張國海

(中國石油長城鉆探工程有限公司鉆井二公司,遼寧盤錦124010)

蘇里格53區(qū)塊水平井綜合提速技術(shù)

張國海

(中國石油長城鉆探工程有限公司鉆井二公司,遼寧盤錦124010)

蘇里格氣田53區(qū)塊屬于低壓、低滲區(qū)塊,油藏埋藏深、油層薄、單井產(chǎn)量低,利用水平井開發(fā)技術(shù)是提高該區(qū)塊單井產(chǎn)能及采收率的有效方法。長城鉆探工程有限公司在該區(qū)塊的鉆井過程中,通過實(shí)施井深結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,鉆井液體系優(yōu)化,鉆井參數(shù)的優(yōu)選與優(yōu)配,鉆具組合的合理選擇,鉆頭型號優(yōu)選的一系列綜合提速技術(shù)措施,在水平井優(yōu)快鉆井方面取得了顯著成效?？偨Y(jié)了蘇里格53區(qū)塊鉆井技術(shù)的成功經(jīng)驗(yàn),并提出了存在的問題。

蘇里格氣田;水平井鉆井;井身結(jié)構(gòu);鉆井參數(shù)

1 蘇里格53塊水平井提速技術(shù)難點(diǎn)

蘇里格氣田53區(qū)塊構(gòu)造位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部中帶,儲層屬低滲低壓氣藏,采用常規(guī)井開采技術(shù),采收率較低,開發(fā)成本居高不下。為此參與蘇里格氣田開發(fā)的各大鉆探公司先后嘗試水平井技術(shù),其中長城鉆探2009年完成的蘇10-30-38H水平井,經(jīng)過后期酸化壓裂改造,產(chǎn)量達(dá)到了臨近直井的4倍,增產(chǎn)效果顯著。2010年,蘇里格53區(qū)塊水平井大規(guī)模實(shí)施,但由于該區(qū)設(shè)計(jì)造斜點(diǎn)深(一般在2 850 m以下)、水平井段長(一般在800～1 200 m)、氣層深度不確定,完井工藝復(fù)雜,在施工過程中,石千峰、石盒子組地層坍塌、掉塊,施工速度慢,延長了施工周期,嚴(yán)重影響了水平井開發(fā)速度。通過對鄰井施工情況以及鉆井二公司長期在蘇里格地區(qū)施工的經(jīng)驗(yàn)分析,蘇53水平井施工的主要難點(diǎn)為:

(1)二開裸眼井段長,直羅組泥巖發(fā)育,易掉塊;石盒子組泥巖易水化膨脹,易縮徑、坍塌。

(2)本區(qū)塊安定及直羅組地層傾角大,防斜打直與提速的矛盾較突出。

(3)劉家溝、石千峰地層可能出現(xiàn)較大漏失現(xiàn)象,防漏任務(wù)較艱巨。

(4)定向造斜采用 PDC鉆頭導(dǎo)向,工具面不易控制,托壓嚴(yán)重,定向鉆進(jìn)時(shí)必須頻繁活動鉆具,增加了軌跡控制難度。

(5)定向段施工中的巖屑攜帶、潤滑問題較嚴(yán)重。

(6)水平段長,施工后期鉆具拉力、扭矩大,易發(fā)生鉆具斷落事故。

2 鉆井工程設(shè)計(jì)簡況

2.1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前蘇53區(qū)塊在水平井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與先導(dǎo)試驗(yàn)井方面有所創(chuàng)新(表1),原二開φ311 mm井眼到A點(diǎn)下φ244.5 mm技術(shù)套管,現(xiàn)改為二開φ241 mm井眼到A點(diǎn)下φ177.8 mm技術(shù)套管。將原水平段φ215.9 mm井眼下入尾管完井水力壓裂單層開發(fā),改為φ152.4 mm井眼裸眼完井下入壓裂管柱分段封隔壓裂同時(shí)開發(fā)。

