆頭+?228.6mm鉆鋌3根+?203.2mm鉆鋌6根+?177.8mm鉆鋌9根+?127mm鉆桿。

2)二開(kāi)井段 ①帶水力推進(jìn)器:?311.2mm鉆頭+脈沖接頭+?228.6mm水力推進(jìn)器+?228.6mm鉆鋌2根+?310mm穩(wěn)定器+?228.6mm鉆鋌1根+?203.2mm鉆鋌6根+?177.8mm鉆鋌12根+?177.8mm隨鉆震擊器+?177.8mm鉆鋌2根+?158.8mm鉆鋌3根+?127mm鉆桿。②帶井下動(dòng)力鉆具:?311.2mm鉆頭+5LZ210 7Y螺桿+?228.6mm鉆鋌2根+?310mm穩(wěn)定器+?228.6mm鉆鋌1根+?310mm穩(wěn)定器+?228.6mm鉆鋌1根+?203.2mm鉆鋌5根+?177.8mm鉆鋌12根+?177.8mm隨鉆震擊器+?177.8mm鉆鋌2根+?158.8mm鉆鋌3根+?127mm鉆桿。

3)三開(kāi)井段 ?215.9mm鉆頭+脈沖接頭+?165mm水力推進(jìn)器+?158.8mm鉆鋌21根+?158.8mm隨鉆震擊器+?158.8mm鉆鋌3根+?127mm鉆桿。

5 鉆井液設(shè)計(jì)

鉆井液設(shè)計(jì)中存在的技術(shù)難點(diǎn)是:①侏羅系含煤層,巖石脆性大,易剝落、井塌。②烏爾禾組、夏子街組易水化膨脹縮徑,地層滲透性好,漏失問(wèn)題突出。③風(fēng)城組地層裂縫較發(fā)育易漏,伊利石含量高易塌。針對(duì)以上技術(shù)難點(diǎn)設(shè)計(jì)的鉆井液方案設(shè)計(jì)如表2所示。

表2 鉆井液方案設(shè)計(jì)

鉆井液維護(hù)要求如下:①二開(kāi)井眼較大,裸眼井段長(zhǎng),特別注意鉆井液的維護(hù)工作。鉆進(jìn)過(guò)程中應(yīng)根據(jù)井下實(shí)際情況和鉆井液性能,將所需加入的處理劑按比例配成膠液以細(xì)水常流的辦法補(bǔ)充維護(hù)鉆井液,避免鉆井液性能波動(dòng)過(guò)大。②三開(kāi)鉆進(jìn)中以KCl加強(qiáng)抑制,并控制鉆井液濾失量,以磺化瀝青粉(天然瀝青粉)改善濾餅質(zhì)量,增強(qiáng)濾餅的防透性,加足低熒光潤(rùn)滑劑,注意防卡。③通過(guò)K+、Ca2+離子的復(fù)配使用以強(qiáng)化對(duì)井壁和鉆屑的抑制作用。鉆進(jìn)中Cl-離子濃度控制在大于20000mg/L,Ca2+離子濃度控制在400～800mg/L之間?？刂沏@井液濾失量不大于5ml,HTHP濾失量不大于0.33ml/min。④實(shí)鉆中要根據(jù)dc指數(shù)壓力監(jiān)測(cè)結(jié)果并結(jié)合鉆井實(shí)際情況合理調(diào)整鉆井液密度。在保證井下安全的前提下,盡可能使用密度的較低值,以利于油氣層的發(fā)現(xiàn)與評(píng)價(jià)。⑤根據(jù)鄰井烏35井地層水分析資料顯示,在二疊系地層中含量較高;同時(shí)結(jié)合風(fēng)城1井、風(fēng)城011實(shí)鉆情況在風(fēng)城組出現(xiàn)了嚴(yán)重的污染,實(shí)鉆過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè),及時(shí)加入適量CaCl2(首先通過(guò)小型試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證)清除污染。⑥保證固控設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)良好,鉆進(jìn)中要求振動(dòng)篩 (篩布使用60～120目)開(kāi)動(dòng)率100%,除泥器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)率80%,離心機(jī)有效開(kāi)動(dòng)率應(yīng)滿足鉆井液相關(guān)的性能要求,以 “凈化”保 “優(yōu)化”。