表1 井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

2.2 井身剖面設(shè)計(jì)

(1)井身剖面設(shè)計(jì)基本原則:①由于地層比較致密,工具造斜能力必須滿足地層實(shí)際造斜率要求,因此采用中半徑造斜率進(jìn)行井身剖面設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)靶前位移350 m;②設(shè)計(jì)剖面有利于鉆具組合簡化,更有利于軌跡控制;③優(yōu)化造斜點(diǎn),將造斜點(diǎn)設(shè)計(jì)在2 800～3 000 m之間,方便控制全角變化率;保持井眼軌跡圓滑,有利于下步完井施工作業(yè);④優(yōu)化設(shè)計(jì)剖面,縮短鉆井周期,減少投資成本。

2.3 鉆井液設(shè)計(jì)

2.3.1 鉆井液體系選擇

鉆井液體系是水平井是否順利施工的關(guān)鍵。選擇適合于蘇53區(qū)塊地層特點(diǎn)的聚合物有機(jī)硅高效防塌鉆井液體系,在鉆井液中加入瀝青、柴油、柱狀石墨、聚合醇、降失水劑,降低摩阻,預(yù)防坍塌,確保鉆井液性能穩(wěn)定,解決蘇53區(qū)塊水平井施工時(shí)間長、裸眼井段長、井壁不規(guī)則、直羅和石盒子組井段易掉塊、易坍塌等問題。

2.3.2 分段性能設(shè)計(jì)

(1)一開井段:用土粉鉆井液,密度控制在1.05～1.08 g/cm3、粘度45～55 s,滿足攜砂要求和防漏要求。

(2)二開直井段:采用清水-聚合物體系,造斜點(diǎn)前100 m泥漿改型。

(3)造斜井段:采用低固相聚合物有機(jī)硅聚合醇防塌鉆井液體系,鉆井液綜合性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求,密度 1.13～1.17 g/cm3、粘度 50～55 s、失水 ≤5 m L、含油量達(dá)到7%～8%,含砂量≤0.2%,泥餅光滑致密。

(4)三開水平段:采用低固相聚合物防塌完井液體系 ,密度 1.15～1.17 g/cm3,粘度 50～55 s,失水≤3 mL、含油量達(dá)到7%～8%,含砂量≤0.2%,泥餅光滑致密。

3 提高鉆井效率的措施[1-3]

3.1 全井推廣導(dǎo)向鉆井技術(shù),確保優(yōu)化井眼軌跡

根據(jù)該區(qū)塊的地質(zhì)特點(diǎn)、地質(zhì)設(shè)計(jì)要求、剖面設(shè)計(jì)、井身結(jié)構(gòu)和完鉆井的鉆井情況,總結(jié)蘇53區(qū)塊軌跡控制經(jīng)驗(yàn),在二開直井段便下MWD儀器控制,及時(shí)監(jiān)測井眼軌跡,根據(jù)測斜情況及時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù),在900 m以下緩慢糾斜,確保鉆達(dá)造斜點(diǎn)無橫向位移,反向位移在30～40 m以內(nèi),減少定向段的工作量,減少井眼曲率,從而優(yōu)化了軌跡。全井采用導(dǎo)向鉆井技術(shù)(PDC鉆頭+螺桿+MWD儀器),精確控制井眼軌跡 。這些措施為準(zhǔn)確入靶提供了有效的技術(shù)保障,又大大縮短了直井段鉆井周期。

減少由于儀器和工具維修造成的停等維修等非生產(chǎn)時(shí)間,做好如下工作:

(1)每次下鉆前對儀器試運(yùn)行,螺桿試運(yùn)轉(zhuǎn),準(zhǔn)確丈量并記錄造斜工具角差,確保無誤,方可下鉆。

(2)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)曲率施工,減少拐點(diǎn),避免三維變化(水平段井斜控制在90±1.5°、全角變化率小于3°/30 m),確保井眼軌跡平滑,為電測和下套管創(chuàng)造條件,為長水平井段有效降低摩阻和扭矩打下基礎(chǔ)。

(3)做好待鉆井眼曲率預(yù)測工作,嚴(yán)格按設(shè)計(jì)軌跡施工,控制井眼曲率偏差在±1°～2°。

3.2 優(yōu)選PDC鉆頭

總結(jié)已完井的鉆頭使用情況,對地層巖性、硬度和粒徑及可鉆性進(jìn)行分析,優(yōu)選出適合地層的 PDC型號,及時(shí)對每只使用的PDC進(jìn)行分析,對比地層、鉆時(shí)、純鉆時(shí)間、單只總進(jìn)尺,依據(jù)地層條件不斷改進(jìn)PDC鉆頭個(gè)性化設(shè)計(jì) PDC鉆頭,聯(lián)合鉆頭廠家共同研制高效、造斜專用短刀翼、螺旋刀翼 PDC鉆頭。擴(kuò)大 PDC鉆頭的適應(yīng)性,增加 PDC鉆頭的可鉆進(jìn)井段,提高PDC鉆頭的單只進(jìn)尺和平均機(jī)械鉆速。

3.3 優(yōu)化鉆具組合優(yōu)選井下工具

(1)鉆具組合設(shè)計(jì)的原則與依據(jù):①鉆具組合必須滿足剖面設(shè)計(jì)及施工具體要求;②設(shè)計(jì)的鉆具組合應(yīng)考慮剛性影響,應(yīng)使摩阻達(dá)到最佳;③充分發(fā)揮復(fù)合鉆井技術(shù)的作用,即采用單彎螺桿定向鉆進(jìn)同轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)交替進(jìn)行,一方面使得軌跡優(yōu)化,一方面有利于充分?jǐn)y砂。

(2)在實(shí)際應(yīng)用中,直井段保直取得了良好的效果,造斜段按照設(shè)計(jì)要求組合鉆具,保證了軌跡入靶,三開水平段根據(jù)井下實(shí)際情況,倒裝上下鉆具,減小下部鉆具的摩阻,又保證水平段后期的扭矩傳遞。實(shí)踐證明,優(yōu)化后的鉆具組合既保證了施工正常,又保證了井下安全,為提速工作提供了有利的保障。

(3)優(yōu)選井下動力鉆具。結(jié)合地層及鉆定向曲率要求,優(yōu)選出合適的井下動力鉆具,并且依據(jù)工具技術(shù)指標(biāo)優(yōu)選合適鉆井參數(shù):φ172 mm以上的螺桿鉆具應(yīng)選用立林生產(chǎn)的,使用時(shí)間保證在80～120 h;φ120 mm的螺桿采用德州生產(chǎn)的,使用時(shí)間60 h左右。

3.4 優(yōu)化鉆井參數(shù)

依據(jù)每段地層巖性、可鉆性,結(jié)合鉆具組合要求制定出最優(yōu)的鉆井參數(shù)。

(1)一開鉆井參數(shù)為:鉆壓30～50 kN,轉(zhuǎn)速60～70 r/min,排量 35 L/s,泵壓 8～10 M Pa。一開第一個(gè)單根必須用轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)下去,且頭三個(gè)單根用單泵鉆進(jìn)。每鉆完一單根認(rèn)真劃眼兩遍,每鉆完6～8個(gè)單根循環(huán)8～10 min,每鉆進(jìn)80～100 m測斜一次,根據(jù)測斜結(jié)果合理調(diào)整鉆井參數(shù),確保一開打直(井斜控制在3°以內(nèi),否則填井),井眼光滑。