6 鉆井提速方案

1)使用水力加壓器和螺桿 水力加壓裝置在使用時(shí)連接在靠近鉆頭的下部鉆具中,利用循環(huán)鉆井液的鉆頭水眼節(jié)流壓降,以及在活塞上下端面造成推力的差值給鉆頭加壓,解決了不能靠下部鉆鋌的重量施加穩(wěn)定鉆壓的技術(shù)難題[2]。能有效地改變下部鉆具受力狀態(tài),起到減震防跳、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送鉆、改善鉆頭和鉆具的工作條件,加快鉆井速度,減少井下事故、保證井身質(zhì)量[3]。

2)優(yōu)選鉆頭 針對(duì)東012井下部地層可鉆性較差,地層研磨性強(qiáng)的特性,須選用高抗研磨性,使用壽命長(zhǎng)的牙輪鉆頭。除在P2w泥巖地層使用PDC鉆頭外,其他地層均使用牙輪鉆頭,由于風(fēng)城組地層巖石研磨性強(qiáng),選用抗研磨性好、鉆頭壽命長(zhǎng)的江鉆HF系列鉆頭,適合在堅(jiān)硬地層、強(qiáng)研磨性地層中鉆進(jìn),能夠有效提高機(jī)械鉆速。

3)實(shí)施近平衡控壓鉆井 在三開(kāi)井段控制好鉆井液密度,保證近平衡控壓鉆井。實(shí)施控壓鉆井具有如下優(yōu)點(diǎn):①可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)油氣層;②能提高機(jī)械鉆速;③可以保護(hù)油氣層。

4)優(yōu)化鉆井施工措施 ①在保證鉆頭及鉆具安全的前提下,采用大鉆壓鉆進(jìn),提高機(jī)械破巖的能力;②在現(xiàn)有機(jī)泵條件下,上部地層側(cè)重于大排量鉆進(jìn),保證井底清潔,減少重復(fù)破巖,下部地層側(cè)重于高泵壓鉆進(jìn);③采用大水眼鉆具 (?139.7mm鉆桿),減少循環(huán)壓耗,增加水力破巖能力。

7 結(jié)論與建議

1)優(yōu)化的井身結(jié)構(gòu)避免了復(fù)雜事故如井漏的發(fā)生,該井在烏爾禾組和夏子街組基本上沒(méi)有出現(xiàn)漏失情況。

2)三開(kāi)井段實(shí)施控壓鉆井,有效避免了風(fēng)城組地層壓力異常及地層不穩(wěn)定帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn),并且提高了機(jī)械鉆速,降低了鉆井成本。

3)鉆頭型號(hào)的優(yōu)選對(duì)該井的快速安全鉆進(jìn)起到了很好的輔助作用。

4)鉆井工程設(shè)計(jì)對(duì)鉆井施工過(guò)程必須起到指導(dǎo)性作用,所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)在對(duì)鄰井資料進(jìn)行透徹分析的基礎(chǔ)上,采取有效措施對(duì)該井鉆井中各種可能出現(xiàn)的情況進(jìn)行預(yù)防和處理。

[1]衛(wèi)懷忠.西部地區(qū)深井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)探討[J].石油鉆探技術(shù),2006,3(2):29-31.

[2]林元華,黃萬(wàn)志,施太和,等.水力加壓器研制及應(yīng)用[J].石油鉆采工藝,2003,25(3):1-3.

[3]張偉,馬登寶,孫展利,等.水力加壓器在準(zhǔn)噶爾盆地西北緣地區(qū)探井中的應(yīng)用[J].鉆采工藝,2009,32(5):108-110.