(2)二開上部直井段鉆井參數(shù)為:鉆壓30～50 kN,轉(zhuǎn)速 50～60 r/min,排量 32～35 L/s,泵壓 10～11 M Pa。第一造斜段(0～50°)鉆井參數(shù)為:鉆壓60～100 kN,排量 32～35 L/s,泵壓 15～18 M Pa,且根據(jù)造斜率及井下情況多用轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)(原則上每單根定進(jìn)3～4 m)。第二造斜段(50°～90°)鉆井參數(shù)為:鉆壓60～120 kN,排量 30～32 L/s,泵壓 16～18 M Pa,采取滑動鉆進(jìn)與旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)交替進(jìn)行的方式,確保沿著設(shè)計(jì)軌跡鉆進(jìn)(原則上每單根定進(jìn)4～5 m)。

(2)水平段采用鉆井參數(shù)為:鉆壓20～40 kN,轉(zhuǎn)速40～50 r/min,排量12 L/s,泵壓18～20 M Pa,鉆進(jìn)時(shí),根據(jù)井眼軌跡、螺桿壓差、摩阻及進(jìn)尺合理確定鉆壓,送鉆均勻,保持鉆壓平穩(wěn)。

3.5 優(yōu)化鉆井液體系,維護(hù)好鉆井液性能

選用適合于該區(qū)塊地層特點(diǎn)的鉆井液體系。造斜井段采用低固相聚合物有機(jī)硅聚合醇防塌鉆井液體系,水平段采用低固相聚合物防塌完井液體系,有效預(yù)防上部井段掉塊和坍塌導(dǎo)致井下復(fù)雜情況的發(fā)生;為提高鉆井液攜巖能力,使井眼得到充分凈化,應(yīng)采用合理的鉆井液密度,并結(jié)合實(shí)鉆情況,及時(shí)合理地調(diào)整鉆井液密度,實(shí)現(xiàn)近平衡鉆井,提高鉆井速度。

3.6 預(yù)防井下復(fù)雜情況和事故

(1)運(yùn)用井壁穩(wěn)定技術(shù),預(yù)防井塌。選用適合于西北地層特點(diǎn)的聚合物有機(jī)硅高效防塌鉆井液體系,運(yùn)用低軟化點(diǎn)瀝青與柴油相配伍的有效防塌作用,解決前期施工時(shí)間過長、裸眼井段長、井壁不規(guī)則的問題,有效防止了直羅和石盒子組井段繼續(xù)掉塊、坍塌。加大防塌封堵劑瀝青類產(chǎn)品的用量,進(jìn)一步提高鉆井液的封堵能力;加大防塌降失水劑的用量,常規(guī)處理劑加量是普通井型的150%,嚴(yán)格控制鉆井液的濾失量,延緩泥頁巖坍塌周期。

(2)提高攜砂性能,充分凈化井眼,防止卡鉆。井斜角在40°～65°的斜井段為攜巖最困難的井段,因此依據(jù)巖屑運(yùn)移理論,大膽嘗試使用三低一高(低般含、低粘度、低切力和高剪切稀釋特性)的聚合物鉆井液,合理控制鉆井液粘度,以達(dá)到提高泵壓、增大排量、提高環(huán)空返速、實(shí)現(xiàn)紊流攜巖的目的,保證井眼清潔。為了滿足水平井的鉆井施工,采取如下技術(shù)措施:①提高鉆井液的動塑比,大斜度井段施工時(shí)在鉆井液中加入流型調(diào)節(jié)劑,提高低剪切速率下的粘度,提高鉆井液的動塑比,適當(dāng)提高鉆井液的漏斗粘度,達(dá)到提高鉆井液攜巖、懸?guī)r的目的。②堅(jiān)持短起下鉆作業(yè)。從定向開始短起下時(shí)間間隔不超過24 h或進(jìn)尺不超過80 m,一旦出現(xiàn)異常(拉力上升、磨阻大、扭矩增加)應(yīng)加密進(jìn)行短起下,每次短起下不低于10柱,直至正常為止,每次短起下鉆前后都充分循環(huán)鉆井液。③在地面機(jī)泵條件許可的情況下,斜井段通過加大排量循環(huán)、鉆進(jìn),保證鉆井液有足夠上返速度及間隔一定時(shí)間或一定進(jìn)尺打入用提粘劑配制的高粘高切的稠塞,清掃井眼,保證鉆屑及時(shí)返出地面。④強(qiáng)化凈化設(shè)備的使用,保證四級凈化,除沙器和除泥器使用率100%,二開后離心機(jī)100%使用,使鉆井液保持較低的固相含量和合適的般土含量,以有效降低鉆井液的含砂量,保證進(jìn)入井內(nèi)的鉆井液清潔。

(3)控制好摩阻,保證潤滑,防止卡鉆事故發(fā)生。水平井斜度大、井眼曲率高,滑動鉆進(jìn)時(shí)間多,鉆具長時(shí)間得不到活動,極易發(fā)生粘卡。一旦發(fā)生卡鉆,就會帶來很多其它復(fù)雜情況,因此防卡是水平井施工中的重中之重。施工時(shí)要求做到:①堅(jiān)持勤活動鉆具(特別是滑動鉆進(jìn)尺慢,造斜困難時(shí)),活動幅度大于10 m,防止因鉆具在井內(nèi)靜止時(shí)間過長而發(fā)生卡鉆事故。②鉆井液方面要保證的濾餅質(zhì)量,鉆井液應(yīng)保持性能良好、均勻、穩(wěn)定,濾失量要小,泥餅要薄而堅(jiān)韌致密,使其具有良好的流變性。③采取“定向鉆進(jìn)與滑動鉆進(jìn)”相結(jié)合的方法,根據(jù)井下實(shí)際情況隨時(shí)改變短起下鉆的頻率和幅度,保證井眼暢通;使用球形扶正器,減少托壓現(xiàn)象,有效減小摩阻和扭矩。④進(jìn)入定向段前100 m鉆井液改型,定向后要及時(shí)調(diào)整鉆井液性能,加入極壓潤滑劑、聚合醇、柴油和防卡降阻劑,隨著井斜的增加逐步提高液體潤滑劑的含量,要求井斜超過40°后,含油量達(dá)到6%,固體潤滑劑含量達(dá)到2%。

(4)提前準(zhǔn)備,預(yù)防井漏。劉家溝層段地層壓力低且滲透性好,易發(fā)生滲漏,對此施工中應(yīng)高度重視。①揭開易漏層前10～15 m對鉆井液進(jìn)行一次綜合性調(diào)整,以適當(dāng)?shù)恼扯群颓辛頋M足井下要求,并且采取一次長程短起下鉆,以刮掉沉積在井壁上的浮泥餅和細(xì)巖屑,防止接單根后開泵蹩漏地層;②揭開易漏層后起鉆前及下鉆都要充分循環(huán)洗井,每次開泵均采用小排量循環(huán)一周后再加大排量循環(huán),防止下鉆到底后開泵蹩漏地層;③易漏層井段在鉆井液中加入1.5%～2%超低滲透劑,提高地層的承壓能力,預(yù)防井漏的發(fā)生,同時(shí)在氣層段還可以有效保護(hù)油氣層,提高產(chǎn)氣量。

4 取得的效果

提速工作開展前后蘇53區(qū)塊施工綜合鉆井指標(biāo)對比見表2、表3。從蘇53區(qū)塊兩階段完成水平井指標(biāo)對比可以看出:其中完鉆井深平均加深43.6 m(同比1.02%);平均水平段增長63.6 m(7.8%);平均鉆井周期縮短了16天(22.9%);平均完井周期縮短了14.7天(19.1%);機(jī)械鉆速提高0.12 m/h,約1.6%。提速工作取得了一定成效。

5 成功經(jīng)驗(yàn)和存在問題

(1)成功經(jīng)驗(yàn):①井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化有利于鉆井提速,可大幅度降低水平井鉆井成本,水平段6″井眼能提高鉆井速度,并大大提高單井采收率;②井眼軌跡控制技術(shù)和優(yōu)化鉆具組合減小了摩阻、扭矩。③全程使用國產(chǎn)MWD+r曲線跟蹤,既降低儀器使用成本,又能高效快速卡準(zhǔn)層位;④鉆井液體系的選擇,為鉆井安全施工提供了可靠的技術(shù)保障;⑤水平井事故和復(fù)雜情況的預(yù)防減少了提速的各種障礙;⑥各專業(yè)公司各負(fù)其責(zé),通力合作、密切配合,為鉆井提速創(chuàng)造條件;⑦推廣完井新工藝,裸眼完井分段壓裂,對多段儲層同時(shí)進(jìn)行壓裂開發(fā),能夠提高產(chǎn)能效果。

表2 鉆井提速措施前施工技術(shù)指標(biāo)

表3 鉆井提速措施后施工技術(shù)指標(biāo)

(2)存在問題:①地質(zhì)導(dǎo)向?qū)Φ貙优袛嗪皖A(yù)測能力有待加強(qiáng);②水平段螺桿鉆具使用壽命與PDC鉆頭使用壽命不匹配,影響和鉆井速度,螺桿鉆具有待于進(jìn)一步優(yōu)選;③PDC鉆頭的個(gè)性化設(shè)計(jì)及優(yōu)選工作有待于進(jìn)一步研究;④國產(chǎn)MWD儀器的測量盲區(qū)較長,有效穿較薄氣層存在很大難度;⑤MWD+r儀器使用維護(hù)有待進(jìn)一步加強(qiáng),減小故障率,增加有效使用時(shí)間;⑥水平井測井施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)大,易發(fā)生斷、掉儀器事故;⑦小井眼事故預(yù)防,配套打撈工具有待完善;⑧井口完井壓裂管柱經(jīng)濟(jì)性差,而國產(chǎn)管柱成功率仍有待加強(qiáng);⑨設(shè)備整體狀況差,維修損失時(shí)間較多,影響安全提速。

[1] 楊志彬,胡永章,鐘敬敏,等.工程地質(zhì)因素對鉆井提速的影響[J].斷塊油氣田,2010,17(3):363-365.

[2] 黃松偉,張獻(xiàn)豐,劉伍廣,等.希望油田優(yōu)愉鉆進(jìn)綜合配套技術(shù)應(yīng)用研究[J].斷塊油氣田,2010,17(3):379-381.

[3] 黃松偉,丁向京.汪深平1井軌跡控制技術(shù)[J].斷塊油氣田,2010,17(4):480-482.

Sulige gas field 53 block is low p ressure,low permeable block,reservoir buried deep,oil layer is thin,single well p roduction is low.Ho rizontal well development technology is effective method to enhance single well p roduction and recovery efficiency in the study block.In the drilling p rocess,great well drilling and exploration engineering limited company imp lemented a series of synthetic speed increase measures as op timizing well casing structure,op timizing drilling fluid system,op timizing drilling parameter selection and deployment,reasonable selection of drilling tool combination and op timizing bitmodel,w hich gained remarkable effect in horizontal well drilling,summarized successful experience of Sulige 53 block drilling technology and put fo rward existing p roblems.

92 Horizontal well synthetic speed increase technology in Sulige 53 block

Zhang Guohai(Great Wall D rilling Engineering Limited Company No.2 Drilling Company,PetroChina,Panjing,Liaoning 124010)

Sulige gas field;ho rizontalwell drilling;well bore structure;drilling parameter

TE243

A

1673-8217(2011)05-0092-04

2011-05-30

張國海,工程師,1960年生,1985年畢業(yè)于遼河石油學(xué)校石油工程工程專業(yè),現(xiàn)從事鉆井技術(shù)研究。

編輯:李金華